2.2分子的空间结构 讲义 -2026-2027学年高二上学期化学人教版选择性必修2

本讲义聚焦分子的空间结构这一核心知识点，从分子结构测定（早期化学分析法、性质推断到现代红外光谱、核磁共振氢谱等技术）入手，系统梳理双原子至五原子分子的空间结构类型，再通过价层电子对互斥理论和杂化轨道理论构建判断方法，最终关联结构对分子极性及化学性质的影响，形成完整知识支架。 该资料亮点在于融合技术原理与理论模型，以红外光谱识别官能团、核磁共振氢谱分析氢原子环境等实例，培养“物质结构决定性质”的化学观念，通过价层电子对计算与分子结构对比训练科学思维。对点练习与课后作业贴合知识点，课中辅助教师理论联系实例教学，课后帮助学生巩固判断方法和结构类型，有效查漏补缺。

2.2 分子的空间结构 一、分子结构的测定 1.测定分子结构的意义 分子的结构决定其性质，了解分子结构能帮助我们理解物质的化学特性、反应规律，还能为新材料研发、药物设计等提供理论基础。比如，知道了青霉素的分子结构，才能通过化学合成生产出这种高效抗生素。 2.早期测定方法 ①化学分析法 通过化学反应确定分子中各元素的种类和比例，进而得出实验式。比如，燃烧法测定有机物：将有机物充分燃烧，测定生成的CO₂、H₂O等产物的质量，计算出碳、氢等元素的质量分数，再结合相对分子质量确定分子式。但这种方法只能得到分子的元素组成和原子数目比，无法确定原子的连接方式和空间排布。 ②利用物质的性质推断 一些物质的特殊性质能反映其结构特点。比如，乙醇能与钠反应产生氢气，说明分子中存在羟基；而二甲醚与钠不反应，证明它的结构和乙醇不同，虽然二者分子式都是C₂H₆O。 3.现代测定技术 ①红外光谱（IR） 原理：不同官能团或化学键对红外线的吸收频率不同，当红外线照射分子时，特定频率的光会被吸收，形成特征吸收峰。 应用：通过分析红外光谱图的吸收峰位置和强度，可以判断分子中存在的官能团。比如，含有羰基（C=O）的化合物在1700cm⁻¹左右会有强吸收峰，羟基（-OH）在3300cm⁻¹附近有宽而强的吸收峰。 ②核磁共振氢谱（¹H-NMR） 原理：氢原子核具有磁性，在强磁场中会吸收特定频率的无线电波，不同化学环境的氢原子，吸收频率不同，在谱图上出现不同的峰。 应用：峰的数目代表分子中不同化学环境氢原子的种类；峰的面积比代表不同种类氢原子的数目比。比如，乙醇的核磁共振氢谱有3组峰，面积比为3:2:1，对应甲基、亚甲基和羟基上的氢原子；而二甲醚只有1组峰，说明所有氢原子化学环境相同。 ③X射线衍射法 原理：当X射线照射到晶体时，会发生衍射现象，衍射图案与晶体中原子的排布有关。 应用：可以精确测定分子中原子的空间位置、键长、键角，是测定复杂分子结构（如蛋白质、核酸）的重要方法。比如，通过X射线衍射法，科学家确定了DNA的双螺旋结构。 ④质谱仪测定分子的相对质量 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。 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 质荷比：分子离子、碎片离子的相对质量与其电荷的比值。 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。 【对点练习】 1.化学分析的手段通常有定性分析、定量分析、仪器分析等，现代化学中仪器分析是研究物质结构的基本方法和实验手段。下列说法正确的是 A．X射线衍射技术不能用于有机化合物晶体结构的测定 B．分析有机物的红外光谱图，可获得分子中所含化学键或官能团个数的信息 C．核磁共振氢谱能准确测定有机物中氢元素的个数 D．质谱法是快速、精确测定相对分子质量的重要方法 【答案】D 【解析】A．X射线衍射技术能够精确测定原子在晶体中的空间位置，是迄今研究分子结构的主要技术，故A错误；B．红外光谱图常用来测定分子中含有的化学键或官能团，但不能获得分子中所含化学键或官能团个数的信息，故B错误；C．核磁共振氢谱能够测定有机物中氢原子的种类和数量比，不能测定有机物中氢元素的个数，故C错误；D．质谱法是快速、精确测定相对分子质量的重要方法，故D正确；故选D。 2.随着科学技术的发展，人们可以利用很多先进的方法和手段来测定有机物的组成和结构。下列说法不正确的是 A．李比希元素分析仪可以测定有机物的结构简式 B．质谱是快速精确测定有机物相对分子质量的重要方法 C．分析有机物的红外光谱图可获得分子中所含有的化学键或官能团的信息 D．