1、第四节 研究有机化合物的一般步骤和方法案例探究乙醇的分子式为C2H6O，但C2H6O的结构式却有2种： 利用现代仪器核磁共振仪，人们能很快确定乙醇的分子结构。在没有发明核磁共振技术以前，人们是通过化学实验来确定有机物的结构的。 思考：如何设计实验确定乙醇的分子结构？自学导引一、研究有机化合物一般要经过的几个基本步骤答案：实验式 分子式 结构式二、分离、提纯1.蒸馏蒸馏是分离、提纯_态有机物的常用方法。当_态有机物含有少量杂质，而且该有机物_性较强，与杂质的_相差较大时（一般约大于_），就可以用蒸馏法提纯此液态有机物。蒸馏工业乙醇（乙醇、甲醇、水的混合物），77 以下收集到的馏分是_的共沸物，7
2、779 收集到的馏分是_的共沸物，79 以上收集到的馏分主要成分是水。答案：液 液 热稳定 沸点 30 甲醇和乙醇 乙醇和水2.重结晶重结晶的首要工作是选择适当的溶剂，要求该溶剂：（1）杂质在此溶剂中溶解度_或溶解度_，易于除去；（2）被提纯的有机物在此溶剂中的溶解度，受温度的影响_：该有机物在热溶液中的溶解度_，冷溶液中的溶解度_，冷却后易于结晶析出，等等。苯甲酸的重结晶过程为：_苯甲酸，_过滤，_使滤液结晶。答案：很小 很大 较大 较大 较小 加热溶解 趁热 冷却3.萃取萃取包括液液萃取和固液萃取。（1）液液萃取是利用有机物在2种互不_的溶剂中的溶解性不同，将有机物从一种_转移到另一种_的
3、过程。液液萃取是分离、提纯有机物常用的方法，_是萃取操作的常用玻璃仪器。（2）固液萃取是用有机溶剂从固体物质中溶解出有机物的过程，在实验室和工厂中用专用的仪器和设备进行这一操作。答案：（1）相溶 溶剂 溶剂 分液漏斗4.色谱法原理：利用吸附剂对不同有机物吸附作用的不同，分离提纯有机物，这种方法就是色谱法。常用吸附剂：碳酸钙、硅胶、氧化铝、活性炭等。三、元素分析与相对原子质量的测定1.元素分析用化学方法鉴定有机物分子的_，以及分子内各元素原子的_，这就是元素的定性、定量分析。元素定量分析的原理是将一定量的有机物_，分解为简单的无机物，并作定量测定，通过无机物的质量推算出组成该有机物元素原子的_，
4、然后计算出该有机物分子所含元素原子最简单的_，即确定其_。有机物的元素定量分析最早是由德国人_提出的。现在，元素定量分析采用的是现代化的元素分析仪，由_控制，无论是分析的精确度，还是分析速度都已达到很高的水平。答案：元素组成 质量分数 燃烧 质量分数 整数比 实验式 李比希 计算机2.相对分子质量的测定质谱法质谱是近代发展起来的快速、微量、精确测定_的方法。它用高能电子流等轰击样品分子，使该分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子。分子离子、碎片离子各自具有不同的相对质量，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。答案：相对分子质量四、分子结构的鉴定
5、1.红外光谱在有机物分子中，组成化学键或官能团的原子处于不断振动的状态，其振动频率与红外光的振动频率相当。所以，当用红外线照射有机物分子时，分子中的化学键或官能团可发生振动吸收，不同的化学键或官能团吸收频率不同，在红外光谱图上将处于不同的位置，从而可以获得分子中含有何种_或_的信息。答案：化学键 官能团2.核磁共振氢谱氢原子核具有磁性，如用电磁波照射氢原子核，它能通过共振吸收电磁波能量，发生跃迁。用核磁共振仪可以记录到有关信号，处在不同化学环境中的氢原子因产生共振时吸收的频率不同，在谱图上出现的位置也不同，且吸收峰的面积与氢原子数成正比。因此，从核磁共振氢谱图上可以推知该有机物分子有几种不同类
