高考化學(xué)專項復(fù)習(xí)：分子結(jié)構(gòu)的測定和多樣的分子空間結(jié)構(gòu)

第7課分子結(jié)構(gòu)的測定和多樣的分子空間結(jié)構(gòu)

學(xué)習(xí)目標

1.知道分子的結(jié)構(gòu)可以通過波譜等技術(shù)進行測定。

2.結(jié)合實例了解共價分子具有特定的空間結(jié)構(gòu)。

知識梳理

一、分子結(jié)構(gòu)的測定

1.早年的科學(xué)家主要靠對物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)進行系統(tǒng)總結(jié)得出規(guī)律后推測分子的結(jié)構(gòu)。

2.分子結(jié)構(gòu)測定的常用方法：紅外光譜、晶體X射線衍射

3.紅外光譜法測定分子的官能團和化學(xué)鍵

(1)測定原理：分子中的原子不是固定不動的，而是不斷地振動著的。當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組處線，再記錄到圖譜上呈現(xiàn)吸收峰。(2)測定過程

光源

光譜紅外圖譜

紅外光譜圖分析吸收峰=>與譜圖庫對比二^推斷分子所含的官能團和化學(xué)鍵

(3)紅外光譜圖：表明有機物分子中含有何種化學(xué)鍵或官能團。

(4)用途：確定官能團和化學(xué)鍵的類型。

注意：大多數(shù)已知化合物的紅外譜圖已建成數(shù)據(jù)庫，通過對比便可得到確認。

4.質(zhì)譜儀測定分子的相對質(zhì)量

(1)原理：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

不同的相對質(zhì)量，它們在高壓電場加速后，通過狹縫進入磁場得以分離，在記錄儀上呈現(xiàn)一系列峰，化學(xué)

家對這些峰進行系統(tǒng)分析，便可得知樣品分子的相對分子質(zhì)量。

(2)測定過程

（3）質(zhì)荷比：分子離子、碎片離子的相對質(zhì)量與其電荷的比值。

（4）質(zhì)譜法應(yīng)用：測定相對分子質(zhì)量,即：由于相對質(zhì)量越大的分子離子的質(zhì)荷比越大，達到檢測器需要

的時間越長，因此譜圖中的質(zhì)荷比最大（最右邊）的就是未知物的相對分子質(zhì)量，注意：當“質(zhì)”為該有機物

的相對分子質(zhì)量，“荷”為一個單位電荷時，質(zhì)荷比的最大值即為該有機物的相對分子質(zhì)量一質(zhì)譜圖中最右

邊的數(shù)據(jù)。

Oo

ffll

對+

豐O]

度8O

\

%

20304050質(zhì)荷比

二、多樣的分子空間結(jié)構(gòu)

1.三原子分子的空間結(jié)構(gòu)一直線型和V形（又稱角形）

化學(xué)式電子式結(jié)構(gòu)式鍵角空間結(jié)構(gòu)模型空間結(jié)構(gòu)名

稱

CO0二00180°直線型

2d：：c：：d

????

CD000

HO105°

20OV形

H：O：H/\(2)oo

HH

2.四原子分子常見的空間結(jié)構(gòu)一平面三角形和三角錐形

化學(xué)式電子式結(jié)構(gòu)式鍵角空間結(jié)構(gòu)模型空間結(jié)構(gòu)名

稱

CH2O：0：H約120°平面三角形

/

H:C:H0=C戔。。:

\

H

NH3HN107°三角錐形

H：N：H/|、

??HHH（0）。3。

【特別說明】四原子分子的空間結(jié)構(gòu)大多數(shù)為平面三角形和三角錐形，也有的為直線形（如C2H2）、正四面

住形（如P4）等。

3.五原子分子7相見的空間結(jié)構(gòu)一—四面體形

化學(xué)式電子式結(jié)構(gòu)式鍵角空間結(jié)構(gòu)模型空間結(jié)構(gòu)名

稱

109。28'

