1、课时作业6元素分析和相对分子质量的测定一、选择题1用核磁共振仪对分子式为C3H8O的有机物进行分析，核磁共振氢谱有三个峰，峰面积之比是116，则该化合物的结构简式为(B)解析：三个峰说明有三种不同化学环境的氢原子，且个数比为116，只有B项符合。D项结构不明，是分子式而不是结构简式。2某化合物的结构(键线式)及球棍模型如下：该有机分子的核磁共振波谱图如下(单位是ppm)：下列关于该有机物的叙述正确的是(D)A该有机物不同化学环境的氢原子有6种B该有机物属于芳香化合物C键线式中的Et代表的基团为CH3D该有机物在一定条件下能够发生消去反应解析：A项，由谱图可知有8种不同环境的氢原子，A错；B项，
2、由键线式可看出，该物质中无苯环，不属于芳香化合物，B错；C项，Et为CH2CH3，C错。3已知某有机物A的红外光谱和核磁共振氢谱如图所示，下列说法不正确的是(D)A由红外光谱可知，该有机物中至少有三种不同的化学键B由核磁共振氢谱可知，该有机物分子中有三种不同的氢原子C仅由核磁共振氢谱无法得知其分子中的氢原子总数D若A的化学式为C2H6O，则其结构简式为CH3OCH3解析：由A的红外光谱知A中有OH，由A的核磁共振氢谱知A中有3种氢原子，故若A的化学式为C2H6O，则其结构简式为CH3CH2OH。4已知某有机物A的核磁共振氢谱如下图所示，下列说法中，错误的是(A)A若A的分子式为C3H6O2，则
3、其结构简式为CH3COOCH3B由核磁共振氢谱可知，该有机物分子中有三种不同化学环境的氢原子，且个数之比为123C仅由其核磁共振氢谱无法得知其分子中的氢原子总数D若A的化学式为C3H6O2，则其同分异构体有三种解析：由核磁共振氢谱可知，其分子中含有三种不同化学环境的氢原子，峰的面积之比等于其原子个数之比，但不能确定具体个数，故B、C正确；由A的分子式C3H6O2可知，其同分异构体有3种：CH3COOCH3、CH3CH2COOH、HCOOCH2CH3。其中有三种不同化学环境的氢原子且个数之比为123的有机物的结构简式为CH3CH2COOH或HCOOCH2CH3。故正确答案为A。5验证某有机物属于
4、烃，应完成的实验内容是(D)A只测定它的C、H比B只要证明它完全燃烧后产物只有H2O和CO2C只测定其燃烧产物中H2O与CO2的物质的量的比值D测定该试样的质量及试样完全燃烧后生成CO2和H2O的质量解析：当CO2和H2O中m(C)m(H)m(有机物)时，说明有机物中没有氧元素。6某混合气体由两种气态烃组成2.24 L该混合气体完全燃烧后，得到4.48 L二氧化碳(气体已折算为标准状况)和3.6 g水，则这两种气体可能是(B)ACH4和C3H8 BCH4和C3H4CC2H4和C3H4 DC2H4和C2H6解析：n(C)0.2 mol，n(H)20.4 mol，n(混合物)n(C)n(H)124
5、。所以该混合气体的平均分子式为C2H4。符合题意的组合只有B选项。7某有机物样品3.1 g完全燃烧，燃烧后的混合气体通入过量的澄清石灰水中，石灰水共增重7.1 g，经过滤、干燥得到10 g沉淀。该有机物样品可能是(D)A乙烯 B乙醛C乙酸 D乙二醇解析：根据题意，10 g沉淀为CaCO3，则产生的二氧化碳为0.1 mol，即4.4 g，其中碳元素质量为0.1 mol12 g/mol1.2 g，石灰水增重7.1 g，所以有机物燃烧生成的水的质量为7.1 g4.4 g2.7 g，即n(C)0.1 mol，n(H)20.3 mol，氢元素质量为0.3 mol1 g/mol0.3 g，有机物样品共3.
