分子结构分析(精)
分子结构与性质 新高考化学专题讲解 考点详细分析深入讲解 化学高考必看 最新版
①计算杂化轨道数:n= 1 (中心原子的价电子数+与中心原子结合的原子的成
2 键电子数±电荷数)。(所带电荷为正值时取“-”,所带电荷为负值时取“+”)
②判断杂化类型:当n=2,为sp杂化;n=3,为sp2杂化;n=4,为sp3杂化。如SO2: n=(6+0)=3,是sp2杂化;NO3-:n=(5+1)=3,是sp2杂化;NH3:n=(5+3)=4,是sp3
D.氢键
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解析：(1)每生成1 mol氯吡苯脲,需要1 mol 2-氯-4-氨基吡啶、1 mol异 氰酸苯酯,反应过程中1个2-氯-4-氨基吡啶分子断裂1个σ键、1个异氰酸 苯酯分子断裂1个π键,生成1个氯吡苯脲分子时新形成2个σ键,所以当σ键 增加1 mol 时,π键减少的数目约为6.02×1023。(2)SCN-中存在共价 键,Fe3+与SCN-以配位键结合成配离子,K+与配离子之间以离子键的形式 结合,所以K3[Fe(SCN)6]中的化学键类型有离子键、共价键、配位键;寻找 SCN-的等电子体时,把N原子的价层电子增加1个,则与S原子的价层电子 数相等,即可写成CS2,同理可写出其他的等电子体N2O、CO2、COS等。
CH4、NH4+、SiH4、BH4-
8
空间构型
直线形
平面三角形 V形
正四面体形 三角锥形 直线形
正四面体形
必备知识通关
(2)确定等电子体的方法
方法
具体阐释
示例
把分子(或离子)中的某个原
竖换法 子换成该原子同族的其他元
CO2
CS2,
素原子
O3
SO2
必备知识通关
化学物质的分子结构分析
化学物质的分子结构分析在化学领域，对于化学物质的分子结构进行准确的分析是十分关键的。
了解化学物质的分子结构可以帮助科学家们深入了解其性质和行为，从而开发新材料、药物以及改善现有的化学过程。
本文将探讨化学物质的分子结构分析方法和技术。
一、谱学技术谱学技术是一种常用的分子结构分析方法，包括核磁共振谱学（NMR）、红外光谱学（IR）、质谱学（MS）和拉曼光谱学等。
这些技术基于不同类型的相互作用，通过测量分子与辐射的相互作用来揭示其分子结构。
1. 核磁共振谱学（NMR）核磁共振谱学是一种基于原子核之间的相互作用的分析技术。
在核磁共振谱仪中，样品被置于磁场中，并通过加以不同频率的射频脉冲来激发核自旋状态的变化。
通过分析核磁共振谱图，可以确定分子的化学环境、原子间的连接方式以及分子的对称性等信息。
2. 红外光谱学（IR）红外光谱学是一种通过测量物质对红外辐射吸收的分析技术。
不同的化学键和官能团具有特定的吸收频率和强度，因此红外光谱可以用于确定物质的分子结构。
红外光谱图显示不同波数范围内的吸收峰，每个吸收峰对应着不同的化学键或官能团。
3. 质谱学（MS）质谱学是一种通过测量物质中离子的质量和相对丰度来确定其分子结构的分析技术。
在质谱仪中，物质经过电离形成离子，并通过质量分析器进行质量筛选和分离。
通过测量不同质荷比（m/z）的离子信号相对丰度，可以确定分子的质量以及分子中各个原子的相对数量。
4. 拉曼光谱学拉曼光谱学是一种通过测量分子所产生的拉曼散射来确定分子结构的分析技术。
当物质被激发引起振动或旋转时，它们将散射光子，这种散射光子的频率往往与激发光子的频率存在差异。
通过测量散射光子频移后的拉曼光谱，可以确定物质中化学键的类型以及分子结构的对称性。
二、计算化学方法除了谱学技术，计算化学方法也是分子结构分析的重要手段之一。
计算化学方法基于量子力学理论，通过数值计算和模拟来研究分子的结构和性质。
