第二节 分子的空间结构
学习目标 重点难点
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。 3.能运用价层电子对互斥模型预测简单分子的空间结构,发展学生的模型认知能力。 4.结合实例了解杂化轨道理论的要点和类型(sp、sp2、sp3 ),能运用杂化轨道理论解释简单共价分子和离子的空间结构。 重 点 从原子轨道重叠的视角应用价层电子对互斥模型预测简单分子或离子的空间结构;应用杂化轨道理论解释分子的空间结构。
难 点 中心原子上的孤电子对数的计算;用杂化轨道理论解释含有孤电子对的分子的空间结构。
第1课时 分子结构的测定和多样的分子空间结构
新知探究(一)——分子结构的测定
1.测定分子结构的仪器和方法
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进行推测。现代科学家应用了现代仪器和方法,如红外光谱、质谱法(测定分子的相对分子质量)、晶体X射线衍射等。
2.红外光谱
(1)原理: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 的红外线,再记录到图谱上呈现吸收峰。红外光谱仪原理示意图如图。
(2)应用:将测定的红外图谱和已有谱图库比对,或通过量子化学计算,可分析出分子中含有何种化学键或官能团的信息。红外光谱如图:
该有机物分子中有3种不同的化学键,分别是C—H、O—H、 。
3.质谱法
(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。各粒子相对质量不同,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。质谱仪原理示意图如图。
(2)应用:质谱中质荷比最大的峰是分子离子峰,由此可得知样品分子的相对分子质量。甲苯分子的质谱图如图:甲苯的相对分子质量为 。
[微点拨] 一种元素可以有多种核素,化合物分子在质谱中失去1个电子形成的离子会有多种质荷比,将其中质荷比大于分子中离子峰的离子称为同位素离子,该峰称为同位素峰。
[题点多维训练]
1.可以准确判断有机物分子中含有哪些官能团的分析方法是 ( )
A.原子光谱B.质谱法
C.红外光谱D.焰色试验
2.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X射线衍射法
C.核磁共振氢谱法D.红外光谱法
3.现代化学测定有机物组成及结构的分析方法较多。下列有关说法正确的是 ( )
A.元素分析仪不仅可以测出试样常见的组成元素及含量,还可以测定其分子的空间结构
B.质谱仪可用于有机物分子结构的测定
C.通过红外光谱分析可以区分乙醇和乙酸乙酯
D.质谱法和红外光谱法不属于测定有机物组成和结构的现代分析方法
4.已知某分子的质谱图如图所示,且分子的红外光谱信息中含有C—O、C—H、O—H的吸收峰。下列关于其分子结构的叙述中正确的是( )
A.该分子的结构为CH3CH2OH
B.该分子的相对分子质量可能为27、31、45 或46
C.该分子的结构为CH3—O—CH3
D.该分子的红外光谱和质谱都可以全面反映分子结构的信息
5.用红外光谱仪测得乙偶姻分子的红外光谱图如下:
则由红外光谱图得乙偶姻分子中含有的化学键是 ,推测其含有的官能团是: (填结构简式)。
新知探究(二)——多样的分子空间结构
1.单中心分子的空间结构
(ABn型,A为中心,B与A单独成键)
分子中 原子数目 化学式 空间 结构 结构式 键角 分子的空间结构模型
空间填充模型 球棍模型
三原子 CO2 OCO 180°
H2O 105°
四原子 CH2O 120°
NH3 107°
五原子 CH4
2.多样的其他分子的空间结构
(1)白磷(P4)、六氧化四磷(P4O6)、十氧化四磷(P4O10)
P4是 形分子,6个P—P,键角 ,若P4的每个P—P打开嵌入—O—,即得到 ,每个P都再继续与O原子形成PO结构,即得到 。
(2)环己烷
椅式C6H12比船式C6H12稳定。
(3)S8分子和SF6分子
S8像顶皇冠,8个S不在一个平面上,键角约108°;SF6分子为 形结构。
[题点多维训练]
1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)组成分子的原子个数相同时,空间结构、键角都相同 ( )
(2)正四面体形的键角均为109°28' ( )
(3)在①P4、②NH3、③CH4、④BF3中,分子结构为正四面体形的有①③ ( )
(4)H2O、H2O2分子的空间结构相同 ( )
(5)船式C6H12比椅式C6H12稳定 ( )
2.BF3分子的空间结构与甲醛(HCHO)的相似,则BF3分子的空间结构为 ( )
A.直线形B.三角锥形
C.四面体形D.平面三角形
3.下列有关键角与分子空间结构的说法不正确的是 ( )
A.键角为180°的分子,空间结构是直线形
B.键角为120°的分子,空间结构是平面三角形
C.键角为60°的分子,空间结构可能是正四面体形
D.键角为90°~109°28'之间的分子,空间结构可能是V形
4.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 。
二硫化碳(CS2)分子中,两个CS的夹角是180°,说明CS2分子的空间结构为 。
|归纳拓展|分子组成、键角与空间结构的关系
分子组成 AB2 AB3 AB4
键角 180° <180° 120° <120° 109°28'
空间结构 直线形 V形 平面三角形 三角锥形 正四面体形
第1课时 分子结构的测定和多样的分子空间结构
新知探究(一)
2.(1)相同 (2)C—O 3.(2)92
[题点多维训练]
1.选C 利用原子光谱鉴定元素,A错误;质谱法分析相对分子质量,B错误;红外光谱判断有机物分子中官能团的种类,C正确;焰色试验判断的是何种金属元素,D错误。
2.选A 现代化学常用质谱法测定分子的相对分子质量,A项正确。
3.选C 元素分析仪可对物质中的元素及含量进行定量分析,但无法确定有机化合物的空间结构,A错误;质谱仪最重要的应用是分离同位素并测定它们的相对原子质量及相对丰度,也可用于有机物相对分子质量的测定,B错误;红外光谱可确定物质中的基团,乙醇和乙酸乙酯中的基团不同,则通过红外光谱分析可以区分乙醇和乙酸乙酯,C正确;质谱法可以测定有机物的相对分子质量,红外光谱法可以测定分子中的基团,属于测定有机物组成和结构的现代分析法,D错误。
4.选A 题中分子的相对分子质量为46,其他数据为分子碎片的相对分子质量,B错误;从该分子的红外光谱信息可知,分子中有羟基,A正确,C错误;质谱能反映相对分子质量信息,但不能全面反映分子的结构信息,D错误。
5.O—H、C—H和CO —OH、
新知探究(二)
1.直线形 V形 平面三角形 三角锥形 正四面体形 109°28'
2.(1)正四面体 60° P4O6 P4O10 (3)正八面体
[题点多维训练]
1.(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)×
2.选D 甲醛(HCHO)分子的空间结构为平面三角形,D项符合题意。
3.选B 键角为180°的分子,空间结构是直线形,例如CO2分子是直线形分子,A正确;苯分子的键角为120°,但其空间结构是平面正六边形,B错误;白磷分子的键角为60°,空间结构为正四面体形,C正确;水分子的键角为105°,空间结构为V形,D正确。
4.V形 直线形(共63张PPT)
分子的空间结构
第二节
学习目标
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。
3.能运用价层电子对互斥模型预测简单分子的空间结构,发展学生的模型认知能力。
4.结合实例了解杂化轨道理论的要点和类型(sp、sp2、sp3 ),能运用杂化轨道理论解释简单共价分子和离子的空间结构。
重点难点
重点 从原子轨道重叠的视角应用价层电子对互斥模型预测简单分子或离子的空间结构;应用杂化轨道理论解释分子的空间结构。
难点 中心原子上的孤电子对数的计算;用杂化轨道理论解释含有孤电子对的分子的空间结构。
分子结构的测定和多样的分子空间结构
第1课时
目录
新知探究（一）
分子结构的测定
新知探究（二）
多样的分子空间结构
课时跟踪检测
分子结构的测定
新知探究(一)
1.测定分子结构的仪器和方法
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进行推测。现代科学家应用了现代仪器和方法,如红外光谱、质谱法(测定分子的相对分子质量)、晶体X射线衍射等。
2.红外光谱
(1)原理: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 的红外线,再记录到图谱上呈现吸收峰。红外光谱仪原理示意图如图。
相同
(2)应用:将测定的红外图谱和已有谱图库比对,或通过量子化学计算,可分析出分子中含有何种化学键或官能团的信息。红外光谱如图:
该有机物分子中有3种不同的化学键,分别是C—H、O—H、 。
C—O
3.质谱法
(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。各粒子相对质量不同,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。质谱仪原理示意图如图。
(2)应用:质谱中质荷比最大的峰是分子离子峰,由此可得知样品分子的相对分子质量。甲苯分子的质谱图如图:甲苯的相对分子质量为 。
92
[微点拨] 一种元素可以有多种核素,化合物分子在质谱中失去1个电子形成的离子会有多种质荷比,将其中质荷比大于分子中离子峰的离子称为同位素离子,该峰称为同位素峰。
题点多维训练
1.可以准确判断有机物分子中含有哪些官能团的分析方法是 ( )
A.原子光谱 B.质谱法
C.红外光谱 D.焰色试验
解析:利用原子光谱鉴定元素,A错误;质谱法分析相对分子质量,B错误;红外光谱判断有机物分子中官能团的种类,C正确;焰色试验判断的是何种金属元素,D错误。
√
2.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X射线衍射法
C.核磁共振氢谱法 D.红外光谱法
解析:现代化学常用质谱法测定分子的相对分子质量,A项正确。
√
3.现代化学测定有机物组成及结构的分析方法较多。下列有关说法正确的是 ( )
A.元素分析仪不仅可以测出试样常见的组成元素及含量,还可以测定其分子的空间结构
B.质谱仪可用于有机物分子结构的测定
C.通过红外光谱分析可以区分乙醇和乙酸乙酯
D.质谱法和红外光谱法不属于测定有机物组成和结构的现代分析方法
√
解析:元素分析仪可对物质中的元素及含量进行定量分析,但无法确定有机化合物的空间结构,A错误;质谱仪最重要的应用是分离同位素并测定它们的相对原子质量及相对丰度,也可用于有机物相对分子质量的测定,B错误;红外光谱可确定物质中的基团,乙醇和乙酸乙酯中的基团不同,则通过红外光谱分析可以区分乙醇和乙酸乙酯,C正确;质谱法可以测定有机物的相对分子质量,红外光谱法可以测定分子中的基团,属于测定有机物组成和结构的现代分析法,D错误。
4.已知某分子的质谱图如图所示,且分子的红外光谱信息中含有C—O、C—H、O—H的吸收峰。下列关于其分子结构的叙述中正确的是 ( )
A.该分子的结构为CH3CH2OH
B.该分子的相对分子质量可能为27、31、45 或46
C.该分子的结构为CH3—O—CH3
D.该分子的红外光谱和质谱都可以全面反映分子结构的信息
解析:题中分子的相对分子质量为46,其他数据为分子碎片的相对分子质量,B错误;从该分子的红外光谱信息可知,分子中有羟基,A正确,C错误;质谱能反映相对分子质量信息,但不能全面反映分子的结构信息,D错误。
√
5.用红外光谱仪测得乙偶姻分子的红外光谱图如下:
则由红外光谱图得乙偶姻分子中含有的化学键是______________________，推测其含有的官能团是：
_____________(填结构简式)。
O—H、C—H和C===O
—OH、
新知探究(二)
多样的分子空间结构
1．单中心分子的空间结构
(ABn型，A为中心，B与A单独成键)
分子中 原子数目 化学式 空间结构 结构式 键角 分子的空间结构模型 空间填充模型 球棍
模型
三原子 CO2 _______ O===C===O 180°
H2O _____ 105°
直线形
V形
四原子 CH2O ___________ 120°
NH3 _________ 107°
五原子 CH4 ___________ ________
续表
平面三角形
三角锥形
正四面体形
109°28'
2.多样的其他分子的空间结构
(1)白磷(P4)、六氧化四磷(P4O6)、十氧化四磷(P4O10)
P4是 形分子,6个P—P,键角 ,若P4的每个P—P打开嵌入—O—,即得到 ,每个P都再继续与O原子形成P O结构,即得到 。
正四面体
60°
P4O6
P4O10
(2)环己烷
椅式C6H12比船式C6H12稳定。
(3)S8分子和SF6分子
S8像顶皇冠,8个S不在一个平面上,键角约108°;SF6分子为 _________形结构。
正八面体
题点多维训练
1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)组成分子的原子个数相同时,空间结构、键角都相同( )
(2)正四面体形的键角均为109°28' ( )
(3)在①P4、②NH3、③CH4、④BF3中,分子结构为正四面体形的有①③( )
(4)H2O、H2O2分子的空间结构相同( )
(5)船式C6H12比椅式C6H12稳定( )
×
×
√
×
×
2.BF3分子的空间结构与甲醛(HCHO)的相似,则BF3分子的空间结构为 ( )
A.直线形 B.三角锥形
C.四面体形 D.平面三角形
解析:甲醛(HCHO)分子的空间结构为平面三角形,D项符合题意。
√
3.下列有关键角与分子空间结构的说法不正确的是 ( )
A.键角为180°的分子,空间结构是直线形
B.键角为120°的分子,空间结构是平面三角形
C.键角为60°的分子,空间结构可能是正四面体形
D.键角为90°~109°28'之间的分子,空间结构可能是V形
√
解析:键角为180°的分子,空间结构是直线形,例如CO2分子是直线形分子,A正确;苯分子的键角为120°,但其空间结构是平面正六边形,B错误;白磷分子的键角为60°,空间结构为正四面体形,C正确;水分子的键角为105°,空间结构为V形,D正确。
4．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______。
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_______。
V形
直线形
|归纳拓展|分子组成、键角与空间结构的关系
分子组成 AB2 AB3 AB4
键角 180° <180° 120° <120° 109°28'
空间结构 直线形 V形 平面三角形 三角锥形 正四面体形
课时跟踪检测
1
2
3
4
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6
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10