6、1 g，所以氧元素的质量3.1 g1.2 g0.3 g1.6 g，物质的量为0.1 mol，碳、氢、氧原子的物质的量之比为131，即最简式为CH3O，只有D符合。8在120 条件下，3.7 g某有机物(只含C、H、O三种元素中的两种或三种)在足量O2中燃烧后，将所得气体先通过浓H2SO4，浓H2SO4增重2.7 g，再通过碱石灰，碱石灰增重6.6 g，对该有机物进行核磁共振分析，谱图如下图所示：则该有机物可能是(A)AHCOOCH2CH3 BCH3CH2CCHCCH3CH2OH DCH2=CHCH3解析：浓H2SO4吸水，增重的质量即为H2O的质量为2.7 g，计算得m(H)0.3 g，n(H
7、)0.3 mol；碱石灰吸收CO2，则CO2的质量为6.6 g，计算得m(C)1.8 g，n(C)0.15 mol；根据以上数据可计算得m(O)3.7 g0.3 g1.8 g1.6 g，n(O)0.1 mol。此有机物中C、H、O原子个数之比为0.150.30.1，即362，只有A选项符合，且A选项中氢原子共有三类，对应核磁共振氢谱中的三个峰。911.2 L由甲烷、乙烷、甲醛组成的混合气体完全燃烧后生成15.68 L CO2(气体体积均在标准状况下测定)，则混合气体中乙烷的体积百分含量为(B)A20% B40%C60% D80%解析：n(混合气体)0.5 mol，n(CO2)0.7 mol。甲
8、烷、甲醛分子中只含有一个碳原子，设它们的物质的量之和为x，乙烷的物质的量为y，则依题意有：xy0.5 mol，x2y0.7 mol，解得x0.3 mol，y0.2 mol。同温同压下，气体的体积比等于物质的量之比，因此混合气体中乙烷的体积分含量为100%40%。10某化合物6.4 g在氧气中完全燃烧，只生成8.8 g CO2和7.2 g H2O。下列说法正确的是(B)A该化合物仅含碳、氢两种元素B该化合物中碳、氢原子个数比为14C无法确定该化合物是否含有氧元素D该化合物一定是C2H8O2解析：n(CO2)0.2 mol，n(H2O)0.4 mol。m(C)m(H)0.2 mol12 gmol1
9、0.4 mol21 gmol13.2 g6.4 g，故n(O)0.2 mol。则n(C)n(H)n(O)0.2 mol(0.4 mol2)0.2 mol141，该化合物的实验式为CH4O。由于CH4O中氢原子已饱和，故实验式即化学式。11下图是A、B两种物质的核磁共振氢谱。已知A、B两种物质都是烃类，都含有6个氢原子。请根据下图两种物质的核磁共振氢谱谱图选择出可能属于下图的两种物质(B)AA是C3H6；B是C6H6 BA是C2H6；B是C3H6CA是C2H6；B是C6H6 DA是C3H6；B是C2H6解析：核磁共振氢谱是记录不同氢原子核对电磁波的吸收情况来推知氢原子种类的谱图。根据题目所示的谱
10、图，图1中只有一种氢原子，且是稳定的氢原子，所以图1是C2H6。在图2中，氢原子中有3种，且比例为213，符合此情况的物质分子是C3H6。C3H6的结构简式为CH3CH=CH2，其中氢原子有三种，这三种氢原子的原子核吸收的电磁波的强度不相同，且比为312，因此图2是C3H6的核磁共振氢谱谱图。12某气态化合物X含C、H、O三种元素，现已知下列条件：X中C的质量分数；X中H的质量分数；X在标准状况下的体积；X对氢气的相对密度；X的质量。欲确定X的分子式，所需的最少条件是(A)ABCD解析：由可确定该气态化合物的最简式，若要确定X的分子式，还需要知道X的相对分子质量，即需要知道X对H2的相对密度。
