2.2 分子的空间结构 第1课时（同步讲义）化学人教版选择性必修2

第二章 分子结构与性质 第二节 分子的空间结构 第1课时 分子结构的测定 多样的分子空间结构 教学目标 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。 重点和难点 重点：红外光谱技术测定物质结构 共价分子的多样性和复杂性 难点：红外光谱技术测定物质结构 ◆知识点一 分子结构的测定 分子结构的测定 1.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后推测分子的结构。 2.分子结构测定的常用方法：红外光谱、晶体X射线衍射。 3.红外光谱法测定分子的官能团和化学键 （1）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。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，再记录到图谱上呈现吸收峰。 （2）测定过程 红外光谱图分析吸收峰 与谱图库对比 推断分子所含的官能团和化学键 （3）红外光谱图 表明有机物分子中含有何种化学键或官能团。 （4）用途 确定官能团和化学键的类型。 注意：大多数已知化合物的红外谱图已建成数据库，通过对比便可得到确认。 质谱仪的工作原理 4.质谱仪测定分子的相对质量 （1）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。 （2）测定过程 待测物 分子离子、碎片离子 电场加速磁场偏转 质谱图 （3）质荷比 分子离子、碎片离子的相对质量与其电荷的比值。 （4）质谱法应用： 测定相对分子质量，即：由于相对质量越大的分子离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间越长，因此谱图中的质荷比最大（最右边）的就是未知物的相对分子质量，注意：当“质”为该有机物的相对分子质量，“荷”为一个单位电荷时，质荷比的最大值即为该有机物的相对分子质量——质谱图中最右边的数据。 归纳总结 用红外光谱仪测定化学键或官能团信息。用质谱法测定分子的相对分子质量，在质谱图中质荷比最大的数据代表所测物质的相对分子质量。 即学即练 1．波谱分析是近代发展起来的测定有机物结构的物理方法，下列说法错误的是 A．质谱图中的最高峰对应的横坐标就是有机物分子的相对分子质量 B．由红外光谱可获得有机物分子官能团的信息 C．通过核磁共振氢谱可区分2-丁炔和1，3-丁二烯 D．紫外和可见光谱(UV)也是常用的测定分子结构的方法 【答案】A 【解析】A．一般质谱图中最右边最大的数字为该有机物的相对分子质量，不能由质谱图中的最高峰对应的横坐标判断相对分子质量，故A错误； B．红外光谱图常用来测定得分子中含有化学键或官能团，则可确定有机物中官能团，故B正确； C．2-丁炔、1，3-丁二烯中H原子种类分别为1、2，则核磁共振氢谱可区分，故C正确； D．紫外可见吸收光谱法是利用某些物质的分子吸收10～800nm光谱区的辐射来进行分析测定的方法，这种分子吸收光谱产生于价电子和分子轨道上的电子在电子能级间的跃迁，广泛用于有机和无机物质的定性和定量测定，因此紫外和可见光谱(UV)也是常用的测定分子结构的方法，故D正确； 故选A。 2．核磁共振技术已广泛应用于复杂分子结构的测定和医学诊断等高科技领域。已知质子数或中子数为奇数的原子才产生核磁共振，而质子数和中子数均为偶数的原子不产生核磁共振，下列各原子一定能产生核磁共振的是 A．、、 B．、、 C．、、 D．、、 【答案】C 【解析】A．的质子数和中子数均为6，不产生核磁共振，A错误； B．的质子数、中子数均为6，的质子数和中子数均为16，不产生核磁共振，B错误； C．的质子数为1，的中子数为7，的质子数为17，均能产生核磁共振，C正确； D．的质子数为8，中子数为10，不产生核磁共振，D错误； 故答案选C。 3．下列有关说法不正确的是 A．配制一定物质的量浓度的氯化钾溶液步骤为：计算、称量、溶解、洗涤转移、定容、摇匀、装瓶 B．乙酸乙酯制备实验中，用NaOH溶液除去粗酯中的杂质且可降低酯的溶解度，更利于分离 C．通过乙酸晶体的X射线衍射实验，既能测晶胞中含有的乙酸分子数，也能推乙酸分子的空间结构 D．用一定量的浓溴水可以鉴别出溴乙烷、乙醛溶液和苯酚溶液 【答案】B 【解析】A．配制一定物质的量浓度的氯化钾溶液步骤为：计算、称量、溶解、洗涤转移、定容、摇匀、装瓶，A项正确； B． 乙酸乙酯制备实验中，用Na2CO3溶液除去粗酯中的杂质且可降低酯的溶解度，更利于分离，乙酸乙酯在NaOH溶液中会发生水解反应，B项错误； C． 通过乙酸晶体的X射线衍射实验，既能测晶胞中含有的乙酸分子数，也能推乙酸分子的空间结构，C项正确； D．溴乙烷能萃取浓溴水中的溴单质，并出现分层；浓溴水氧化乙醛使溶液褪色；浓溴水与苯酚溶液生成白色沉淀；故用一定量的浓溴水可以鉴别出溴乙烷、乙醛溶液和苯酚溶液，D项正确； 故选B。 ◆知识点二 多样的分子空间结构 分子 类型 化学式 空间结构 电子式 结构式 键角 空间填 充模型 球棍模型 三原子 分子 CO2 直线形 O==C==O 180° H2O V形 105° 四原子 分子 CH2O 平面三角形 120° NH3 三角锥形 107° 五原子 分子 CH4 四面体形 109°28′ 其他多原子分子的空间结构 【特别说明】四原子分子的空间结构大多数为平面三角形和三角锥形，也有的为直线形(如C2H2)、正四面体形(如P4)等。 