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第二章 分子結構與性質
第二節 分子的空間結構
課時一 多樣分子的空間結構及測定
學習目標
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;能說明紅外光譜等實驗手段在物質結構研究中的應用。
2、結合實例了解共價分子具有特定的空間結構，體會共價分子的多樣性和復雜性。能借助實物模型等建立對分子的空間結構的直觀認識。
思考
01
C60
02
金剛石
03
S8
科學家是怎么知道分子結構的呢？
分子空間結構的測定
01
分子空間結構的測定
李比希
凱庫勒
01
分子空間結構的測定
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
分子結構
推測
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、質譜法、晶體X射線衍射(下一章講)等
測定
01
分子空間結構的測定
紅外光譜儀
01
分子空間結構的測定
實驗室的儀器——紅外光譜儀的價格
國產—傅里葉紅外光譜儀
14.5萬
進口—XDS RLA近紅外光譜儀
50萬-100萬
分子中的原子不是固定不動的，而是不斷地振動著的。原子與原子結合依靠的是原子間的化學鍵，這些化學鍵就像彈簧，通過震動來化解原子間的伸縮振動，從而保持物質的狀態。
01
分子空間結構的測定
可近似地看成諧振子的簡諧振動
乙醛分子空間結構模型
分子的空間結構是分子中的原子處于平衡位置時的模型
方法一：紅外光譜測定法
測定分子的化學鍵和官能團
01
分子空間結構的測定
紅外光譜儀原理示意圖
當一束紅外線透過分子時，分子會吸收跟它的某些 的振動頻率相同的紅外線，再記錄到圖譜上呈現 。通過和已有 比對，或通過 計算，可以得知各吸收峰是由哪種 、哪種 方式引起的，綜合這些信息，可分析分子中含有何種 或 的信息
化學鍵
吸收峰
譜圖庫
量子化學
化學鍵
振動
化學鍵
官能團
方法一：紅外光譜測定法
01
分子空間結構的測定
思考討論
某未知物分子式為C2H6O，根據共價鍵成鍵數目規律，寫出可能的結構式，并根據紅外光譜確定結構
【思考】
用什么辦法確定呢？？
紅外光譜
01
分子空間結構的測定
某未知物的紅外光譜
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
01
分子空間結構的測定
方法二：質譜法
測定分子的相對分子質量
樣品源分子在離子化室失去電子，會碎裂成不同大小碎片的分子和離子，在加速盤會因為質量與所帶電荷比值（質荷比）不同而依次進入離子捕集器，采集放大離子信號，記錄質譜圖
01
分子空間結構的測定
縱坐標是相對豐度（與粒子的濃度成正比）
橫坐標是粒子的相對質量與其電荷數之比（ )，簡稱質荷比。
m
z
相對分子質量＝最大質荷比
（原子數目不變，只失去一個電子）
被測物的相對分子質量是92，該物質是甲苯（C6H5CH3)
01
分子空間結構的測定
思考討論
某有機化合物A的紅外光譜和質譜圖如下圖所示，由此可判斷該有機化合物A是 (　 　 )
CH3OH
01
分子空間結構的測定
【例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
01
分子空間結構的測定
【例2】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。其方法是讓極少量(10－9 g左右)的化合物通過質譜儀的離子化室使樣品分子大量離子化，少量分子碎裂成更小的離子。如C2H6離子化后可得到 ……然后測定其質荷比β。設H＋的質荷比為1，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
多樣的分子空間結構
02
多樣的分子空間結構
神州十二號俯瞰地球
02
多樣的分子空間結構
DNA分子雙螺旋結構
02
多樣的分子空間結構
石墨
C60
02
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
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
180
直線形
02
多樣的分子空間結構
H2O
105
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
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
V形
02
多樣的分子空間結構
四原子分子
化學式
電子式
分子的空間結構模型
結構式
CH2O
NH3
鍵角
120
107
三角錐形
平面三角形
02
多樣的分子空間結構
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
CCl4
109°28′
109°28′
正四面
體形
正四面
體形
02
多樣的分子空間結構
其他多原子分子的空間結構
P4O6
SF6
P4
P4O10
C60
S8
椅式C6H12
船式C6H12
02
多樣的分子空間結構
思考討論
1、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？
NH3分子的空間結構為三角錐形，CCl4分子的空間結構為正四面體形，根據同族元素原子的最外層電子排布相同，形成分子的空間結構相似可以進行推斷。PCl3、SiCl4分子的空間結構分別為三角錐形、正四面體形。
02
多樣的分子空間結構
思考討論
1、CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等五原子分子都是正四面體形結構嗎
