高考化學(xué)專(zhuān)項(xiàng)復(fù)習(xí)：分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定和多樣的分子空間結(jié)構(gòu)

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

學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.知道分子的結(jié)構(gòu)可以通過(guò)波譜等技術(shù)進(jìn)行測(cè)定。

2.結(jié)合實(shí)例了解共價(jià)分子具有特定的空間結(jié)構(gòu)。

知識(shí)梳理

一、分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定

1.早年的科學(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)律后推測(cè)分子的結(jié)構(gòu)。

2.分子結(jié)構(gòu)測(cè)定的常用方法：紅外光譜、晶體X射線(xiàn)衍射

3.紅外光譜法測(cè)定分子的官能團(tuán)和化學(xué)鍵

(1)測(cè)定原理：分子中的原子不是固定不動(dòng)的，而是不斷地振動(dòng)著的。當(dāng)一束紅外線(xiàn)透過(guò)分子時(shí)，分子會(huì)

吸收跟它的某些化學(xué)鍵的振動(dòng)頻率相同的組處線(xiàn)，再記錄到圖譜上呈現(xiàn)吸收峰。(2)測(cè)定過(guò)程

光源

光譜紅外圖譜

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

(3)紅外光譜圖：表明有機(jī)物分子中含有何種化學(xué)鍵或官能團(tuán)。

(4)用途：確定官能團(tuán)和化學(xué)鍵的類(lèi)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(kù)，通過(guò)對(duì)比便可得到確認(rèn)。

4.質(zhì)譜儀測(cè)定分子的相對(duì)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(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。

(2)測(cè)定過(guò)程

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

（4）質(zhì)譜法應(yīng)用：測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量,即：由于相對(duì)質(zhì)量越大的分子離子的質(zhì)荷比越大，達(dá)到檢測(cè)器需要

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

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

邊的數(shù)據(jù)。

Oo

ffll

對(duì)+

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(xiàn)型和V形（又稱(chēng)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(chēng)

CO0二00180°直線(xiàn)型

2d：：c：：d

????

CD000

HO105°

20OV形

H：O：H/\(2)oo

HH

2.四原子分子常見(jiàn)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(chēng)

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(shuō)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(xiàn)形（如C2H2）、正四面

住形（如P4）等。

3.五原子分子7相見(jiàn)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(chēng)

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(wèn)題一分子結(jié)構(gòu)測(cè)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(shí)驗(yàn)手段。下列說(shuō)法正確的是

A.X射線(xiàn)衍射技術(shù)不能用于有機(jī)化合物晶體結(jié)構(gòu)的測(cè)定

B.分析有機(jī)物的紅外光譜圖，可獲得分子中所含化學(xué)鍵或官能團(tuán)個(gè)數(shù)的信息

C.核磁共振氫譜能準(zhǔn)確測(cè)定有機(jī)物中氫元素的個(gè)數(shù)

D.質(zhì)譜法是快速、精確測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量的重要方法

【答案】D

【解析】A.X射線(xiàn)衍射技術(shù)能夠精確測(cè)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(cuò)誤；B.紅外光譜圖常用來(lái)測(cè)定分子中含有的化學(xué)鍵或官能團(tuán)，但不能獲得分子中所含化學(xué)鍵或官能團(tuán)

個(gè)數(shù)的信息，故B錯(cuò)誤；C.核磁共振氫譜能夠測(cè)定有機(jī)物中氫原子的種類(lèi)和數(shù)量比，不能測(cè)定有機(jī)物中氫

元素的個(gè)數(shù)，故C錯(cuò)誤；D.質(zhì)譜法是快速、精確測(cè)定相對(duì)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(tuán)和化學(xué)鍵的類(lèi)型。

2.質(zhì)譜法測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量，即：由于相對(duì)質(zhì)量越大的分子離子的質(zhì)荷比越大，達(dá)到檢測(cè)器需要的時(shí)間越

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

子質(zhì)量，“荷”為一個(gè)單位電荷時(shí)，質(zhì)荷比的最大值即為該有機(jī)物的相對(duì)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(jìn)的方法和手段來(lái)測(cè)定有機(jī)物的組成和結(jié)構(gòu)。下列

說(shuō)法不正確的是

A.李比希元素分析儀可以測(cè)定有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式

B.質(zhì)譜是快速精確測(cè)定有機(jī)物相對(duì)分子質(zhì)量的重要方法

C.分析有機(jī)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(tuán)的信息

D.X射線(xiàn)衍射技術(shù)可用于測(cè)定有機(jī)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(jī)物中所含的元素種類(lèi)和含量，則可以確定有機(jī)物的最簡(jiǎn)式或者

是實(shí)驗(yàn)式，不能測(cè)定有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式，A錯(cuò)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(duì)分子

質(zhì)量，故質(zhì)譜是快速精確測(cè)定有機(jī)物相對(duì)分子質(zhì)量的重要方法，B正確；C.分析有機(jī)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(tuán)的信息，C正確；D.X射線(xiàn)衍射實(shí)驗(yàn)是鑒別晶體與非晶體以及測(cè)定晶體

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

【變式12］準(zhǔn)確測(cè)定有機(jī)物的分子結(jié)構(gòu)，對(duì)從分子水平去認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界，推動(dòng)近代有機(jī)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(zhǔn)確地測(cè)定有機(jī)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(jī)化合物A的譜圖如下，根據(jù)譜圖可推測(cè)其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為

核磁共振氫譜圖

波數(shù)/cm?

