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(共23張PPT)
分子結構的測定
價層電子對互斥模型
第二章 分子結構與性質
1. 了解分子結構的測定方法，認識共價分子結構的多樣性和復雜性。
2.理解價層電子對互斥理論的含義，能夠根據價層電子對互斥理論判斷簡單分子或離子的空間結構。
大多數分子是由兩個以上原子構成的，于是分子就有了原子的幾何學關系和形狀，這就是分子的空間結構。
一、分子結構的測定
早年科學家主要靠對物質的化學性質進行系統總結得出規律后進行推測，現代科學家應用了許多測定分子結構的現代儀器和方法，如紅外光譜、
晶體X射線衍射等。
紅外光譜儀
X射線衍射儀
(將在下一章介紹)
質譜儀
分子中的原子不是固定不動的，而是不斷地振動著的。分子的空間結構是分子中的原子處于平衡位置時的模型。
紅外光譜法
分子振動需要能量，所以當一束紅外線透過分子時，分子會吸收跟它的某些化學鍵的振動頻率相同的紅外線，記錄到圖譜上呈現吸收峰
紅外光譜法
原理：
應用：
判斷分子中可能含有的化學鍵或官能團
例如：某未知物分子式為C2H6O，通過紅外光譜儀測得紅外光譜圖如下，發現有O-H、C-H和C-O的振動吸收，請推測其結構。
乙醇 CH3CH2OH
二甲醚 CH3OCH3
紅外光譜法
質譜法
在質譜儀中使分子失去電子變成帶正電荷的分子離子和碎片離子等粒子。由于生成的離子具有不同的相對質量，它們在高壓電場加速后，通過狹縫進入磁場得以分離，在記錄儀上呈現一系列峰
原理：
不同質荷比對應不同的偏轉半徑
應用：
測定分子的相對分子質量
質譜法
例如：已知甲苯分子的質譜圖如下，請推測其相對分子質量。
相對豐度與粒子濃度成正比
最大質荷比 = 相對分子質量
92
2.其有機物樣品的質荷比如圖所示(假設離子均帶一個單位正電荷，信號強度與該離子的多少有關)，該有機物可能是（ ）
A.甲醇(CH3OH) B.甲烷
C.丙烷 D.乙烯
1.可以準確判斷有機物分子中含有哪些官能團的分析方法是( )
A.核磁共振氫譜 B.質譜
C.紅外光譜 D.紫外光譜
C
B
質疑：如果沒有測定儀器，有沒有預測分子空間結構的方法？
二、價層電子對互斥(VSEPR)模型
分子中的中心原子的價層電子對——σ鍵電子對和孤電子對由于相互排斥作用，處于不同的空間取向且盡可能趨向于彼此遠離均勻分布(使彼此之間斥力最小，分子或離子的體系能量最低，最穩定)。
兩個原子間的成鍵電子對不論是單鍵還是多重鍵，都看作一個空間取向(即只計σ鍵電子對，不計π鍵電子對)；一對孤電子對可看作一個空間取向。
因此，我們可以先分析分子中的中心原子的價層電子對存在幾個空間取向，再讓這幾個空間取向盡量彼此遠離，就可以推測出分子的空間結構。
基本內容
任務一：請制作氣球模型，以“氣球空間互斥”類比“價層電子對互斥”，認識價層電子對互斥模型。
模型認知
價電子對數
2對
3對
4對
若把中心原子A視為球心，各價層電子對視為以A為球心的一個球面上的各點，球面上各點相距最遠的結構可簡單理解為價層電子對最穩定的空間結構。
價層電子對數
電子對互斥
氣球空間互斥
VSEPR理想模型空間結構
2
3
4
A
A
A
A
A
A
直線形
平面三角形
正四面體形
若把中心原子A視為球心，各價層電子對視為以A為球心的一個球面上的各點，球面上各點相距最遠的結構可簡單理解為價層電子對最穩定的空間結構。
價層電子對數
電子對互斥
氣球空間互斥
5
6
A
A
A
A
正八面體形
三角雙錐形
VSEPR理想模型空間結構
CO2和H2O都是三原子分子，為什么CO2呈直線形而H2O呈V形？CH2O和NH3都是四原子分子，為什么CH2O呈平面三角形而NH3呈三角錐形？
CO2 直線形
H2O V形
CH2O 平面三角形
NH3 三角錐形
任務二：寫出下列分子的電子式，再對照分子空間結構模型和VSEPR模型，運用分類、對比的方法，分析空間結構不同的原因。
CO2
H2O
CH2O
NH3
CH4
化學式 電子式 分子的空間結構模型 VSEPR理想模型
成鍵電子對
孤電子對
結論：VSEPR模型略去孤電子對即是分子的空間結構模型。
直線形
正四面體形
直線形
V形
平面三角形
三角錐形
正四面體形
平面三角形
正四面體形
正四面體形
模型應用
預測分子的空間結構
中心原子無孤電子對的分子：VSEPR理想模型就是其分子的空間結構。
若有：先判斷VSEPR理想模型，后略去孤電子對，便可得到分子的空間結構
多重鍵只計其中的σ鍵電子對，不計π鍵電子對
σ鍵電子對數 ＝ 結合原子數
CO2
如何計算中心原子上的孤電子對數
方法一：根據電子式直接確定
CH4
×(4-4×1)＝0
NH3
×(5-3×1)＝1
H2O
×(6-2×1)＝2
方法二：公式計算中心原子上的孤電子對數＝ (a -xb)
2
1
2
1
2
1
2
1
a為中心原子的價電子數（對于主族元素等于原子的最外層電子數）；
x為與中心原子結合的原子數；
b為與中心原子結合的原子最多能接受的電子數（氫為1，其他原子為“8減去該原子的價電子數”，氧和氧族元素中的S、Se等均為2，鹵族元素均為1；等等）
分子或離子 中心原子 a x b 中心原子上的
孤電子對數
CO2
SO2
NH4+
CO32-
任務三：計算中心原子上的孤電子對數＝ (a -xb)
2
1
陽離子：a＝中心原子的價電子數-離子的電荷數
陰離子：a＝中心原子的價電子數＋離子的電荷數(絕對值)
x和b的計算方法不變
分子或離子 孤電子對數 價層電子對數 VSEPR理想模型 VSEPR理想模型名稱 分子或離子的空間結構 分子或離子的空間結構名稱
CO2 0
SO2 1
NH 0
CO 0
2-
3
+
4
0+2＝2
1+2＝3
0+4＝4
0+3＝3
直線形
平面
三角形
正四面體形
平面三角形
直線形
V形
正四面體形
平面三角形
模型應用
預測分子的空間結構
任務四：應用VSEPR模型預測下列分子或離子的空間結構
分子或離子 中心原子 中心原子上的 孤電子對數 中心原子上的價層電子對數 VSEPR理想模型 分子或離子
的空間結構
BeCl2
BF3
SO32-
HCN
O3
Be
(2-2×1)÷2＝0
0+2＝2
直線形
直線形
B
(3-3×1)÷2＝0
0+3＝3
平面三角形
平面三角形
S
(6+2-3×2)÷2＝1
1+3＝4
正四面體形
三角錐形
C
(4-1×1-1×3)÷2＝0
0+2＝2
直線形
直線形
O
(6-2×2)÷2＝1
1+2＝3
平面三角形
V形
儀器測定分子結構
紅外
質譜
預測分子的空間結構
——確定化學鍵或官能團
——確定相對分子質量
確定
孤電子對數
確定價層
電子對數
VSEPR
理想模型
分子的
空間結構
1.電子式
2.計算 (a-xb)
價層電子對數 VSEPR
理想模型
2 直線形
3 平面三角形
4 正四面體形
略去
孤電子對
2
1
難點
價層電子對數＝σ鍵電子對數＋孤電子對數

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