X射线衍射技术可用于测定有机化合物的晶体结构 【答案】A 【解析】A．李比希元素分析仪只能确定有机物中所含的元素种类和含量，则可以确定有机物的最简式或者是实验式，不能测定有机物的结构简式，A错误；B．质谱图中质荷比最大的吸收峰就是该分子的相对分子质量，故质谱是快速精确测定有机物相对分子质量的重要方法，B正确；C．分析有机物的红外光谱图可获得分子中所含有的化学键或官能团的信息，C正确；D．X射线衍射实验是鉴别晶体与非晶体以及测定晶体结构的最可靠的途径，X射线衍射技术可用于测定有机化合物的晶体结构，D正确；故答案为：A。 3.准确测定有机物的分子结构，对从分子水平去认识物质世界，推动近代有机化学的发展十分重要。采用现代仪器分析方法，可以快速、准确地测定有机化合物的分子结构例，如质谱、红外光谱、核磁共振等。有机化合物A的谱图如下，根据谱图可推测其结构简式为        A．CH3OCH3 B．CH3CH2CHO C．HCOOH D．CH3CH2OH 【答案】D 【解析】由核磁共振氢谱图可知该有机物分子中有三种不同化学环境的氢原子，符合该条件的有B、D两个选项，由质谱图可得该有机物的相对分子质量为46，故答案选D。 二.多样的分子空间结构 1.常见分子的空间结构 （1）双原子分子：所有双原子分子如H₂、O₂、HCl等，都是直线形结构，两个原子在同一条直线上，键角为180°。 （2）三原子分子 ①直线形：如CO₂，中心碳原子采用sp杂化，两个碳氧双键呈直线分布，键角180°；还有CS₂也属于此类。 ②V形（角形）：如H₂O，中心氧原子采用sp³杂化，存在两对孤电子对，对成键电子对产生排斥作用，使得两个氢氧键的夹角约为104.5°，分子呈V形；类似的还有SO₂，中心硫原子采用sp²杂化，有一对孤电子对，键角约120°，也为V形。 （3）四原子分子 ①平面三角形：如BF₃，中心硼原子采用sp²杂化，三个硼氟键在同一平面内，键角120°，分子呈平面三角形；气态的SO₃也属于这种结构。 ②三角锥形：如NH₃，中心氮原子采用sp³杂化，存在一对孤电子对，对三个氮氢键产生排斥，使得键角约为107°，分子呈三角锥形；PH₃的结构与NH₃类似，只是键角更小。 （4）五原子分子 ①正四面体形：如CH₄，中心碳原子采用sp³杂化，四个碳氢键完全相同，键角109°28′，分子呈正四面体形；CCl₄、SiH₄等也都是正四面体形结构。 ②变形四面体形：如CH₃Cl，由于氯原子和氢原子的电负性不同，使得分子的空间结构偏离正四面体，成为变形四面体形。 【对点练习】 1.下列分子的空间结构模型或键角正确的是 A． B． C． D． 【答案】A 【解析】A．甲烷是正四面体结构，碳原子在正四面体中心，键角为109°28'，故A正确；B．H2S是V形结构，不是直线形结构，故B错误；C．NH3是三角锥形结构，键角小于109°28'，大约为107°，故C错误；D．CO2是直线形结构，故D错误；故选A。 2.下列分子的空间结构模型正确的是 A．CO2： B．H2O： C．NH3： D．CH4： 【答案】D 【解析】A．CO2的空间结构为直线形，A模型错误；B．H2O的空间结构为V形，B模型错误；C．NH3的空间结构为三角锥形，C模型错误；D．CH4的空间结构为正四面体形，D模型正确。答案为D。 3.(1)硫化氢(H2S)分子中，两个H—S键的夹角接近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键的夹角是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键为极性共价键 c．4个C—H键的键能、键长都相等 d．二氯甲烷(CH2Cl2)只有一种(不存在同分异构体) 【答案】(1)V形(2)直线形(3)ad 【解析】(1)两个H—S键的夹角接近90°，由键角直接判断分子的空间结构为V形，故答案为：V形； (2)两个C=S键的夹角是180°，由键角直接判断分子的空间结构为直线形，故答案为：直线形； (3)五原子分子CH4可能有平面四边形和正四面体两种空间结构，不管为哪种，b、c两项都成立，不能说明CH4分子结构；若为平面四边形，则键角为90°，CH2Cl2有两种：和；若为正四面体，则键角为109°28′，CH2Cl2只有一种，不存在同分异构体，故答案为：ad。 三、分子空间结构的判断方法 1.价层电子对互斥理论（VSEPR） （1）计算中心原子的价层电子对数：价层电子对数=σ键电子对数+孤电子对数。