2011分子的立体结构(1)

分子的立体结构
（第一课时）
一、形形色色的分子
O2
HCl
H2O
CO2
C2H2
CH2O
COCl2
NH3
P4
CH4
CH3CH2OH
CH3COOH
C6H6
C8H8
CH3OH
C60
C20
C40
C70
例如:
三原子分子立体结构：有直线形C02 、 CS2等，V形如H2O、S02等。
四原子分子立体结构：平面三角形：如 甲醛(CH20)分子等，三角锥形：如氨分 子等。
五原子分子立体结构：正四面体形如甲烷、P4 等。
• 分子世界如此形形色色，异彩纷呈， 美不胜收，常使人流连忘返。
• 那么分子结构又是怎么测定的呢
科学视野—分子的立体结构是怎样测定的？
肉眼不能看到分子，那么，科学家是怎样知道分 子的形状的呢?早年的科学家主要靠对物质的宏观 性质进行系统总结得出规律后进行推测，如今，科 学家已经创造了许许多多测定分子结构的现代仪器 ，红外光谱就是其中的一种。分子中的原子不是固 定不动的，而是不断地振动着的。所谓分子立体结 构其实只是分子中的原子处于平衡位置时的模型。 当一束红外线透过分子时，分子会吸收跟它的某些 化学键的振动频率相同的红外线，再记录到图谱上 呈现吸收峰。通过计算机模拟，可以得知各吸收峰 是由哪一个化学键、哪种振动方式引起的，综合这 些信息，可分析出分子的立体结构。
由价层电子对的相互排斥，得到含有孤 电子对的VSEPR模型，然后，略去VSEPR 模型中的中心原子上的孤电子对，便可得 到分子的立体构型。
化学式 结构式 含孤电子对的VSEPR模型 分子的立体结构
价层电子对互斥理论对几种分子或离子立体构型的推测
分子或 δ键电 孤电子 价层电 VSEPR 立体构 离子 子对数 对数 子对数 模型 型
2、写出CO2、H2O、NH3、CH2O、CH4等分子的电子 式、结构式及分子的空间结构： 分子 电子式 结构式
中心原子 有无孤对电子
CO2
: :
H2O
: :
NH3
H : N :H H H-N-H H : :
CH2O
O: : H : C :H
CH4
H H : C :H H H H-C-H H : :
AB3 平面三角形 AB4 AB2 AB3 正四面体 V形 三角锥形
思考并填写下列表格：
代表物 电子式 .. .. CO2 O C O .. .. H CH2O .. H C CH4 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. O .. 结构式 中心原子结 中心原子孤 空间构型 合的原子数 对电子对数
中心原子 孤对电子数
中心原子结 合的原子数
空间构型 直线形 V形 V型 平面三角形 三角锥形 正四面体 四面体 正四面体 正四面体
0 1 2 0
1 0 0 0 0
2 2 2 3 3
4 4 4 4
SO2 CO32SO32-
2 3 3
1
0 1
3
3 4
思考与交流
确定BF3、NH4+和SO32-的VSEPR模型和它们 的立体构型。
分子或 δ键电 孤电 离子 子对数 子对 数 BF3 3 0 NH4+ SO32价层电 VSEPR 子对数 模型 立体构型
3
4 3
0 1
4 4
二、价层电子对互斥模型 一类是中心原子上的价电子都用于形成共 价键，如C02、CH20、CH4等分子中的碳原子，它们 的立体结构可用中心原子周围的原子数n来预测， 概括如下：
• 价层电子对互斥模型 • 分子的立体构型是价层电子对相互排斥的结果，这些电 子对在中心原子周围按尽可能相互远离的位置排布，以 使彼此间的排斥能最小。 价层 电子 对 价层 电子 对互 斥模 型
2
3
4
价层电子对 =δ键电子对+中心原子上的孤电子对
• σ键电子对=与中心原子结合的原子数