不是，由于碳原子所連的四個原子不相同，使四個鍵的鍵長、鍵角不全相等，所以并不是正四面體形結構。
02
多樣的分子空間結構
【例1】下列分子的空間結構模型正確的是( )
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
02
多樣的分子空間結構
【例2】(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_______。
V形
直線形
(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
02
多樣的分子空間結構
美麗的化學結構
——換一種方式打開化學世界
腺嘌呤晶體
五葉結分子
綠寶石晶體
準晶
DNA
病毒
DNA宇宙飛船
左翼尾翼右翼
課堂小結
03
課堂小結
多樣分子的空間結構及測定
分子結構的測定
多樣的分子空間結構
方法
儀器
三原子分子
四原子分子
五原子分子
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
紅外光譜儀：可分析分子中含有
何種化學鍵或官能團的信息
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
質譜儀：測定分子的相對分子質量
其他多原子分子的空間結構
課堂練習
04
課堂練習
1.下列說法中不正確的是( )
A.測定分子結構的現代儀器和方法有紅外光譜、晶體X射線衍射等
B.紅外光譜屬于原子光譜中的吸收光譜
C.紅外光譜可測定分子中含有化學鍵或官能團的信息
D.當紅外光束透過分子時，分子會吸收與它的某些化學鍵的振動頻率相同的紅外線
B
04
課堂練習
2.下列說法錯誤的是（ ）
A.核磁共振氫譜圖上可以推知有機物分子中有幾種不同類型的氫原子及他們的數目比
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、精確的特點
D.通過紅外光譜法可以測知有機物所含的官能團
B
04
課堂練習
3.下列分子的空間結構與分子中共價鍵鍵角對應不正確的是 ( )
A.V形：105°
B.平面正三角形：120°
C.三角錐形：109°28'
D.正四面體形：109°28'
C
04
課堂練習
4.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
04
課堂練習
5.下列敘述正確的是 (　 　)
A. NH3分子中N原子處在3個H原子所組成的三角形的中心
B. CCl4分子中C原子處在4個Cl原子所組成的正方形的中心
C. H2O分子中O原子不處在2個H原子所連成的直線的中央
D. CO2分子中C原子不處在2個O原子所連成的直線的中央
C
04
課堂練習
6.下列對HClO分子結構的描述，正確的是
A．O原子發生sp雜化
B．O原子與H、Cl都形成σ鍵
C．該分子為直線形分子
D．HClO分子的結構式是：H-Cl-O
B
04
課堂練習
7. NaBH4是常見的還原劑，可通過如下反應制備。下列說法錯誤的是
A．該反應在無水環境下進行
B．該反應是氧化還原反應
C．元素的第一電離能： O>C>Na
D．BH4-的空間構型為正四面體形
B
04
課堂練習
【詳解】A．NaH會和水反應，故該反應在無水環境下進行，A正確；
B．該反應中不存在元素化合價的改變，不是氧化還原反應，B錯誤；
C．同一主族隨原子序數變大，原子半徑變大，第一電離能變小；同一周期隨著原子序數變大，第一電離能變大，元素的第一電離能：O>C>Na，C正確；
D．BH4-中B形成4個共價鍵，為sp3雜化，空間構型為正四面體形，D正確；
故選B。
04
課堂練習
8.OF2是良好的氧化劑和氟化劑，可通過反應制備，下列說法正確的是
A．F2的電子式為F∶F
B．OF2是直線形分子
C．NaF是共價化合物
D．NaOH含有離子鍵和極性共價鍵
D
04
課堂練習
【詳解】A．F2的電子式為 ，A錯誤；
B．OF2中的O原子為sp3雜化，且存在2對孤對電子，為V形結構，B錯誤；
C．NaF是鈉離子和氟離子形成的離子化合物，C錯誤；
D．NaOH是鈉離子和氫氧根離子構成的離子化合物，氫氧根中存在氫氧極性共價鍵，故含有離子鍵和極性共價鍵，D正確；
04
課堂練習
9．短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序數依次增大，基態 Y 原子有3個未成對電子，基態Z原子的價電子數等于其電子層數，這四種元素可形成離子化合物| [YW4]+[ZW4]-下列敘述正確的是
A．氧化性：Y2>W2
B．電負性：Y>X>Z
C．YW3的空間結構為平面三角形
D．第一電離能：YB
04
課堂練習
【分析】短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序數依次增大，基態 Y 原子有3個未成對電子，Y為氮；能形成離子[YW4]+，則X為氫；基態Z原子的價電子數等于其電子層數，則其為13號元素鋁，能形成離子[ZW4]- ，則W為氯；
【詳解】A．氮氣化學性質穩定，氮氣的氧化性小于氯氣，A錯誤；
B．同周期從左到右，金屬性減弱，非金屬性變強，元素的電負性變強；同主族由上而下，金屬性增強，非金屬性逐漸減弱，元素電負性減弱；電負性：N>H>Al，，B正確；
C．NCl3中N為sp3雜化，且存在1對孤電子對，空間結構為三角錐形，C錯誤；
D．同一主族隨原子序數變大，原子半徑變大，第一電離能變小；同一周期隨著原子序數變大，第一電離能變大，且N的2p軌道為半充滿穩定狀態，第一電離能大于同周期相鄰元素，第一電離能：Cl故選B。
感謝觀看
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