σ键电子对数等于与中心原子结合的原子数；孤电子对数=（中心原子价电子数-与中心原子结合的原子未成对电子数之和）/2（对于阳离子，需减去电荷数；对于阴离子，需加上电荷数）。 【要点一】价层电子对互斥模型认为，分子的空间结构是中心原子周围的“价层电子对”相互排斥的结果。 ①当中心原子的价电子全部参与成键时，为使价电子斥力最小，就要求尽可能采取对称结构。 ②当中心原子的价电子部分参与成键时，未参与成键的孤电子对与成键电子对之间及孤电子对之间、成键电子对之间的斥力不同，从而影响分子的空间结构。 ③电子对之间的夹角越大，相互之间的斥力越小。 ④成键电子对之间斥力由大到小的顺序：三键-三键>三键-双键>双键-双键>双键-单键>单键-单键。 ⑤含孤电子对的斥力由大到小的顺序：孤电子对-孤电子对>孤电子对-单键>单键-单键。 【要点二】1.根据中心原子上的价层电子对数=σ键电子对数+中心原子上的孤电子对数 (1)σ键电子对数的确定：由化学式确定 (2)中心原子上的孤电子对数的确定： 计算出σ键电子对数和中心原子上的孤电子对数，在确定了σ键电子对数和中心原子上的孤电子对数后，可以依据下面的方法确定相应的较稳定的分子或离子的空间结构： σ键电子对数+孤电子对数=价层电子对数VSEPR模型分子的空间结构 2. 说明：（1）中心原子配位的原子总数是指与中心原子直接结合的原子个数，氧族元素原子作配位原子时，不计算配位原子个数。 （2）粒子的电荷数是离子所带电荷数，阳离子用“-”，阴离子用“+”。 （3）计算结果为中心原子的价层电子对数，根据中心原子的价层电子对数可以确定价层电子对互斥模型。 （4）孤电子对数=价层电子对数-中心原子配位的原子总数。 根据上述方法II计算出价层电子对总数和中心原子上的孤电子对数，根据价层电子对总数得出VSEPR模型，由VSEPR模型略去孤电子对就可以得出分子的实际构型。 价层电子对数VSEPR模型分子的空间结构 （2）根据价层电子对数确定电子对的空间构型：2对为直线形，3对为平面三角形，4对为四面体形，5对为三角双锥形，6对为八面体形。 （3）结合孤电子对数确定分子的空间构型：若中心原子无孤电子对，电子对空间构型就是分子空间构型；若有孤电子对，孤电子对会排斥成键电子对，使分子空间构型发生变化，比如4对价层电子对，有1对孤电子对时为三角锥形，有2对孤电子对时为V形。 2.杂化轨道理论 常见杂化类型与空间构型的对应：sp杂化对应直线形，sp²杂化对应平面三角形，sp³杂化对应四面体形。通过判断中心原子的杂化类型，可以确定分子的空间结构，比如乙烯分子中碳原子采用sp²杂化，分子呈平面形；乙炔分子中碳原子采用sp杂化，分子呈直线形。 【对点练习】 1.下列有关价层电子对互斥理论的描述正确的是(　　) A．价层电子对就是σ键电子对 B．孤电子对数由分子式来确定 C．分子的立体构型是价层电子对互斥的结果 D．孤电子对数等于π键数 【答案】C 【解析】价层电子对数是σ键电子对数与孤电子对数之和，孤电子对数是指没有成键的价电子对数，其与中心原子价层电子总数、与中心原子结合的原子最多能接受的电子数及与中心原子结合的原子数有关，A、B、D项错误。 2.已知在CH4中，C—H键间的键角为109°28′，NH3中，N—H键间的键角为107°，H2O中O—H键间的键角为105°，则下列说法中正确的是(　　) A．孤电子对与成键电子对间的斥力大于成键电子对与成键电子对间的斥力 B．孤电子对与成键电子对间的斥力小于成键电子对与成键电子对间的斥力 C．孤电子对与成键电子对间的斥力等于成键电子对与成键电子对间的斥力 D．题干中的数据不能说明孤电子对与成键电子对间的斥力同成键电子对与成键电子对间的斥力之间的大小关系 【答案】A 【解析】CH4中碳原子没有孤电子对，C—H键间的键角为109°28′，NH3中氮原子有1个孤电子对，N—H键间的键角为107°，H2O中氧原子有2个孤电子对，O—H键间的键角为105°，说明孤电子对与成键电子对间的斥力大于成键电子对与成键电子对间的斥力。 3.下列关于价层电子对互斥模型(VSEPR模型)的叙述中不正确的是(　　) A．VSEPR模型可用来预测分子的空间结构 B．分子中价电子对相互排斥决定了分子的空间结构 C．中心原子上的孤电子对也要占据中心原子周围的空间并参与互相排斥 D．