1. 密度泛函理论（DFT）密度泛函理论是一种基于电子态密度的计算方法。
分子结构和化学键
分子结构和化学键分子结构和化学键是化学中两个重要的概念。
分子结构描述了分子中原子的相对位置和连接方式，而化学键则是连接原子的力。
一、分子结构分子结构是描述分子中原子相对位置和连接方式的方式。
目前最常用的描述方法是路易斯结构和空间结构。
1. 路易斯结构路易斯结构由美国化学家吉尔伯特·路易斯提出，采用简单的点和线表示原子和电子。
在路易斯结构中，原子通过化学键连接，而电子以点的形式表示，用于补充原子的电子。
例如，氨分子（NH3）的路易斯结构中，一个氮原子和三个氢原子通过共价键连接在一起，氮原子周围有一个孤对电子。
2. 空间结构空间结构是描述分子三维形状的方法。
根据VSEPR理论（分子形状理论），分子的最稳定状态是使电子对排斥最小的状态。
根据电子对的排列情况，分子的形状可以分为线性、角形、平面三角形、四面体等多种形式。
二、化学键化学键是连接原子的力，可以分为离子键、共价键和金属键等不同类型。
1. 离子键离子键是由离子之间的电荷吸引力形成的。
当一个原子失去一个或多个电子时，形成正离子；当一个原子获得一个或多个电子时，形成负离子。
正离子和负离子之间发生静电作用，形成离子键。
例如，氯化钠（NaCl）中，钠离子失去一个电子形成正离子（Na+），氯原子获得一个电子形成负离子（Cl-），通过电荷吸引力形成离子键。
2. 共价键共价键是由共享电子形成的。
在共价键中，原子通过共享电子对相互连接。
共有单电子对形成单键，共享两对电子形成双键，共享三对电子形成三键。
例如，氢气（H2）中，两个氢原子通过共享一个电子对形成一个共价键。
3. 金属键金属键是金属原子之间的电子云形成的强力。
金属结构中，金属原子失去价层的一个或多个电子，形成阳离子，而这些电子形成了电子云，使金属原子之间产生强烈的吸引力。
金属键是金属物质特有的键。
总结：分子结构和化学键是化学中重要的概念。
分子结构描述了分子中原子的相对位置和连接方式，常用路易斯结构和空间结构表示。
生物大分子的纯化和结构分析
生物大分子的纯化和结构分析在生物学研究中，大分子是一个非常重要的研究对象。
它们是生物体内一些重要的分子，如蛋白质、核酸、糖类等。
这些大分子的复杂性和多样性使得它们的纯化和结构分析非常具有挑战性。
本文将探讨生物大分子的纯化和结构分析的基本原理和方法。
一、生物大分子的纯化生物大分子的纯化是生物学研究中的一个基础性实验步骤，也是研究生物大分子结构和功能的前提。
生物大分子的纯化就是把它们从其他生物体内分子中分离出来，使其达到一定的纯度，以满足后续的结构和功能研究需要。
其中，蛋白质纯化是生物学研究中的一个重要问题之一，因为蛋白质是生物体内最为重要的大分子之一。
1.1 分离方法生物大分子的纯化需要一系列的实验分离步骤。
根据大分子的化学性质和生物来源不同，分离方法也有所不同。
主要的方法包括：（1）分子排斥色谱（size exclusion chromatography）：根据分子的大小分离。
（2）离子交换色谱（ion exchange chromatography）：根据分子的电荷差异分离。
（3）亲和色谱（affinity chromatography）：根据分子的特异配体分离。
（4）逆向相色谱（reverse-phase chromatography）：根据分子的疏水性分离。
1.2 纯度检测生物大分子的纯度检测是生物学研究中的一个关键环节。
生物大分子的结构和功能的研究都需要高纯度的样品。
目前常用的纯度检测方法有：（1）SDS-PAGE：钠二十硫酸聚丙烯酰胺凝胶电泳。