6、型的_及它们的_。答案：氢原子 数目疑难剖析一、蒸馏及其注意事项1.原理：利用有机物与杂质沸点的差异（一般应大于30 ），将有机物以蒸气形式蒸出，然后冷却而得产品。2.装置实验室蒸馏装置（1）安装蒸馏仪器时要注意先从蒸馏烧瓶装起，根据加热器的高低确定蒸馏烧瓶的位置。然后，再接水冷凝管、尾接管、接受容器（锥形瓶），即“先下后上”“先头后尾”，拆卸蒸馏装置时顺序相反，即“先尾后头”。（2）温度计的水银球应与蒸馏烧瓶支管口下沿相平，以便测量馏出蒸气的沸点。（3）蒸馏烧瓶装入液体试剂量以1/2容积为宜，不能超过2/3，并加入沸石。（4）需垫石棉网加热，不可直接加热蒸馏烧瓶！（5）冷凝水下进上出，冷凝效
7、果好；否则，冷凝器因水中气泡和水的流速等因素的影响而破裂或冷凝效果差。【例1】 过氧乙酸的沸点比水高，但受热容易分解，某试剂厂先制得7%8%的过氧乙酸溶液，再浓缩成30%的溶液时，可采用的适宜方法是（ ）A.常压蒸馏 B.减压蒸馏C.加生石灰常压蒸馏 D.加压蒸馏思路分析：由题意“过氧乙酸的沸点比水高”，似乎可以加热浓缩其溶液，但过氧乙酸“受热容易分解”，所以加热不适合。不加热蒸发，应该是常温蒸发，常温蒸发只能是减压蒸发减小压强，可降低沸点。答案：B思维启示：减小压强降低等比降低物质的沸点，即原来沸点高的物质降压后还高，原来沸点低的物质降压后还低。二、结晶 重结晶结晶是溶质从溶液中析出晶体的过
8、程，可以用来分离和提纯几种可溶性固体的混合物。结晶的原理是根据混合物中各成分在某种溶剂里的溶解度的不同，通过蒸发减少溶剂或降低温度使溶解度变小，从而使晶体析出。例如用结晶的方法分离NaCl和KNO3混合物。重结晶是利用固体混合物中各组分在某种溶剂中的溶解度不同而使其相互分离。进行重结晶的简单程序是先将不纯固体物质溶解于适当的热的溶剂中制成接近饱和的溶液，趁热过滤除去不溶性杂质，冷却滤液，使晶体从过饱和溶液中析出，而易溶性杂质仍留于母液中，抽气过滤，将晶体从母液中分出，干燥后测定熔点，如纯度仍不符合要求，可再次进行重结晶，直至符合要求为止。【例2】 如用重结晶法除去某产品中杂质，为此要选择合适的
9、溶剂，溶剂的下列特点中不可取的是（ ）A.杂质在溶剂中的溶解度常温时很小，加热时很大B.在室温时，产品在溶剂中易溶C.产品在溶剂中的溶解度随温度升高而迅速加大D.在同一溶剂中，产品比杂质易溶思路分析：重结晶法分离混合物，要求产品在溶剂里的溶解度随温度的升高而大大增大，杂质则相反，应该是随温度的升高而变化不大。这样，A不可取，B、C、D都可取。答案：A思维启示：如果杂质随温度的升高溶解度变化很大，产品却相反随温度的升高溶解度变化不大，能否用重结晶法提纯该混合物？答案是也能，这样可采用升高温度的方法使杂质溶解而除去。三、萃取萃取剂的选择，应注意以下2个问题：（1）萃取剂与原溶剂互不相溶；（2）溶质
10、在萃取剂中的溶解度比在原溶剂中大。【例3】 已知苯甲酸的酸性略强于乙酸，为了从含有苯甲酸和石炭酸的苯溶液中将苯甲酸和石炭酸初步分离开，正确的操作是（ ）A.用NaOH溶液萃取苯甲酸后，再用NaHCO3溶液萃取石炭酸B.用稀H2SO4萃取石炭酸后，再用稀盐酸萃取甲酸C.用NaHCO3溶液萃取苯甲酸后，再用NaOH溶液萃取石炭酸D.用NaOH溶液萃取石炭酸后，再用NaHCO3溶液萃取苯甲酸思路分析：利用苯甲酸与乙酸的酸性强弱不同，选择萃取剂及萃取的先后顺序：由于苯甲酸的酸性强于乙酸，故应先萃取苯甲酸，且萃取剂应先加入能与苯甲酸反应而不与石炭酸反应的NaHCO3，使苯甲酸转化为溶于水不溶于苯的苯甲酸