中心原子上的孤电子对=½（a-xb) a: 中心原子的价电子数(对于阳离子：a为中心 原子的 价电子数减去离子的电荷数；对于阴离 子： a为中心原子 的价电子数加上离子的电荷 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，其他原子为“8-该原子的电子数）
测分子体结构：红外光谱仪→吸收峰→分析。
思考：
同为三原子分子，CO2 和 H2O 分子的空间结 构却不同，什么原因？
同为四原子分子，CH2O与 NH3 分子的的空间 结构也不同，什么原因？
探究与讨论：
1、写出H、C、N、O等原子的电子式： H C N 原子 · · ： H· 电子式 ·： N · C · 可形成 1 3 4 共用电子对数 O · ·： O · ·
孤电子对的计算
分子或 中心原 离子 子
SO2 NH4+ CO32S N
5-1=4 4 3 1 2 0
a
x
b
中心原子 上的孤电 子对数
6
2
2
1
C
4+2=6
0
思考与交流
1、以S和P为例，说明如何根据主族元素在 元素周期表中的位置确定它的价电子数。
答：中心原子的价电子数等于该元素在周期表中 的族序数，如硫为6，磷为5.
:O::C::O: H : O : H
O=C=O
O
- -
=
H-O-H
H-C-H
无 直线形
有 V形
有 三角 锥 形
无
无
空间结构
平面 正 三角形 四面体
二、价层电子对互斥理论 有一种十分简单的理论叫做价层电子 对互斥理论（VSEPR theory），这种简 单的理论可用来预测分子的立体构型。 价层电子对互斥理论认为，分子的立 体构型是“价层电子对”相互排斥的结果。 价层电子对是指分子中的中心原子上的电 子对，包括σ键电子对和中心原子上的孤 电子对。
ABn n=2 n=3 n=4 立体结构 范例 直线型 C02 平面三角形 CH20 正四面体型 CH4
另一类是中心原子上有孤对电子(未用于形成共价键的电 子对)的分子，如H2O和NH3 ，中心原子上的孤对电子也要 占据中心原子周围的空间，并参与互相排斥。例如，H20 和NH3 的中心原子工分别有2对和l对孤对电子，跟中心原 子周围的σ键加起来都是4，它们相互排斥，形成四面体， 因而H2O分子呈V形，NH3分子呈三角锥形。
O =C =O
H H C= O H H C H H O H H
2
3
0
0
直线形
平面三角形 正四面体形
H .. H C. H . H .. H O H .. .. H N H .. H
4
0
H2O
2
2
V形
NH3
H N H H
3
1
三角锥形
化学式 HCN SO2 NH2－ BF3 H3O+ SICl4 CHCl3 NH4+ SO42－
:O::C::O: H : O : H
O=C=O
O
- -
=
H-O-H
H-C-H
无 直线形
有 V形
有 三角 锥 形
无
无
空间结构
平面 正 三角形 四面体
小结:
价层电子对互斥模型
代表 物 CO2 中心原子 结合的原子数 2 3 4 2 3 分子 类型 AB2 空间构型 直线形
中心原子 CH2O 无孤对电子 CH4 中心原子 有孤对电子 H2O NH3
2
2、写出CO2、H2O、NH3、CH2O、CH4等分子的电子 式、结构式及分子的空间结构： 分子 电子式 结构式
中心原子 有无孤对电子
CO2
: :
H2H H-N-H H : :
CH2O
O: : H : C :H
CH4
H H : C :H H H H-C-H H : :
2、以N和Cl为例，说明如何根据主族元素在 周期表中的位置确定它最多能接受的电子 数。
答：与中心原子结合的原子最高能接受的电子数 等于“8-族序数”，如氮最多能接受的电子数为 8-5=3，氯为8-7=1.
在确定了σ键电子对数和中心原子上的 孤电子对数后，把它们相加便可确定分子 中的中心原子上的价层电子对数。