甲烷的鍵角為109°28′是怎麼計算出來的?
甲烷的空間結構是正四面體,我們将過立體幾何求解,計算出甲烷的每個碳氫鍵之間的夾角是多少度?過程如下:
正四面體ABCD
如圖:O點為正四面體ABCD的中心點,AO的延長線與平面BCD交于E點,E點即為△BCD的中點。
先求BE
設:正四面體ABCD的棱長為a。
在△BCE中可得:BE=BC/2÷COS30°=√3 a /3
求出AO、BO的長度
要求∠AOB的度數,即要求出AO(BO)的長度。
因為AB=a,BE=√3 a /3,在△ABE中根據勾股定理可得:AB²=AE² BE²,即AE=√6 a /3
設:AO=BO=X,在△BOE中根據勾股定理可得:BO²=BE² EO²,EO=AE-AO(X),即解得X =√6 a /4
即AO=BO=√6 a /4
通過餘弦定理求解
因為AO=BO=√6 a /4,AB=a,要求∠AOB,根據餘弦定理:
COS∠AOB=(AO² BO²-AB²)/(2AO×BO)
即COS∠AOB=〔2×(√6 a /4)²-a²〕/2×(√6 a /4)²=-1 /3
即∠AOB的餘弦值為-1 /3
即∠AOB=109°28′
即甲烷的鍵角為109°28′
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