11、钠萃取出来；再加入NaOH(aq)，使石炭酸变为溶于水不溶于苯的苯酚钠萃取出来。A、B选项萃取选择有误，D选项萃取操作顺序有误。答案：C思维启示：事实上，本题只是萃取出了苯甲酸根和石炭酸根，欲使它们变为苯甲酸和石炭酸，加强酸即可。四、有机物组成元素的推断一般来说，有机物完全燃烧后，各元素的对应产物为：CCO2，HH2O，ClHCl。某有机物完全燃烧后若产物只有CO2和H2O，其组成元素可能为C、H或C、H、O。欲判定该有机物中是否含有氧元素，首先应求出产物CO2中碳元素的质量及H2O中氢元素的质量，然后将碳、氢元素的质量之和与原有机物质量比较，若两者相等，则原有机物的组成中不含氧；否则，原有机
12、物的组成中含氧。【例4】 取8 g某有机物A（相对分子质量为32）在氧气中完全燃烧，生成物中只有11 g CO2和9 g H2O，则A中一定含有_元素，其分子式是_；误服A会使人中毒失明甚至死亡，其化学名称为_，写出此物质在空气中燃烧的化学方程式_。思路分析：该有机物8 g中含碳、氢元素的质量：m（C）=m（CO2）=11 g=3 gm（H)=m（H2O)=9 g=1 gm（C）+m（H）=3 g+1 g=4 g8 gA中还含有氧元素。8 g A中含有氧元素的质量为m（O）=m（有）-m（C）-m（H）=8 g-3 g-1 g=4 gA中各元素原子数目之比为N（C）N（H）N（O）=141A的
13、实验式是CH4O。设A分子中含有n个CH4O，则n=1A分子中含有CH4O，名称是甲醇。甲醇在空气中燃烧的化学方程式为2CH3OH+3O22CO2+4H2O。答案：C、H、O CH4O 甲醇 2CH3OH+3O22CO2+4H2O思维启示：烃和烃的含氧衍生物完全燃烧的产物都是CO2和H2O。五、有机化合物相对分子质量的确定1.根据标准状况下气体的密度，求算该气体的摩尔质量，即数值上等于该气体的式量：M=22.4（限于标准状况下）。2.依据气体在非标准状况下的密度，求算该气体的摩尔质量，即数值上等于该气体的式量。pV=nRT=RT M=3.依据气体的相对密度D，求气体的式量：Ma=DMb。4.求
14、混合气体的平均式量：M=MAA+MBB+MCC+（A、B、C为A、B、C气体中的体积分数或物质的量分数）。5.求混合物的平均式量：。6.运用质谱法来测定相对分子质量。【例5】 经测定毒品摇头丸的主要成分是苯丙醇胺，其只含C、H、O、N四种元素，质量分数分别是0.715 2、0.086 1、0.106 0、0.092 7；并知其式量小于200，试回答下列问题。（1）苯丙醇胺的式量为_，化学式是_。（2）写出苯丙醇胺或其一种同分异构体的结构简式（其分子内含有、OH和NH2，OH和NH2不在同一C原子上）。思路分析：（设“1”法）设苯丙醇胺分子中只含1个N原子，则=151200，151就是苯丙醇胺的
