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第二节
分子的空间结构
我国科学家屠呦呦因成功提取青蒿素而获得2015年诺贝尔生理学或医学奖。你了解青蒿素分子的组成和结构测定的方法吗？
从青蒿素的结构式中我们可以看到，青蒿素包含的原子多，原子连接关系复杂，还含有过氧键，醚键，酯基等官能团。
我国研究人员从1973年初开始测定青蒿素的组成与结构，研究工作于1976年基本结束，历时四年。
下面让我们一起看看科学家运用了怎样的手段与方法，测定出了这些肉眼看不见的分子结构。
1. 质谱——测定分子的相对分子质量
质谱仪原理示意图
在质谱仪中使分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子等粒子。由于生成的离子具有不同的相对质量，它们在高压电场加速后，通过狭缝进入磁场得以分离，在记录仪上呈现一系列峰，对这些峰进行系统分析，便可得知样品分子的相对分子质量。
质谱图
C6H5CH3+
C6H5CH2+
92
91
65
39
C5H5+
C3H3+
质荷比
对应横坐标即相对分子质量
质荷比：粒子的相对质量与其电荷数之比
质荷比最大值即为其相对分子质量
1.2002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。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
研究人员利用高分辨质谱仪测定出青蒿素的相对分子质量为282.33。元素分析结果表明，青蒿素分子中含有63.8%的C、7.9%的H和28.3%的O。结合以上数据可推知，青蒿素的分子式为__________。
C15H22O5
2. 红外光谱——分析含有的化学键或官能团
分子中的原子不是固定不动的，而是不断地振动着的。分子的空间结构是分子中的原子处于平衡位置时的模型。分子振动需要能量，所以当一束红外线透过分子时，分子会吸收跟它的某些化学键的振动频率相同的红外线，记录到图谱上呈现吸收峰。
检测仪
样品
棱镜
光源
光谱
红
橙
黄
绿
蓝
靛
紫
紫外
红外
红外图谱
分子吸收跟它某些化学键振动频率相同的红外线
这些吸收峰和化学键种类、振动方式是有对应关系的，利用这种关系，就可以分析出分子中含有的化学键和官能团信息。
例如未知物分子式为C2H6O，它的红外光谱如下图所示，那它是乙醇（CH3CH2OH）还是二甲醚（CH3OCH3）
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。
故该未知物为乙醇CH3CH2OH 。
2.如图所示是某分子式为C4H8O2的有机物的红外光谱图，则该有机物可能
为( 　 )
A．CH3COOCH2CH3
B．CH3CH2CH2COOH
C．HCOOCH2CH2CH3 D．(CH3)2CHCH2COOH
A
3．下列说法中不正确的是(　　)
A．可用光谱仪鉴定元素
B．可用红外光谱仪判断分子的结构
C．可用质谱仪确定分子的相对分子质量
D．可用焰色试验确定所有金属
D
二、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
O2
HCl
1. 三原子分子空间结构
直线形 和 V形(角形)
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
直线形
180
H2O
V形
105
2. 四原子分子空间结构
平面三角形和三角锥形等
四原子分子
化学式
电子式
分子的空间结构模型
结构式
键角
CH2O
平面三角形
120
NH3
三角锥形
107
3. 五原子分子空间结构
最常见的是四面体形
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
正四面体形
109°28′
CCl4
正四面体形
109°28′
一些分子的空间结构模型
【资料卡片】P44
P4 正四面体
P4O6
P4O10
C60 足球烯
船式C6H12
椅式C6H12
S8 皇冠形
SF6 正八面体
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
4.下列物质中，分子的空间结构与氨分子相似的是
A. CO2 B. H2S
C. PCl3 D. SiCl4
C

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