分子中键角越大，价电子对相互排斥力越大，分子越稳定 【答案】D 【解析】VSEPR模型可用来预测分子的空间结构，注意实际空间结构要去掉孤电子对， A正确；空间结构与价电子对相互排斥有关，所以分子中价电子对相互排斥决定了分子的空间结构， B正确；中心原子上的孤电子对也要占据中心原子周围的空间并参与互相排斥，且孤电子对间的排斥力＞孤电子对和成对电子对间的排斥力， C正确；分子的稳定性与键角没有关系， D不正确，故选D。 4.列粒子的VSEPR模型为四面体且其空间结构为V形的是( ) A．SO2 B．SO42- C．H3O+ D．OF2 【答案】D 【解析】A项，SO2中S原子价电子对数为，有1个孤电子对，VSEPR模型为平面结构，其空间结构为V形，故不选A；B项，SO42-中S原子价电子对数为，无孤电子对，VSEPR模型为四面体，其空间结构为正四面体，故不选B；C项，H3O+中O原子价电子对数为，有1个孤电子对，VSEPR模型为四面体，其空间结构为三角锥，故不选C；D项，OF2中O原子价电子对数为，有2个孤电子对，VSEPR模型为平四面体，其空间结构为V形，故选D；故选D。 三、分子空间结构对性质的影响 1.对极性的影响：分子的空间结构会影响分子的极性。如CO₂是直线形结构，正负电荷中心重合，为非极性分子；H₂O是V形结构，正负电荷中心不重合，为极性分子。极性分子和非极性分子在溶解性、熔沸点等性质上有差异，比如极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂。 2.对化学性质的影响：分子的空间结构会影响分子的反应活性。比如同样是含羟基的分子，乙醇和苯酚的空间结构不同，导致它们的化学性质有很大差异，苯酚中的羟基受苯环影响，酸性比乙醇强，还能与溴水发生取代反应。 【课后作业】 1.现代化学常用的测定分子的相对分子质量的方法是 A．质谱法 B．晶体射线衍射法 C．核磁共振氢谱法 D．红外光谱法 【答案】A 【解析】现代化学常用质谱法测定分子的相对分子质量，故选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，其中是正四面体结构的是（    ） A．①② B．①④ C．①②④ D．②③④ 【答案】B 【解析】CH4、CCl4均为正四面体结构；NH3是三角锥形结构；H2O是“V”型结构；CO2：是直线型结构，综上符合的为①④，答案选B。 3.下列分子结构的空间构型为正四面体的是 A．四氯化碳 B．1，2-二氯乙烯 C．二氯甲烷 D．氨气 【答案】A 【解析】A．四氯化碳中心原子价层电子对数为4，中心原子上无孤电子对，空间构型为正四面体，A正确；B．1，2-二氯乙烯中6个原子在同一平面上，空间构型不是正四面体，B错误；C．二氯甲烷空间构型是四面体结构，C—H和C-Cl的键长不同，二氯甲烷空间构型不是正四面体，C错误；D．氨气分子中心原子价层电子对数为4，中心原子上孤电子对数为1，空间构型是三角锥形，不是正四面体，D错误；故答案选A。 4.下列关于分子空间构型的判断，不正确的是 A．CS2 V形 B．CH4 正四面体形 C．BF3 平面三角形 D．NH3 三角锥形 【答案】A 【解析】A．CS2分子空间构型与CO2分子空间构型相同，为直线型，A错误；B． CH4的空间构型为正四面体，B正确；C． BF3 的空间构型为平面三角形，C正确；D． NH3 的空间构型为三角锥形，D正确；答案选A。 5.能用来分析分子中的化学键及官能团信息的物理方法是 A．X射线衍射法 B．红外光谱法 C．核磁共振法 D．质谱法 【答案】B 【解析】不同的官能团红外光谱图不同，因此可以用红外光谱法分析分子中的化学键和官能团信息，故合理选项是B。 6.如图是一种分子式为C4H8O2的有机物的红外光谱图，则该有机物可能为 A．CH3COOCH2CH3 B．CH3CH2COOH C．HCOOCH2CH2CH3 D．(CH3)2CHCH2COOH 【答案】A 【分析】由红外光谱图可看出该分子中有不对称CH3，含有C=O、C-O-C单键，结合分子式C4H8O2判断。 【解析】A．CH3COOCH2CH3中存在不对称-CH3、C-O-C和C=O，且分子式为C4H8O2，故A符合题意；B．CH3CH2COOH的分子式不为C4H8O2，且结构中没有C-O-C单键，故B不符合题意；C．HCOOCH2CH2CH3中只含有1个-CH3，不存在C-O-C单键，故C不符合题意；D．(CH3)2CHCH2COOH分子中存在对称-CH3，不存在C—O—C单键，且含碳数为5，故D不符合题意；答案选A。 7.