易错提醒 单原子分子(稀有气体分子)、双原子分子不存在空间结构 即学即练 1．一定条件下，甲醇可发生反应：。下列说法不正确的是 A．分子是极性分子 B．HCHO分子的空间结构呈平面三角形 C．分子中H-O-H键角小于HCHO分子中H-C-O的键角 D．和HCHO分子中的C原子均为手性碳原子 【答案】D 【解析】A．CH3OH分子正负中心电荷不重合，是极性分子，故A正确； B．HCHO的中心原子C的价层电子对为3，HCHO分子的空间结构呈平面三角形，故B正确； C．H2O是V形结构，HCHO分子是平面三角形，故H2O分子中H—O—H键角小于HCHO分子中H—C—O的键角，故C正确； D．连有4个不同原子或原子团的碳原子为手性碳，均不含手性碳，故D错误； 故选D。 2．(砒霜)是两性氧化物，其二聚分子结构如图所示，溶于盐酸生成，用还原生成，下列说法正确的是 A．分子中As原子的价层电子对数是3 B．为共价化合物 C．分子键角小于109.5° D．空间结构为平面三角形 【答案】C 【解析】A．三氧化二砷分子中As原子价层电知对个数为4且含有1个孤电子对，故A错误； B．四氢合铝酸锂是含有离子键和共价键的离子化合物，故B错误； C．氨分子的空间构型为三角锥形，键角为109.5°，砷化氢分子中砷原子的原子半径大于氮原子，成键电子对间的斥力小于氨分子，所以分子的键角小于109.5°，故C正确； D．三氯化砷分子中砷原子的价层电子对数为4，孤电子对数为1，分子的空间结构为三角锥形，故D错误； 故选C。 3．下列说法中正确的是 A．价层电子排布为3d104s1的原子位于第四周期第IA族，属于s区元素 B．SO2分子和O3分子的空间结构均为V形 C．有机物CH3-CH=CH3分子中有1个π键、2个键 D．O3为非极性分子 【答案】B 【解析】A．价电子排布为3d104s1的元素为Cu，位于第四周期第IB族，是ds区元素，A错误； B．SO2的中心原子价层电子对数为2+(6-22)=3，采取sp2杂化，有1对孤电子对，立体构型均为V形，O3的中心原子价层电子对数为2+(6-22)=3，采取sp2杂化，有1对孤电子对，立体构型均为V形，B正确； C．有机物CH2=CH-CH3分子中有1个双键，7个单键，所以有1个π键、8个σ键，C错误； D．O3的中心原子价层电子对数为2+(6-22)=3，采取sp2杂化，有1对孤电子对，立体构型均为V形，为极性分子，D错误； 答案选B。 分子的空间结构与键角关系的一般规律 分子类型 键角 空间结构 实例 AB2 180◦ 直线形 CO2、BeCl2、CS2 ＜180◦ V形 H2O、H2S AB3 120◦ 平面三角形 BF3、BCl3、CH2O ＜120◦ 三角锥形 NH3、PH3 AB4 109◦28′ 正四面体形 CH4、CCl4 实践应用 1．下列叙述正确的是 A．同分异构体一定具有相同的官能团 B．甲烷分子中碳氢键与碳氢键夹角为90° C．二氯甲烷是正四面体的空间结构 D．乙烯分子中所有原子在同一平面 【答案】D 【解析】A．同分异构体是指分子式相同结构不同的化合物的关系，不一定具有相同的官能团，A选项错误； B．甲烷为正四面体结构，两个碳氢键之间的夹角为109°28'，不是90°，B选项错误； C．二氯甲烷可以看作甲烷分子中两个氢原子被氯原子取代后的生成物，但由于C—H和C—Cl键长不相等，故不是正四面体的空间结构，C选项错误； D．乙烯为碳碳双键结构，为平面构型形，分子中所有原子在同一平面，D选项正确； 故选D。 2．下列物质的分子空间结构判断中不正确的是 A．H2O直线形 B．氨气三角锥形 C．甲烷正四面体形 D．CO2直线形 【答案】A 【解析】A．H2O为V形分子，A错误； B．NH3为三角锥形分子，B正确； C．CH4为正四面体形分子，C正确； D．CO2为直线形分子，D正确； 答案选A。 考点一 分子结构测定的常用方法 【例1】核磁共振(NMR)技术已广泛用于分子结构测定与医疗诊断。已知质量数为奇数的原子核能产生NMR信号。下列原子的原子核能产生NMR信号的是 A．11H B．147N C．3216S D．126C 【答案】A 【解析】11H质量数是1，为奇数，可产生NMR信号，147N、3216S、126C质量数分别是14、32、12，都是偶数，不能产生NMR信号，故合理选项是A。 归纳总结 1.红外光谱确定官能团和化学键的类型。 2.质谱法测定相对分子质量，即：由于相对质量越大的分子离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间越长，因此谱图中的质荷比最大（最右边）的就是未知物的相对分子质量，注意：当“质”为该有机物的相对分子质量，“荷”为一个单位电荷时，质荷比的最大值即为该有机物的相对分子质量——质谱图中最右边的数据。 【变式1-1】核磁共振(NMR)技术已广泛应用于复杂分子结构的测定和医学诊断等领域。已知质子数为奇数的原子核有NMR现象。下列原子不能产生NMR现象的是 A． B． C．. D． 【答案】B 【解析】A. 