2.2.1多样分子的空间结构及测定 课件 2024-2025学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修2

第二节 分子的空间结构　 第1课时 多样分子的空间结构及测定 人教版选择性必修2 分子世界是如此异彩纷呈，美不胜收，常使人流连忘返。 肉眼不能看到的分子，那么，科学家是怎样知道分子的结构的呢？ 情境引入 P4O6 SF6 NH3 P4 C60 阅读课本41-44页回答以下问题 1.描述红外光谱仪的工作原理与作用。 2. 描述质谱仪的工作原理与作用。 3.CO2、H2O、甲醛（CH2O）、氨、甲烷的键角和空间结构各是什么？请归纳出三原子分子、四原子分子、五原子分子常见键角和空间结构。 1、发展 分子结构 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射线衍射等。 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 推测 测定 一、分子结构的测定 2.红外光谱测定—— 原理：分子中的原子不是固定不动的，而是不断地振动着的。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通过和已有谱图库比对， 测定分子的化学键和官能团 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 或通过量子化学计算，可以得知各吸收峰是由哪种化学键、哪种振动方式引起的，综合这些信息，可分析出分子中含有何种化学键或官能团的信息。 教学过程 例如，通过红外光谱仪测得某未知物的红外光谱图如图所示，发现有Ｏ—Ｈ、C—Ｈ和C—Ｏ的振动吸收。因此，可以初步推测该未知物中含有羟基。 教学过程 用红外光谱法测定分子结构 3.质谱法测定——测定分子的相对分子质量 原理：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，化学家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。 教学过程 例如，图2-9的纵坐标是相对丰度（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。化学家通过分析得知， ＝92的峰是甲苯分子的正离子（C6H5CH3+ ）， ＝91的峰是丢失一个氢原子的甲苯正离子（C6H5CH2+）， ＝65的峰是分子碎片……因此，便可推测被测物的相对分子质量是92，该物质是甲苯（C6H5CH3）。 质谱图上最大质核比即为相对分子质量 原子光谱图鉴定元素；核磁共振氢谱测定等效氢； 晶体X射线衍射实验测定晶体结构 教学过程 用质谱法测定分子的相对分子质量 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 分子类型 化学式 空间结构 结构式 键角 空间填充模型 球棍模型 三原子分子 CO2 180° H2O 直线形 O=C=O Ｖ形 （又称角形） 105° 分子类型 化学式 空间结构 结构式 键角 空间填充模型 球棍模型 四原子分子 CH2O NH3 五原子分子 CH4 平面 三角形 120° 三角 锥形 107° 四面 体形 109° 28’ 其他分子： 设H＋的质荷比为β，某有机物样品的质荷比如图所示(假设离子均带一个单位正电荷，信号强度与该离子的多少有关)，则该有机物可能是(　　) A．甲醇(CH3OH) B．甲烷 C．丙烷 D．乙烯 典例1． 【答案】B　 课堂练习 【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_______。 (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) V形 直线形 ad 典例3． 【答案】C　 课堂练习 在白磷(P4)分子中，4个P原子分别处在正四面体的四个顶点，结合有关P原子的成键特点，下列有关白磷的说法正确的是(　　) A．白磷分子的键角为109°28′ B．分子中共有4对共用电子对 C．白磷分子的键角为60° D．分子中有6对孤电子对 三、分子空间结构的判断 [活动·探究] 1．CO2、CS2分子和SO2都是三原子分子，而CO2、CS2分子是直线形的，SO2分子却是V形的，从中心原子的化合价考虑，你认为有何规律？根据此规律判断BeCl2分子的空间结构。 2．NH3和SO3、BF3都是四原子分子，NH3是三角锥形，而SO3、BF3都是平面三角形，从中心原子的化合价考虑，你认为有何规律？根据此规律判断PCl3、BCl3分子的空间结构。 3．CH4、CHCl3、CH2Cl2、CCl4都是五原子分子，它们都是正四面体结构吗？ 中心原子的最外层电子数等于其化合价时，三原子分子是直线形，不等时是V形。BeCl2为直线形。 中心原子的最外层电子数等于其化合价时，四原子分子的空间构型是平面三角形，不等时则是三角锥形。PCl3是三角锥形，BCl3是平面三角形 CH4、CCl4是正四面体；CHCl3和CH2Cl2是四面体构型，但不是正四面体。 结论：判断多原子分子结构的方法 (1)中心原子的最外层电子数与其化合价的绝对值相等时，三原子分子为直线形，四原子分子为平面三角形。 (2)中心原子的最外层电子数与其化合价的绝对值不相等时，三原子分子为V形，四原子分子为三角锥形。　 四、等电子原理 1、等电子体： 注意：有时将原子总数、价电子总数相同的离子也认为是等电子体 原子总数相同、价电子总数相同的分子 探究·思考发现 1.你能写出与 CO2互为等电子体的一种分子和一种阳离子吗? 2.你能写出与 NO3-互为等电子体的一种阴离子和一种分子吗? 提示:CS2或N2O、NO2。CO2与SiO2并非等电子体 提示:CO32-或BO33-、BF3或SO3(g)。 方法——左右互补，上下替换 四、等电子原理 2、等电子体原理 　　原子总数、价电子总数相同的分子具有相似的化学键特征，空间构型是相同的。它们的许多性质是相近的。（物理性质） 3、应用：预测分子空间的构型和性质 ①判断一些简单分子或离子的立体构型； ②利用等电子体在性质上的相似性制造新材料； ③利用等电子原理针对某物质找等电子体。 4、常见等电子体 典例5． 【答案】B　 课堂练习 某化合物由碳、氢、氧三种元素组成，其红外光谱图有C—H键、O—H键、C—O键的振动吸收，该有机物的相对分子质量是60，其核磁共振氢谱只有3组峰，则该有机物的结构简式是(　　) A．CH3CH2OCH3 B．CH3CH(OH)CH3 C．CH3CH2CH2OH D．CH3CH2CHO 课堂小结 分子空间结构测定 直线形、V形、三角锥形、四面体形等 分子的结构 1、红外线谱法 2、质谱仪法 3、X射线衍射实验 感 谢 倾 听　 EVCapture4.1.9软件录制 Lavf57.25.100 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn EVCapture4.1.9软件录制 Lavf57.25.100 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn $$