高中化學(xué)同步講義（選擇性必修二）第07講 2.3分子結(jié)構(gòu)的測定和多樣的分子空間結(jié)構(gòu)（教師版）

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

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

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)。

一、分子結(jié)構(gòu)的測定

1.早年的科學(xué)家主要靠對物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)得出規(guī)律后推測分子的結(jié)構(gòu)。

2.分子結(jié)構(gòu)測定的常用方法：紅外光譜、晶體X射線衍射

3.紅外光譜法測定分子的官能團(tuán)和化學(xué)鍵

（1）測定原理：分子中的原子不是固定不動的，而是不斷地振動著的。當(dāng)一束紅外線透過分子時(shí)，分子會

吸收跟它的某些化學(xué)鍵的振動頻率相同的紅外線，再記錄到圖譜上呈現(xiàn)吸收峰。（2）測定過程

紅外光譜圖分析吸收峰與譜圖庫對比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，通過對比便可得到確認(rèn)。

4.質(zhì)譜儀測定分子的相對質(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

不同的相對質(zhì)量，它們在高壓電場加速后，通過狹縫進(jìn)入磁場得以分離，在記錄儀上呈現(xiàn)一系列峰，化學(xué)

家對這些峰進(jìn)行系統(tǒng)分析，便可得知樣品分子的相對分子質(zhì)量。

（2）測定過程

1

待測物分子離子、碎片離子電場加速磁場偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜圖

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

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

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

的相對分子質(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)物的相對分子質(zhì)量——質(zhì)譜圖中最右

邊的數(shù)據(jù)。

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)——直線型和V形（又稱角形）

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

CO2O=C=O180o直線型

H2O105oV形

2.四原子分子常見的空間結(jié)構(gòu)——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

2

CH2O約120o平面三角形

NH3107o三角錐形

【特別說明】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，也有的為直線形(如C2H2)、正四面

體形(如P4)等。

3.五原子分子常見的空間結(jié)構(gòu)——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

CH4109o28′正四面體形

4.其他多原子分子的空間結(jié)構(gòu)

?問題一分子結(jié)構(gòu)測定的常用方法

【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。下列說法正確的是

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

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、精確測定相對分子質(zhì)量的重要方法

3

【答案】D

【解析】A．X射線衍射技術(shù)能夠精確測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．紅外光譜圖常用來測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定有機(jī)物中氫原子的種類和數(shù)量比，不能測定有機(jī)物中氫

元素的個(gè)數(shù)，故C錯(cuò)誤；D．質(zhì)譜法是快速、精確測定相對分子質(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)鍵的類型。

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

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

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)物的相對分子質(zhì)量——質(zhì)譜圖中最右邊的

數(shù)據(jù)。

【變式1-1】隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們可以利用很多先進(jìn)的方法和手段來測定有機(jī)物的組成和結(jié)構(gòu)。下列

說法不正確的是

A．李比希元素分析儀可以測定有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡式

B．質(zhì)譜是快速精確測定有機(jī)物相對分子質(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射線衍射技術(shù)可用于測定有機(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和含量，則可以確定有機(jī)物的最簡式或者

是實(shí)驗(yàn)式，不能測定有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡式，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分子

質(zhì)量，故質(zhì)譜是快速精確測定有機(jī)物相對分子質(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射線衍射實(shí)驗(yàn)是鑒別晶體與非晶體以及測定晶體

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

【變式1-2】準(zhǔn)確測定有機(jī)物的分子結(jié)構(gòu)，對從分子水平去認(rèn)識物質(zhì)世界，推動近代有機(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)譜圖可推測其結(jié)構(gòu)簡式為

4

A．CH3OCH3B．CH3CH2CHOC．HCOOHD．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)物的相對分子質(zhì)量為46，故答案選D。

?問題二常見分子的空間結(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．CH4:10928'B．H2S:

C．NH3:120D．CO2:

【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°28'，故A正確；B．H2S是V形

結(jié)構(gòu)，不是直線形結(jié)構(gòu)，故B錯(cuò)誤；C．NH3是三角錐形結(jié)構(gòu)，鍵角小于109°28'，大約為107°，故C錯(cuò)誤；

D．CO2是直線形結(jié)構(gòu)，故D錯(cuò)誤；故選A。

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

空間結(jié)構(gòu)常見物質(zhì)

直線形BeCl2、HCN、C2H2、CO2等

V形H2O、H2S、SO2等

平面三角形BF3、SO3等

三角錐形PH3、PCl3、NH3等

正四面體形CH4、CCl4、SiH4、SiF4等

四面體形(非正四面體形)CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等

【變式2-1】下列分子的空間結(jié)構(gòu)模型正確的是

A．CO2：B．H2O：

5

C．NH3：D．CH4：

【答案】D

【解析】A．CO2的空間結(jié)構(gòu)為直線形，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2-2】(1)硫化氫(H2S)分子中，兩個(gè)H—S鍵的夾角接近90°，說明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°，說明CS2分子的空間結(jié)構(gòu)為。