（2）Western blotting：蛋白质的免疫印迹。
（3）UV吸收光谱：在280纳米处进行吸光度检测。
二、生物大分子的结构分析生物大分子的结构分析是生物学研究中一个非常重要的研究领域，因为分子的结构直接关系到其功能。
目前，生物大分子的结构分析主要有两种方法：晶体学和核磁共振。
2.1 晶体学晶体学是生物大分子结构分析的传统方法。
该方法要求分子能够形成晶体，然后通过X射线衍射得到分子的三维结构。
材料化学08分子结构[精]
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• 键型的过渡
离子键 (极性最强)
极性共价键 (过渡状态)
非极性共价键 (无极性)
8.2.2 杂化轨道(Hybrid orbital)理论 — 价键理论的补充和发展
基本要点：
成键时能级相近的价电子轨道相混杂， 形成新的价电子轨道——杂化轨道
杂化前后轨道数目不变 杂化后轨道伸展方向、形状发生改变
第八章 分子结构
§8.1 离子键(自学) §8.2 共价键理论 §8.3 分子间力和氢键 §8.4 离子极化
§8.1 离子键(Ionic Bond)
思考题: 1. 什么是离子键？离子键的主要特征是什么？ 2. 决定离子化合物性质的因素有哪些？主要
决定离子化合物的什么性质？ 3. 各元素离子半径的变化有哪些规律？ 4. 离子的电子构型有几种？分别是何种构型？
分子轨道理论中为成键电子数与反键电子数之差的一半
键能(bond energy)： 对双原子分子为解离能 对多原子分子为几个键的平均解离能
键角(bond angle)： 分子中键与键之间的夹角 反映分子空间结构的重要因素之一
键长(bond length)： 分子中两个原子核间的平衡距离
键的极性(bond polarity)： 非极性共价键、极性共价键
zz ++ – –x
(s-s)
(s-p)
(p-p)
(p-p)
注：在价键理论中：
共价单键：均为 键
H—Cl、H—H、H—N—H
H 共价双键：一条为 键，一条为 键
H2 C
CH2、O
C
O
4 3
共价叁键：一条为 键，两条为 键
··
:O··—O··:
生物分子的结构决定及其功能分析
生物分子的结构决定及其功能分析生物分子是构成细胞和组织的基本单位，包括蛋白质、核酸、多糖和脂类等。
它们的结构决定了它们的功能。
在本文中，我们将分别讨论这些生物分子的结构及其功能。
一、蛋白质蛋白质是由氨基酸残基通过肽键连接而成的大分子聚合物。
蛋白质在细胞内执行许多生物学功能，如催化酶的活性、维护结构完整性、运输分子和信号传导等。
蛋白质的结构可分为四个层次，分别是一级、二级、三级和四级结构。
一级结构是指氨基酸的线性序列，二级结构是指氨基酸的空间排列形成的α螺旋和β折叠，三级结构是指蛋白质的三维结构，最终形成的四级结构是由多个多肽链聚合而成的蛋白质复合物。
蛋白质的功能与其结构密切相关。
蛋白质的结构决定了其功能，例如酶的活性部位通常位于蛋白质的亚基之间，而蛋白质的结构变化会导致酶的活性受到抑制或促进。
二、核酸核酸是由核苷酸单元组成的大分子聚合物，包括DNA和RNA。
DNA负责遗传信息的储存和传递，而RNA则参与蛋白质合成，转运信号和储存遗传信息等功能。
核酸的基本单位是核苷酸，包括核糖、脱氧核糖、碱基和磷酸基团等组成。
碱基之间的氢键相互作用形成双螺旋结构，其中三个拐角由磷酸基团连接。
双螺旋结构保证了遗传信息的储存和传递。
不同的碱基序列会导致不同的DNA和RNA聚合物的基因编码。
从而决定了一生物体的基础结构和生命表现。
三、多糖多糖是由大量单糖分子通过糖苷键连接而成的大分子聚合物，并包括多种不同的系列，如淀粉、纤维素、壳聚糖和肝素等。
