人教版 (2019)选择性必修2第二节 分子的空间结构第一课时学案

这是一份人教版 (2019)选择性必修2第二节 分子的空间结构第一课时学案，共11页。学案主要包含了分子结构的测定，多样的分子空间结构，价层电子对互斥模型等内容，欢迎下载使用。

1．认识共价分子结构的多样性和复杂性。
2．了解分子结构测定的方法。
3．理解价层电子对互斥理论的含义。
4．能根据有关理论判断简单离子或分子的构型。
图说考点
必备基础——自学·尝试
一、分子结构的测定
1．红外光谱仪
分子中的原子不是固定不动的，而是不断地________的。当一束红外线透过分子时，分子会________跟它的某些化学键的________________________的红外线，再记录到图谱上呈现吸收峰。可分析出分子中含有何种________或官能团的信息。
2．质谱仪：
现代化学常利用质谱仪测定分子的________。
二、多样的分子空间结构
1．三原子分子(AB2型)
2.四原子分子(AB3型)
3.五原子分子(AB4型)
最常见的为________形，如________、________等，键角为________。
三、价层电子对互斥模型
1．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________相互排斥的结果。“价层电子对”是指分子中的________与结合原子间的________和________________。
2．价层电子对数的确定
σ键电子对数可由________确定。而中心原子上的孤电子对数，确定方法如下：
中心原子上的孤电子对数＝________；
a为______________；x为________________；b为与中心原子结合的原子________________。
3．VSEPR模型和分子的空间结构
H2O的中心原子上有________个孤电子对，与中心原子上的________键电子对相加等于______，它们相互排斥形成________形VSEPR模型。略去VSEPR模型中的中心原子上的孤电子对，因而H2O的空间结构为________形。
[即学即练]
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)H2O分子为V形，CO2为直线形。( )
(2)大多数四原子分子采用平面三角形和三角锥形，前者的键角一般比后者大。( )
(3)甲烷、四氯化碳、三氯甲烷均为具有正四面体结构的分子，键角都是109°28′。( )
(4)NH3分子中心原子孤电子对为0，分子为三角锥形，键角为107°。( )
(5)分子的VSEPR模型和相应分子的立体构型是相同的。( )
(6)根据价层电子对互斥理论，H3O＋的立体构型为平面正三角形。( )
(7)SO2分子与CO2分子中心原子的价层电子对数分别为3和2，所以空间构型不同 。( )
(8)CCl4和H2O的中心原子的价层电子对数都是4，所以分子的VSEPR模型相同。( )
(9)SnBr2分子中Sn原子含有1对孤电子对，Sn—Br键的键角小于180°。( )
2．下列说法中不正确的是( )
A.可用光谱仪鉴定元素
B.可用红外光谱仪判断分子的结构
C.可用质谱仪确定分子的相对分子质量
D.可用焰色试验确定所有金属
3．下列常见分子的立体构型或键角正确的是 ( )
A．CH2O：三角锥形 B．NH3：键角109°28′
C.H2O：键角180° D．CH4：正四面体形
4．下列各组微粒中心原子的价层电子对数相等的是( )
A.SnCl2、BeCl2B．BF3、NH3
C.CCl4、SiF4D．CS2、OF2
5．(1)计算下列分子中标“·”原子的价层电子对数：
①CCl4__________；②BeCl2__________；③B____________；④PCl3__________。
(2)计算下列分子中标“·”原子的孤电子对数：
①H2S__________；②PCl5__________；③B____________；④NH3__________。
核心素养——合作·分享
提升点一 常见分子的空间结构
例1 (1)硫化氢(H2S)分子中，两个H—S键的夹角接近90°，说明H2S分子的空间结构为________。