某化合物分子由碳、氢、氧三种元素组成，其红外光谱只有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，则该有机物的结构简式是 A．CH3CH2OCH3 B．CH3CH(OH)CH3 C．CH3CH2OH D．CH3COOH 【答案】B 【分析】根据有机物的相对分子质量以及分子中有C-H键、O-H键、C-C键来解答。 【解析】A项、CH3CH2OCH3相对分子质量为60，但分子中不含O-H键，故A错误；B项、CH3CH（OH）CH3相对分子质量为60，分子中含有C-H键、O-H键、C-O键，故B正确；C项、CH3CH2OH相对分子质量为46，含有C-H键、O-H键、C-O键，故C错误；D项、CH3CH2COOH相对分子质量为60，含有C-H键、C=O键、O-H键、C-O键，故D错误。故选B。 8.利用红外光谱对有机化合物分子进行测试并记录，可初步判断该有机物分子拥有的(　　) A．同分异构体数　　　 B．原子个数 C．化学键和官能团种类 D．有机化合物的分子式 【答案】C 【解析】组成分子的各种基团都有自己特定的红外特征吸收峰，利用红外光谱对有机化合物分子进行测试并记录，可以清晰地记录出不同基团的吸收峰，所以可初步判断该有机物分子拥有的基团种类。 9.下列各组分子中所有原子都可能处于同一平面的是(　　) A．CH4、CS2、BF3 B．CO2、H2O、NH3 C．C2H4、C2H2、C6H6 D．CCl4、BeCl2、PH3 【答案】C 【解析】题中的CH4和CCl4为正四面体形分子，NH3和PH3为三角锥形分子，这几种分子的所有原子不可能都在同一平面上。CS2、CO2、C2H2和BeCl2为直线形分子，C2H4为平面形分子，C6H6为平面正六边形分子，这些分子都是平面形结构。 10.下列分子或离子的中心原子，带有一对孤电子对的是(　　) A．H2O B．BeCl2 C．CH4 D．PCl3 【答案】D 【解析】H2O有2对孤电子对，BeCl2和CH4没有孤电子对。 11.在白磷分子(P4)中,四个P原子分别处于正四面体的四个顶点上,结合有关P原子的成键特点,下列有关白磷分子的说法正确的是(　　) A.白磷分子中的键角为109°28' B.分子中共有4对共用电子对 C.白磷分子中的键角为60° D.分子中有6对孤电子对 【答案】C 【解析】根据共价键的方向性和饱和性,每个磷原子都以3个共价键与其他3个磷原子结合,从而形成正四面体结构,所以键角为60°,分子中共有6个共价单键(即6对共用电子对),4对孤电子对。 12.下列分子的空间构型为平面三角形的是（　 　） A．PCl3 B．BCl3 C．NH3 D．H2O 【答案】B 【解析】A．PCl3的空间构型为三角锥形，A不合题意；B．BCl3的空间构型为平面三角形，B符合题意； C．NH3的空间构型为三角锥形，C不合题意；D．H2O的空间构型为V形结构，D不合题意；故答案为：B。 13.仪器分析法对有机化学的研究至关重要。下列说法错误的是 A．元素分析仪是将有机物在氧气中充分燃烧后对燃烧产物进行自动分析，以确定有机物最简式 B．图-1是有机物甲的红外光谱，该有机物中至少有三种不同的化学键 C．图-2是有机物乙的质谱图，有机物乙的相对分子质量为78 D．图-3①和图-3②是分子式为的两种有机物的1H核磁共振谱图，图-3②为二甲醚 【答案】D 【解析】A．元素分析仪是将有机物在氧气中充分燃烧后对燃烧产物进行自动分析，以确定有机物最简式，现代元素分析仪分析的精确度和速度都达到了很高的水平，故A正确； B．从图1可以看出该有机物甲中至少有C-H、O-H、C-O三种化学键，故B正确； C．质谱图中最右侧的分子离子峰的质荷比数值为78，则有机物乙的相对分子质量为78，故C正确； D．1H核磁共振谱图中的吸收峰数目为分子中不同化学环境的H种类，峰面积比是不同化学环境H的个数比，分子式为C2H6O的有机物可能为乙醇，结构简式为CH3CH2OH，有三组峰，峰面积比为3：2：1，也可能为二甲醚，结构简式为CH3OCH3，只有一组峰，所以图-3②为乙醇，图-3①为二甲醚，故D错误； 故选D。 14.下列分子结构与分子中共价键键角对应正确的是(　　) A．直线形分子：180°　 B．平面正三角形：120° C．三角锥形：109°28′ D．正四面体形：109°28′ 【答案】B 【解析】A项，HCl也是直线形分子，因只有一个共价键，故不存在键角，A项错误；氨分子呈三角锥形，键角为107°，C项错误；甲烷、白磷分子均是正四面体形分子，但键角分别为109°28′、60°，D项错误，故选B项。 