CH4HH正四面體形

,4\

H:C:H

HH《-*H

H

4.其他多原子分子的空間結(jié)構(gòu)

A問題一分子結(jié)構(gòu)測定的常用方法

【典例1】化學(xué)分析的手段通常有定性分析、定量分析、儀器分析等，現(xiàn)代化學(xué)中儀器分析是研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)

的基本方法和實驗手段。下列說法正確的是

A.X射線衍射技術(shù)不能用于有機化合物晶體結(jié)構(gòu)的測定

B.分析有機物的紅外光譜圖，可獲得分子中所含化學(xué)鍵或官能團個數(shù)的信息

C.核磁共振氫譜能準確測定有機物中氫元素的個數(shù)

D.質(zhì)譜法是快速、精確測定相對分子質(zhì)量的重要方法

【答案】D

【解析】A.X射線衍射技術(shù)能夠精確測定原子在晶體中的空間位置，是迄今研究分子結(jié)構(gòu)的主要技術(shù)，故

A錯誤；B.紅外光譜圖常用來測定分子中含有的化學(xué)鍵或官能團，但不能獲得分子中所含化學(xué)鍵或官能團

個數(shù)的信息，故B錯誤；C.核磁共振氫譜能夠測定有機物中氫原子的種類和數(shù)量比，不能測定有機物中氫

元素的個數(shù)，故C錯誤；D.質(zhì)譜法是快速、精確測定相對分子質(zhì)量的重要方法，故D正確；故選D。

【解題必備】1.紅外光譜確定官能團和化學(xué)鍵的類型。

2.質(zhì)譜法測定相對分子質(zhì)量，即：由于相對質(zhì)量越大的分子離子的質(zhì)荷比越大，達到檢測器需要的時間越

長，因此譜圖中的質(zhì)荷比最大（最右邊）的就是未知物的相對分子質(zhì)量，注意：當“質(zhì)”為該有機物的相對分

子質(zhì)量，“荷”為一個單位電荷時，質(zhì)荷比的最大值即為該有機物的相對分子質(zhì)量一質(zhì)譜圖中最右邊的

數(shù)據(jù)。

【變式11］隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們可以利用很多先進的方法和手段來測定有機物的組成和結(jié)構(gòu)。下列

說法不正確的是

A.李比希元素分析儀可以測定有機物的結(jié)構(gòu)簡式

B.質(zhì)譜是快速精確測定有機物相對分子質(zhì)量的重要方法

C.分析有機物的紅外光譜圖可獲得分子中所含有的化學(xué)鍵或官能團的信息

D.X射線衍射技術(shù)可用于測定有機化合物的晶體結(jié)構(gòu)

【答案】A

【解析】A.李比希元素分析儀只能確定有機物中所含的元素種類和含量，則可以確定有機物的最簡式或者

是實驗式，不能測定有機物的結(jié)構(gòu)簡式，A錯誤；B.質(zhì)譜圖中質(zhì)荷比最大的吸收峰就是該分子的相對分子

質(zhì)量，故質(zhì)譜是快速精確測定有機物相對分子質(zhì)量的重要方法，B正確；C.分析有機物的紅外光譜圖可獲

得分子中所含有的化學(xué)鍵或官能團的信息，C正確；D.X射線衍射實驗是鑒別晶體與非晶體以及測定晶體

結(jié)構(gòu)的最可靠的途徑，X射線衍射技術(shù)可用于測定有機化合物的晶體結(jié)構(gòu)，D正確；故答案為：Ao

【變式12］準確測定有機物的分子結(jié)構(gòu)，對從分子水平去認識物質(zhì)世界，推動近代有機化學(xué)的發(fā)展十分重

要。采用現(xiàn)代儀器分析方法，可以快速、準確地測定有機化合物的分子結(jié)構(gòu)例，如質(zhì)譜、紅外光譜、核磁

共振等。有機化合物A的譜圖如下，根據(jù)譜圖可推測其結(jié)構(gòu)簡式為

核磁共振氫譜圖

波數(shù)/cm?