中含有15个质子，为奇数，能产生NMR现象； B. 中含有8个质子，为偶数，不能产生NMR现象； C. 中含有7个质子，为奇数，能产生NMR现象； D. 中含有1个质子，为奇数，能产生NMR现象； 答案为B。 【变式1-2】2017年诺贝尔化学奖授予了研究冷冻电子显微镜的三位科学家。冷冻电镜技术可用于溶液中生物分子结构的高分辨率测定。下列叙述与上述技术无关的是 A．有利于在分子水平上了解疾病的病理 B．有利于人类更好地利用能源，处理好能源与环境的关系 C．有利于对物质微观结构的研究 D．有利于对DNA结构的研究 【答案】B 【解析】冷冻电子显微镜技术用于溶液中生物分子结构的高分辨率测定，属于在微观层面上的科学研究，有利于在分子水平上了解疾病的病理、对物质微观结构进行研究、对DNA结构进行研究，但不能解决人类对能源的利用，也不能处理好能源与环境的关系，故选B。 考点二 常见分子的空间结构的判断 【例2】ⅤA族元素的原子R与A原子结合形成RA3气态分子，其空间结构呈三角锥形。RCl5在气态和液态时的结构如图所示，下列关于RCl5分子的说法不正确的是 A．分子中5个R-Cl键键能不完全相同 B．Cl-R-Cl的键角有90°、120°、180° C．RCl5受热后会分解生成分子空间结构呈三角锥形的RCl3 D．每个原子都达到8电子稳定结构 【答案】D 【解析】A．从图中可以看出，P-Cl键的键长有0.201nm和0.214nm两种，则分子中5个R-Cl键键能不完全相同，A正确； B．图中信息显示，Cl-R-Cl的键角有90°(纵轴与横轴)、120°(中间的等边三角形的两个轴之间的夹角)、180°(两个纵轴的夹角)，B正确； C．RCl5受热后会分解生成RCl3和Cl2，RCl3的分子空间结构呈三角锥形，C正确； D．在RCl5分子中，Cl原子都达到8电子稳定结构，但R原子的最外层有10个电子，D不正确； 故选D。 归纳总结 常见分子的空间结构 空间结构 常见物质 直线形 BeCl2、HCN、C2H2、CO2等 V形 H2O、H2S、SO2等 平面三角形 BF3、SO3等 三角锥形 PH3、PCl3、NH3等 正四面体形 CH4、CCl4、SiH4、SiF4等 四面体形(非正四面体形) CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等 【变式2-1】由共价键形成的分子具有一定的空间结构。下列分子中共价键之间的夹角最大的是 A． B． C． D． 【答案】A 【解析】与的空间构型相同，均为直线形，夹角为；的空间构型为“V”形，夹角为；的空间构型为三角锥形，夹角为；的空间构型为正四面体形，夹角为，因此共价键之间的夹角最大，故A符合题意。 综上所述，答案为A。 【变式2-2】已知O3的空间结构为V形，分子中正电中心和负电中心不重合，下列有关说法正确的是 A．分子含有的化学键为非极性共价键 B．分子为非极性分子 C．在水中溶解度比O2在水中溶解度大 D．转化为为物理变化 【答案】C 【分析】由题干已知O3的空间结构为V形，分子中正电中心和负电中心不重合，知分子为极性分子。 【解析】A．分子含有的化学键为极性共价键，A错误； B．分子为极性分子， B错误； C．分子为极性分子，分子为非极性分子，分子为极性分子,根据相似相溶，在水中溶解度比O2在水中溶解度大，C正确； D．转化为生成了新物质，为化学变化，D错误； 故选C。 基础达标 1．（24-25高二下·湖北·期末）我国屠呦呦等科学家使用乙醚从中药中提取并用柱色谱分离得到抗虐有效成分青蒿素，随后展开了对青蒿素分子结构的测定。下列说法错误的是 A．通过质谱法确定青蒿素的相对分子质量 B．通过红外光谱分析确定青蒿素含酯基 C．通过核磁共振氢谱确定青蒿素含过氧基 D．通过X射线衍射确定青蒿素的分子结构 【答案】C 【解析】A．一般而言，质谱图中的最大质荷比等于有机物的相对分子质量，所以通过质谱法可确定青蒿素的相对分子质量，A正确； B．红外光谱可以测定有机物中的特定基团，酯基有其特征吸收峰，所以通过红外光谱分析可以确定青蒿素含酯基，B正确； C．核磁共振氢谱主要用于确定有机物分子中氢原子的种类和数目，而过氧基(-O-O-)中没有氢原子，不能通过核磁共振氢谱确定青蒿素含过氧基，C错误； D．X射线衍射仪可测定晶体的结构，青蒿素为分子晶体，可以通过X射线衍射确定其分子结构，D正确； 故选C。 2．（24-25高二下·四川遂宁·阶段练习）科学家应用了许多测定分子结构的现代仪器和方法。下列哪种仪器可以分析出分子中含有何种化学键和官能团的信息 A．光谱仪 B．X射线衍射仪 C．红外光谱仪 D．质谱仪 【答案】C 【解析】A．不同元素原子的吸收光谱和发射光谱都不相同，故光谱仪可以用于测定元素种类，A错误； B．X射线仪可以利用衍射的X射线，测定各原子的位置，B错误； C．红外光谱仪适用于测定所含化学键或官能团种类的，C正确； D．质谱仪可以获得分子的质荷比，一般最大质荷比等于其相对分子质量，D错误； 故选C。 3．（24-25高二下·广东佛山·阶段练习）许多测定分子结构的现代仪器和谱图是化学研究的重要手段之一，下列说法错误的是 A．X射线衍射仪可以测定共价键的键长和键角 B．红外光谱可以分析分子中含有何种化学键和官能团的信息 C．原子光谱的谱线是连续的而不是离散的 D．