学科网（北京）股份有限公司 $ 2.2分子的空间结构 一、分子结构的测定 1.测定分子结构的意义 分子的结构决定其性质，了解分子结构能帮助我们理解物质的化学特性、反应规律，还能为新材料研发、药物设计等提供理论基础。比如，知道了青霉素的分子结构，才能通过化学合成生产出这种高效抗生素。 2.早期测定方法 ①化学分析法 通过化学反应确定分子中各元素的种类和比例，进而得出实验式。比如，燃烧法测定有机物：将有机物充分燃烧，测定生成的CO₂、H₂O等产物的质量，计算出碳、氢等元素的质量分数，再结合相对分子质量确定分子式。但这种方法只能得到分子的元素组成和原子数目比，无法确定原子的连接方式和空间排布。 ②利用物质的性质推断 一些物质的特殊性质能反映其结构特点。比如，乙醇能与钠反应产生氢气，说明分子中存在羟基；而二甲醚与钠不反应，证明它的结构和乙醇不同，虽然二者分子式都是C₂H₆O。 3.现代测定技术 ①红外光谱（IR） 原理：不同官能团或化学键对红外线的吸收频率不同，当红外线照射分子时，特定频率的光会被吸收，形成特征吸收峰。 应用：通过分析红外光谱图的吸收峰位置和强度，可以判断分子中存在的官能团。比如，含有羰基（C=O）的化合物在1700cm⁻¹左右会有强吸收峰，羟基（-OH）在3300cm⁻¹附近有宽而强的吸收峰。 ②核磁共振氢谱（¹H-NMR） 原理：氢原子核具有磁性，在强磁场中会吸收特定频率的无线电波，不同化学环境的氢原子，吸收频率不同，在谱图上出现不同的峰。 应用：峰的数目代表分子中不同化学环境氢原子的种类；峰的面积比代表不同种类氢原子的数目比。比如，乙醇的核磁共振氢谱有3组峰，面积比为3:2:1，对应甲基、亚甲基和羟基上的氢原子；而二甲醚只有1组峰，说明所有氢原子化学环境相同。 ③X射线衍射法 原理：当X射线照射到晶体时，会发生衍射现象，衍射图案与晶体中原子的排布有关。 应用：可以精确测定分子中原子的空间位置、键长、键角，是测定复杂分子结构（如蛋白质、核酸）的重要方法。比如，通过X射线衍射法，科学家确定了DNA的双螺旋结构。 ④质谱仪测定分子的相对质量 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。 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 质荷比：分子离子、碎片离子的相对质量与其电荷的比值。 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。 【对点练习】 1.化学分析的手段通常有定性分析、定量分析、仪器分析等，现代化学中仪器分析是研究物质结构的基本方法和实验手段。下列说法正确的是 A．X射线衍射技术不能用于有机化合物晶体结构的测定 B．分析有机物的红外光谱图，可获得分子中所含化学键或官能团个数的信息 C．核磁共振氢谱能准确测定有机物中氢元素的个数 D．质谱法是快速、精确测定相对分子质量的重要方法 2.随着科学技术的发展，人们可以利用很多先进的方法和手段来测定有机物的组成和结构。下列说法不正确的是 A．李比希元素分析仪可以测定有机物的结构简式 B．质谱是快速精确测定有机物相对分子质量的重要方法 C．分析有机物的红外光谱图可获得分子中所含有的化学键或官能团的信息 D．X射线衍射技术可用于测定有机化合物的晶体结构 3.准确测定有机物的分子结构，对从分子水平去认识物质世界，推动近代有机化学的发展十分重要。采用现代仪器分析方法，可以快速、准确地测定有机化合物的分子结构例，如质谱、红外光谱、核磁共振等。有机化合物A的谱图如下，根据谱图可推测其结构简式为        A．CH3OCH3 B．CH3CH2CHO C．HCOOH D．CH3CH2OH 二.多样的分子空间结构 1.常见分子的空间结构 （1）双原子分子：所有双原子分子如H₂、O₂、HCl等，都是直线形结构，两个原子在同一条直线上，键角为180°。 （2）三原子分子 ①直线形：如CO₂，中心碳原子采用sp杂化，两个碳氧双键呈直线分布，键角180°；还有CS₂也属于此类。 ②V形（角形）：如H₂O，中心氧原子采用sp³杂化，存在两对孤电子对，对成键电子对产生排斥作用，使得两个氢氧键的夹角约为104.5°，分子呈V形；类似的还有SO₂，中心硫原子采用sp²杂化，有一对孤电子对，键角约120°，也为V形。 （3）四原子分子 ①平面三角形：如BF₃，中心硼原子采用sp²杂化，三个硼氟键在同一平面内，键角120°，分子呈平面三角形；气态的SO₃也属于这种结构。 ②三角锥形：如NH₃，中心氮原子采用sp³杂化，存在一对孤电子对，对三个氮氢键产生排斥，使得键角约为107°，分子呈三角锥形；PH₃的结构与NH₃类似，只是键角更小。 （4）五原子分子 ①正四面体形：如CH₄，中心碳原子采用sp³杂化，四个碳氢键完全相同，键角109°28′，分子呈正四面体形；CCl₄、SiH₄等也都是正四面体形结构。 ②变形四面体形：如CH₃Cl，由于氯原子和氢原子的电负性不同，使得分子的空间结构偏离正四面体，成为变形四面体形。 【对点练习】 1.下列分子的空间结构模型或键角正确的是 A． B． C． D． 2.下列分子的空间结构模型正确的是 A．CO2： B．H2O： C．NH3： D．CH4： 3.(1)硫化氢(H2S)分子中，两个H—S键的夹角接近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键的夹角是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键为极性共价键 c．4个C—H键的键能、键长都相等 d．二氯甲烷(CH2Cl2)只有一种(不存在同分异构体) 三、分子空间结构的判断方法 1.价层电子对互斥理论（VSEPR） （1）计算中心原子的价层电子对数：价层电子对数=σ键电子对数+孤电子对数。σ键电子对数等于与中心原子结合的原子数；孤电子对数=（中心原子价电子数-与中心原子结合的原子未成对电子数之和）/2（对于阳离子，需减去电荷数；对于阴离子，需加上电荷数）。 【要点一】价层电子对互斥模型认为，分子的空间结构是中心原子周围的“价层电子对”相互排斥的结果。 ①当中心原子的价电子全部参与成键时，为使价电子斥力最小，就要求尽可能采取对称结构。 ②当中心原子的价电子部分参与成键时，未参与成键的孤电子对与成键电子对之间及孤电子对之间、成键电子对之间的斥力不同，从而影响分子的空间结构。 ③电子对之间的夹角越大，相互之间的斥力越小。 ④成键电子对之间斥力由大到小的顺序：三键-三键>三键-双键>双键-双键>双键-单键>单键-单键。 ⑤含孤电子对的斥力由大到小的顺序：孤电子对-孤电子对>孤电子对-单键>单键-单键。 【要点二】1.根据中心原子上的价层电子对数=σ键电子对数+中心原子上的孤电子对数 (1)σ键电子对数的确定：由化学式确定 (2)中心原子上的孤电子对数的确定： 计算出σ键电子对数和中心原子上的孤电子对数，在确定了σ键电子对数和中心原子上的孤电子对数后，可以依据下面的方法确定相应的较稳定的分子或离子的空间结构： σ键电子对数+孤电子对数=价层电子对数VSEPR模型分子的空间结构 2. 说明：（1）中心原子配位的原子总数是指与中心原子直接结合的原子个数，氧族元素原子作配位原子时，不计算配位原子个数。 （2）粒子的电荷数是离子所带电荷数，阳离子用“-”，阴离子用“+”。 （3）计算结果为中心原子的价层电子对数，根据中心原子的价层电子对数可以确定价层电子对互斥模型。 （4）孤电子对数=价层电子对数-中心原子配位的原子总数。 根据上述方法II计算出价层电子对总数和中心原子上的孤电子对数，根据价层电子对总数得出VSEPR模型，由VSEPR模型略去孤电子对就可以得出分子的实际构型。 价层电子对数VSEPR模型分子的空间结构 （2）根据价层电子对数确定电子对的空间构型：2对为直线形，3对为平面三角形，4对为四面体形，5对为三角双锥形，6对为八面体形。 （3）结合孤电子对数确定分子的空间构型：若中心原子无孤电子对，电子对空间构型就是分子空间构型；若有孤电子对，孤电子对会排斥成键电子对，使分子空间构型发生变化，比如4对价层电子对，有1对孤电子对时为三角锥形，有2对孤电子对时为V形。 2.杂化轨道理论 常见杂化类型与空间构型的对应：sp杂化对应直线形，sp²杂化对应平面三角形，sp³杂化对应四面体形。通过判断中心原子的杂化类型，可以确定分子的空间结构，比如乙烯分子中碳原子采用sp²杂化，分子呈平面形；乙炔分子中碳原子采用sp杂化，分子呈直线形。 【对点练习】 1.下列有关价层电子对互斥理论的描述正确的是(　　) A．价层电子对就是σ键电子对 B．孤电子对数由分子式来确定 C．分子的立体构型是价层电子对互斥的结果 D．孤电子对数等于π键数 2.已知在CH4中，C—H键间的键角为109°28′，NH3中，N—H键间的键角为107°，H2O中O—H键间的键角为105°，则下列说法中正确的是(　　) A．