波長/pm質(zhì)譜圖

紅外吸收光譜圖

A.CH30cH3B.CH3CH2CHOC.HC00HD.CH3CH2OH

【答案】D

【解析】由核磁共振氫譜圖可知該有機物分子中有三種不同化學(xué)環(huán)境的氫原子，符合該條件的有B、D兩個

選項，由質(zhì)譜圖可得該有機物的相對分子質(zhì)量為46,故答案選D。

A問題二常見分子的空間結(jié)構(gòu)的判斷

【典例2］下列分子的空間結(jié)構(gòu)模型或鍵角正確的是

A.CH4:109°28'B.H2s:QQ

C.NH3:120°

【答案】A

【解析】A.甲烷是正四面體結(jié)構(gòu)，碳原子在正四面體中心，鍵角為109。2&,故A正確；B.H2s是V形

結(jié)構(gòu)，不是直線形結(jié)構(gòu)，故B錯誤；C.NH3是三角錐形結(jié)構(gòu)，鍵角小于109。2&,大約為107°,故C錯誤；

D.CO2是直線形結(jié)構(gòu)，故D錯誤；故選A。

【解題必備】記住常見分子的空間結(jié)構(gòu)，可類推出相同類別物質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)。

空間結(jié)構(gòu)常見物質(zhì)

直線形BeCb、HCN、C2H2、82等

V形H,O>H2S、SO2等

平面三角形BF3、SO3等

三角錐形PH3、PCI3、NH3等

正四面體形CH4、CCL、SiHi、SiF4等

四面體形（非正四面體形）CH3C1>CH2c12、CHCb等

【變式21】下列分子的空間結(jié)構(gòu)模型正確的是

A.CO2：B.H2O：oO0

c.NH3：D.CH4：

【答案】D

【解析】A.CO2的空間結(jié)構(gòu)為直線形，A模型錯誤；B.H2O的空間結(jié)構(gòu)為V形，B模型錯誤；C.NH3

的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，C模型錯誤；D.CH4的空間結(jié)構(gòu)為正四面體形，D模型正確。答案為D。

【變式22](1)硫化氫(H2S)分子中，兩個H—S鍵的夾角接近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鍵的夾角是180。，說明CS2分子的空間結(jié)構(gòu)為0

(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0

a.兩個鍵之間的夾角為109。28'

b.C—H鍵為極性共價鍵

c.4個C—H鍵的鍵能、鍵長都相等

d.二氯甲烷(CH2cI2)只有一種(不存在同分異構(gòu)體)

【答案】(1)V形⑵直線形⑶ad

【解析】(1)兩個H—S鍵的夾角接近90。，由鍵角直接判斷分子的空間結(jié)構(gòu)為V形，故答案為：V形；

(2)兩個C=S鍵的夾角是180。，由鍵角直接判斷分子的空間結(jié)構(gòu)為直線形，故答案為：直線形；

(3)五原子分子CH4可能有平面四邊形和正四面體兩種空間結(jié)構(gòu)，不管為哪種，b、c兩項都成立，不能說明

ClH

II

CH4分子結(jié)構(gòu)；若為平面四邊形，則鍵角為90。，CH2cb有兩種：H—C—C1和Cl—C—CI;若為正四面

II

HH

體，則鍵角為109。2&,CH2c12只有一種，不存在同分異構(gòu)體，故答案為：ad。

強化訓(xùn)I練

1.現(xiàn)代化學(xué)常用的測定分子的相對分子質(zhì)量的方法是

A.質(zhì)譜法B.晶體X射線衍射法

C.核磁共振氫譜法D.紅外光譜法

【答案】A

【解析】現(xiàn)代化學(xué)常用質(zhì)譜法測定分子的相對分子質(zhì)量，故選A。

2.有①甲烷分子②氨分子③水分子④四氯化碳分子⑤二氧化碳分子，其中是正四面體結(jié)構(gòu)的是()