11
12
13
14
√
1.TBC的一种标准谱图如图所示,它是 ( )
A.核磁共振氢谱 B.质谱
C.红外光谱 D.紫外光谱
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解析:核磁共振氢谱用于测定H原子的种类和数目;质谱用于测定有机物的相对分子质量;红外光谱横坐标为波数,紫外光谱横坐标为波长。
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5
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2
3
4
√
2.设H+的质荷比为β,其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
解析:从题图中可看出其右边最高峰质荷比为16,是H+质荷比的16倍,即该有机物的相对分子质量为16,为甲烷。
1
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14
2
3
4
√
3.科学技术在物质结构的研究中具有非常重要的作用。下列说法错误的是 ( )
A.质谱仪可以测定分子的相对分子质量
B.可通过红外光谱分析测得共价键的键长和键角
C.可通过红外光谱分析物质中含有何种化学键
D.利用红外光谱法可以区分丁烷和丁烯
1
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2
3
4
解析:一般用质谱法测定物质分子的相对分子质量,A正确;用红外光谱得到分子中含有的化学键或官能团信息,不能测定共价键的键长和键角,B错误;红外光谱分析分子中不同的官能团,丁烷、丁烯的官能团不同,可以利用红外光谱法区分丁烷和丁烯,D正确。
1
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2
3
4
√
4.某有机化合物由碳、氢、氧三种元素组成,其红外光谱图只有C—H、O—H、C—O的振动吸收峰,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
解析:A中不存在O—H;C中有机物相对分子质量不是60;D中还存在C===O。
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2
3
4
√
5.下列分子的空间结构模型正确的是 ( )
A.CO2的空间结构模型:
B.H2O的空间结构模型:
C.NH3的空间结构模型:
D.CH4的空间结构模型:
1
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解析:CO2的空间结构为直线形,A不正确;H2O的空间结构为V形,B不正确;NH3的空间结构为三角锥形,C不正确;CH4的空间结构为正四面体形,D正确。
1
5
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2
3
4
√
6.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'
解析:HCl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。
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2
3
4
√
7.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对未成键电子对
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2
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4
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个磷原子结合形成共价键,从而形成正四面体结构,所以键角为60°。分子中有6个共价单键,4对未成键电子对。
1
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2
3
4
√
8.下列叙述中正确的是 ( )
A.P4、P4O6、P4O10中磷原子间的空间几何关系相差很大
B.己烷的船式和椅式结构不同,互为同素异形体
C.C60和金刚石互为同素异形体
D.CH2O分子中键角小于NH3分子中的键角
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解析:P4、P4O6、P4O10的空间结构中去掉O原子后,P原子间的空间结构均为四面体形,故A不正确;同素异形体是由同种元素形成的不同单质,己烷不是单质,己烷的船式和椅式结构互为同分异构体,故B不正确;CH2O分子中的键角约为120°,NH3分子中的键角为107°,故D不正确。
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2
