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第二節(jié) 分子的空間結(jié)構(gòu)
第二章 分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
第1課時 多樣分子的空間結(jié)構(gòu)及測定
學(xué)習(xí)目標
1、知道分子的結(jié)構(gòu)是可以測定的，紅外光譜技術(shù)是測定物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本方法；能說明紅外光譜等實驗手段在物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究中的應(yīng)用。
2、結(jié)合實例了解共價分子具有特定的空間結(jié)構(gòu)，體會共價分子的多樣性和復(fù)雜性。能借助實物模型等建立對分子的空間結(jié)構(gòu)的直觀認識。
美麗的化學(xué)結(jié)構(gòu)
——換一種方式打開化學(xué)世界
腺嘌呤晶體
五葉結(jié)分子
綠寶石晶體
準晶
DNA
病毒
DNA宇宙飛船
左翼尾翼右翼
分子的世界形形色色，異彩紛呈，美不勝收，常使人流連忘返。肉眼不能看到分子，那么，科學(xué)家是怎樣知道分子的結(jié)構(gòu)的呢？
1．分子結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代測定方法
化學(xué)方法：
物理方法：
依據(jù)官能團特征反應(yīng)
紅外光譜、質(zhì)譜、晶體X射線衍射、紫外光譜、核磁共振氫譜等
困難：化合物結(jié)構(gòu)復(fù)雜的，耗時
優(yōu)勢：微量、快速、準確、信息量大
一、分子結(jié)構(gòu)的測定
測定化學(xué)鍵或官能團
測定相對分子質(zhì)量
紅外光譜儀
質(zhì)譜儀
X射線衍射儀
測定鍵長、鍵角等
2．紅外光譜
(1)原理
當(dāng)一束紅外線透過分子時，分子會吸收跟它的某些化學(xué)鍵的振動頻率相同的紅外線，記錄到圖譜上呈現(xiàn)吸收峰。
紅外光譜儀
紅外光譜圖
(2)紅外光譜儀原理示意圖
光源
棱鏡
紅
黃
藍
紫
光譜
橙
綠
靛
樣品
檢測儀
紅外圖譜
紫外
紅外
(3)示例
下圖是有機物A(C2H6O)的紅外光譜譜圖，從圖中能獲得哪些信息？
(4)功能
判斷分子中含有的化學(xué)鍵和官能團。
3．質(zhì)譜法
(1)原理
待測物
分子離子碎片離子
電場加速
磁場偏轉(zhuǎn)
質(zhì)譜圖
高能電子流轟擊
質(zhì)譜儀
(2)質(zhì)譜儀原理示意圖
(3)示例
甲苯分子的質(zhì)譜圖
確定相對分子質(zhì)量
最大
質(zhì)荷比
質(zhì)譜圖
質(zhì)荷比：分子離子與碎片離子的相對質(zhì)量與其電荷的比值
譜圖中質(zhì)荷比最大的就是該分子的相對分子質(zhì)量。
分子離子
碎片離子
(4)功能
測定樣品分子的相對分子質(zhì)量。
課堂練習(xí)1：某有機物A的分子式為C4H10O，紅外光譜圖如圖所示，則A的結(jié)構(gòu)簡式為（ ）
A.CH3CH2OCH2CH3
B.CH3OCH2CH2CH3
C.CH3CH2CH2CH2OH
D.(CH3)2CHOCH3
A
課堂練習(xí)2：如圖是有機物A的質(zhì)譜圖，則A的相對分子質(zhì)量是( )
A.29 B.43
C.57 D.72
D
最大質(zhì)荷比
分子空間結(jié)構(gòu)：在多原子分子中，原子的幾何學(xué)關(guān)系和形狀。
(1)雙原子分子
O2
HCl
——直線形
1. 觀察下列幾種簡單分子的空間結(jié)構(gòu)模型。
二、多樣的分子空間結(jié)構(gòu)
化學(xué)式 電子式 結(jié)構(gòu)式 鍵角 分子的空間結(jié)構(gòu)模型 空間結(jié)構(gòu)
空間充填模型 球棍模型 CO2
H2O
180°
直線形
V形(角形)
105°