A.①②B.①④C.①②④D.②③④

【答案】B

【解析】CH4、CC14均為正四面體結(jié)構(gòu)；NH3是三角錐形結(jié)構(gòu)；HzO是“V”型結(jié)構(gòu)；CO2：是直線型結(jié)構(gòu),

綜上符合的為①④，答案選B。

3.下列分子結(jié)構(gòu)的空間構(gòu)型為正四面體的是

A.四氯化碳B.1,2二氯乙烯C.二氯甲烷D.氨氣

【答案】A

【解析】A.四氯化碳中心原子價層電子對數(shù)為4,中心原子上無孤電子對，空間構(gòu)型為正四面體，A正確；

B.1,2二氯乙烯中6個原子在同一平面上，空間構(gòu)型不是正四面體，B錯誤；C.二氯甲烷空間構(gòu)型是四

面體結(jié)構(gòu)，C—H和CC1的鍵長不同，二氯甲烷空間構(gòu)型不是正四面體，C錯誤；D.氨氣分子中心原子價

層電子對數(shù)為4,中心原子上孤電子對數(shù)為1,空間構(gòu)型是三角錐形，不是正四面體，D錯誤；故答案選A。

4.下列關(guān)于分子空間構(gòu)型的判斷，不正確的是

A.CS2V形B.CH4正四面體形C.BF3平面三角形D.NH3三角錐形

【答案】A

【解析】A.CS2分子空間構(gòu)型與CO2分子空間構(gòu)型相同，為直線型，A錯誤；B.CH4的空間構(gòu)型為正四

面體，B正確；C.BF3的空間構(gòu)型為平面三角形，C正確；D.NH3的空間構(gòu)型為三角錐形，D正確；

答案選A。

5.能用來分析分子中的化學(xué)鍵及官能團信息的物理方法是

A.X射線衍射法B.紅外光譜法C.核磁共振法D.質(zhì)譜法

【答案】B

【解析】不同的官能團紅外光譜圖不同，因此可以用紅外光譜法分析分子中的化學(xué)鍵和官能團信息，故合

理選項是B。

C.HCOOCH2cH2cH3D.(CH3)2CHCH2COOH

【答案】A

【分析】由紅外光譜圖可看出該分子中有不對稱CH3,含有C=0、COC單鍵，結(jié)合分子式C4H8。2判斷。

【解析】A.CH3coOCH2cH3中存在不對稱CH3、COC和C=0,且分子式為C4H8。2,故A符合題意；

B.CH3CH2COOH的分子式不為C4H8。2,且結(jié)構(gòu)中沒有COC單鍵，故B不符合題意；C.HCOOCH2cH2cH3

中只含有1個CH3,不存在COC單鍵，故C不符合題意；D.(CH3)2CHCH2coOH分子中存在對稱CH3，

不存在C—O—C單鍵，且含碳數(shù)為5,故D不符合題意；答案選A。

7.某化合物分子由碳、氫、氧三種元素組成，其紅外光譜只有C—H鍵、O—H鍵、C—O鍵的振動吸收,

該有機物的相對分子質(zhì)量是60,則該有機物的結(jié)構(gòu)簡式是

A.CH3cH20cH3B.CH3CH（OH）CH3C.CH3cH20HD.CH3COOH

【答案】B

【分析】根據(jù)有機物的相對分子質(zhì)量以及分子中有CH鍵、0H鍵、CC鍵來解答。

【解析】A項、CH3cH20cH3相對分子質(zhì)量為60,但分子中不含OH鍵，故A錯誤；B項、CH3cH（OH）

CH3相對分子質(zhì)量為60,分子中含有CH鍵、OH鍵、CO鍵，故B正確；C項、CH3cH20H相對分子質(zhì)量

為46,含有CH鍵、OH鍵、CO鍵，故C錯誤；D項、CH3cH2coOH相對分子質(zhì)量為60,含有CH鍵、