15、式量，其分子内的O、H、C原子数分别为：N（O）=N（H）= =13.00N（C）= =9.00苯丙醇胺的分子式为C9H13NO，其不饱和度=4，恰为1个苯环的不饱和度，则侧链可为丙基，丙基上可连OH和NH2。答案：（1）151 C9H13NO（从中任选一种）思维启示：通常有机分子中含有的C、H原子个数较多，O原子个数次之，其他原子个数较少，用设“1”法解题，不可设C原子或H原子个数为1。六、有机物分子式的确定方法1.直接法直接求算出1 mol气体中各元素原子的物质的量，即可推出分子式。如给出一定条件下的密度（或相对密度）及各元素的质量比，求算分子式的途径为：密度（或相对密度）摩尔质量1 mo
16、l气体中元素原子各多少摩分子式。2.最简式法根据分子式为最简式的整数倍，因此利用相对分子质量的最简式可确定其分子式。如烃的最简式的求法为：N(C)N(H)=ab(最简整数比）。最简式为CaHb，则分子式为（CaHb)n，n=M/(12a+b)(M为烃的相对分子质量，12a+b为最简式的相对分子质量）。3.商余法（1）用烃的相对分子质量除以14，视商数和余数。=a其中商数A为烃中的碳原子数。此法用于具有确定通式的烃（如烷、烯、炔、苯的同系物等）。（2）若烃的类别不确定，可用相对分子质量M除以12，看商和余数。即=x余y，分子式为CxHy。4.方程式法利用燃烧反应方程式时，要抓住以下关键：（1）气
17、体体积变化；（2）气体压强变化；（3）气体密度变化；（4）混合物平均相对分子质量等，同时可结合适当方法，如平均值法、十字交叉法、讨论法等技巧来速解有机物的分子式。当条件不足时，可利用已知条件列方程，进而解不定方程，结合烃C下标xH下标y中的x、y为正整数，烃的三态与碳原子数相关规律（特别是烃为气态时，x4）及烃的通式和性质，运用化学数学分析法，即讨论法，可简捷地确定气态烃的分子式。当烃为混合物时，一般是设平均分子组成，结合反应式和体积求出平均组成，利用平均值的含义确定可能的分子式。有时也利用平均相对分子质量来确定可能的组成，此时，采用十字交叉法计算较为简捷。两烃混合，若其平均相对分子质量小于或
18、等于26，则该烃中必含有甲烷。两气态烃混合，充分燃烧后，生成CO2气体的体积小于2倍原混合烃的体积，则原混合烃中必含有CH4，若生成水的物质的量小于2倍原混合烃的量，则必含C2H2。气态混合烃与足量的氧气充分燃烧后（温度高于100 ），若总体积保持不变，则原混合烃中的氢原子数平均为4；若体积扩大，氢原子数平均大于4；若体积缩小，氢原子数平均小于4。拓展迁移其他分离混合物的常用方法一、过滤：分离不溶性固体和液体混合物的方法。【例6】 某学生发现滴瓶中的溶液有悬浮物，拟用右图所示操作进行过滤，图中错误的地方有（ ）.4处 .3处.2处 .1处解析：过滤的要领是“一贴二低三靠”，理解并用其解题，就会
19、使思维变得有序。漏斗下端未靠紧烧杯内壁，未使用玻璃棒做引流，滤纸上边沿未接近漏斗口，以低于漏斗口5 mm为宜，用滴瓶未用烧杯。以上都是不正确的。答案：A二、蒸发：蒸发是从溶液中提取热稳定性好的固体溶质的方法【例7】 加热蒸发下列溶液，可以得到其溶质的是（ ）A.AlCl3(aq) B.Al2(SO4)3(aq)C.HCl(aq) D.NaHCO3(aq)思路分析：AlCl3(aq)中存在下列平衡AlCl3+3H2OAl(OH)3+3HCl;H0加热蒸发时，平衡向右移动，HCl比水还易挥发C不可选，同时生成的Al(OH)3部分分解：2Al(OH)3Al2O3+3H2O最后得到Al2O3和Al(O