质谱仪可以测定分子的相对分子质量 【答案】C 【解析】A．通过晶体X射线衍射实验，可测定晶胞中的各个原子的位置(坐标)，根据原子坐标，可以计算原子间距离，判断出晶体中哪些原子之间存在化学键，确定键长和键角，故A正确； B．红外光谱是用来获得物质的化学键和官能团信息的，可用于分析分子中含有何种化学键或官能团，故B正确； C，原子光谱（如发射或吸收光谱）是离散的线状谱，而非连续谱，故C错误； D．质谱法可获取有机物的质荷比，最大质荷比等于相对分子质量，测定结果快捷、精确，测出简单分子的相对分子质量，故D正确； 故答案为C。 4．（23-24高二下·湖北黄冈·阶段练习）臭氧是一种重要物质，大气高空的臭氧层保护了地球生物的生存，它还是有机合成的氧化剂、替代氯气的净水剂等。已知的空间结构与水分子的相似，则下列关于的说法不正确的是 A．可做漂白剂，其与NaClO漂白原理类似 B．的空间结构为V形，分子正电荷中心和负电荷中心不重合 C．键角大小： D．分子是含有非极性键的极性分子 【答案】D 【解析】A．可做漂白剂，其与NaClO漂白原理类似，属于强氧化性漂白，故A项正确； B．的空间结构与水分子相似，均为V形，分子正电荷中心和负电荷中心不重合，故B项正确； C．和的中心原子均为O原子，中氧原子价电子对数为：，为sp2杂化，而中氧原子价电子对数为：，为sp3杂化，键角：sp2杂化＞sp3杂化，则键角大小：，故C项正确； D．分子是含有极性键的极性分子，故D项错误； 故本题选D。 5．（23-24高二下·四川绵阳·期中）科学家合成了一种新的共价化合物，其结构如图所示，其中X、Y、Z、W为原子序数依次增大的短周期元素，W的原子序数等于X与Y的原子序数之和，下列说法错误的是 A．电负性：Y>X>Z B．该物质中所有的原子都满足8电子稳定结构 C．分子空间结构为V形 D．化合物可以发生加聚反应制造高分子材料 【答案】A 【分析】由共价化合物的结构可如，X、W形成4个共价键，Y形成2个共价键，Z形成1个共价键，X、Y、Z、W是原子序数依次增大的短周期元素，W的原子序数等于X与Y的原子序数之和，则X为C元素、Y为O元素、Z为F元素、W为Si元素，以此解题。 【解析】A．同周期元素随核电核数增加电负性增大，故电负性：F＞O＞C，故A错误； B．该物质中各原子都满足8电子稳定结构，故B正确； C．分子为OF2，中心原子O形成2个σ键和2个孤电子对，空间结构为V形，故C正确； D．化合物为C2F4，结构简式为CF2=CF2，可以发生加聚反应制造高分子材料，故D正确； 故选A。 6．（24-25高二下·湖北武汉·期末）许多测定分子结构的现代仪器和谱图是化学研究的重要手段之一，下列说法错误的是 A．X射线衍射仪可测定共价键的键长和键角 B．红外光谱可分析分子中含有何种化学键或官能团的信息 C．原子光谱的谱线是连续的而不是离散的 D．质谱图中分子离子峰的质荷比可代表物质的相对分子质量 【答案】C 【解析】A．通过晶体X射线衍射实验，可测定晶胞中的各个原子的位置(坐标)，根据原子坐标，可以计算原子间距离，判断出晶体中哪些原子之间存在化学键，确定键长和键角，A正确； B．红外光谱通过吸收峰位置反映分子中化学键和官能团的振动信息，B正确； C．原子光谱（如发射或吸收光谱）是离散的线状谱，而非连续谱，C错误； D．质谱法可获取有机物的质荷比，分子离子峰的质荷比在数值上等于其相对分子质量，测定结果快捷、精确，测出简单分子的相对分子质量，D正确； 选C。 7．（25-26高二上·全国·周测）核磁共振(NMR)技术已广泛应用于复杂分子结构的测定和医学诊断等高科技领域。已知质子数或中子数为奇数的原子核才有NMR现象，而质子数和中子数均为偶数的原子不产生核磁共振，下列原子组一定能产生NMR现象的是 A．、、 B．、、 C．、、 D．、、 【答案】D 【解析】A．的质子数为8、中子数为10，均为偶数，不符合，A错误； B．质子数为6、中子数为8，均为偶数，不符合，B错误； C．质子数为6、中子数为6，质子数为16、中子数为16，均为偶数，不符合，C错误； D．质子数为1，中子数为7，质子数为17，均存在奇数，符合，D正确； 故选Ｄ。 综合应用 8．（24-25高二下·重庆·阶段练习）测定分子结构的现代仪器和谱图是化学研究的重要手段之一、下列有关说法正确的是 A．测定物质中存在何种类型的键，可以采用X射线衍射仪测定 B．质谱法能快速、精确地测定有机物中氢原子的种类和数目 C．红外光谱仪可测定有机化合物的化学键或官能团的信息 D．核磁共振氢谱可以测定有机化合物的相对分子质量 【答案】C 【解析】A．X射线衍射仪主要用于测定晶体结构，确定原子排列、键长和键角等信息，但无法直接测定化学键类型。化学键类型的分析通常依靠红外光谱，A错误； B．质谱法通过分子离子峰确定有机物的相对分子质量，并通过碎片峰辅助推断结构，但无法直接测定氢原子的种类和数目。氢原子的信息需通过核磁共振氢谱（H-NMR）获取，B错误； C．红外光谱通过检测化学键振动吸收的特定波长，确定分子中的化学键类型和官能团（如C=O、O-H等），C正确； D．核磁共振氢谱（H-NMR）用于分析有机物中氢原子的种类（化学环境）及数目比例，而非相对分子质量。相对分子质量由质谱测定，D错误； 故选C。 9．（23-24高二下·湖北荆州·阶段练习）科学家应用许多测定分子结构的现代仪器和方法了解分子的结构，下列说法不正确的是 A．