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4
√
9.H2O2的结构式为H—O—O—H,下列有关H2O2的说法正确的是 ( )
A.分子呈直线形 B.分子呈三角锥形
C.分子呈V形 D.分子中只有σ键,没有π键
解析:H2O2的结构式为H—O—O—H,两个H—O、一个O—O均为σ键,没有π键,故D正确;以氧原子为中心的三个原子呈V形结构,H2O2中相当于有两个V形结构,呈半开的“书页形”,故不可能呈直线形、三角锥形或V形。
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2
3
4
√
10.下列叙述正确的是 ( )
A.NH3分子中N处于3个H所组成的三角锥形的中心
B.CCl4分子中C处于4个Cl所组成的正方形的中心
C.H2O分子中O不处于2个H所连成的线段的中心
D.CO2分子中C不处于2个O所连成的线段的中心
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解析:NH3分子呈三角锥形,分子中的氮原子处于3个氢原子所组成的三角锥形的顶点,A项错误;CCl4分子呈正四面体形,分子中的碳原子处于4个氯原子所组成的正四面体的中心,B项错误;H2O分子呈V形,分子中的氧原子不处于2个氢原子所连成的线段的中心,而在V字的折点上,C项正确;CO2分子呈直线形,分子中的碳原子处于2个氧原子所连成的线段的中心,D项错误。
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11．根据所学知识填空：
(1)三原子分子常见的空间结构有________形(如CO2)和________形(如H2O)。
解析：CO2的空间结构是直线形，H2O的空间结构是V形。
直线
V
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(2)四原子分子常见的空间结构有__________形和__________形，如甲醛(HCHO)分子呈__________形，键角约为________；氨分子呈________形，键角为_____；需要注意的是白磷分子呈__________形，键角为_____。
解析：甲醛(HCHO)分子呈平面三角形，氨分子呈三角锥形，白磷分子呈正四面体形。
平面三角
三角锥
平面三角
120°
三角锥
107°
正四面体
60°
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(3)五原子分子最常见的空间结构为________形，如常见的CH4的键角是_________。
解析：CH4分子呈正四面体形。
四面体
109°28′
1
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3
4
12．(1)按要求写出由第二周期非金属元素的原子构成的分子的化学式，任写一种。
①平面三角形分子：_____；
②三角锥形分子：______；
③正四面体形分子：_____；
④直线形化合物分子：___________。
BF3
NF3
CF4
CO2或N2O
1
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解析：由第二周期非金属元素的原子构成的分子中，呈平面三角形的是BF3；呈三角锥形的是NF3；呈正四面体形的是CF4；呈直线形的化合物分子是CO2或N2O。
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(2)能说明CH4分子不呈平面四边形，而呈正四面体的是________(填字母)。
a．任意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)
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解析：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；若为前者，则键角为90°，CH2Cl2有两种结构： 和 ；若为后者，则键角为109°28′，CH2Cl2只有一种结构。
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13．D、E、X、Y、Z是周期表中的前20号元素，且原子序数逐渐增大。它们的最简单氢化物分子的空间结构依次是正四面体形、三角锥形、正四面体形、角形(V形)、直线形。回答下列问题：
(1)Y的最高价氧化物的化学式为_____。
(2)上述5种元素中，能形成酸性最强的含氧酸的元素是________。
SO3
Cl或氯
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(3)D和Y形成的化合物，其分子的空间结构为________。
解析：元素周期表前20号元素中，最简单氢化物分子的空间结构为正四面体的是CH4和SiH4，故D为C、X为Si，由此推知E为N、Y为S、Z为Cl。(3)C和S形成的化合物为CS2，CS2分子的空间结构为直线形。
