人教版高中化学选择性必修2第二章第二章 分子结构与性质分子结构与性质第二节 分子的空间结构1.红外光谱法红外光谱法一、分子结构的测定(1)(1)原理：原理：分子中的原子不是固定不动的，而是处于不断振动着的。红外线透过分子时，分子会吸收跟它的某些化学键的振动频率相同的红外线，再记录到谱图上呈现吸收峰。通过和已有谱图库比对，或通过量子化学计算，可以得知分子中含有何种化学键或官能团的信息。红外光谱仪红外光谱仪吸收峰吸收峰分析官能团、化学键。分析官能团、化学键。(2)(2)原理示意图原理示意图1.红外光谱法红外光谱法一、分子结构的测定通过红外光谱仪测得某未知物的红外光谱图如上图，发现有O-H、C-H、和C-O的振动吸收。因此，可初步推测该未知物中含有羟基（-OH）。1.红外光谱法红外光谱法一、分子结构的测定 红外光谱帮助我们确定分子中的化学键和官能团，还有什么现代化仪器帮我们确定有机物的结构呢？质谱仪现代化学常利用质谱仪（如上图）测定分子的相对分子质量。一、分子结构的测定一、分子结构的测定2.质谱法：质谱法：在质谱仪中使分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子等粒子。由于生成的离子具有不同的相对质量，它们在高压电场加速后，通过狭缝进入磁场得以分离，在记录仪上呈现一系列峰，化学家对这些峰进行系统分析，便可得知样品分子的相对分子质量。一、分子结构的测定1.在研究有机物的组成和结构时，可用于确定化学键和官能团信息的方法是在研究有机物的组成和结构时，可用于确定化学键和官能团信息的方法是 ()A.质谱法质谱法 B.红外光谱法红外光谱法 C.核磁共振氢谱法核磁共振氢谱法 D.燃烧法燃烧法2.能够快速、微量、精确测定有机物相对分子质量的物理方法是能够快速、微量、精确测定有机物相对分子质量的物理方法是 ()A.红外光谱法红外光谱法 B.质谱法质谱法 C.核磁共振氢谱法核磁共振氢谱法 D.色谱法色谱法3.质谱法能够对有机分子结构进行分析，其方法是让极少质谱法能够对有机分子结构进行分析，其方法是让极少量量(10-9g)化合物通过质谱仪，样品分子大量离子化，少量化合物通过质谱仪，样品分子大量离子化，少量分子碎裂成更小的离子，然后测定其质荷比。其有机物样分子碎裂成更小的离子，然后测定其质荷比。其有机物样品的质荷比如图所示品的质荷比如图所示(假设离子均带一个单位正电荷，信号假设离子均带一个单位正电荷，信号强度与该离子的多少有关强度与该离子的多少有关)，该有机物可能是（，该有机物可能是（）A.甲醇甲醇(CH3OH)B.甲烷甲烷 C.丙烷丙烷 D.乙烯乙烯B B B 二、多样的分子空间构型1、利用几何知识分析一下，空间分布的两个点是否一定在同一直线？、利用几何知识分析一下，空间分布的两个点是否一定在同一直线？迁移：迁移：两个原子构成的分子，将这两个原子构成的分子，将这2个原子看成两个点，则它们在空间上可个原子看成两个点，则它们在空间上可能构成几种形状？分别是什么？能构成几种形状？分别是什么？O2HCl2、利用几何知识分析一下，空间分布的三个点是否一定在同一直线上？、利用几何知识分析一下，空间分布的三个点是否一定在同一直线上？迁移：迁移：三个原子构成的分子，将这三个原子构成的分子，将这3个原子看成三个点，则它们在空间上可个原子看成三个点，则它们在空间上可能构成几种形状？分别是什么？能构成几种形状？分别是什么？CO2H2O二、多样的分子空间构型多样的分子多样的分子 空间结构空间结构在多原子构成的分子中，由于原子间排列的空间顺序不一样，于是分子就有了原子的几何学关系和形状，这就是分子的空间结构，这就是所谓的分子的立体构型。二、多样的分子空间构型1 1、双原子分子（直线形）、双原子分子（直线形）O2HCl直线形直线形 180二、多样的分子空间构型2 2、三原子三原子(ABAB2 2型型型型)分子的空间构型分子的空间构型物质物质化学式化学式空间结构空间结构结构式结构式键角键角空间结构模型空间结构模型二氧化碳二氧化碳CO2180水水H2O105直线形V形二、多样的分子空间构型3 3、四原子四原子(ABAB3 3型型型型)分子的空间构型分子的空间构型物质物质化学式化学式空间结构空间结构结构式结构式键角键角空间结构模型空间结构模型甲醛甲醛CH2O120氨氨NH3107平面三角形三角锥形四原子分子的其它立体构型（直线形、正四面体形）四原子分子的其它立体构型（直线形、正四面体形）C2H2 180P4 60正四面体形正四面体形BF3平面正三角形平面正三角形 120二、多样的分子空间构型二、多样的分子空间构型4 4、五原子五原子(ABAB4 4型型型型)分子的空间构型分子的空间构型物质物质化学式化学式空间结构空间结构结构式结构式键角键角空间结构模型空间结构模型甲烷甲烷CH410928四氯化碳四氯化碳CCl410928正四面体形正四面体形正四面体形正四面体形注意：注意：五原子分子五原子分子不都是正四面体结构不都是正四面体结构，如如CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等，等，虽为四面体结构，但由于碳原子所连的四个原子不相同，四个原子电子云虽为四面体结构，但由于碳原子所连的四个原子不相同，四个原子电子云的排斥力不同，使四个键的键角不全相等，所以并不是正四面体结构。的排斥力不同，使四个键的键角不全相等，所以并不是正四面体结构。分子的立体构型与键角的关系：分子的立体构型与键角的关系：分子类型分子类型键角键角立体构型立体构型实例实例AB2180CO2、BeCl2、CS2180H2O、H2SAB3120BF3、BCl3120NH3、H3O、PH3AB410928CH4、NH4+、CCl4直线形直线形V形形平面三角形平面三角形三角锥形三角锥形正四面体形正四面体形二、多样的分子空间构型二、多样的分子空间构型5 5、其它多原子分子其它多原子分子P4P4O6P4O10C60椅式C6H12船式C6H12S8SF6分子空间结构与其稳定性有关。例如，上图中S8像顶皇冠，如果把其中一个向上的硫原子倒转向下，尽管也可以存在，却不如皇冠式稳定；又如，椅式C6H12比船式C6H12稳定。二、多样的分子空间构型1.下列分子的空间结构模型正确的是下列分子的空间结构模型正确的是 ()A.CO2的空间结构模型的空间结构模型B.H2O的空间结构模型的空间结构模型C.NH3的空间结构模型的空间结构模型D.CH4的空间结构模型的空间结构模型2.下列物质分子的空间结构与下列物质分子的空间结构与CH4相同的是（相同的是（）A.H2O B.P4 C.NH3 D.CO2 D B 同为三原子分子，同为三原子分子，CO2 和和 H2O 分子的空间构型却不同分子的空间构型却不同 同为四原子分子，同为四原子分子，CH2O与与 NH3 分子的的空间结构也不同，什么原因？分子的的空间结构也不同，什么原因？思考与讨论思考与讨论三、价层电子对互斥模型(VSEPR)(VSEPR)三、价层电子对互斥模型(VSEPR)(VSEPR)1、内容：、内容：价层电子对互斥模型认为，分子的空间结构是中心原子周围的“价层电子对”相互排斥的结果。价层电子对价层电子对=键键电子对电子对+中心原子上的中心原子上的孤电子对孤电子对（多重键只计其中键电子对，不计键电子对）对ABn型的分子或离子，中心原子A的价层电子对（包括成键成键键电子对键电子对和未成键的孤电子对未成键的孤电子对）之间由于存在排斥力，将使分子的几何构型总是采取电子对尽可能远离彼此的那种构型，使彼此之间的斥力最小，体系能量最低，最稳定。孤电子对孤电子对指成对但不成键的价电子。孤电子孤电子对对三、价层电子对互斥模型(VSEPR)(VSEPR)2、用途：、用途：预测分子或离子的空间构型。CO2为什么不是直角形状，而是直线型呢？中心原子（C原子）形成了两个键，没有孤电子对，总和为2对价层电子对。为了使它们之间斥力最小，就应使夹角为180，也就预测出了CO2不可能是直角形状，而必定是直线型。CH4为什么不是正方形，而是正四面体结构呢？