利用光谱仪获取的特征谱线鉴定元素种类 B．利用红外光谱仪测定共价键的键长和键角 C．利用X射线衍射仪测定晶体中各个原子的位置 D．利用质谱仪测定分子的相对分子质量 【答案】B 【解析】A．不同元素原子的吸收光谱和发射光谱都不相同，故光谱仪可以用于测定元素种类，A正确； B．红外光谱仪适用于测定所含化学键或官能团种类的，不能用于测定共价键的键长和键角，B错误； C．X射线仪可以利用衍射的X射线，测定各原子的位置，C正确； D．质谱仪可以获得分子的质荷比，一般最大质荷比等于其相对分子质量，D正确； 故选B。 10．（24-25高二上·四川眉山·期中）臭氧通常存在于距离地面左右的高层大气中，它能有效阻挡紫外线，保护人类健康。但是在近地面，臭氧却是一种污染物。已知的空间结构为形，分子中正电中心和负电中心不重合。下列说法不正确的是 A．和互为同素异形体 B．在水中的溶解度： C．是极性分子，是非极性分子 D．分子中的共价键是非极性键 【答案】D 【解析】A．O3和O2是氧元素组成的不同单质，互为同素异形体，故A正确； B．O3是极性分子、O2是非极性分子，根据相似相溶原理，在水中的溶解度：O3>O2，故B正确； C．O3的空间结构为V形，分子中正负电中心不重合，O3是极性分子，O2是非极性分子，故C正确； D．O3分子中的共价键属于极性键，故D错误； 故选：D。 11．（23-24高二下·湖北武汉·期中）短周期主族元素R、X、Y、Z的部分信息如下(Y和Z位于同周期)：下列说法错误的是 元素代号 简单氢化物 化学式 溶液 1 A．R的氢化物是极性分子 B．的键能大于 C．分子空间结构为形 D．上述元素的氧化物中，Y的熔点最高 【答案】D 【分析】由题意可知，R的简单氢化物溶于水后为碱性，但并非是强碱，可知R为N元素，C形成的化学式可知X为C元素，Z的简单氢化物溶于水后为酸性，且是一元强酸，可知Z为Cl元素，Y的简单氢化物溶于水后为酸性，但并非是强酸，且Y和Z位于同周期，说明Y为S元素，据此作答。 【解析】A．R为N元素，N的简单氢化物为氨气，为三角锥形，属于极性分子，故A正确； B．非金属性越强，最简单的简单氢化物越稳定，比硫化氢稳定，则的键能大于的键能，故B正确； C．Y为S元素，Z为Cl元素，分子中含2个，原子上含2对孤电子对，空间结构为形，故C正确； D．氧化物均为分子晶体时，的相对分子质量最大，则的熔点最高，故D错误； 故答案选D。 拓展培优 12．（24-25高二下·江西上饶·期末）下列说法正确的是 A．通过X射线衍射实验测定计算分子结构的键长和键角 B．1mol[Cu(NH3)4]2+σ键数目为12NA C．BF3、NCl3分子中所有原子的最外层电子均达到8电子稳定结构 D．向配合物[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O溶液中加入足量的AgNO3溶液，所有氯元素均完全沉淀 【答案】A 【解析】A．X射线衍射实验用于测定晶体结构，可得到分子内键长和键角的数据，A正确； B．[Cu(NH3)4]2+中，4个NH3与Cu2+形成4个配位σ键，每个NH3含3个N-H σ键，共4×3=12个，总σ键数为4+12=16，则1mol[Cu(NH3)4]2+σ键数目为16NA，B错误； C．BF3中B原子最外层为6电子，未达8电子稳定结构，C错误； D．配合物中内界的Cl-为配体，不与Ag+反应，仅外界2个Cl-沉淀，D错误； 故选A。 13．（24-25高二上·河北衡水·期末）磷及其化合物在生产生活中具有广泛应用。白磷(，结构见图)与反应得和，固态中含有，两种离子。已知的分子结构类似白磷分子。下列关于、、、和的说法正确的是 A．的熔、沸点比的高是因为分子间存在氢键 B．的空间结构为平面三角形 C．分子中的键角比的大 D．分子中键能大于分子的键能 【答案】A 【解析】A．分子间能形成氢键，使得熔、沸点升高，分子间不能形成氢键、熔、沸点较低，A正确； B．中心原子的价层电子对数为：，有1对孤对电子，故其空间结构为三角锥形，B错误； C．由的分子构型图可知，其键角为，而中中心原子的价层电子对数为：，则为正四面体结构，其键角为，则键角后者大于前者，C错误； D．原子半径小于原子半径，但其电子云密度较大，电子之间斥力较大，所以化学键容易断裂，键能小，故分子中键能小于分子的键能，D错误； 故选A。 14．（23-24高二下·上海·期末）碳与硅属于同主族元素，但是由碳和硅形成的氧化物性质差异巨大，如熔沸点     (填写“>”、“<”或“=”)，其原因是 。碳和硅形成的氯化物和分子空间结构相同，则中硅氯键之间的键角是 。 【答案】 < 二氧化硅是共价晶体，二氧化碳是分子晶体，一般来说共价晶体熔沸点高于分子晶体熔沸点 109°28′ 【解析】Si与C同主族，但与的熔沸点等物理性质差距很大，从晶体结构角度解释其原因是二氧化硅是共价晶体，二氧化碳是分子晶体，一般来说原子晶体熔沸点高于分子晶体熔沸点；SiCl4和CCl4分子空间结构相似，都是正四面体结构，SiCl4中键角是109°28′；故答案为：<；二氧化硅是共价晶体，二氧化碳是分子晶体，一般来说共价晶体熔沸点高于分子晶体熔沸点；109°28′。 15．