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第二章 分子結構與性質
第二節 分子的空間結構 課時1
1.知道分子的結構是可以測定的，紅外光譜技術是測定物質結構的基本方法；
2.能說明紅外光譜等實驗手段在物質結構研究中的應用；
3.結合實例了解共價分子具有特定的空間結構。
分子式為C2H6O的物質有兩種有可能的分子結構：
乙醇
二甲醚
怎么利用現代儀器鑒定有機物中的羥基官能團呢？
一、分子結構的測定
1.紅外光譜
分子中的原子不是固定不動的，而是處于不斷振動著的。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，再記錄到譜圖上呈現吸收峰。
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。
紫外
光譜
檢測儀
紅外圖譜
測分子體結構：紅外光譜儀→吸收峰→分析官能團、化學鍵。
光源
紅
紅外
紫
靛
藍
橙
黃
綠
透過率/%
通過紅外光譜儀測得某未知物的紅外光譜圖如上圖所示，發現有O－H、C－H、和C－O的振動吸收。因此，可以初步推測該未知物中含有羥基（－OH）。
化學式：C2H6O
乙醇 CH3CH2OH 二甲醚 CH3OCH3
質譜儀
現代化學常利用質譜儀（如上圖）測定分子的相對分子質量。
科學·技術·社會
用質譜法測定分子的相對分子質量
樣品源
真空泵
放大器
記錄器
磁場
離子化室
加速盤及狹縫
電子流
狹縫
離子捕獲器
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。
化學家對這些峰進行系統分析，便可得知樣品分子的相對分子質量。
質譜儀原理示意圖
質譜：縱坐標表示相對豐度，橫坐標表示粒子的相對質量與其電荷數之比（m/z），簡稱荷質比，化學家通過分析得知，被測物的相對分子質量是92，該物質是甲苯。
【例】某有機化合物樣品的質譜圖如右圖所示，則該有機化合物可能是（ ）
A.甲醇 B.甲烷
C.乙烷 D.乙烯
相對豐度/%
100
80
60
40
20
0
10
15
質荷比
B
二、多樣的分子空間結構
[思考]在H2、O2、HCl這樣的雙原子分子中存在分子的空間結構問題嗎？何謂“分子的空間結構”？
HCl
H2
O2
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。
1.三原子(AB2型)分子的空間結構
CO2
H2O
①直線形
結構式
②V形
分子的空間結構模型
O=C=O
180°
105°
O
H
H
2.四原子(AB3型)分子的空間結構
大多數四原子分子采取平面三角形和三角錐形兩種空間結構。
107°
甲醛（CH2O）
氨（NH3）
①平面三角形
②三角錐形
120°
結構式
分子的空間結構模型
P4 正四面體形
BF3
平面正三角形
C2H2 直線形
③四原子分子其他立體構型（直線形、正四面體形）
60°
120°
180°
3.五原子(AB4型)分子的空間結構
[思考]五原子分子都是正四面體結構嗎？
不是，如CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等，雖為四面體結構，但由于碳原子所連的四個原子不相同，四個原子電子云的排斥力不同，使四個鍵的鍵角不全相等，所以并不是正四面體結構。
甲烷(CH4)
109°28′
①正四面體形
結構式
分子的空間結構模型
P4
P4O6
P4O10
C60
椅式C6H12
船式C6H12
S8
SF6
分子空間結構與其穩定性有關。如上圖中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；又如，椅式C6H12比船式C6H12穩定。
4.其他多原子分子
1.判斷正誤。
(1)四原子分子一定都是平面三角形或三角錐形(　　)
(2)正四面體形的鍵角均為109°28′(　　)
(3)SiCl4、SiH4、NH、CH3Cl均為正四面體結構(　　)
(4)SF6分子的空間結構為正八面體形(　　)
(5)椅式C6H12比船式C6H12穩定(　　)
[練一練]
3.下列分子的空間結構模型正確的是(　　)
2.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
A．CO2的空間結構模型：
B．H2O的空間結構模型：
C．NH3的空間結構模型：
D．CH4的空間結構模型：
D
4. (1)硫化氫(H2S)分子中，兩個H—S的夾角接近90°，說明H2S分子的空間結構為________。
(2)二硫化碳(CS2)分子中，兩個C==S的夾角是180°，說明CS2分子的空間結構為________。
(3)能說明CH4分子不是平面四邊形，而是正四面體結構的是__________(填字母)。
a．兩個鍵之間的夾角為109°28′
b．C—H為極性共價鍵
c．4個C—H的鍵能、鍵長都相等
d．二氯甲烷(CH2Cl2)只有一種(不存在同分異構體)
V形
直線形
ad
分子結構的測定
紅外光譜——化學鍵或官能團
質譜——相對分子質量
多樣的分子空間結構
三原子分子：CO2——直線形，H2O——V形
四原子分子：甲醛——平面三角形，氨——三角錐形
五原子分子：CH4——正四面體形

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