中心原子（C原子）形成了四个键，没有孤电子对，总和为4对价层电子对。为了使它们之间斥力最小，就应使夹角为10928，不能是90，也就预测出了CH4必定是正四面体。利用价层电子对互斥理论，可以对分子或离子的空间结构做出精确预测。但前提，要算出分子的中心原子的价层电子对价层电子对的个数。三、价层电子对互斥模型(VSEPR)(VSEPR)3、中心原子价层电子对的确定中心原子价层电子对的确定：价层电子对=键电子对+中心原子的孤电子对(1)键电子对键电子对可从分子式来确定。ABn型分子，A为中心原子，B为周围与A用共价键结合的原子。n为结合数量，也等于A与B之间结合的键个数，即键电子对的数量，即：键电子对数=中心原子结合的原子数。例如：H2O中O的键电子对数是2；NH3中的键电子对数是3。三、价层电子对互斥模型(VSEPR)(VSEPR)3、中心原子价层电子对的确定中心原子价层电子对的确定：价层电子对=键电子对+中心原子的孤电子对(2)中心原子的孤电子对中心原子的孤电子对=其中：a为中心原子的价电子数，对主族元素，a=最外层电子数；对于阳离子，a=价电子数-离子电荷数；对于阴离子，a=价电子数+|离子电荷数|。x为与中心原子结合的原子数；b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数，H为1，其他原子8-该原子的价电子数，如：O为2、N为3（化合价数）（a-xb）2 21 1三、价层电子对互斥模型(VSEPR)(VSEPR)3、中心原子价层电子对的确定中心原子价层电子对的确定：价层电子对=键电子对+中心原子的孤电子对(2)中心原子的孤电子对中心原子的孤电子对=（a-xb）2 21 1分子或离子中心原子axb中心原子的孤电子对键电子对数价层电子对数VSEPR模型H2OOSO2SNH4+NCO32-CCO2CSO42-S615-1=404+2=60224132622142206+2=8420243224343424四面体形四面体形四面体形四面体形四面体形四面体形平面三角形平面三角形平面三角形平面三角形直线形直线形三、价层电子对互斥模型(VSEPR)(VSEPR)键电子对数孤电子对数价层电子对数键电子对数孤电子对数价层电子对数价层电子对价层电子对互斥理论互斥理论VSEPR模型模型略去孤电子对略去孤电子对分子或离子的空间结构。分子或离子的空间结构。4、根据价层电子对互斥模型推测根据价层电子对互斥模型推测分子或离子的分子或离子的空间结构空间结构三、价层电子对互斥模型(VSEPR)(VSEPR)得到VSEPR模型以后，若分子的中心原子有孤电子对，中心原子上的孤对电子也要占据中心原子周围的空间，并与成键电子对互相排斥。再讨论空间构型时应略去孤电子对，才是该分子的实际空间构型。例如：CH4、NH3、H2O，中心原子都是4对价层电子对，它们相互排斥，VSEPR模型都是四面体，但CH4孤电子对为0，为正四面体，NH3孤电子对为1，三角锥形，H2O孤电子对为2，V形。三、价层电子对互斥模型(VSEPR)(VSEPR)价层电子对之间相互排斥作用大小的一般规律：价层电子对之间相互排斥作用大小的一般规律：孤电子对孤电子对孤电子对成键电子对成键电子对成键电子对孤电子对孤电子对孤电子对成键电子对成键电子对成键电子对。随着孤电子对数目的增多，孤电子对与成键电子对之间的斥力增大，随着孤电子对数目的增多，孤电子对与成键电子对之间的斥力增大，键角减小。键角减小。价层电子对互斥模型价层电子对互斥模型不能用于预测不能用于预测以以过渡金属过渡金属为中心原子的分子。为中心原子的分子。三、价层电子对互斥模型(VSEPR)(VSEPR)化学式键电子对数中心原子孤对电子数VSEPR模型名称分子的立体结构H2SBF3NH2-SO2CO32-SO32-2023V V形形平面正三角形平面正三角形 V 形形22平面三角形平面三角形四面体形四面体形四面体形四面体形思考与讨论：应用价层电子对互斥理论推测下列分子或离子的空间构型应用价层电子对互斥理论推测下列分