11、二、填空题13一般来说，对一种未知有机物结构的测定主要包括以下几个方面：确定相对分子质量；测定元素组成(种类和比例)；研究该有机物的各种性质；确定结构。(1)相对分子质量的确定一般利用质谱法，蒸气密度法等。某有机物A的质谱图显示其相对分子质量最大是72。组成元素的测定常采用元素分析仪，也可采用燃烧法。称取3.6 g A，在足量氧气中充分燃烧，生成物通过浓硫酸后，浓硫酸的质量增加5.4 g，剩余气体通过碱石灰，碱石灰的质量增加11 g，则A的分子式为C5H12。(3)A的一氯代物有1种，二氯代物有2种。解析：(1)n(H)2n(H2O)25.4 g18 gmol10.6 mol，m(H)0.6
12、mol1 gmol10.6 g，n(C)n(CO2)11 g44 gmol10.25 mol，m(C)0.25 mol12 gmol13 g，n(C)n(H)0.25 mol0.6 mol512，由于m(C)m(H)3.6 g，即该有机物不含C、H之外的其他元素，故A的最简式为C5H12，又由于A的相对分子质量为72，故其分子式为C5H12。(2)A的核磁共振碳谱中有两个峰，峰高比为41，说明A中只有两种碳，个数比为41。核磁共振氢谱中只有一个峰，说明所有的氢原子所处的化学环境相同，故A的结构简式为。(3)新戊烷的一氯代物只有一种；二氯代物有两种，分别是两个氯原子连在同一个碳原子上、两个氯原子
13、连在不同的碳原子上。14有机物分子式的确定常采用燃烧法，其操作如下：在电炉加热下用纯氧气氧化管内样品，根据产物的质量确定有机物的组成。如图所示是用燃烧法测定有机物分子式常用的装置，其中A管装碱石灰，B管装无水CaCl2。现准确称取1.80 g有机物样品(含C、H元素，还可能含有O元素)，经燃烧被吸收后A管质量增加1.76 g，B管质量增加0.36 g。请按要求填空：(1)此法适宜于测定固体有机物的分子式，此有机物的组成元素可能是C、H、O。(2)产生的气体按从左到右的流向，所选各装置导管口的连接顺序是gefhicd(或dc)ab(或ba)。(3)E和D中应分别装有何种药品H2O2(或H2O)，
14、MnO2(或Na2O2)。(4)如果将CuO网去掉，A管增加的质量将减小(填“增大”“减小”或“不变”)。(5)该有机物的最简式是CHO2。(6)要确定该有机物的分子式，还必须知道的数据是B。A消耗E中液体的质量 B样品的摩尔质量CCuO固体减少的质量 DC装置增加的质量E燃烧消耗氧气的物质的量(7)在整个实验开始之前，需先让D产生的气体通过整套装置一段时间，其目的是除去装置中的空气。解析：(1)B管质量增加为所吸收的水的质量，A管质量增加为所吸收CO2的质量。m(H2O)0.36 g，m(H)0.36 g2/180.04 g。m(CO2)1.76 g，m(C)1.76 g12/440.48
15、g。1.80 g0.04 g0.48 g1.28 g，故有机物中除C、H两种元素外，还有O元素。(2)要确定有机物的分子式，首先要确定有机物的组成元素。由题中信息可知，B管吸收水分，A管吸收CO2，所以B管应在A管前面，否则A管会将CO2、H2O一同吸收。有机物在电炉中燃烧需要O2，这就需要将D装置与电炉相连，D装置提供的氧气中有水分，其后应连接C装置除去水分，故导管的接口顺序为gefhicdab(其中a与b，c与d的顺序可交换)。(3)E、D中的药品显然是用来制O2的，E中为液体，D中为固体。显然液体是H2O2(或H2O)，固体为MnO2(或Na2O2)。(4)若将氧化铜网去掉，则有机物燃烧