C=O鍵、OH鍵、CO鍵，故D錯誤。故選B。

8.紅外光譜儀：分子中的原子不是固定不動的，而是不斷地—的。當一束紅外線透過分子時，分子會―

跟它的某些化學(xué)鍵的—頻率相同的紅外線，再記錄到圖譜上呈現(xiàn)吸收峰?？煞治龀龇肿又泻泻畏N—

或官能團的信息。

【答案】振動著吸收振動化學(xué)鍵

力

1.利用紅外光譜對有機化合物分子進行測試并記錄，可初步判斷該有機物分子擁有的（）

A.同分異構(gòu)體數(shù)B.原子個數(shù)

C.化學(xué)鍵和官能團種類D.有機化合物的分子式

【答案】C

【解析】組成分子的各種基團都有自己特定的紅外特征吸收峰，利用紅外光譜對有機化合物分子進行測試

并記錄，可以清晰地記錄出不同基團的吸收峰，所以可初步判斷該有機物分子擁有的基團種類。

2.能夠快速、微量、精確測定有機物相對分子質(zhì)量的物理方法是（）

A.紅外光譜法B.質(zhì)譜法C.核磁共振氫譜法D.色譜法

【答案】B

【解析】紅外光譜法主要用于鑒定官能團；質(zhì)譜法其實是把有機物打成很多帶正電荷的粒子，在記錄儀上

會有很多不同的峰出現(xiàn)，從而推測出該有機物的相對分子質(zhì)量所以能夠快速、微量、精確測定有機物相對

分子質(zhì)量的物理方法是質(zhì)譜法；核磁共振氫譜法用于判斷等效氫種類；色譜法是分離混合物的一種方法。

綜上所述，B項符合題意。故選B。

3.下列各組分子中所有原子都可能處于同一平面的是（）

A.CH4>CS2、BF3B.82、氏0、NH3C.C2H4、C2H2、C6H6D.CCI4、BeCb、PH3

【答案】C

【解析】題中的CH4和CCL為正四面體形分子，NH3和PH3為三角錐形分子，這幾種分子的所有原子不可

能都在同一平面上。CS2、CO2、C2H2和BeCL為直線形分子，C2H4為平面形分子，C6H6為平面正六邊形分

子，這些分子都是平面形結(jié)構(gòu)。

4.下列分子或離子的中心原子，帶有一對孤電子對的是（）

A.H2OB.BeCl2C.CH4D.PC13

【答案】D

【解析】死。有2對孤電子對，BeCl2和CH4沒有孤電子對。

5.在白磷分子（P。中，四個P原子分別處于正四面體的四個頂點上，結(jié)合有關(guān)P原子的成鍵特點,下列有關(guān)白磷

分子的說法正確的是（）

A.白磷分子中的鍵角為109°28'

B.分子中共有4對共用電子對

C.白磷分子中的鍵角為60°

D.分子中有6對孤電子對

【答案】C

【解析】根據(jù)共價鍵的方向性和飽和性，每個磷原子都以3個共價鍵與其他3個磷原子結(jié)合，從而形成正四面

體結(jié)構(gòu)，所以鍵角為60。,分子中共有6個共價單鍵（即6對共用電子對）,4對孤電子對。

6.下列分子的空間構(gòu)型為平面三角形的是（）

A.PC13B.BChC.NH3D.H2O

【答案】B

【解析】A.PCb的空間構(gòu)型為三角錐形，A不合題意；B.BCb的空間構(gòu)型為平面三角形，B符合題意；

C.NH3的空間構(gòu)型為三角錐形，C不合題意；D.H2O的空間構(gòu)型為V形結(jié)構(gòu)，D不合題意；故答案為:

Bo

7.儀器分析法對有機化學(xué)的研究至關(guān)重要。下列說法錯誤的是

3456789235

10o1014

1Q8?0

毒8o

相