多糖的结构可以分为直线链和分支链，直线链主要包括纤维素、淀粉和壳聚糖，而分支链主要包括葡聚糖和多糖等。
多糖的结构很大程度上影响了它们的功能。
多糖在细胞和组织中发挥着不同的功能，如能量储存（淀粉）、纤维素（细胞壁）、肝素（血液凝固）和壳聚糖（外骨骼）等。
由于不同的多糖具有不同的结构，因此这些分子在不同的环境中表现出不同的化学和物理特性。
四、脂类脂类是由脂肪酸和甘油通过酯键连接而成的大分子聚合物。
原子结构和分子结构(精)
原子结构和分子结构原子是由质子、中子等组成的原子核与核外电子所构成的。
有与胆汁和化合物的化学性质主要决定与核外电子运动的状态，因此，在化学中研究原子结构主要在于解决核外电子运动的规律。
我们对于核外电子排布，只要掌握一般排布规律，按电子在核外各亚层中分布情况表示即按 ,5,7,6,5,4,6,5,4,5,4,4,3,3,2,2,114221014261026262622f s p d fs p d s p s p s p s s 例如：原子序数为18的Ar 的电子排布为6262233221p s p s s 。
又如：原子序数为24的Cr 的电子排布为51626223433221d s p s p s s 而不是42626223433221d s p s p s s 根据光谱实验得到的结果，可归纳为一个规律：等价轨道在全充满、半充满或全空的状态是比较稳定的，也即下列电子结构是比较稳定的：半充满753f d p 或或; 全充满14106fd p 或或 全 空000f d p 或或 几种杂化轨道示意图：图一：sp 轨道杂化过程示意图(sp 过程.jpg)图二：sp 杂化轨道及2BeCl 分子的构型示意图(sp.jpg)图三：2sp 杂化轨道及3BF 分子的构型示意图图四：3sp 杂化轨道及4CH 分子的构型示意图分子间力（又称范德华力）是指除了原子间较强的作用力之外的在分子之间存在的一种较弱的相互作用力。
分子间力可分为色散力、诱导力和取向力三种。
一般来说，分子量越大，分子所含的电子数越多，分子间的色散力越大。
分子的极性强度越大，分子变形性大，分子间距离小，诱导力就大。
分子的极性越强，分子间的取向力越大。
在非极性分子之间只存在色散力；在极性分子和非极性分子间存在着色散力和诱导力；在极性分子之间，存在着色散力、诱导力和取向力。
对于类型相同的分子，其分子间力常随着分子量的增大而变大。
分子间力阅读阿，物质的熔点、沸点和硬度就越高。
分子结构分析概论
5.3 分子光谱分类
5.3.1 分子吸收光谱
拉曼光谱和红外光谱一样，都是研究分子的转 动和振动能级结构的，但是两者的原理和起因 并不相同。
拉曼光谱是建立在拉曼散射效应基础上，利用 拉曼位移研究物质结构的方法；红外光谱是直 接观察样品分子对辐射能量的吸收情况。拉曼 光谱是分子对单色光的散射引起---拉曼效应， 因而它是间接观察分子振动能级的跃迁。
5.3 分子光谱分类
5.3.1 分子吸收光谱
拉曼光谱和红外光谱一样，都是研究分子的转 动和振动能级结构的，但是两者的原理和起因 并不相同。
拉曼光谱是建立在拉曼散射效应基础上，利用 拉曼位移研究物质结构的方法；红外光谱是直 接观察样品分子对辐射能量的吸收情况。拉曼 光谱是分子对单色光的散射引起---拉曼效应， 因而它是间接观察分子振动能级的跃迁。
谱
波谱
内层电 外层电子 分子振 分子转 核能级跃
子跃迁 跃迁 动跃迁 动跃迁
迁
紫外、可见吸收光谱 Ultraviolet-Visible absorption spectrum，UV、VIS
材料吸收10~800nm波长的光子引起分子中外层电子能级跃迁 （1~20eV之间）时产生的吸收光谱，也称为电子光谱。
