1、知识框架规律方法专题能力提升知识框架规律方法知识框架规律方法 有机化学的发展原始时期：从植物中提取有机物18世纪：有机化学发展为化学的一个分支21世纪：合成有机物已经进入我们生活的每一个角落，有机物成为我们赖以生存的重要物质基础有机化学的应用日常生活中的应用特殊功能有机物的需求日益增大研究生命体中的物质，如糖类、脂肪、蛋白质、核酸研究和合成新药物，帮助人类战胜疾病、延长寿命科学家怎样研究有机物有机化合物组成的研究元素分析与相对分子质量的确定方法李比希法钠融法铜丝燃烧法元素分析仪有机化合物结构的研究分子结构的确定核磁共振氢谱红外光谱质谱有机化学反应的研究有机合成方法的研究：逆合成分析法有机反应历
2、程的研究：同位素示踪法认识有机化合物知识框架规律方法说明：本专题的重点在于有机化合物组成的研究和有机化合物结构的研究。知识框架规律方法一、确定有机物实验式及分子式的方法1元素分析法确定实验式 元素定量分析常用的方法是燃烧法，因为有机物中通常含有碳元素和氢元素，在高温下，二者可被氧化铜氧化为二氧化碳和水，然后分别用高氯酸镁吸收H2O，用烧碱石棉剂吸收CO2，根据吸收前后质量的变化量，从而得到反应产生的CO2和H2O的质量，来确定有机物中碳和氢的质量分数，然后计算出该有机物分子所含元素原子最简单的整数比，即确定实验式。知识框架规律方法2质谱法测定有机物的相对分子质量质谱法的原理是用高能电子流轰击样
3、品分子，使样品分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子。而分子离子、碎片离子各自具有不同的相对分子质量，它们在磁场的作用下到达检测器的时间将因质量的不同而先后有别，其结果被记录为质谱图。质谱图中的质荷比是指分子离子或碎片离子的相对质量与其电荷的比值。质荷比最大的数据表示样品分子的相对分子质量。知识框架规律方法3巧用方法确定有机物的分子式(1)直接由相对分子质量用商余法确定烃的分子式用烃的相对分子质量除以碳原子的相对原子质量12，所得商的整数部分就是烃分子中所含碳原子的最大值，余数则为所含氢原子的最小值。知识框架规律方法(2)用特定条件进行判断确定有机物的分子式如混合烃的平均相对分子质量小于
4、 26，则混合烃中一定含有甲烷(CH4)；常温下为气体的烃分子，其碳原子数小于等于 4，烃的含氧衍生物中为气态的只有甲醛(HCHO)；气态烃或气态烃的混合物在温度高于 100 时完全燃烧，若反应前后气体体积或压强保持不变，则烃分子或混合烃平均分子式中氢原子个数为 4；知识框架规律方法(3)根据有机物结构简式、键线式或结构模型等确定分子式：给出结构简式情况的，可以直接“合并”同种元素的数目，得其化学式。需要说明的一点是，原子书写顺序要注意，一般按 C、H、O、N 等顺序排列。对于键线式或结构模型，一要注意折点处表示碳原子，二要注意各原子的价键数，如 C 为四价，如果键数不足四价，则需用氢原子补充
5、至达到四价，折点两边的短线数即为键数；O 为二价、N 为三价，分析方法与上述碳原子连接情况相似。如的分子式为 C10H14N2。知识框架规律方法(4)实验式法：首先根据题意求出烃的实验式，设为 CaHb，abx，x 取值种类方法x12烷烃根据烷烃的通式 CnH2n2，n2n2x，可求出 n 值x12单烯烃或环烷烃先确定相对分子质量，再确定分子式12x1CnH2n2 或CnH2n6直接用 CnH2n2 或 CnH2n6代入验证，看是否符合x1C2H2 或 C6H6或 C8H8 等需结合其他条件确定分子式知识框架规律方法(5)物质的量关系法：由密度或其他条件求摩尔质量求 1 mol 分子中所含各元
6、素原子的物质的量求分子式。(6)化学方程式法(代数法)：利用化学方程式及题干要求列方程组求解未知数值求分子式。(7)通式法：依据题干要求或物质性质确定类别及组成通式相对分子质量 n 值分子式。知识框架规律方法【例 1】为测定某有机化合物 A 的结构，进行如下实验：(1)将该有机物 A 置于氧气流中充分燃烧，实验测得生成 5.4 g H2O 和 8.8 g CO2，消耗氧气 6.72 L(标准状况下)，则该物质中C、H、O 元素的原子个数比是_。(2)用质谱仪测定该有机化合物的相对分子质量，得到如下图所示的质谱图，则其相对分子质量为_，该物质的分子式是_。知识框架规律方法(3)请根据价键理论，预
