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 价层电子对互斥模型 [学习目标] 1.通过分子结构测定方法的学习,能说明分子结构测定的常用方法,能辨识简单的波谱图。2.通过典型分子空间结构的学习,认识微观结构对分子空间结构的影响,能够辨识分子结构的多样性及复杂性,能分析构成不同物质分子空间结构差异的原因。3.通过价层电子对互斥模型的探究,建立解决复杂分子结构判断的思维模型,能应用价层电子对互斥模型解释和预测分子的空间结构。 学习任务1 认识分子结构的测定 1.分子结构的测定方法 (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)如今科学家应用红外光谱、晶体X射线衍射等现代仪器和方法测定分子的结构。 2.红外光谱的工作原理 (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相同的红外线,再记录到图谱上呈现吸收峰。通过和已有谱图库比对,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。 (2)示意图。 [示例] 通过此红外光谱图发现某未知物有O—H、C—H和C—O化学键的振动吸收,初步推测该未知物中含有的官能团为羟基。 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。分子离子和碎片离子各自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)应用:测定分子的相对分子质量。 (3)读谱:相对分子质量=最大质荷比。 [示例] 以甲苯为例: 由图可得,甲苯的相对分子质量为92。 研究有机化合物一般要经过以下几个基本步骤,每个步骤中都有一些常用的基本方法。 探究 有机化合物组成、结构的测定方法 分离提纯某有机化合物A并用化学方法测定其元素组成,确定其最简式(有机化合物分子中各原子最简整数比即为其最简式,又称实验式)为C2H6O。 问题1:用质谱仪测定有机化合物A的质谱图如图所示,据此分析A的相对分子质量,并结合其最简式确定该有机化合物的分子式。 提示:根据质荷比最大值可以确定A的相对分子质量是46;结合其最简式为C2H6O,可推知A的分子式为C2H6O。 问题2:用红外光谱仪处理有机化合物A,得到如图所示信息。推测该有机化合物A含有的化学键或官能团。通过该红外光谱图能否确认化学键或官能团的个数 提示:该物质中含有C—H、O—H、C—O,可以推测该有机化合物含有羟基官能团;不能确认化学键或官能团的个数。 问题3:核磁共振氢谱图可以获得有机化合物分子中有几种不同类型的氢原子及它们相对数目的信息。处在不同化学环境中的氢原子在谱图上出现的位置不同,且核磁共振氢谱中吸收峰的面积与氢原子数成正比。测得A的核磁共振氢谱如图所示,推测A中有几种氢原子,各种氢原子个数之比是多少。 提示:核磁共振氢谱图中有三个峰,对应三种氢原子,峰面积之比是1∶2∶3,说明三种氢原子个数之比为1∶2∶3。 问题4:综合以上信息,写出该有机化合物A的结构简式。 提示:CH3CH2OH。 分子结构的测定的常用方法比较 方法 原理 应用 红外光 谱图 不同的化学键或官能团吸收频率不同,在红外光谱图中将处于不同的位置,从而获得分子中含有何种化学键或官能团的信息 推知有机物中含有哪些化学键、官能团 质谱法 质谱图中质荷比最大值就是样品分子的相对分子质量(质荷比:指分子离子、碎片离子的相对质量与其电荷数的比值) 推知相对分子质量 1.如图是有机化合物X的质谱图,则X的相对分子质量是( ) [A] 29 [B] 43 [C] 57 [D] 72 【答案】 D 【解析】 由有机化合物X的质谱图可以看出,最大质荷比为72,故X的相对分子质量为 ... ...
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