2. 发射光谱 辐射的发射：物质吸收能量后产生电磁辐
射的现象。 实质：物质从高能级向低能量跃迁，损失
的能量以电磁辐射形式释放。 发射光谱：物质发射辐射的强度对或
的分布。
5.1 电磁辐射与材料的相互作用
3. 散射光谱
电磁辐射与物质发生相互作用，部分 偏离原入射方向而分散传播的现象。
1）分子散射
入射线与尺寸大小远小于其波长的分 子或分子聚集体相互作用而产生的散射。
第五章 分子结构分析概论
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离子极化:离子极化指的是在离子化合物中，正、负离子的电子云分布在对方离子的电场作用下，发生变形的现象。
离子极化能对金属化合物性质的影响
配位数:直接同中心离子（或原子）配位的原子数目叫中心离子（或原子）的配位数。
晶体学中，配位数是晶格中与某一原子相距最近的原子个数。
晶格能:1mol离子化合物中的阴、阳离子从相互分离的气态结合成离子晶体
时所放出的能量。
晶格能也可以说是破坏1mol晶体，使它变成完全分离的气态自由离子所需要消耗的能量。
用化学反应式表示时，相当于下面反应式的焓变的负值。
a Mz+(g) +
b Xz-(g)→ MaXb(s) U=-ΔH
氧原子的电子层结构是：
到了二十世纪四十年代，顺磁共振光谱发现了，并且证实顺磁共振光谱是由分子或离子中存在着未成对电子而引起的。
顺磁共振光谱的实验证明氧分子有顺磁性，还证明氧分子里有两个未成对的电子。
这个实验说明原来的以双键结合的氧分子结构式不符合实际。
价键理论对这个事实怎样解释呢？它承认未成对电子的存在，认为氧分子里形成了两个三电子键，氧分子的结构式要这样表示：
结构式中…代表三电子键。
两个氧原子间怎样会形成三电子键呢？根据保里原理，一个轨道只能容纳两个自旋相反的电子，所以三电子键是由在两个轨道的三个电子形成的。
形成一个三电子键放出的能量大约只有由一个电子对形成的单键放出的能量的一半，所以三电子键不稳定。
三电子键只有在两个相同的原子间或电负性相差极小的原子间才可能形成。
价键理论对于怎样形成三电子键还没有很明确的说明。
价键理论局限于把形成化学键的电子只处于相连的两个原子区域内。
后来，着眼于分子整体来研究分子结构的分子轨道法发展起来，应用于对氧分子结构的解释。
分子轨道法认为形成化学键的电子应在遍布整个分子的区域内运动。
氧分子由两个氧原子构成。
每个氧原子有8个电子，两个氧原子就有16个电子。
这16个电子中，4个电子处于K层，12个电子处于L层。
形成分子轨道的主要是L 层的电子
理论基础
价层电子对互斥理论的基础是，分子或离子的几何构型主要决定于与中心原子相关的电子对之间的排斥作用。
该电子对既可以是成键的，也可以是没有成键的（叫做孤对电子）。
只有中心原子的价层电子才能够对分子的形状产生有意义的影响。
分子中电子对间的排斥的三种情况为：
∙孤对电子间的排斥（孤-孤排斥）；
∙孤对电子和成键电子对之间的排斥（孤-成排斥）；
∙成键电子对之间的排斥（成-成排斥）。
分子会尽力避免这些排斥来保持稳定。
当排斥不能避免时，整个分子倾向于形成排斥最弱的结构（与理想形状有最小差异的方式）。
孤对电子间的排斥被认为大于孤对电子和成键电子对之间的排斥，后者又大于成键电子对之间的排斥。
因此，分子更倾向于最弱的成-成排斥。
配体较多的分子中，电子对间甚至无法保持90°的夹角，因此它们的电子对更倾向于分布在多个平面上。
[编辑]实际预测
下面是价层电子对互斥理论预测的分子形状表。
电子对数杂化类型
（混層類
型）
轨道
形状
单电子对数
（孤電子
對）
分子形状例
2 sp 直线
型
0 直线型
BeCl
2
、二氧
化碳
3 sp2平面
正三