(2)三原子分子的空間結(jié)構(gòu)
——直線形和V形
O==C==O
化學(xué)式 電子式 結(jié)構(gòu)式 鍵角 分子的空間結(jié)構(gòu)模型 空間結(jié)構(gòu)
空間充填模型 球棍模型 CH2O
NH3
120°
107°
平面三角形
三角錐形
(3)四原子分子的空間結(jié)構(gòu)
化學(xué)式 電子式 結(jié)構(gòu)式 鍵角 分子的空間結(jié)構(gòu)模型 空間結(jié)構(gòu)
空間充填模型 球棍模型 CH4
CCl4
(4)五原子分子的空間結(jié)構(gòu)
最常見的是四面體形
109°28′
109°28′
正四面體形
正四面體形
【小結(jié)】
分子類型 鍵角 空間結(jié)構(gòu) 實例
AB2 180 直線形 CO2、BeCl2、CS2
＜180 V形 H2O、H2S
AB3 120 平面形 BF3、CH2O
＜120 三角錐形 NH3、PH3
AB4 109 28′ 正四面體形 CH4、CCl4
2.多樣的分子空間結(jié)構(gòu)
P4O6
SF6
P4
P4O10
C60
S8
椅式C6H12
船式C6H12
分子空間結(jié)構(gòu)與其穩(wěn)定性
S8像頂皇冠，如果把其中一個向上的硫原子倒轉(zhuǎn)向下，盡管也可以存在，卻不如皇冠式穩(wěn)定。
S—S鍵的鍵角為108°，8個S原子形成兩層，每層4個S原子。
C6H12 椅式比 船式 穩(wěn)定。
C6H12椅式
C6H12船式
1.H2O2、C2H2、白磷(P4)、BF3分子的空間結(jié)構(gòu)如圖所示，四原子分子都是平面三角形或三角錐形嗎？
提示　不是。H2O2分子的空間結(jié)構(gòu)類似于一本打開的書，兩個氧原子在兩頁書的交接處，兩個氫原子分別在翻開的書的兩頁上，稱為二面角結(jié)構(gòu)；而白磷(P4)分子是正四面體形；BF3分子是平面三角形；C2H2分子是直線形。
導(dǎo)思
C2H2
2.分子組成相似，其空間結(jié)構(gòu)就相似嗎？空間結(jié)構(gòu)相同的分子，其鍵角完全相同嗎？
提示　分子組成相似，其空間結(jié)構(gòu)不一定相似，如BF3、NH3分子的空間結(jié)構(gòu)不同；空間結(jié)構(gòu)相同的分子，其鍵角也不一定完全相同，如白磷(P4)和CH4均為正四面體形，但P4的鍵角是60°，CH4的鍵角為109°28′。
導(dǎo)思
課堂練習(xí)3：正誤判斷
(1)在①P4、②NH3、③CCl4、④CH4、⑤SO2中，分子空間結(jié)構(gòu)為正四面體形的有①③④( )
(2)正四面體形的鍵角均為109°28′( )
(3)SiCl4、SiH4、、CH3Cl均為正四面體形結(jié)構(gòu)( )
(4)SF6分子的空間結(jié)構(gòu)為正八面體形( )
√
×
×
√
課堂練習(xí)4：下列分子的空間結(jié)構(gòu)模型正確的是( )
A.CO2的空間結(jié)構(gòu)模型： 　　B.H2O的空間結(jié)構(gòu)模型：
C.NH3的空間結(jié)構(gòu)模型： 　　D.CH4的空間結(jié)構(gòu)模型：
D
課堂練習(xí)5：(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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(gòu)體)
ad
知 識 小 結(jié)
分子的空間結(jié)構(gòu)
分子結(jié)構(gòu)的測定
多樣的分子空間結(jié)構(gòu)
紅外光譜：測定化學(xué)鍵或官能團
質(zhì)譜：測定相對分子質(zhì)量
兩原子：直線形
三原子：直線形或V形
四原子：常見平面三角形、三角錐形等
五原子：常見四面體形
多原子：結(jié)構(gòu)復(fù)雜

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