波長(zhǎng)/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(jī)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(gè)

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

A問(wèn)題二常見(jiàn)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(xiàn)形結(jié)構(gòu)，故B錯(cuò)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(cuò)誤；

D.CO2是直線(xiàn)形結(jié)構(gòu)，故D錯(cuò)誤；故選A。

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

空間結(jié)構(gòu)常見(jiàn)物質(zhì)

直線(xiàn)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(xiàn)形，A模型錯(cuò)誤；B.H2O的空間結(jié)構(gòu)為V形，B模型錯(cuò)誤；C.NH3

的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，C模型錯(cuò)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(gè)H—S鍵的夾角接近90°,說(shuō)明H2s分子的空間結(jié)構(gòu)為。

(2)二硫化碳(CS2)分子中，兩個(gè)C=S鍵的夾角是180。，說(shuō)明CS2分子的空間結(jié)構(gòu)為0

(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0

a.兩個(gè)鍵之間的夾角為109。28'

b.C—H鍵為極性共價(jià)鍵

c.4個(gè)C—H鍵的鍵能、鍵長(zhǎng)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(xiàn)形⑶ad

【解析】(1)兩個(gè)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(gè)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(xiàn)形，故答案為：直線(xiàn)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(xiàng)都成立，不能說(shuō)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(qiáng)化訓(xùn)I練

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

A.質(zhì)譜法B.晶體X射線(xiàn)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(cè)定分子的相對(duì)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(xiàn)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(jià)層電子對(duì)數(shù)為4,中心原子上無(wú)孤電子對(duì)，空間構(gòu)型為正四面體，A正確；

B.1,2二氯乙烯中6個(gè)原子在同一平面上，空間構(gòu)型不是正四面體，B錯(cuò)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(zhǎng)不同，二氯甲烷空間構(gòu)型不是正四面體，C錯(cuò)誤；D.氨氣分子中心原子價(jià)

層電子對(duì)數(shù)為4,中心原子上孤電子對(duì)數(shù)為1,空間構(gòu)型是三角錐形，不是正四面體，D錯(cuò)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(xiàn)型，A錯(cuò)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(lái)分析分子中的化學(xué)鍵及官能團(tuán)信息的物理方法是

A.X射線(xiàn)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(tuán)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(tuán)信息，故合

理選項(xiàng)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(duì)稱(chēng)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(duì)稱(chēng)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(méi)有COC單鍵，故B不符合題意；C.HCOOCH2cH2cH3

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

該有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量是60,則該有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式是

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

【答案】B

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

【解析】A項(xiàng)、CH3cH20cH3相對(duì)分子質(zhì)量為60,但分子中不含OH鍵，故A錯(cuò)誤；B項(xiàng)、CH3cH（OH）

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

為46,含有CH鍵、OH鍵、CO鍵，故C錯(cuò)誤；D項(xiàng)、CH3cH2coOH相對(duì)分子質(zhì)量為60,含有CH鍵、

C=O鍵、OH鍵、CO鍵，故D錯(cuò)誤。故選B。

8.紅外光譜儀：分子中的原子不是固定不動(dòng)的，而是不斷地—的。當(dāng)一束紅外線(xiàn)透過(guò)分子時(shí)，分子會(huì)―

跟它的某些化學(xué)鍵的—頻率相同的紅外線(xiàn)，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(tuán)的信息。

【答案】振動(dòng)著吸收振動(dòng)化學(xué)鍵

力

1.利用紅外光譜對(duì)有機(jī)化合物分子進(jìn)行測(cè)試并記錄，可初步判斷該有機(jī)物分子擁有的（）

A.同分異構(gòu)體數(shù)B.原子個(gè)數(shù)

C.化學(xué)鍵和官能團(tuán)種類(lèi)D.有機(jī)化合物的分子式

【答案】C

【解析】組成分子的各種基團(tuán)都有自己特定的紅外特征吸收峰，利用紅外光譜對(duì)有機(jī)化合物分子進(jìn)行測(cè)試

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

2.能夠快速、微量、精確測(cè)定有機(jī)物相對(duì)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(tuán)；質(zhì)譜法其實(shí)是把有機(jī)物打成很多帶正電荷的粒子，在記錄儀上

會(huì)有很多不同的峰出現(xiàn)，從而推測(cè)出該有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量所以能夠快速、微量、精確測(cè)定有機(jī)物相對(duì)

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(lèi)；色譜法是分離混合物的一種方法。

綜上所述，B項(xiàng)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(xiàn)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(duì)孤電子對(duì)的是（）

A.H2OB.BeCl2C.CH4D.PC13

【答案】D

【解析】死。有2對(duì)孤電子對(duì)，BeCl2和CH4沒(méi)有孤電子對(duì)。

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

分子的說(shuō)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(duì)共用電子對(duì)

C.白磷分子中的鍵角為60°

D.分子中有6對(duì)孤電子對(duì)

【答案】C

【解析】根據(jù)共價(jià)鍵的方向性和飽和性，每個(gè)磷原子都以3個(gè)共價(jià)鍵與其他3個(gè)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(gè)共價(jià)單鍵（即6對(duì)共用電子對(duì)）,4對(duì)孤電子對(duì)。

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(duì)有機(jī)化學(xué)的研究至關(guān)重要。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是

3456789235

10o1014

1Q8?0

毒8o

相