(2)二氧化碳(CO2)分子中，两个C===O键的夹角是180°，说明CO2分子的空间结构为________。
(3)能说明CH4分子不是平面四边形，而是正四面体结构的是________。
a．两个键之间的夹角为109°28′
b．C—H键为极性共价键
c．4个C—H键的键能、键长都相等
d.二氯甲烷(CH2Cl2)只有一种(不存在同分异构体)
状元随笔 本题考查利用已学知识分析分子的空间结构。解题时，要密切联系所学的化学键、键参数、元素的性质和递变规律等来解题。
[提升1] 下列分子的空间结构为正四面体形的是( )
①P4 ②NH3 ③CCl4 ④CH4
⑤H2S ⑥CO2 ⑦CHCl3 ⑧SiF4
A．①③④⑦⑧ B．①③④⑤⑥
C．①③④⑧D．②④⑤
状元随笔 有两种正四面体结构的分子，一种为内空，键角为60 °的分子如白磷，一种为有中心原子，键角为109 °28 ′的分子如CH4。
【关键能力】
1.分子的键角和空间结构
状元随笔 VSEPR模型为平面三角形或四面体形时，孤电子对的存在会改变σ键电子对的分布空间，使键角发生变化。一般情况下，中心原子的孤电子对数越多，分子中共价键的键角越小。
例如，NH3中N原子和H2O中O原子的价层电子对数均为4，前者有1个孤电子对，后者有2个孤电子对，则NH3的键角(107°)大于H2O的键角(105°)。
2．其他分子的空间结构
提升点二 价层电子对互斥理论及应用
例2 填写下表，并列出中心原子孤电子对数的表达式：
[提升2] 已知：①CS2 ②PCl3 ③H2S ④CH2O ⑤H3O＋ ⑥ ⑦BF3 。请回答下列问题：
(1)中心原子没有孤电子对的是________(填序号，下同)。
(2)空间结构为直线形的分子或离子有________；空间结构为平面三角形的分子或离子有________________。
(3)空间结构为V形的分子或离子有________。
(4)空间结构为三角锥形的分子或离子有________；空间结构为正四面体形的分子或离子有________。
状元随笔 使用价层电子对互斥理论判断分析空间结构时需注意：价层电子对互斥模型是价层电子对的空间结构，而分子的空间结构指的是成键电子对的空间结构，不包括孤电子对。两者是否一致取决于中心原子上有无孤电子对(未用于形成共价键的电子对)，当中心原子上无孤电子对时，两者的结构一致；当中心原子上有孤电子对时，两者的结构不一致。
【关键能力】
价层电子对互斥理论及应用
1．价层电子对互斥理论的要点
价层电子对互斥理论认为，分子中的价层电子对之间总是尽可能地互相排斥，均匀地分布在分子中。分子的空间结构是“价层电子对”互相排斥的结果。
2．中心原子上的价层电子对的计算
(1)公式：中心原子的价层电子对数＝中心原子的σ键电子对数＋中心原子上孤电子对数
(2)σ键电子对数的计算
由分子式确定，即中心原子形成几个σ键，就有几对σ键电子对。如H2O的中心原子为O，形成两个H—Oσ键，即O有两对σ键电子对。
(3)中心原子上的孤电子对数的计算
中心原子上的孤电子对数＝(a－xb)
上式中a表示中心原子的价电子数；对于主族元素，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表示与中心原子结合的原子数
b表示与中心原子结合的原子最多能接受的电子数，氢为1，其他原子＝8－该原子的价电子数。
3．ABn型分子或离子价层电子对数目和价层电子对空间结构的关系
4.分子空间结构确定方法
根据分子中成σ键电子对数和孤电子对数，可以依据下面的方法确定相应的较稳定的分子空间结构：
σ键电子对数＋孤电子对数＝价层电子对数VSEPR模型分子的空间结构。
状元随笔 当计算出的孤电子对数不是整数时，就进1而不能忽略；如NO2的中心原子孤电子对数＝(5－2×2)＝0.5，这时应当作1来对待，因为单电子也要占据一个原子轨道。
素养形成——自测·自评
1.下列分子的空间结构模型正确的是( )
2.硒(Se)是第ⅥA族元素，则SeS3的空间结构是( )
A．正四面体形 B．V形
C．三角锥形 D．平面三角形