孤电子对与成键电子对间的斥力大于成键电子对与成键电子对间的斥力 B．孤电子对与成键电子对间的斥力小于成键电子对与成键电子对间的斥力 C．孤电子对与成键电子对间的斥力等于成键电子对与成键电子对间的斥力 D．题干中的数据不能说明孤电子对与成键电子对间的斥力同成键电子对与成键电子对间的斥力之间的大小关系 3.下列关于价层电子对互斥模型(VSEPR模型)的叙述中不正确的是(　　) A．VSEPR模型可用来预测分子的空间结构 B．分子中价电子对相互排斥决定了分子的空间结构 C．中心原子上的孤电子对也要占据中心原子周围的空间并参与互相排斥 D．分子中键角越大，价电子对相互排斥力越大，分子越稳定 4.列粒子的VSEPR模型为四面体且其空间结构为V形的是( ) A．SO2 B．SO42- C．H3O+ D．OF2 三、分子空间结构对性质的影响 1.对极性的影响：分子的空间结构会影响分子的极性。如CO₂是直线形结构，正负电荷中心重合，为非极性分子；H₂O是V形结构，正负电荷中心不重合，为极性分子。极性分子和非极性分子在溶解性、熔沸点等性质上有差异，比如极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂。 2.对化学性质的影响：分子的空间结构会影响分子的反应活性。比如同样是含羟基的分子，乙醇和苯酚的空间结构不同，导致它们的化学性质有很大差异，苯酚中的羟基受苯环影响，酸性比乙醇强，还能与溴水发生取代反应。 【课后作业】 1.现代化学常用的测定分子的相对分子质量的方法是 A．质谱法 B．晶体射线衍射法 C．核磁共振氢谱法 D．红外光谱法 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，其中是正四面体结构的是（    ） A．①② B．①④ C．①②④ D．②③④ 3.下列分子结构的空间构型为正四面体的是 A．四氯化碳 B．1，2-二氯乙烯 C．二氯甲烷 D．氨气 4.下列关于分子空间构型的判断，不正确的是 A．CS2 V形 B．CH4 正四面体形 C．BF3 平面三角形 D．NH3 三角锥形 5.能用来分析分子中的化学键及官能团信息的物理方法是 A．X射线衍射法 B．红外光谱法 C．核磁共振法 D．质谱法 6.如图是一种分子式为C4H8O2的有机物的红外光谱图，则该有机物可能为 A．CH3COOCH2CH3 B．CH3CH2COOH C．HCOOCH2CH2CH3 D．(CH3)2CHCH2COOH 7.某化合物分子由碳、氢、氧三种元素组成，其红外光谱只有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，则该有机物的结构简式是 A．CH3CH2OCH3 B．CH3CH(OH)CH3 C．CH3CH2OH D．CH3COOH 8.利用红外光谱对有机化合物分子进行测试并记录，可初步判断该有机物分子拥有的(　　) A．同分异构体数　　　 B．原子个数 C．化学键和官能团种类 D．有机化合物的分子式 9.下列各组分子中所有原子都可能处于同一平面的是(　　) A．CH4、CS2、BF3 B．CO2、H2O、NH3 C．C2H4、C2H2、C6H6 D．CCl4、BeCl2、PH3 10.下列分子或离子的中心原子，带有一对孤电子对的是(　　) A．H2O B．BeCl2 C．CH4 D．PCl3 11.在白磷分子(P4)中,四个P原子分别处于正四面体的四个顶点上,结合有关P原子的成键特点,下列有关白磷分子的说法正确的是(　　) A.白磷分子中的键角为109°28' B.分子中共有4对共用电子对 C.白磷分子中的键角为60° D.分子中有6对孤电子对 12.下列分子的空间构型为平面三角形的是（　 　） A．PCl3 B．BCl3 C．NH3 D．H2O 13.仪器分析法对有机化学的研究至关重要。下列说法错误的是 A．元素分析仪是将有机物在氧气中充分燃烧后对燃烧产物进行自动分析，以确定有机物最简式 B．图-1是有机物甲的红外光谱，该有机物中至少有三种不同的化学键 C．图-2是有机物乙的质谱图，有机物乙的相对分子质量为78 D．图-3①和图-3②是分子式为的两种有机物的1H核磁共振谱图，图-3②为二甲醚 14.下列分子结构与分子中共价键键角对应正确的是(　　) A．直线形分子：180°　 B．平面正三角形：120° C．三角锥形：109°28′ D．正四面体形：109°28′ 学科网（北京）股份有限公司 $