（24-25高二·全国·假期作业）测定有机化合物结构的分析方法 (1)1H核磁共振谱(1H-NMR) ①原理：有机物分子中的氢原子核所处的化学环境(即其附近的基团)不同，表现出的核磁性就不同，代表核磁性特征的峰在核磁共振谱图中横坐标的位置(化学位移，符号为δ)也就不同。 ②在1H核磁共振谱中：特征峰的个数就是有机物中 ；特征峰的面积之比就是 。 ③乙醇和二甲醚的1H核磁共振谱分析 乙醇 二甲醚 核磁共振氢谱 结论 氢原子类型有3种，不同氢原子的个数之比= 。 氢原子类型有 。 (2)红外光谱法 ①原理：利用有机化合物分子中不同基团在红外光辐射的特征吸收频率不同，测试并记录有机化合物对一定波长范围的红外光吸收情况。 ②应用：初步判断该有机物中具有哪些基团。 (3)质谱法 ①原理：用高能电子束轰击有机物分子，使之分离成带电的“碎片”，不同的带电“碎片”的质量(m)和所带电荷(z)的比值不同，就会在不同的m/z处出现对应的特征峰。可根据特征峰与碎片离子的结构对应关系分析有机物的结构。 ②质荷比(m/z)：指分子离子、碎片离子的 。质谱图中，质荷比的最大值就表示了样品分子的 。 【答案】 不同化学环境的氢原子的种类 不同化学环境的氢原子的个数比 3：2：1 1种 相对质量与其电荷的比值 相对分子质量 【解析】在1H核磁共振谱中：特征峰的个数就是有机物中不同化学环境的氢原子的种类；特征峰的面积之比就是不同化学环境的氢原子的个数比。由图可知，乙醇的核磁共振氢谱中有三组吸收峰，面积比为1：2：3；故乙醇中氢原子类型有3种，不同氢原子的个数之比=1：2：3；二甲醚的核磁共振氢谱中只有一组吸收峰，则氢原子种类只有1种； 质荷比()：指分子离子、碎片离子的相对质量与其电荷的比值。质谱图中，质荷比的最大值就表示了样品分子的相对分子质量。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第二章 分子结构与性质 第二节 分子的空间结构 第1课时 分子结构的测定 多样的分子空间结构 教学目标 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。 重点和难点 重点：红外光谱技术测定物质结构 共价分子的多样性和复杂性 难点：红外光谱技术测定物质结构 ◆知识点一 分子结构的测定 分子结构的测定 1.早年的科学家主要靠对物质的 性质进行系统总结得出规律后 分子的结构。 2.分子结构测定的常用方法： 光谱、晶体X射线 。 3.红外光谱法测定分子的 和 （1）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。当一束红外线透过分子时，分子会 跟它的某些化学键的振动频率相同的 线，再记录到图谱上呈现 峰。 （2）测定过程 光谱图分析 峰 与谱图库 推断分子所含的 和 （3）红外光谱图 表明有机物分子中含有何种 或 。 （4）用途 确定 和 的类型。 注意：大多数已知化合物的红外谱图已建成数据库，通过对比便可得到确认。 质谱仪的工作原理 4.质谱仪测定分子的 （1）原理 在质谱仪中使分子 电子变成带 电荷的 离子和 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 。 （2）测定过程 待测物 分子离子、碎片离子 电场加速磁场偏转 质谱图 （3）质荷比 分子离子、碎片离子的 与其 的比值。 （4）质谱法应用： 测定 ，即：由于相对质量越大的分子离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间越长，因此谱图中的质荷比最大（最右边）的就是未知物的相对分子质量，注意：当“质”为该有机物的相对分子质量，“荷”为一个单位电荷时，质荷比的 即为该有机物的 ——质谱图中最右边的数据。 归纳总结 用红外光谱仪测定化学键或官能团信息。用质谱法测定分子的相对分子质量，在质谱图中质荷比最大的数据代表所测物质的相对分子质量。 即学即练 1．波谱分析是近代发展起来的测定有机物结构的物理方法，下列说法错误的是 A．质谱图中的最高峰对应的横坐标就是有机物分子的相对分子质量 B．由红外光谱可获得有机物分子官能团的信息 C．通过核磁共振氢谱可区分2-丁炔和1，3-丁二烯 D．紫外和可见光谱(UV)也是常用的测定分子结构的方法 2．核磁共振技术已广泛应用于复杂分子结构的测定和医学诊断等高科技领域。已知质子数或中子数为奇数的原子才产生核磁共振，而质子数和中子数均为偶数的原子不产生核磁共振，下列各原子一定能产生核磁共振的是 A．、、 B．、、 C．、、 D．、、 3．下列有关说法不正确的是 A．配制一定物质的量浓度的氯化钾溶液步骤为：计算、称量、溶解、洗涤转移、定容、摇匀、装瓶 B．乙酸乙酯制备实验中，用NaOH溶液除去粗酯中的杂质且可降低酯的溶解度，更利于分离 C．通过乙酸晶体的X射线衍射实验，既能测晶胞中含有的乙酸分子数，也能推乙酸分子的空间结构 D．用一定量的浓溴水可以鉴别出溴乙烷、乙醛溶液和苯酚溶液 ◆知识点二 多样的分子空间结构 分子 类型 化学式 空间结构 电子式 结构式 键角 空间填 充模型 球棍模型 三原子 分子 CO2 直线形 O==C==O 180° H2O V形 105° 四原子 分子 CH2O 平面三角形 120° NH3 三角锥形 107° 五原子 分子 CH4 四面体形 109°28′ 其他多原子分子的空间结构 【特别说明】四原子分子的空间结构大多数为平面三角形和三角锥形，也有的为 形(如C2H2)、 形(如P4)等。 