直线形
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(4)D和X形成的化合物，其化学键类型属于________。
解析：元素周期表前20号元素中，最简单氢化物分子的空间结构为正四面体的是CH4和SiH4，故D为C、X为Si，由此推知E为N、Y为S、Z为Cl。 (4)C和Si形成共价键，化学式为SiC。
(5)金属镁和E的单质在高温下反应得到的产物是________。
解析：元素周期表前20号元素中，最简单氢化物分子的空间结构为正四面体的是CH4和SiH4，故D为C、X为Si，由此推知E为N、Y为S、Z为Cl。 (5)金属镁和N2在高温下反应生成Mg3N2。
共价键
Mg3N2
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高阶思维训练
14．按要求回答下列问题。
(1)有机物X的分子式为C4H8O2，其红外光谱如图所示：
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则该有机物可能的结构为________(填字母)。
A．CH3COOCH2CH3 B．CH3CH2COOCH3
C．HCOOCH2CH2CH3 D．(CH3)2CHCOOH
解析：A、B项都有两个—CH3，且不对称，都含有C===O、C—O—C，所以A、B项符合图示；C项只有一个—CH3，不会出现不对称的现象；D项中没有C—O—C，且—CH3为对称结构。
AB
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(2)有机物Y的结构可能有 和 两种，要对其结构进行物理方法鉴定，可用____________。
①有机物Y若为 ，则红外光谱中应该有____个振动吸收峰。
解析： 中，化学键有C===O、C—O、O—H、C—C、C—H，所以共有5个振动吸收峰。
红外光谱法
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②有机物Y若为 ，则红外光谱中应该有____个振动吸收峰。
解析： 中，化学键有C===O、C—O—C、C—H，所以共有3个振动吸收峰。
3课时跟踪检测(八) 分子结构的测定和多样的分子空间结构
1.TBC的一种标准谱图如图所示,它是 ( )
A.核磁共振氢谱 B.质谱
C.红外光谱 D.紫外光谱
2.设H+的质荷比为β,其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
3.科学技术在物质结构的研究中具有非常重要的作用。下列说法错误的是 ( )
A.质谱仪可以测定分子的相对分子质量
B.可通过红外光谱分析测得共价键的键长和键角
C.可通过红外光谱分析物质中含有何种化学键
D.利用红外光谱法可以区分丁烷和丁烯
4.某有机化合物由碳、氢、氧三种元素组成,其红外光谱图只有C—H、O—H、C—O的振动吸收峰,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
5.下列分子的空间结构模型正确的是 ( )
A.CO2的空间结构模型:
B.H2O的空间结构模型:
C.NH3的空间结构模型:
D.CH4的空间结构模型:
6.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'
7.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对未成键电子对
8.下列叙述中正确的是 ( )
A.P4、P4O6、P4O10中磷原子间的空间几何关系相差很大
B.己烷的船式和椅式结构不同,互为同素异形体
C.C60和金刚石互为同素异形体
D.CH2O分子中键角小于NH3分子中的键角
9.H2O2的结构式为H—O—O—H,下列有关H2O2的说法正确的是 ( )
A.分子呈直线形
B.分子呈三角锥形
C.分子呈V形
D.分子中只有σ键,没有π键
10.下列叙述正确的是 ( )
A.NH3分子中N处于3个H所组成的三角锥形的中心
B.CCl4分子中C处于4个Cl所组成的正方形的中心
C.H2O分子中O不处于2个H所连成的线段的中心
D.CO2分子中C不处于2个O所连成的线段的中心
11.根据所学知识填空:
(1)三原子分子常见的空间结构有 形(如CO2)和 形(如H2O)。
(2)四原子分子常见的空间结构有 形和 形,如甲醛(HCHO)分子呈 形,键角约为 ;氨分子呈 形,键角为 ;需要注意的是白磷分子呈 形,键角为 。
(3)五原子分子最常见的空间结构为 形,如常见的CH4的键角是 。
12.(1)按要求写出由第二周期非金属元素的原子构成的分子的化学式,任写一种。
①平面三角形分子: ;
②三角锥形分子: ;
③正四面体形分子: ;
④直线形化合物分子: 。
(2)能说明CH4分子不呈平面四边形,而呈正四面体的是 (填字母)。
a.任意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)