7、测 A 的可能结构并写出其结构简式：_。解析(1)据题意有：n(H2O)0.3 mol，则有 n(H)0.6 mol，n(CO2)0.2 mol，则有 n(C)0.2 mol，据氧原子守恒有 n(O)n(H2O)2n(CO2)2n(O2)0.3 mol20.2 mol26.72 L22.4 Lmol10.1 mol，则 N(C)N(H)N(O)n(C)n(H)n(O)261。知识框架规律方法(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，由 46 m46，即m1，故其分子式为 C2H6O。(3)由 A 的分子式为 C2
8、H6O 可知 A为饱和化合物，可推测其结构为 CH3CH2OH 或 CH3OCH3。答案(1)261(2)46 C2H6O(3)CH3CH2OH、CH3OCH3知识框架规律方法【训练1】已知某种燃料含有碳、氢、氧三种元素。为了测定这种燃料中碳和氢两种元素的质量比，可将气态燃料放入足量的O2中燃烧，并使产生的气体全部通过如图所示装置中，得到如表中所列的实验结果(假设产生的气体完全被吸收)。知识框架规律方法根据实验数据求：(1)实验完毕后，生成物中水的质量为_g。假设广口瓶里生成一种正盐，其质量为_g。(2)生成的水中氢元素的质量为_g。(3)生成的二氧化碳中碳元素的质量为_g。(4)该燃料中碳元
9、素与氢元素的质量比为_。(5)已知这种燃料的每个分子中含有一个氧原子，则该燃料的分子式为_，结构简式为_。实验前实验后(干燥剂U形管)的质量101.1 g102.9 g(石灰水广口瓶)的质量312.0 g314.2 g知识框架规律方法解析 由题意知，燃料燃烧生成的 H2O 和 CO2 分别被干燥剂和澄清石灰水吸收，二者的增重量即为燃烧时产生的 H2O 和 CO2 的质量。(1)m(H2O)102.9 g101.1 g1.8 g，m(CO2)314.2 g312.0 g2.2 g。反应生成的正盐 CaCO3 的质量为 m(CaCO3)2.2 g44 gmol1100 gmol15 g。(2)m(
10、H)1.8 g18 gmol12 gmol10.2 g。(3)m(C)2.2 g44 gmol112 gmol10.6 g。知识框架规律方法(4)m(C)m(H)0.6 g0.2 g31。(5)燃料中 n(C)n(H)0.6 g12 gmol10.2 g1 gmol114，所以燃料的分子式为 CH4O，结构简式为 CH3OH。答案(1)1.8 5(2)0.2(3)0.6(4)31(5)CH4O CH3OH知识框架规律方法【解题思路】知识框架规律方法二、确定有机物结构式的思路和方法1确定有机物结构式的一般思路物质的结构决定物质的性质，物质的性质又反映其结构特点。因此确定有机物的结构，主要是利用物
11、质所具有的特殊性质来确定该物质所具有的特殊结构，即主要确定该物质的基团。知识框架规律方法2确定有机物结构式的基本方法(1)根据价键规律确定，某些有机物根据价键规律只存在一种结构，则可直接由分子式确定其结构式。例如 C2H6，根据碳元素为 4 价，氢元素为 1 价，碳碳可以直接连接，可知只有一种结构：CH3CH3；同理 CH4O，由价键规律，CH4O 也只有一种结构：CH3OH。知识框架规律方法(2)通过定性实验确定实验有机物表现的性质及相关结论基团确定结构式。如 能 使 溴 的 四 氯 化 碳 溶 液 褪 色 的 有 机 物 分 子 中 可 能 含 有；不能使溴的四氯化碳溶液褪色却能使酸性高锰
12、酸钾溶液褪色的有机物可能是苯的同系物等。(3)通过定量实验确定通过定量实验确定有机物的基团，如乙醇结构式的确定；通过定量实验确定基团的数目，如测得 1 mol 某醇与足量钠反应可得到 1 mol 气体，则可说明该醇分子含 2 个OH。知识框架规律方法(4)根据实验测定的有机物的结构片断“组装”有机物实验测得的往往不是完整的有机物，这就需要我们根据有机物的结构规律如价键规律、性质和量的规律等来对其进行“组装”和“拼凑”。(5)可用红外光谱、核磁共振氢谱确定有机物中的基团和各类氢原子的数目，再确定结构式。知识框架规律方法特点提示 确定有机物结构式的一般步骤：先确定有机物的分子式；再根据分子式及化合
13、价书写可能的结构式；通过实验检测出的数据计算或依据其特殊的化学性质来确定其结构式。某些特殊组成实验式，可根据其组成特点直接确定其分子式，如实验式为 CH3 的有机物，其分子式为 C2H6 时，氢原子已达到饱和；实验式为 CH3O 的有机物，其分子式为 C2H6O2。知识框架规律方法【例 2】某纯净有机物 A 的红外光谱表征到和的存在，经质谱仪、核磁共振仪得到下列质谱图和核磁共振氢谱图：知识框架规律方法(1)该有机物的分子式为_。(2)该有机物的结构简式为_。解析 质谱仪得到的质谱图中最大质荷比即为该有机物的相对分子质量，所以该有机物的相对分子质量为 70。该有机物的核磁共振氢谱图显示环境不同的
14、氢原子有 4 种，且 H 原子个数比为2112，故 H 原子总数量至少是 6 个。红外光谱表征到碳碳双键()和羰基()的存在。知识框架规律方法由氧原子数确定：若有 2 个 O 原子，则有 703238，C 原子为3 个时，只能有 2 个 H 原子，C 原子为 2 个时，有 14 个 H 原子，过饱和，且与强度比 2112 的 4 种环境不同的氢原子矛盾。因此，氧原子数为 1。的相对分子质量为 52，余基相对分子质量为 705218，若 H 原子总数为 6，则 18612，说明还有 1 个碳原子，因此分子式为 C4H6O。可能的结构有CH3CH=CHCHO(核磁共振氢谱图强度比应为 3111)、
15、CH2=CHCOCH3(核 磁 共 振 氢 谱 图 应 有3个 峰)和CH2=CHCH2CHO，只有 CH2=CHCH2CHO 符合题意。知识框架规律方法答案(1)C4H6O(2)CH2=CHCH2CHO知识框架规律方法【训练 2】某含氧有机化合物可以作为无铅汽油的抗爆震剂，其相对分子质量为 88.0，含 C 的质量分数为 0.682，含 H 的质量分数为 0.136。(1)试确定该化合物的分子式_。(2)经红外光谱和核磁共振氢谱显示该分子中有 4 个甲基，请写出其结构简式_。知识框架规律方法解 析 (1)该 化 合 物 中 w(O)1.000 0.682 0.136 0.182,N(C)N(
16、H)N(O)0.68212 0.13610.18216 5121。设该化合物的化学式为(C5H12O)n 则(12512116)n88.0，n1，该有机物的化学式为 C5H12O。(2)由于该有机物分子中有 4 个甲基，除这 4 个甲基外，还有残基：C5H12O4CH3CO，所以 C 和 O 应被 4 个CH3 包围在中间。答案(1)C5H12O(2)(CH3)3COCH3知识框架规律方法【训练 3】某有机物的蒸气密度是相同状况下甲烷密度的 3.625倍。把 1.16 g 该有机物在氧气中充分燃烧，将生成的气体混合物通过足量碱石灰，碱石灰增重 3.72 g，又知生成 H2O 和 CO2的物质的
17、量比为 11。(1)试求此有机物的分子式。(2)红外光谱和核磁共振氢谱显示该分子中含有碳碳双键和羟基(结构不稳定)，试确定它的结构简式。知识框架规律方法解析 M(有机物)3.62516 gmol158 gmol1，n(有机物)1.16 g58 gmol10.02 mol。18 gmol1n44 gmol1n3.72 g，n(CO2)n(H2O)0.06 mol，n(C)n(CO2)0.06 mol。m(C)0.06 mol12 gmol10.72 g，n(H)2n(H2O)20.06 mol0.12 mol，m(H)0.12 mol1 gmol10.12 g。所以该有机物含氧：m(O)1.16 g0.72 g0.12 g0.32 g，n(O)0.32 g16 gmol10.02 mol。n(有 机 物)n(C)n(H)n(O)0.02 mol0.06 mol0.12 mol0.02 mol1361。所以有机物的分子式为C3H6O，依题意，其结构简式如下：CH2=CHCH2OH。答案(1)C3H6O(2)CH2=CHCH2OH