20、H)3的混合物。A不可选。虽然Al2(SO4)3(aq)中也存在类似的水解平衡：Al2(SO4)3+6H2O2Al(OH)3+3H2SO4;H0加热蒸发时，平衡也向右移动水解反应吸热，但H2SO4难挥发。随着水分的蒸发，溶液中H2SO4浓度的增大，上列平衡又会向左移动，最终溶液蒸干，得到Al2(SO4)3固体。B可选。碳酸氢盐热稳定性差，在水溶液中更不稳定。加热蒸发NaHCO3(aq)时，NaHCO3水解平衡向右移动：NaHCO3+H2ONaOH+H2CO3;H0H2CO3分解为CO2逸出，促使平衡进一步向右移动，当溶液中NaOH浓度增大到一定程度，就会与溶液中未水解的NaHCO3结合NaHC
21、O3+NaOH=Na2CO3+H2O以上过程的总反应方程式为：2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2最终得到Na2CO3固体。D不可选。答案：B三、分液：分离互不相溶且密度不同的液体混合物的方法。【例8】下列每组中各有3对物质，它们都能用分液漏斗分离的是（ ）A.乙酸乙酯和水，酒精和水，苯酚和水 B.二溴乙烷和水，溴苯和水，硝基苯和水C.甘油和水，乙醛和水，乙酸和乙醇 D.油酸和水，甲苯和水，己烷和水思路分析：分液之所以能实现，要求2种溶液不能混溶，至少互相之间的溶解度不大。有机分子中如果有羟基（OH），因为它跟水相似（有极性、有氢键），在水中就有一定溶解度。4个碳原子以内的含羟基的化合物
22、在水中溶解度大，甚至可跟水混溶，因而不能用分液漏斗分离。A项中酒精（CH3CH2OH）、C项中甘油（）与水混溶，都可予以否定。只有B、D两项可行。这两项中或者是烷烃（己烷）、芳烃（甲苯）、溴代烃（二溴乙烷、溴苯），虽有硝基、羧基等极性基团，但是含碳原子数过多（硝基苯、油酸），所以或者不溶于水，或者溶解度很小。它们可以用分液漏斗分液。答案：BD四、升华：将分子晶体（一般说来，分子晶体都是能升华的物质）与其他晶体或液体分离开来的方法。【例9】下列固体混合物，可用加热方法提纯的是（ ）A.碘、萘 B.碘、砂C.KClO3、KMnO4 D.铁、铝思路分析：碘、萘都是分子晶体，受热都能升华，加热不能使其
23、分离。砂的主要成分是SiO2原子晶体，碘、砂可用加热方法分离。KClO3和KMnO4，特别是KMnO4热稳定性差，受热易分解，二者不能用加热法分离。铁、铝受热都不升华，亦不能分离。答案：B五、盐析：某些物质在盐溶液中溶解度降低，加盐将其从混合物中分离出来的方法即盐析。【例10】 油脂皂化后，使肥皂和甘油从混合物里充分分离，可以采用（ ）分液 蒸馏 过滤 盐析 渗析A. B.C. D.思路分析：油脂皂化发生如下反应：（RCOO）3C3H5+3NaOH3RCOONa+C3H5(OH)3得到的RCOONa、C3H5（OH）3混溶在一起。加入细粒食盐，可将RCOONa从溶液中分离出来盐析（这是第一步，
24、至此已有答案）；形成的RCOONa固体浮在液面上，然后分离液体和固体的混合物过滤，得到RCOONa固体，同时得到甘油和水的混合物，蒸馏可将二者分开首先馏出的是水沸点100 ，甘油的沸点是290 。答案：C六、渗析：渗析是提纯、精制胶体的常用方法。胶粒直径大，不能透过半透膜，留在半透膜中。【例11】 某淀粉胶体内混有盐酸和食盐，欲使胶体pH升高并除去食盐，可采用的方法是（ ）A.盐析 B.萃取C.渗析 D.蒸馏思路分析：在溶液中，淀粉形成胶体，淀粉胶粒大，不能透过半透膜，可用渗析法，经多次换水（或将半透膜悬挂于流动的水中），除去其中的HCl和NaCl，除去了HCl，胶体的pH当然会升高。答案：C