3．H2S2的结构式为H—S—S—H，S2Cl2的结构式为Cl—S—S—Cl，下列有关H2S2与S2Cl2的说法不正确的是( )
A．均为直线形分子
B．分子中σ键数目相同
C．每个S原子均有2对孤电子对
D．S原子的价层电子对数为4
4．下列对应关系不正确的是( )
5.已知CH4中C—H键间的键角为109°28′，NH3中N—H键间的键角为107°，H2O中O—H键间的键角为105°，则下列说法中正确的是( )
A．孤电子对与成键电子对间的斥力大于成键电子对与成键电子对间的斥力
B．孤电子对与成键电子对间的斥力小于成键电子对与成键电子对间的斥力
C．孤电子对与成键电子对间的斥力等于成键电子对与成键电子对间的斥力
D．题干中的数据不能说明孤电子对与成键电子对间的斥力和成键电子对与成键电子对间的斥力之间的大小关系
6．用价层电子对互斥理论完成下列问题(点“·”的原子为中心原子)。
第1课时 分子的空间结构 价层电子对互斥理论
必备基础
一、
1.振动着 吸收 振动频率相同 化学键
2．相对分子质量
二、
1．直线形 O===C===O 180° V形
2．平面三角形 CH2O 120° 三角锥形
3．正四面体 CH4 CCl4 109°28′
三、
1．价层电子对 中心原子 σ键电子对 中心原子上的孤电子对
2．化学式 (a－xb) 中心原子的价电子数 与中心原子结合的原子数 最多能接受的电子数
3．2 σ 4 四面体 V
即学即练
1．(1)√ (2)√ (3)× (4)× (5)× (6)× (7)√ (8)√ (9)√
2．答案：D
3．解析：甲醛CH2O为平面三角形，A项错误；NH3为三角锥形，键角不是109°28′，B项错误；水分子是V形，所以键角不是180°，C项错误；CH4是正四面体形，D项正确。
答案：D
4．解析：SnCl2、BeCl2中心原子的价层电子对数分别为3、2，不相等，A项错误；BF3、NH3中心原子的价层电子对数分别为3、4，不相等，B项错误；CCl4、SiF4 中心原子的价层电子对数均为4，相等，C项正确；CS2、OF2中心原子的价层电子对数分别为2、4，不相等，D项错误。
答案：C
5．解析：(1)根据ABm型分子中价电子对数目n的计算公式：
n＝
①CCl4中C原子的价电子对数为＝4；
②BeCl2中Be原子的价电子对数为＝2；
③BCl3中B原子的价电子对数为＝3；
④PCl3中P原子的价电子对数为＝4。
(2)根据ABm型分子中心原子的孤电子对数＝(a－xb)的计算公式：
①H2S中的S原子的孤电子对数：×(6－2×1)＝2；
②PCl5中的P原子的孤电子对数：×(5－5×1)＝0；
③BF3中的B原子的孤电子对数：×(3－3×1)＝0；
④NH3中的N原子的孤电子对数：×(5－3×1)＝1。
答案：(1)①4 ②2 ③3 ④4 (2)①2 ②0 ③0 ④1
核心素养
例1 解析：(1)、(2)中可由键角直接判断分子的空间结构。(3)五原子分子CH4可能有平面四边形和正四面体形两种立体构型，不管为哪种，b、c两项都成立；若为前者，则键角为90°，CH2Cl2有两种：若为后者，则键角为109°28′，CH2Cl2只有一种。
答案：(1)V形 (2)直线形 (3)ad
提升1 解析：NH3的空间结构是三角锥形，H2S的空间结构是V形，CO2的空间结构是直线形，CHCl3是四面体但不是正四面体，故选C。
答案：C
例2 解析：ABn型分子或离子中，σ键电子对数＝n(配位原子数)，中心原子的孤电子对数按表达式进行计算。由价层电子对数和分子(或离子)类型判断空间构型，即价层电子数为2，AB2型分子为直线形；价层电子对数为3，AB2型分子为V形，AB3型分子为平面三角形；价层电子对数为4，AB2型分子为V形，AB3型分子为三角锥形，AB4型分子为正四面体形。
答案：
提升2 解析：(2)CS2的中心原子的价层电子对数＝2＋(4 －2×2)/2＝2，不含孤电子对，故为直线形；CH2O的中心原子的价层电子对数为3，不含孤电子对，故为平面三角形；BF3的中心原子的价层电子对数＝3＋(3－3×1)/2＝3，不含孤电子对，故为平面三角形。(3)H2S的中心原子的价层电子对数＝2＋(6－2×1)/2 ＝4，孤电子对数为2，故为V形结构；SO2的中心原子的价层电子对数＝2＋(6－2×2)/2 ＝3，孤电子对数为1，故为V形结构。(4)PCl3的中心原子的价层电子对数＝3＋(5－3×1)/2 ＝4，孤电子对数为1，故为三角锥形；H3O＋的中心原子的价层电子对数＝3 ＋(6－3 ×1－1)/2＝4，孤电子对数为1，故为三角锥形；的中心原子的价层电子对数＝4＋(5－4×1－1)/2＝4，不含孤电子对，故为正四面体形。
