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第二節
分子的空間結構
我國科學家屠呦呦因成功提取青蒿素而獲得2015年諾貝爾生理學或醫學獎。你了解青蒿素分子的組成和結構測定的方法嗎？
從青蒿素的結構式中我們可以看到，青蒿素包含的原子多，原子連接關系復雜，還含有過氧鍵，醚鍵，酯基等官能團。
我國研究人員從1973年初開始測定青蒿素的組成與結構，研究工作于1976年基本結束，歷時四年。
下面讓我們一起看看科學家運用了怎樣的手段與方法，測定出了這些肉眼看不見的分子結構。
1. 質譜——測定分子的相對分子質量
質譜儀原理示意圖
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，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。
質譜圖
C6H5CH3+
C6H5CH2+
92
91
65
39
C5H5+
C3H3+
質荷比
對應橫坐標即相對分子質量
質荷比：粒子的相對質量與其電荷數之比
質荷比最大值即為其相對分子質量
1.2002年諾貝爾化學獎獲得者的貢獻之一是發明了對有機分子的結構進行分析的質譜法。某有機物樣品的質荷比如圖(假設離子均帶一個單位正電荷，信號強度與該離子多少有關)，則該有機物可能( )
A. CH3OH B . C3H8
C . C2H4 D . CH4
D
研究人員利用高分辨質譜儀測定出青蒿素的相對分子質量為282.33。元素分析結果表明，青蒿素分子中含有63.8%的C、7.9%的H和28.3%的O。結合以上數據可推知，青蒿素的分子式為__________。
C15H22O5
2. 紅外光譜——分析含有的化學鍵或官能團
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。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。
檢測儀
樣品
棱鏡
光源
光譜
紅
橙
黃
綠
藍
靛
紫
紫外
紅外
紅外圖譜
分子吸收跟它某些化學鍵振動頻率相同的紅外線
這些吸收峰和化學鍵種類、振動方式是有對應關系的，利用這種關系，就可以分析出分子中含有的化學鍵和官能團信息。
例如未知物分子式為C2H6O，它的紅外光譜如下圖所示，那它是乙醇（CH3CH2OH）還是二甲醚（CH3OCH3）
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。
故該未知物為乙醇CH3CH2OH 。
2.如圖所示是某分子式為C4H8O2的有機物的紅外光譜圖，則該有機物可能
為( 　 )
A．CH3COOCH2CH3
B．CH3CH2CH2COOH
C．HCOOCH2CH2CH3 D．(CH3)2CHCH2COOH
A
3．下列說法中不正確的是(　　)
A．可用光譜儀鑒定元素
B．可用紅外光譜儀判斷分子的結構
C．可用質譜儀確定分子的相對分子質量
D．可用焰色試驗確定所有金屬
D
二、多樣的分子空間結構
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。
單原子分子(稀有氣體分子)、雙原子分子不存在空間結構
O2
HCl
1. 三原子分子空間結構
直線形 和 V形(角形)
三原子分子
化學式
電子式
分子的空間結構模型
結構式
鍵角
CO2
O=C=O
直線形
180
H2O
V形
105
2. 四原子分子空間結構
平面三角形和三角錐形等
四原子分子
化學式
電子式
分子的空間結構模型
結構式
鍵角
CH2O
平面三角形
120
NH3
三角錐形
107
3. 五原子分子空間結構
最常見的是四面體形
五原子分子
化學式
電子式
分子的空間結構模型
結構式
鍵角
CH4
正四面體形
109°28′
CCl4
正四面體形
109°28′
一些分子的空間結構模型
【資料卡片】P44
P4 正四面體
P4O6
P4O10
C60 足球烯
船式C6H12
椅式C6H12
S8 皇冠形
SF6 正八面體
3.能說明CH4分子不是平面四邊形，而是正四面體結構的是 ( )
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)
AD
4.下列物質中，分子的空間結構與氨分子相似的是
A. CO2 B. H2S
C. PCl3 D. SiCl4
C

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