易错提醒 单原子分子(稀有气体分子)、双原子分子不存在空间结构 即学即练 1．一定条件下，甲醇可发生反应：。下列说法不正确的是 A．分子是极性分子 B．HCHO分子的空间结构呈平面三角形 C．分子中H-O-H键角小于HCHO分子中H-C-O的键角 D．和HCHO分子中的C原子均为手性碳原子 2．(砒霜)是两性氧化物，其二聚分子结构如图所示，溶于盐酸生成，用还原生成，下列说法正确的是 A．分子中As原子的价层电子对数是3 B．为共价化合物 C．分子键角小于109.5° D．空间结构为平面三角形 3．下列说法中正确的是 A．价层电子排布为3d104s1的原子位于第四周期第IA族，属于s区元素 B．SO2分子和O3分子的空间结构均为V形 C．有机物CH3-CH=CH3分子中有1个π键、2个键 D．O3为非极性分子 分子的空间结构与键角关系的一般规律 分子类型 键角 空间结构 实例 AB2 180◦ 直线形 CO2、BeCl2、CS2 ＜180◦ V形 H2O、H2S AB3 120◦ 平面三角形 BF3、BCl3、CH2O ＜120◦ 三角锥形 NH3、PH3 AB4 109◦28′ 正四面体形 CH4、CCl4 实践应用 1．下列叙述正确的是 A．同分异构体一定具有相同的官能团 B．甲烷分子中碳氢键与碳氢键夹角为90° C．二氯甲烷是正四面体的空间结构 D．乙烯分子中所有原子在同一平面 2．下列物质的分子空间结构判断中不正确的是 A．H2O直线形 B．氨气三角锥形 C．甲烷正四面体形 D．CO2直线形 考点一 分子结构测定的常用方法 【例1】核磁共振(NMR)技术已广泛用于分子结构测定与医疗诊断。已知质量数为奇数的原子核能产生NMR信号。下列原子的原子核能产生NMR信号的是 A．11H B．147N C．3216S D．126C 归纳总结 1.红外光谱确定官能团和化学键的类型。 2.质谱法测定相对分子质量，即：由于相对质量越大的分子离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间越长，因此谱图中的质荷比最大（最右边）的就是未知物的相对分子质量，注意：当“质”为该有机物的相对分子质量，“荷”为一个单位电荷时，质荷比的最大值即为该有机物的相对分子质量——质谱图中最右边的数据。 【变式1-1】核磁共振(NMR)技术已广泛应用于复杂分子结构的测定和医学诊断等领域。已知质子数为奇数的原子核有NMR现象。下列原子不能产生NMR现象的是 A． B． C．. D． 【变式1-2】2017年诺贝尔化学奖授予了研究冷冻电子显微镜的三位科学家。冷冻电镜技术可用于溶液中生物分子结构的高分辨率测定。下列叙述与上述技术无关的是 A．有利于在分子水平上了解疾病的病理 B．有利于人类更好地利用能源，处理好能源与环境的关系 C．有利于对物质微观结构的研究 D．有利于对DNA结构的研究 考点二 常见分子的空间结构的判断 【例2】ⅤA族元素的原子R与A原子结合形成RA3气态分子，其空间结构呈三角锥形。RCl5在气态和液态时的结构如图所示，下列关于RCl5分子的说法不正确的是 A．分子中5个R-Cl键键能不完全相同 B．Cl-R-Cl的键角有90°、120°、180° C．RCl5受热后会分解生成分子空间结构呈三角锥形的RCl3 D．每个原子都达到8电子稳定结构 归纳总结 常见分子的空间结构 空间结构 常见物质 直线形 BeCl2、HCN、C2H2、CO2等 V形 H2O、H2S、SO2等 平面三角形 BF3、SO3等 三角锥形 PH3、PCl3、NH3等 正四面体形 CH4、CCl4、SiH4、SiF4等 四面体形(非正四面体形) CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等 【变式2-1】由共价键形成的分子具有一定的空间结构。下列分子中共价键之间的夹角最大的是 A． B． C． D． 【变式2-2】已知O3的空间结构为V形，分子中正电中心和负电中心不重合，下列有关说法正确的是 A．分子含有的化学键为非极性共价键 B．分子为非极性分子 C．在水中溶解度比O2在水中溶解度大 D．转化为为物理变化 基础达标 1．（24-25高二下·湖北·期末）我国屠呦呦等科学家使用乙醚从中药中提取并用柱色谱分离得到抗虐有效成分青蒿素，随后展开了对青蒿素分子结构的测定。下列说法错误的是 A．通过质谱法确定青蒿素的相对分子质量 B．通过红外光谱分析确定青蒿素含酯基 C．通过核磁共振氢谱确定青蒿素含过氧基 D．通过X射线衍射确定青蒿素的分子结构 2．（24-25高二下·四川遂宁·阶段练习）科学家应用了许多测定分子结构的现代仪器和方法。下列哪种仪器可以分析出分子中含有何种化学键和官能团的信息 A．光谱仪 B．X射线衍射仪 C．红外光谱仪 D．质谱仪 3．（24-25高二下·广东佛山·阶段练习）许多测定分子结构的现代仪器和谱图是化学研究的重要手段之一，下列说法错误的是 A．X射线衍射仪可以测定共价键的键长和键角 B．红外光谱可以分析分子中含有何种化学键和官能团的信息 C．原子光谱的谱线是连续的而不是离散的 D．质谱仪可以测定分子的相对分子质量 4．