答案：(1)①④⑥⑦ (2)① ④⑦ (3)③⑧ (4)②⑤ ⑥
素养形成
1．解析：CO2、H2O、NH3、CH4分别为直线形、V形、三角锥形、正四面体形，故D正确。
答案：D
2．解析：SeS3中的Se价层电子对数为3，故其空间结构为平面三角形，D项正确。
答案：D
3．解析：二者中心原子的价层电子对数均为4，而且均有2对孤电子对，所以C、D两项均正确；二者分子相当于有两个V形结构，故不可能是直线形，所以A项错误；由结构式可知每个分子均含有3个σ键，B项正确。
答案：A
4．解析：当中心原子在ⅤA族，AB3分子应是三角锥形。当中心原子在ⅣA族，AB4分子是正四面体形，AB2分子是直线形。当中心原子在ⅥA族，AB2分子是V形。
答案：B
5．解析：电子对间排斥力的大小顺序为孤电子对－孤电子对＞孤电子对－成键电子对＞成键电子对－成键电子对，恰好可以解释上述分子的键角大小关系，A项正确。
答案：A
6．答案：
空间结构
化学式
结构式
空间填充模型
球棍模型
键角
________
CO2
________
____
________
H2O
________
105°
立体结构
化学式
结构式
空间填充模型
球棍模型
键角
________
________
____
________
NH3
________
107°
化学式
结构式
空间填充模型
球棍模型
CH4
分子类型
分子的空间结构
键角
A
—
—
A2
直线(对称)形
—
AB
直线(非对称)形
—
AB2或A2B
AB2
直线(对称)形
180°
A2B
折线(不对称)形
<180°
AB3
正三角(对称)形
120°
AB3
三角锥(不对称)形
<120°
AB4
正四面体(对称)形
109°28′
分子或离子
σ键电子对数
中心原子孤电子对数
价层电子对数
分子或离子
的空间结构
SO2
CO2
OF2
PCl3
SO3
SiCl4
ABn
价层电子对数
孤电子对数
成键电子对数
VSEPR模型名称
分子或离子的空间结构
n＝2
2
0
2
直线形
直线形
n＝3
3
0
3
平面三角形
平面三角形
3
1
2
平面三角形
V形
n＝4
4
0
4
四面体形
四面体形
4
1
3
四面体形
三角锥形
4
2
2
四面体形
V形
A
B
C
D
CO2
H2O
NH3
CH4
A
B
C
D
选项
A
B
C
D
中心原子所在族
ⅣA
ⅤA
ⅣA
ⅥA
分子通式
AB4
AB3
AB2
AB2
空间结构
正四面体形
平面三角形
直线形
V形
σ键电
子对数
孤电子对数
VSEPR模型
分子(离子)
的空间结构
eq \(Se,\s\d4(·)) F2
eq \(A,\s\d4(·))lCl3
eq \(P,\s\d4(·))OCl
eq \(N,\s\d4(·))
eq \(N,\s\d4(·))
分子或离子
σ键电子对数
中心原子孤电子对数
价层电子对数
分子或离子
的空间结构
SO2
2
(6－2×2)＝1
3
V形
CO2
2
(4－2×2)＝0
2
直线形
OF2
2
(6－1×2)＝2
4
V形
2
(7－1－1×2)＝2
4
V形
PCl3
3
(5－1×3)＝1
4
三角锥形
SO3
3
(6－2×3)＝0
3
平面三角形
4
(6＋2－2×4)＝0
4
正四面体形
3
(5＋1－2×3)＝0
3
平面三角形
SiCl4
4
(4－1×4)＝0
4
正四面体形
4
(5－1－1×4)＝0
4
正四面体形
σ键电
子对数
孤电子对数
VSEPR模型
分子(离子)
的空间结构
eq \(Se,\s\d4(·)) F2
2
2
四面体
V形
A lCl3
3
0
平面三角形
平面三角形
3
1
四面体
三角锥形
P OCl
2
1
平面三角形
V形
N
2
0
直线形
直线形
N
2
1
平面三角形
V形