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第二章 分子結構與性質
第二節 分子的空間結構
第1課時 多樣的分子空間結構
鍵參數
鍵能
鍵長
鍵角
決定
共價鍵的穩定性
決定
分子的空間結構
決定分子的性質
知識回顧
H2O
CO2
NH3
CH4
P4
分子的世界形形色色，異彩紛呈，美不勝收，常使人流連忘返。那么分子結構又是怎么測定的呢？
一、分子結構的測定
早年的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推測分子的結構。如今，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
測定化學鍵或官能團
測定鍵長、鍵角等
分子中的原子不是固定不動的，而是不斷地振動著的，共價鍵也有細微的伸縮。
分子的空間結構是分子中的原子處于平衡位置時的模型。
分子振動需要能量，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。
1、紅外光譜
通過和已有譜圖庫比對，或通過量子化學計算，可以得知分子中含有何種化學鍵或官能團的信息。
例如：某未知物分子式為C2H6O，可能為乙醇CH3CH2OH，或者二甲醚CH3OCH3，通過紅外光譜，可以推測其結構。
通過紅外光譜圖，發現未知物中含有O-H、C-H和C-O的振動吸收，可初步推測該未知物中含有羥基，應為乙醇。
二甲醚
乙醇
有機物的同分異構現象是普遍且復雜的，知道分子式后可以通過紅外光譜進一步知道其中含有怎樣的官能團。
那如何測定分子的相對分子質量呢？
閱讀課本42頁：用質譜法測定分子的相對分子質量。
質譜儀
2、質譜
質譜儀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。由于生成的各種離子具有不同的質荷比，在磁場作用下達到檢測器的時間有差異，其結果被記錄為質譜圖。
質譜圖中最大的質荷比
=樣品分子的相對分子質量
1、某有機化合物分子的質譜圖如下，則該分子的相對分子質量為(　　)
A．27　　　B．31
C．45　　　D．46
D
2、某有機化合物由碳、氫、氧三種元素組成，其紅外光譜圖只有C—H、O—H、C—O的振動吸收，質譜顯示該有機物的相對分子質量是60，則該有機物的結構簡式是（ ）
A.CH3CH2OCH3 B.CH3CH(OH)CH3
C.CH3CH2OH D.CH3COOH
B
3、下列說法錯誤的是（ ）
A、原子光譜上的特征譜線可以確定組成分子元素
B、紅外光譜法是用高能電子流等轟擊樣品分子，使分子失去電子變成帶正電荷的分子離子和碎片離子等微粒
C、質譜法具有快速、微量、精確的測定有機物相對分子質量的物理方法
D、通過紅外光譜法可以測知有機物所含的官能團
B
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。
二、多樣的分子空間結構
1、單原子分子(主要指稀有氣體)：不存在分子的空間結構問題。
2、雙原子分子的空間結構：直線形，例如O2、HCl等。
O2
HCl
化學式 電子式 結構式 鍵角 分子的空間結構模型 空間結構
空間填充模型 球棍模型
CO2
H2O
O=C=O
180°
直線形
V形
105°
3、三原子分子的空間結構：直線形或V形
化學式 電子式 結構式 鍵角 分子的空間結構模型 空間結構
空間填充模型 球棍模型
甲醛CH2O
NH3
4、四原子分子的空間結構：平面三角形或三角錐形
平面三角形
三角錐形
107°
BF3
平面正三角形
120°
四原子分子的其他空間結構
乙炔 H-C≡C-H
直線形
鍵角180°
白磷P4
正四面體形
60°
H2O2 H-O-O-H
H2O2分子不是直線形，兩個H原子猶如在半展開的書的兩頁上，兩個氧原子則在書的夾縫上。
5、五原子分子的空間結構：四面體形
化學式 電子式 結構式 鍵角 分子的空間結構模型 空間結構
空間填充模型 球棍模型
CH4
正四面體形
CH4、CX4和SiH4分子的空間結構都是正四面體形，CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3則是四面體形。
109°28'
H
:
C
H
:
:
:
H
H
C6H6
C60
其他多原子分子
正八面體形
PCl5
三角雙錐形
分子空間結構與其穩定性有關。
又如，椅式C6H12 比 船式 C6H12穩定。
108°
例如，S8像頂皇冠，如果把其中一個向上的硫原子倒轉向下，盡管也可以存在，卻不如皇冠式穩定。
問題：根據元素周期律并結合本節所學知識，你能推斷出PCl3、SiCl4分子的空間結構嗎？
等電子體原理：
原子總數、價電子總數相同的分子或離子具有相似的化學鍵特征，形成分子的空間結構相似。
①同主族變換：如CO2與CS2、CF4與CCl4的等電子體。
②左右移位補償：如N2與CO，CO32-、NO3-與SO3是等電子體。
PCl3分子的空間結構為三角錐形，SiCl4分子的空間結構為正四面體形。
下列說法正確的是( )
A．CS2分子的立體構型是V形
B．NF3分子的立體構型是四面體形
C．鍵長、鍵角不同是導致分子構型不同的主要原因
D．正四面體形分子一定是五原子分子
C

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