角形
平面正三角
形
三氯化硼1
V字型（角
型、彎曲型）
二氧化硫
4 sp3正四
面体
0 正四面体甲烷
1 三角锥氨
2
V 字型（角型、彎曲型） 水
5 sp 3d
三角双锥
0 三角双锥 五氯化磷
1 变形四面体（跷跷板型） TeCl 4
2 T 字型 ClF
3 3 直线型 I 3− 6
sp 3d 2
正八面体
0 正八面体 六氟化硫 1
四方錐 IF 5 2 平面十字型 ICl 4− 3 T 字型 4 直線型 7 sp 3d 3
五角雙錐
0 五角雙錐 IF 7 1
五角錐
电子对数 没有孤电子对 （基本形状）
1个孤电子对 2个孤电子对 3个孤电子对
2
直线型
3
平面三角形型
角型
4
四面体型
三角锥型
角型
5
三角双锥型
变形四面体型
T字型
直线型
6
八面体型
四角锥型
平面四方形型
7
五角双锥型五角锥型
分子类
型分子形状
中心原子价电子对的排
布方式†
分子的几何构
型‡
实例
AX
1E
n
双原子分
子
（直线型）
HF、O
2
AX
2E
直线型
BeCl
2
、HgCl
2
、CO
2
AX
2E
1
角型
NO
2
−、SO
2
、O
3
AX
2E
2
角型
H
2
O、OF
2
AX
2E
3
直线型
XeF
2
、I
3
−
AX
3E
平面三角
形型
BF
3
、CO
3
2−、NO
3
−、
SO
3
AX
3E
1
三角锥型
NH
3
、PCl
3
AX
3E
2
T
字型
ClF
3
、BrF
3
AX
4E
四面体型
CH
4
、PO
4
3−、SO
4
2−、
ClO
4
−
AX
4E
1
变形四面
体型
SF
4
AX
4E
2
平面四方
形型
XeF
4
AX
5E
三角双锥
型
PCl
5
AX
5E
1
四角锥型
ClF
5
、
BrF
5
AX
6E
八面体型
SF
6
AX
6E
1
五角锥型XeOF
5
−、
IOF
5
2−
[1]
AX
7E
五角双锥
型
IF
7
†孤电子对以淡黄色球体表示。
‡分子的实际几何构型，即不包含孤对电子的构型。
價層電子對互斥理論常用AXE方法計算分子構型。
這種方法也叫ABE，其中A代表中心原子，X或B代表配位原子，E代表孤電子對。
甲烷分子(CH4)是四面體結構，是一個典型的AX4型分子。
中心碳原子周圍有四個電子對，四個氫原子位於四面體的頂點，鍵角(H-C-H)為109°28'。
一個分子的形狀不但受配位原子影響，也受孤對電子影響。
氨分子(NH3)中心原子雜化類型與甲烷相同（sp3），分子中有四個電子雲密集區，電子雲分佈依然呈四面體。
其中三個是成鍵電子對，另外一個是孤對電子。
雖然它沒有成鍵，但是它的排斥力影響著整個分子的形狀。
因此，這是一個AX3E型分子，整個分子的形狀是三角錐形，因為孤對電子是不可「見」的。
事實上，電子對數為七是有可能的，軌道形狀是五角雙錐。
但是它們僅存在於不常見的化合物之中，比如在六氟化氙中，有一對孤電子，它的構型趨向於八面體結構，因為孤對電子傾向於位於五角形的平面上。
另一个例子为七氟化碘，碘沒有孤電子，七個氟原子呈五角雙錐狀排列。
電子對數為八也是有可能的，这些化合物一般为四方反棱柱体结构，[2]例子有八氟合氙酸亚硝酰中的 [XeF8]2−离子[3][4]以及八氰合钼(Ⅳ)阴离子 [Mo(CN)8]4−和八氟合锆(Ⅳ)阴离子 [ZrF8]4−。
[编辑]与其他相关理论的对比
价层电子对互斥理论、价键理论和分子轨道理论都是关于分子如何构成的理论。
价键理论主要关注于σ键和π键的形成，通过研究受成键情况影响的轨道形状描述分子的形状。
价键理论也会借助VSEPR。
分子轨道理论则是关于原子和电子是如何组成分子或多原子离子的一个更精密的理论。