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分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定與多樣性
多樣的分子空間結(jié)構(gòu)
第二章 分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
1.了解分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定方法。
2.通過(guò)對(duì)典型分子空間結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)，認(rèn)識(shí)微觀結(jié)構(gòu)對(duì)分子空間結(jié)構(gòu)的影響，了解共價(jià)分子結(jié)構(gòu)的多樣性和復(fù)雜性。
分子世界是如此異彩紛呈，美不勝收，常使人流連忘返。
肉眼不能看到的分子，那么，科學(xué)家是怎樣知道分子的結(jié)構(gòu)的呢？
一、分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定
早年科學(xué)家主要靠對(duì)物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)得出規(guī)律后進(jìn)行推測(cè)，現(xiàn)代科學(xué)家應(yīng)用了許多測(cè)定分子結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代儀器和方法，如紅外光譜、晶體X射線(xiàn)衍射以及質(zhì)譜儀等
紅外光譜儀
X射線(xiàn)衍射儀
質(zhì)譜儀
測(cè)定化學(xué)鍵或官能團(tuán)
測(cè)定鍵長(zhǎng)、鍵角等
測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量
1、紅外光譜
——測(cè)定分子的化學(xué)鍵和官能團(tuán)
分子中的原子不是固定不動(dòng)的，而是不斷地振動(dòng)著的。原子與原子結(jié)合依靠的是原子間的化學(xué)鍵，這些化學(xué)鍵就像彈簧，通過(guò)震動(dòng)來(lái)化解原子間的伸縮振動(dòng)，從而保持物質(zhì)的狀態(tài)。不同的化學(xué)鍵振動(dòng)頻率、振動(dòng)方式是不相同的。
紫外
光譜
檢測(cè)儀
紅外圖譜
光源
紅
紅外
紫
靛
藍(lán)
橙
黃
綠
紅外光譜儀
分子吸收紅外線(xiàn)
(與化學(xué)鍵振動(dòng)頻率相同)
分析出
化學(xué)鍵或官能團(tuán)
對(duì)比
量子化學(xué)計(jì)算
一束紅外線(xiàn)
透過(guò)分子
紅外圖譜
檢測(cè)儀
分子式為C2H6O
2、質(zhì)譜法測(cè)定
——測(cè)定分子的相對(duì)分子質(zhì)量
在質(zhì)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(duì)質(zhì)量，它們?cè)诟邏弘妶?chǎng)加速后，通過(guò)狹縫進(jìn)入磁場(chǎng)得以分離，在記錄儀上呈現(xiàn)一系列峰，化學(xué)家對(duì)這些峰進(jìn)行系統(tǒng)分析，便可得知樣品分子的相對(duì)分子質(zhì)量。
質(zhì)譜儀
質(zhì)譜儀原理示意圖
分析
圖譜
分子離子和
碎片離子
分子
失去電子
高壓電
場(chǎng)加速
通過(guò)狹縫進(jìn)
入磁場(chǎng)分離
記錄儀
質(zhì)譜圖
得出分子的相
對(duì)分子質(zhì)量
相對(duì)分子質(zhì)量＝最大質(zhì)荷比
質(zhì)譜儀圖
質(zhì)譜：縱坐標(biāo)表示相對(duì)豐度，橫坐標(biāo)表示粒子的相對(duì)質(zhì)量與其電荷數(shù)之比（m/z），簡(jiǎn)稱(chēng)荷質(zhì)比，化學(xué)家通過(guò)分析得知，被測(cè)物的相對(duì)分子質(zhì)量是92，該物質(zhì)是甲苯。
2.如圖有機(jī)物A質(zhì)譜圖，則A的相對(duì)分子質(zhì)量是
A.29　B.43　C.57　D.72
D
1.下列關(guān)于紅外光譜法測(cè)定分子結(jié)構(gòu)的說(shuō)法中，不正確的是(　）
A.紅外線(xiàn)透過(guò)分子時(shí),分子會(huì)吸收特定頻率的紅外線(xiàn)
B.分子中原子是固定不動(dòng)的
C.紅外光譜法可初步判斷有機(jī)物分子中基團(tuán)的種類(lèi)
D.所用儀器為紅外光譜儀
B
思考與討論
1、利用幾何知識(shí)分析一下，空間分布的兩個(gè)點(diǎn)是否一定在同一直線(xiàn)？
遷移:兩個(gè)原子構(gòu)成的分子，將這2個(gè)原子看成兩個(gè)點(diǎn)
O2
HCl
2、空間分布的三個(gè)點(diǎn)是否一定在同一直線(xiàn)上？
CO2
H2O
二、多樣的分子空間結(jié)構(gòu)
在多原子構(gòu)成的分子中，由于原子間排列的空間順序不一樣，于是分子就有了原子的幾何學(xué)關(guān)系和形狀，這就是分子的空間結(jié)構(gòu)。
單原子分子(稀有氣體分子)、雙原子分子不存在空間結(jié)構(gòu)
三原子分子
化學(xué)式
電子式
分子的空間結(jié)構(gòu)模型
結(jié)構(gòu)式
鍵角
CO2
H2O
直線(xiàn)形
V形
180
105
180
105
四原子分子
化學(xué)式
電子式
分子的空間結(jié)構(gòu)模型
結(jié)構(gòu)式
CH2O
NH3
平面三角形
三角錐形
鍵角
約120
107
120
107
四原子分子其他立體構(gòu)型（直線(xiàn)形、正四面體形）
C2H2 180°
P4 60°正四面體形
BF3
平面正三角形 120°
H2O2 H-O-O-H
H2O2分子不是直線(xiàn)形，兩個(gè)H原子猶如在半展開(kāi)的書(shū)的兩頁(yè)上，兩個(gè)氧原子則在書(shū)的夾縫上。
五原子分子
化學(xué)式
電子式
分子的空間結(jié)構(gòu)模型
結(jié)構(gòu)式
CH4
CCl4
正四面體形
正四面體形
鍵角
109°28′
109°28′
其他多原子分子的空間結(jié)構(gòu)
P4
P4O6
P4O10
C60
椅式C6H12
船式C6H12
S8
SF6
分子空間結(jié)構(gòu)與其穩(wěn)定性有關(guān)
又如，椅式C6H12 比 船式 C6H12穩(wěn)定。
108°
例如，S8像頂皇冠，如果把其中一個(gè)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。
分子的空間結(jié)構(gòu)與鍵角關(guān)系的一般規(guī)律
分子類(lèi)型 鍵角 空間結(jié)構(gòu) 實(shí)例
AB2 180 直線(xiàn)形 CO2、BeCl2、CS2
＜180 V形 H2O、H2S
AB3 120 平面三角形 BF3、BCl3、CH2O
＜120 三角錐形 NH3、PH3
AB4 109 28′ 正四面體形 CH4、CCl4
C60
C70
C240
(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(jié)構(gòu)(　　)
(4)SF6分子的空間結(jié)構(gòu)為正八面體形(　　)
(5)椅式C6H12比船式C6H12穩(wěn)定(　　)
1.判斷正誤。
C
2.可以準(zhǔn)確判斷有機(jī)物分子中含有哪些官能團(tuán)的分析方法是(　　)
A．核磁共振氫譜 B．質(zhì)譜
C．紅外光譜 D．紫外光譜
×
×
×
√
√
3.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
4.下列分子的空間結(jié)構(gòu)與分子中共價(jià)鍵鍵角對(duì)應(yīng)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
5.下列物質(zhì)分子的空間結(jié)構(gòu)與CH4相同的是（ ）
A. H2O B. P4 C. NH3 D. CO2
B
B
6. (1)硫化氫(H2S)分子中，兩個(gè)H—S的夾角接近90°，說(shuō)明H2S分子的空間結(jié)構(gòu)為_(kāi)_______。
(2)二硫化碳(CS2)分子中，兩個(gè)C==S的夾角是180°，說(shuō)明CS2分子的空間結(jié)構(gòu)為_(kāi)_______。
(3)能說(shuō)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(gè)鍵之間的夾角為109°28′
b．C—H為極性共價(jià)鍵
c．4個(gè)C—H的鍵能、鍵長(zhǎng)都相等
d．二氯甲烷(CH2Cl2)只有一種(不存在同分異構(gòu)體)
V形
直線(xiàn)形
ad

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