(3)能說明CH4分子不是平面四邊形，而是正四面體結(jié)構(gòu)的是。

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、鍵長都相等

d．二氯甲烷(CH2Cl2)只有一種(不存在同分異構(gòu)體)

【答案】(1)V形(2)直線形(3)ad

【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)為直線形，故答案為：直線形；

(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，不能說明

CH4分子結(jié)構(gòu)；若為平面四邊形，則鍵角為90°，CH2Cl2有兩種：和；若為正四面

體，則鍵角為109°28′，CH2Cl2只有一種，不存在同分異構(gòu)體，故答案為：ad。

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

A．質(zhì)譜法B．晶體X射線衍射法

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)譜法測定分子的相對分子質(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

6

【解析】CH4、CCl4均為正四面體結(jié)構(gòu)；NH3是三角錐形結(jié)構(gòu)；H2O是“V”型結(jié)構(gòu)；CO2：是直線型結(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)層電子對數(shù)為4，中心原子上無孤電子對，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C-Cl的鍵長不同，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)

層電子對數(shù)為4，中心原子上孤電子對數(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。

6．如圖是一種分子式為C4H8O2的有機(jī)物的紅外光譜圖，則該有機(jī)物可能為

A．CH3COOCH2CH3B．CH3CH2COOH

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稱CH3，含有C=O、C-O-C單鍵，結(jié)合分子式C4H8O2判斷。

【解析】A．CH3COOCH2CH3中存在不對稱-CH3、C-O-C和C=O，且分子式為C4H8O2，故A符合題意；

B．CH3CH2COOH的分子式不為C4H8O2，且結(jié)構(gòu)中沒有C-O-C單鍵，故B不符合題意；C．HCOOCH2CH2CH3

中只含有1個(gè)-CH3，不存在C-O-C單鍵，故C不符合題意；D．(CH3)2CHCH2COOH分子中存在對稱-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鍵的振動吸收，

7

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

A．CH3CH2OCH3B．CH3CH(OH)CH3C．CH3CH2OHD．CH3COOH

【答案】B

【分析】根據(jù)有機(jī)物的相對分子質(zhì)量以及分子中有C-H鍵、O-H鍵、C-C鍵來解答。

【解析】A項(xiàng)、CH3CH2OCH3相對分子質(zhì)量為60，但分子中不含O-H鍵，故A錯(cuò)誤；B項(xiàng)、CH3CH（OH）

CH3相對分子質(zhì)量為60，分子中含有C-H鍵、O-H鍵、C-O鍵，故B正確；C項(xiàng)、CH3CH2OH相對分子質(zhì)

量為46，含有C-H鍵、O-H鍵、C-O鍵，故C錯(cuò)誤；D項(xiàng)、CH3CH2COOH相對分子質(zhì)量為60，含有C-H

鍵、C=O鍵、O-H鍵、C-O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的，而是不斷地____的。當(dāng)一束紅外線透過分子時(shí)，分子會____

跟它的某些化學(xué)鍵的____頻率相同的紅外線，再記錄到圖譜上呈現(xiàn)吸收峰。可分析出分子中含有何種____

或官能團(tuán)的信息。

【答案】振動著吸收振動化學(xué)鍵

1．利用紅外光譜對有機(jī)化合物分子進(jìn)行測試并記錄，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，利用紅外光譜對有機(jī)化合物分子進(jìn)行測試

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。

2．能夠快速、微量、精確測定有機(jī)物相對分子質(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

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

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；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．CO2、H2O、NH3C．C2H4、C2H2、C6H6D．CCl4、BeCl2、PH3

【答案】C

【解析】題中的CH4和CCl4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BeCl2為直線形分子，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，帶有一對孤電子對的是()

A．H2OB．BeCl2C．CH4D．PCl3

8

【答案】D

【解析】H2O有2對孤電子對，BeCl2和CH4沒有孤電子對。

5.在白磷分子(P4)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對共用電子對

C.白磷分子中的鍵角為60°

D.分子中有6對孤電子對

【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對共用電子對),4對孤電子對。

6．下列分子的空間構(gòu)型為平面三角形的是（）

A．PCl3B．BCl3C．NH3D．H2O

【答案】B

【解析】A．PCl3的空間構(gòu)型為三角錐形，A不合題意；B．BCl3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：

B。

7.儀器分析法對有機(jī)化學(xué)的研究至關(guān)重要。下列說法錯(cuò)．誤．的是

A．元素分析儀是將有機(jī)物在氧氣中充分燃燒后對燃燒產(chǎn)物進(jìn)行自動分析，以確定有機(jī)物最簡式

B．圖-1是有機(jī)物甲的紅外光譜，該有機(jī)物中至少有三種不同的化學(xué)鍵

C．圖-