16、产生的CO不能被A管吸收，A管增加的质量减小。(5)由(1)可知，n(H)0.04 mol，n(C)0.04 mol，n(O)0.08 mol，该有机物的最简式为CHO2。(6)已知最简式为CHO2，只要再知道有机物的相对分子质量，即可求出其分子式。设其分子式为(CHO2)n，则n相对分子质量/最简式的式量相对分子质量/45。(7)通入O2是为了赶尽装置中的CO2和H2O，否则所求有机物中C、H含量偏高。15利用核磁共振技术可测定有机物分子的三维结构。在有机物分子中，不同位置的氢原子的核磁共振氢谱中给出的特征峰也不同，根据特征峰可以确定有机物分子中氢原子的种类和数目。例如，乙醚的结构简式为CH
17、3CH2OCH2CH3，其核磁共振氢谱中给出的特征峰有两个，如图所示：(1)下列物质中，其核磁共振氢谱给出的特征峰只有一个的是AD。ACH3CH3 BCH3COOHCCH3COOCH3 DCH3COCH3(2)化合物A和B的分子式都是C2H4Br2，A的核磁共振氢谱如图所示，A的结构简式为BrCH2CH2Br，请预测B的核磁共振氢谱上有两个特征峰。(3)用核磁共振氢谱的方法来研究C2H6O的结构，请简要说明根据核磁共振氢谱的结果来确定C2H6O分子的结构简式的方法：若图谱中给出了3个吸收峰(信号)，则说明C2H6O的结构简式是CH3CH2OH；若图谱中给出了1个吸收峰，则说明C2H6O的结构简
18、式为CH3OCH3。解析：(1)由题意可知，核磁共振氢谱中峰的数目与分子中氢原子的化学环境相关，有几种化学环境的氢原子就有几个峰，要求该化合物的核磁共振氢谱只有一个峰，则只有一种化学环境的氢原子，所以A、D都符合；(2)由A的氢谱图中只有一个峰，可得A的结构简式为BrCH2CH2Br，则B的结构简式只能是CH3CHBr2；(3)根据C2H6O能写出的结构简式只有2种：CH3CH2OH和CH3OCH3，所以如果氢谱中存在3个峰，则为乙醇；如果氢谱中存在1个峰，则为甲醚。16为测定某有机化合物A的结构，进行如下实验：(一)分子式的确定：(1)将有机物A置于氧气流中充分燃烧，实验测得：生成5.4 g
19、 H2O和8.8 g CO2，消耗氧气6.72 L(标准状况下)，则该物质中各元素的原子个数比是N(C)N(H)N(O)261。(2)用质谱仪测定该有机化合物的相对分子质量，得到如图所示质谱图，则其相对分子质量为46，该物质的分子式是C2H6O。(3)根据价键理论，预测A的可能结构并写出结构简式CH3CH2OH，CH3OCH3。 (二)结构式的确定：(4)核磁共振氢谱能对有机物分子中不同位置的氢原子给出不同的峰值(信号)，根据峰值(信号)可以确定分子中氢原子的种类和数目。例如：甲基氯甲基醚(ClCH2OCH3)有两种氢原子如图。经测定，有机物A的核磁共振氢谱示意图如图，则A的结构简式为CH3C
20、H2OH。解析：(1)据题意有：n(H2O)0.3mol，则有n(H)0.6 mol；n(CO2)0.2mol，则有n(C)0.2mol。据氧原子守恒有n(O)n(H2O)2n(CO2)2n(O2)0.3mol20.2mol20.1mol，则该物质各元素原子个数比N(C)N(H)N(O)n(C)n(H)n(O)261。(2)据(1)可知该有机物的实验式为C2H6O，假设该有机物的分子式为(C2H6O)m，由质谱图知其相对分子质量为46，则46m46，即m1，故其分子式为C2H6O。(3)由A的分子式为C2H6O可知A为饱和化合物，可推测其结构为CH3CH2OH或CH3OCH3。(4)分析A的核磁共振氢谱图可知：A有三种不同类型的H原子，CH3OCH3只有一种类型的H原子，故A的结构简式为CH3CH2OH。