（23-24高二下·湖北黄冈·阶段练习）臭氧是一种重要物质，大气高空的臭氧层保护了地球生物的生存，它还是有机合成的氧化剂、替代氯气的净水剂等。已知的空间结构与水分子的相似，则下列关于的说法不正确的是 A．可做漂白剂，其与NaClO漂白原理类似 B．的空间结构为V形，分子正电荷中心和负电荷中心不重合 C．键角大小： D．分子是含有非极性键的极性分子 5．（23-24高二下·四川绵阳·期中）科学家合成了一种新的共价化合物，其结构如图所示，其中X、Y、Z、W为原子序数依次增大的短周期元素，W的原子序数等于X与Y的原子序数之和，下列说法错误的是 A．电负性：Y>X>Z B．该物质中所有的原子都满足8电子稳定结构 C．分子空间结构为V形 D．化合物可以发生加聚反应制造高分子材料 6．（24-25高二下·湖北武汉·期末）许多测定分子结构的现代仪器和谱图是化学研究的重要手段之一，下列说法错误的是 A．X射线衍射仪可测定共价键的键长和键角 B．红外光谱可分析分子中含有何种化学键或官能团的信息 C．原子光谱的谱线是连续的而不是离散的 D．质谱图中分子离子峰的质荷比可代表物质的相对分子质量 7．（25-26高二上·全国·周测）核磁共振(NMR)技术已广泛应用于复杂分子结构的测定和医学诊断等高科技领域。已知质子数或中子数为奇数的原子核才有NMR现象，而质子数和中子数均为偶数的原子不产生核磁共振，下列原子组一定能产生NMR现象的是 A．、、 B．、、 C．、、 D．、、 综合应用 8．（24-25高二下·重庆·阶段练习）测定分子结构的现代仪器和谱图是化学研究的重要手段之一、下列有关说法正确的是 A．测定物质中存在何种类型的键，可以采用X射线衍射仪测定 B．质谱法能快速、精确地测定有机物中氢原子的种类和数目 C．红外光谱仪可测定有机化合物的化学键或官能团的信息 D．核磁共振氢谱可以测定有机化合物的相对分子质量 9．（23-24高二下·湖北荆州·阶段练习）科学家应用许多测定分子结构的现代仪器和方法了解分子的结构，下列说法不正确的是 A．利用光谱仪获取的特征谱线鉴定元素种类 B．利用红外光谱仪测定共价键的键长和键角 C．利用X射线衍射仪测定晶体中各个原子的位置 D．利用质谱仪测定分子的相对分子质量 10．（24-25高二上·四川眉山·期中）臭氧通常存在于距离地面左右的高层大气中，它能有效阻挡紫外线，保护人类健康。但是在近地面，臭氧却是一种污染物。已知的空间结构为形，分子中正电中心和负电中心不重合。下列说法不正确的是 A．和互为同素异形体 B．在水中的溶解度： C．是极性分子，是非极性分子 D．分子中的共价键是非极性键 11．（23-24高二下·湖北武汉·期中）短周期主族元素R、X、Y、Z的部分信息如下(Y和Z位于同周期)：下列说法错误的是 元素代号 简单氢化物 化学式 溶液 1 A．R的氢化物是极性分子 B．的键能大于 C．分子空间结构为形 D．上述元素的氧化物中，Y的熔点最高 拓展培优 12．（24-25高二下·江西上饶·期末）下列说法正确的是 A．通过X射线衍射实验测定计算分子结构的键长和键角 B．1mol[Cu(NH3)4]2+σ键数目为12NA C．BF3、NCl3分子中所有原子的最外层电子均达到8电子稳定结构 D．向配合物[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O溶液中加入足量的AgNO3溶液，所有氯元素均完全沉淀 13．（24-25高二上·河北衡水·期末）磷及其化合物在生产生活中具有广泛应用。白磷(，结构见图)与反应得和，固态中含有，两种离子。已知的分子结构类似白磷分子。下列关于、、、和的说法正确的是 A．的熔、沸点比的高是因为分子间存在氢键 B．的空间结构为平面三角形 C．分子中的键角比的大 D．分子中键能大于分子的键能 14．（23-24高二下·上海·期末）碳与硅属于同主族元素，但是由碳和硅形成的氧化物性质差异巨大，如熔沸点     (填写“>”、“<”或“=”)，其原因是 。碳和硅形成的氯化物和分子空间结构相同，则中硅氯键之间的键角是 。 15．（24-25高二·全国·假期作业）测定有机化合物结构的分析方法 (1)1H核磁共振谱(1H-NMR) ①原理：有机物分子中的氢原子核所处的化学环境(即其附近的基团)不同，表现出的核磁性就不同，代表核磁性特征的峰在核磁共振谱图中横坐标的位置(化学位移，符号为δ)也就不同。 ②在1H核磁共振谱中：特征峰的个数就是有机物中 ；特征峰的面积之比就是 。 ③乙醇和二甲醚的1H核磁共振谱分析 乙醇 二甲醚 核磁共振氢谱 结论 氢原子类型有3种，不同氢原子的个数之比= 。 氢原子类型有 。 (2)红外光谱法 ①原理：利用有机化合物分子中不同基团在红外光辐射的特征吸收频率不同，测试并记录有机化合物对一定波长范围的红外光吸收情况。 ②应用：初步判断该有机物中具有哪些基团。 (3)质谱法 ①原理：用高能电子束轰击有机物分子，使之分离成带电的“碎片”，不同的带电“碎片”的质量(m)和所带电荷(z)的比值不同，就会在不同的m/z处出现对应的特征峰。可根据特征峰与碎片离子的结构对应关系分析有机物的结构。 ②质荷比(m/z)：指分子离子、碎片离子的 。质谱图中，质荷比的最大值就表示了样品分子的 。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $