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第二章 分子结构与性质
第二节 分子的空间结构
课时一 多样分子的空间结构及测定
学习目标
1、知道分子的结构是可以测定的，红外光谱技术是测定物质结构的基本方法;能说明红外光谱等实验手段在物质结构研究中的应用。
2、结合实例了解共价分子具有特定的空间结构，体会共价分子的多样性和复杂性。能借助实物模型等建立对分子的空间结构的直观认识。
思考
01
C60
02
金刚石
03
S8
科学家是怎么知道分子结构的呢？
分子空间结构的测定
01
分子空间结构的测定
李比希
凯库勒
01
分子空间结构的测定
早年的科学家主要靠对物质的化学性质进行系统总结得出规律
分子结构
推测
如今，科学家应用了许多测定分子结构的现代仪器和方法，如红外光谱、质谱法、晶体X射线衍射(下一章讲)等
测定
01
分子空间结构的测定
红外光谱仪
01
分子空间结构的测定
实验室的仪器——红外光谱仪的价格
国产—傅里叶红外光谱仪
14.5万
进口—XDS RLA近红外光谱仪
50万-100万
分子中的原子不是固定不动的，而是不断地振动着的。原子与原子结合依靠的是原子间的化学键，这些化学键就像弹簧，通过震动来化解原子间的伸缩振动，从而保持物质的状态。
01
分子空间结构的测定
可近似地看成谐振子的简谐振动
乙醛分子空间结构模型
分子的空间结构是分子中的原子处于平衡位置时的模型
方法一：红外光谱测定法
测定分子的化学键和官能团
01
分子空间结构的测定
红外光谱仪原理示意图
当一束红外线透过分子时，分子会吸收跟它的某些 的振动频率相同的红外线，再记录到图谱上呈现 。通过和已有 比对，或通过 计算，可以得知各吸收峰是由哪种 、哪种 方式引起的，综合这些信息，可分析分子中含有何种 或 的信息
化学键
吸收峰
谱图库
量子化学
化学键
振动
化学键
官能团
方法一：红外光谱测定法
01
分子空间结构的测定
思考讨论
某未知物分子式为C2H6O，根据共价键成键数目规律，写出可能的结构式，并根据红外光谱确定结构
【思考】
用什么办法确定呢？？
红外光谱
01
分子空间结构的测定
某未知物的红外光谱
通过红外光谱图，发现未知物中含有O-H、C-H和C-O的振动吸收，可初步推测该未知物中含有羟基
01
分子空间结构的测定
方法二：质谱法
测定分子的相对分子质量
样品源分子在离子化室失去电子，会碎裂成不同大小碎片的分子和离子，在加速盘会因为质量与所带电荷比值（质荷比）不同而依次进入离子捕集器，采集放大离子信号，记录质谱图
01
分子空间结构的测定
纵坐标是相对丰度（与粒子的浓度成正比）
横坐标是粒子的相对质量与其电荷数之比（ )，简称质荷比。
m
z
相对分子质量＝最大质荷比
（原子数目不变，只失去一个电子）
被测物的相对分子质量是92，该物质是甲苯（C6H5CH3)
01
分子空间结构的测定
思考讨论
某有机化合物A的红外光谱和质谱图如下图所示，由此可判断该有机化合物A是 (　 　 )
CH3OH
01
分子空间结构的测定
【例1】可以准确判断有机物分子中含有哪些官能团的分析方法是( )
A.核磁共振氢谱
B.质谱
C.红外光谱
D.紫外光谱
C
01
分子空间结构的测定
【例2】2002年诺贝尔化学奖获得者的贡献之一是发明了对有机分子的结构进行分析的质谱法。其方法是让极少量(10－9 g左右)的化合物通过质谱仪的离子化室使样品分子大量离子化，少量分子碎裂成更小的离子。如C2H6离子化后可得到 ……然后测定其质荷比β。设H＋的质荷比为1，某有机物样品的质荷比如图(假设离子均带一个单位正电荷，信号强度与该离子多少有关)，则该有机物可能( )
A.CH3OH
B.C3H8
C.C2H4
D.CH4
D
多样的分子空间结构
02
多样的分子空间结构
神州十二号俯瞰地球
02
多样的分子空间结构
DNA分子双螺旋结构
02
多样的分子空间结构
石墨
C60
02
多样的分子空间结构
大多数分子是由两个以上原子构成的，于是分子就有了原子的几何学关系和形状，这就是分子的空间结构。
单原子分子(稀有气体分子)、双原子分子不存在空间结构
三原子分子
化学式
电子式
分子的空间结构模型
结构式
键角
CO2
O=C=O
180
直线形
02
多样的分子空间结构
H2O
105
大多数分子是由两个以上原子构成的，于是分子就有了原子的几何学关系和形状，这就是分子的空间结构。
单原子分子(稀有气体分子)、双原子分子不存在空间结构
三原子分子
化学式
电子式
分子的空间结构模型
结构式
键角
V形
02
多样的分子空间结构
四原子分子
化学式
电子式
分子的空间结构模型
结构式
CH2O
NH3
键角
120
107
三角锥形
平面三角形
02
多样的分子空间结构
五原子分子
化学式
电子式
分子的空间结构模型
结构式
键角
CH4
CCl4
109°28′
109°28′
正四面
体形
正四面
体形
02
多样的分子空间结构
其他多原子分子的空间结构
P4O6
SF6
P4
P4O10
C60
S8
椅式C6H12
船式C6H12
02
多样的分子空间结构
思考讨论
1、根据元素周期律并结合本节所学知识，你能推断出PCl3、SiCl4分子的空间结构吗？
NH3分子的空间结构为三角锥形，CCl4分子的空间结构为正四面体形，根据同族元素原子的最外层电子排布相同，形成分子的空间结构相似可以进行推断。PCl3、SiCl4分子的空间结构分别为三角锥形、正四面体形。
02
多样的分子空间结构
思考讨论
1、CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等五原子分子都是正四面体形结构吗
不是，由于碳原子所连的四个原子不相同，使四个键的键长、键角不全相等，所以并不是正四面体形结构。
02
多样的分子空间结构
【例1】下列分子的空间结构模型正确的是( )
A.CO2的空间结构模型：
　　
B.H2O的空间结构模型：
C.NH3的空间结构模型：
　　
D.CH4的空间结构模型：
D
02
多样的分子空间结构
【例2】(1)硫化氢(H2S)分子中，两个H—S的夹角接近90°，说明H2S分子的空间结构为______。
(2)二硫化碳(CS2)分子中，两个C==S的夹角是180°，说明CS2分子的空间结构为_______。
V形
直线形
(3)能说明CH4分子不是平面四边形，而是正四面体结构的是_________。
a.两个键之间的夹角为109°28′
b.C—H为极性共价键
c.4个C—H的键能、键长都相等
d.二氯甲烷(CH2Cl2)只有一种(不存在同分异构体)
ad
02
多样的分子空间结构
美丽的化学结构
——换一种方式打开化学世界
腺嘌呤晶体
五叶结分子
绿宝石晶体
准晶
DNA
病毒
DNA宇宙飞船
左翼尾翼右翼
课堂小结
03
课堂小结
多样分子的空间结构及测定
分子结构的测定
多样的分子空间结构
方法
仪器
三原子分子
四原子分子
五原子分子
早年科学家主要靠对物质的化学性质进行系统总结得出规律后进行推测
红外光谱仪：可分析分子中含有
何种化学键或官能团的信息
现代科学家应用了许多测定分子结构的现代仪器和方法，如红外光谱 、晶体X射线衍射等
质谱仪：测定分子的相对分子质量
其他多原子分子的空间结构
课堂练习
04
课堂练习
1.下列说法中不正确的是( )
A.测定分子结构的现代仪器和方法有红外光谱、晶体X射线衍射等
B.红外光谱属于原子光谱中的吸收光谱
C.红外光谱可测定分子中含有化学键或官能团的信息
D.当红外光束透过分子时，分子会吸收与它的某些化学键的振动频率相同的红外线
B
04
课堂练习
2.下列说法错误的是（ ）
A.核磁共振氢谱图上可以推知有机物分子中有几种不同类型的氢原子及他们的数目比
B.红外光谱法是用高能电子流等轰击样品分子，使分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子等微粒
C.质谱法具有快速、微量、精确的特点
D.通过红外光谱法可以测知有机物所含的官能团
B
04
课堂练习
3.下列分子的空间结构与分子中共价键键角对应不正确的是 ( )
A.V形：105°
B.平面正三角形：120°
C.三角锥形：109°28'
D.正四面体形：109°28'
C
04
课堂练习
4.下列说法正确的是( )
A．CS2分子的立体构型是V形
B．NF3分子的立体构型是四面体形
C．键长、键角不同是导致分子构型不同的主要原因
D．正四面体形分子一定是五原子分子
C
04
课堂练习
5.下列叙述正确的是 (　 　)
A. NH3分子中N原子处在3个H原子所组成的三角形的中心
B. CCl4分子中C原子处在4个Cl原子所组成的正方形的中心
C. H2O分子中O原子不处在2个H原子所连成的直线的中央
D. CO2分子中C原子不处在2个O原子所连成的直线的中央
C
04
课堂练习
6.下列对HClO分子结构的描述，正确的是
A．O原子发生sp杂化
B．O原子与H、Cl都形成σ键
C．该分子为直线形分子
D．HClO分子的结构式是：H-Cl-O
B
04
课堂练习
7. NaBH4是常见的还原剂，可通过如下反应制备。下列说法错误的是
A．该反应在无水环境下进行
B．该反应是氧化还原反应
C．元素的第一电离能： O>C>Na
D．BH4-的空间构型为正四面体形
B
04
课堂练习
【详解】A．NaH会和水反应，故该反应在无水环境下进行，A正确；
B．该反应中不存在元素化合价的改变，不是氧化还原反应，B错误；
C．同一主族随原子序数变大，原子半径变大，第一电离能变小；同一周期随着原子序数变大，第一电离能变大，元素的第一电离能：O>C>Na，C正确；
D．BH4-中B形成4个共价键，为sp3杂化，空间构型为正四面体形，D正确；
故选B。
04
课堂练习
8.OF2是良好的氧化剂和氟化剂，可通过反应制备，下列说法正确的是
A．F2的电子式为F∶F
B．OF2是直线形分子
C．NaF是共价化合物
D．NaOH含有离子键和极性共价键
D
04
课堂练习
【详解】A．F2的电子式为 ，A错误；
B．OF2中的O原子为sp3杂化，且存在2对孤对电子，为V形结构，B错误；
C．NaF是钠离子和氟离子形成的离子化合物，C错误；
D．NaOH是钠离子和氢氧根离子构成的离子化合物，氢氧根中存在氢氧极性共价键，故含有离子键和极性共价键，D正确；
04
课堂练习
9．短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大，基态 Y 原子有3个未成对电子，基态Z原子的价电子数等于其电子层数，这四种元素可形成离子化合物| [YW4]+[ZW4]-下列叙述正确的是
A．氧化性：Y2>W2
B．电负性：Y>X>Z
C．YW3的空间结构为平面三角形
D．第一电离能：YB
04
课堂练习
【分析】短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大，基态 Y 原子有3个未成对电子，Y为氮；能形成离子[YW4]+，则X为氢；基态Z原子的价电子数等于其电子层数，则其为13号元素铝，能形成离子[ZW4]- ，则W为氯；
【详解】A．氮气化学性质稳定，氮气的氧化性小于氯气，A错误；
B．同周期从左到右，金属性减弱，非金属性变强，元素的电负性变强；同主族由上而下，金属性增强，非金属性逐渐减弱，元素电负性减弱；电负性：N>H>Al，，B正确；
C．NCl3中N为sp3杂化，且存在1对孤电子对，空间结构为三角锥形，C错误；
D．同一主族随原子序数变大，原子半径变大，第一电离能变小；同一周期随着原子序数变大，第一电离能变大，且N的2p轨道为半充满稳定状态，第一电离能大于同周期相邻元素，第一电离能：Cl故选B。
感谢观看
THANK YOU

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