13.D、E、X、Y、Z是周期表中的前20号元素,且原子序数逐渐增大。它们的最简单氢化物分子的空间结构依次是正四面体形、三角锥形、正四面体形、角形(V形)、直线形。回答下列问题:
(1)Y的最高价氧化物的化学式为 。
(2)上述5种元素中,能形成酸性最强的含氧酸的元素是 。
(3)D和Y形成的化合物,其分子的空间结构为 。
(4)D和X形成的化合物,其化学键类型属于 。
(5)金属镁和E的单质在高温下反应得到的产物是 。
高阶思维训练
14.按要求回答下列问题。
(1)有机物X的分子式为C4H8O2,其红外光谱如图所示:
则该有机物可能的结构为 (填字母)。
A.CH3COOCH2CH3
B.CH3CH2COOCH3
C.HCOOCH2CH2CH3
D.(CH3)2CHCOOH
(2)有机物Y的结构可能有和两种,要对其结构进行物理方法鉴定,可用 。
①有机物Y若为,则红外光谱中应该有 个振动吸收峰。
②有机物Y若为,则红外光谱中应该有 个振动吸收峰。
课时跟踪检测(八)
1.选C 核磁共振氢谱用于测定H原子的种类和数目;质谱用于测定有机物的相对分子质量;红外光谱横坐标为波数,紫外光谱横坐标为波长。
2.选B 从题图中可看出其右边最高峰质荷比为16,是H+质荷比的16倍,即该有机物的相对分子质量为16,为甲烷。
3.选B 一般用质谱法测定物质分子的相对分子质量,A正确;用红外光谱得到分子中含有的化学键或官能团信息,不能测定共价键的键长和键角,B错误;红外光谱分析分子中不同的官能团,丁烷、丁烯的官能团不同,可以利用红外光谱法区分丁烷和丁烯,D正确。
4.选B A中不存在O—H;C中有机物相对分子质量不是60;D中还存在CO。
5.选D CO2的空间结构为直线形,A不正确;H2O的空间结构为V形,B不正确;NH3的空间结构为三角锥形,C不正确;CH4的空间结构为正四面体形,D正确。
6.选B HCl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。
7.选C 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个磷原子结合形成共价键,从而形成正四面体结构,所以键角为60°。分子中有6个共价单键,4对未成键电子对。
8.选C P4、P4O6、P4O10的空间结构中去掉O原子后,P原子间的空间结构均为四面体形,故A不正确;同素异形体是由同种元素形成的不同单质,己烷不是单质,己烷的船式和椅式结构互为同分异构体,故B不正确;CH2O分子中的键角约为120°,NH3分子中的键角为107°,故D不正确。
9.选D H2O2的结构式为H—O—O—H,两个H—O、一个O—O均为σ键,没有π键,故D正确;以氧原子为中心的三个原子呈V形结构,H2O2中相当于有两个V形结构,呈半开的“书页形”,故不可能呈直线形、三角锥形或V形。
10.选C NH3分子呈三角锥形,分子中的氮原子处于3个氢原子所组成的三角锥形的顶点,A项错误;CCl4分子呈正四面体形,分子中的碳原子处于4个氯原子所组成的正四面体的中心,B项错误;H2O分子呈V形,分子中的氧原子不处于2个氢原子所连成的线段的中心,而在V字的折点上,C项正确;CO2分子呈直线形,分子中的碳原子处于2个氧原子所连成的线段的中心,D项错误。
11.解析:(1)CO2的空间结构是直线形,H2O的空间结构是V形。(2)甲醛(HCHO)分子呈平面三角形,氨分子呈三角锥形,白磷分子呈正四面体形。(3)CH4分子呈正四面体形。
答案:(1)直线 V (2)平面三角 三角锥 平面三角 120°
三角锥 107° 正四面体 60° (3)四面体 109°28'
12.解析:(1)由第二周期非金属元素的原子构成的分子中,呈平面三角形的是BF3;呈三角锥形的是NF3;呈正四面体形的是CF4;呈直线形的化合物分子是CO2或N2O。(2)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;若为前者,则键角为90°,CH2Cl2有两种结构:和;若为后者,则键角为109°28',CH2Cl2只有一种结构。
答案:(1)①BF3 ②NF3 ③CF4 ④CO2或N2O (2)ad
13.解析:元素周期表前20号元素中,最简单氢化物分子的空间结构为正四面体的是CH4和SiH4,故D为C、X为Si,由此推知E为N、Y为S、Z为Cl。(3)C和S形成的化合物为CS2,CS2分子的空间结构为直线形。(4)C和Si形成共价键,化学式为SiC。(5)金属镁和N2在高温下反应生成Mg3N2。
答案:(1)SO3 (2)Cl或氯 (3)直线形
(4)共价键 (5)Mg3N2
14.解析:(1)A、B项都有两个—CH3,且不对称,都含有CO、C—O—C,所以A、B项符合图示;C项只有一个—CH3,不会出现不对称的现象;D项中没有C—O—C,且—CH3为对称结构。(2)①中,化学键有CO、C—O、O—H、C—C、C—H,所以共有5个振动吸收峰。
②中,化学键有CO、C—O—C、C—H,所以共有3个振动吸收峰。
答案:(1)AB (2)红外光谱法 ①5 ②3
