1、课时作业2 科学家怎样研究有机物一、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验证某有机物属于烃，应完成的实验内容是()A只测定它的 C、H 原子个数比B只证明它完全燃烧后的产物只有水和 CO2C只测定其燃烧产物中水和 CO2 的物质的量之比D只测定该试样的质量及试样完全燃烧后生成 CO2 和水的质量D解析：烃只含 C、H 两种元素。只测定它的 C、H 原子个数比，不能验证该有机物
2、属于烃，如甲烷、甲醇中 C、H 原子个数比都是 14，故 A 错误；甲烷、甲醇的燃烧产物都是 H2O 和 CO2，则只证明它完全燃烧后产物只有 H2O 和 CO2，不能验证该有机物属于烃，故 B 错误；只测定其燃烧产物中 H2O 与 CO2 的物质的量之比，只能测出它的 C、H 原子个数比，不能验证该有机物属于烃，故 C 错误；只测定该试样的质量及试样完全燃烧后生成CO2 和 H2O 的质量，若试样的质量与 CO2 和 H2O 中 C、H 元素的质量之和相等，则能验证该有机物属于烃，故 D 正确。3某气态烃对空气的相对密度为 2，在氧气中充分燃烧 1.16 g 这种烃，并将所得产物通过装有无水
3、氯化钙的干燥管和装有碱石灰的干燥管，当称量这两个干燥管的质量时，它们依次增重 1.8 g 和 3.52 g。这种烃的化学式是()AC2H6 BC4H10CC5H10 DC5H12B解析：气态烃对空气(空气的平均相对分子质量为 29)的相对密度为 2，则该烃的相对分子质量为 29258，则该烃的物质的量为1.16 g58 gmol10.02 mol，装有无水氯化钙的干燥管增重的 1.8 g为生成水的质量，其物质的量为1.8 g18 gmol10.1 mol，装有碱石灰的干燥管增重的 3.52 g 为生成二氧化碳的质量，其物质的量为3.52 g44 gmol10.08 mol，根据原子守恒可知烃分
4、子中 N(C)0.08 mol0.02 mol4、N(H)0.1 mol20.02 mol 10，则该烃的分子式为 C4H10，故 B 正确。4二甲醚和乙醇是同分异构体，其鉴别可采用化学方法或物理方法，下列鉴别方法中不能对二者进行鉴别的是()A利用金属钠或者金属钾B利用质谱法C利用红外光谱法D利用核磁共振氢谱B解析：乙醇中含有OH，可与金属钾或钠反应生成氢气，但二甲醚不反应，可鉴别，故 A 不符合题意；质谱法可确定分子的相对分子质量，因二者的相对分子质量相等，则不能鉴别，故 B符合题意；二者含有的官能团和共价键的种类不同，红外光谱法可鉴别，故 C 不符合题意；二者含有氢原子的种类不同，核磁共振
5、氢谱可鉴别，故 D 不符合题意。5在核磁共振氢谱中出现 3 组峰，且氢原子个数比为 314的化合物是()C解析：A 项中的有机物有 2 种氢原子，个数比为 31；B 项中的有机物有 3 种氢原子，个数比为 113；C 项中的有机物有 3 种氢原子，个数比为 314；D 项中的有机物有 2 种氢原子，个数比为 32，故选 C。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(气体均为标准状况)和 3.6 g 水，则这两种气体可能是()ACH4 和 C3H8BCH4 和 C3H4CC2H4 和 C3H4DC2H4 和 C2H6B解析：n(C)4.48
6、L22.4 Lmol10.2 mol，n(H)3.6 g18 gmol120.4 mol，n(混合物)n(C)n(H)124。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下列各组混合物无论以何种比例混合，只要总的物质的量一定，完全燃烧时消耗氧气的量是定值的是()ACH2O、C2H4O2、C6H12O6BH2、CO、CH3OHCCH2=CH2、C2H5OH、HOCH2CH2COOHDC6H6、C5H12、C7H6O2C解析：各组混合物无论以何种比例混合，只要总的物质的量一定，完全燃烧时消耗氧气的量是定值，则 1 mol 各组分消耗氧气的物质的量相等。CH2O 改写为
7、CH2O，C2H4O2 改写为C22H2O，C6H12O6 改写为 C66H2O,1 mol CH2O、C2H4O2、C6H12O6耗氧量不相等，A 错误；CH3OH 改写为 CH2H2O，与氢气、CO的 耗 氧 量 不 相 等，B 错 误；C2H5OH 改 写 为 C2H4H2O，HOCH2CH2COOH 改写为 C2H4CO2H2O,1 mol CH2=CH2、C2H5OH、HOCH2CH2COOH 耗氧量相等，C 正确；C7H6O2 改写为 C6H6CO2，与 C6H6 耗氧量相等，而与 C5H12 耗氧量不相等，D错误。8某有机化合物 A 的相对分子质量为 136，分子式为 C8H8O
8、2。A 分子中只含一个苯环且苯环上只有一个取代基，其红外光谱和核磁共振氢谱如图所示。下列关于有机化合物 A 的说法中不正确的是()DA有机化合物 A 属于酯类化合物，在一定条件下能发生水解反应B有机化合物 A 在一定条件下可与 3 mol H2 发生加成反应C符合题中有机化合物 A 分子结构特征的有机物有 1 种DA 的同分异构体中与其属于同类化合物的只有 2 种解析：苯环上只有一个取代基，则苯环上有三种氢原子，苯基(C6H5)的相对分子质量是 77，则取代基的相对分子质量是 59，对照核磁共振氢谱可知，取代基上的氢原子是等效的，对照红外光谱可判断，A 的结构简式是，故 A、B、C 项均正确。
9、与 A 同类的同分异构体有 5 种，故 D 项错误。9法国化学家伊夫肖万获 2005 年诺贝尔化学奖。他发现了烯烃里的碳碳双键会被拆散、重组，形成新分子，这种过程被命名为烯烃复分解反应。烯烃复分解反应可形象地描述为交换舞伴(如 图 所 示)。烯 烃 复 分 解 反 应 中 的 催 化 剂 是 金 属 卡 宾(如CH2=M)，金属卡宾与烯烃分子相遇后，两对舞伴会暂时组合起来，手拉手跳起四人舞蹈。随后它们“交换舞伴”，组合成两个新分子，其中一个是新的烯烃分子，另一个是金属原子和它的新舞伴。后者会继续寻找下一个烯烃分子，再次“交换舞伴”。把 C6H5CH2CH=CH2 与 CH2=M 在一定条件下混
10、合反应，下列产物不可能存在的是()CAC6H5CH2CH=MBCH2=CH2CC6H5CH2CH2C6H5DC6H5CH2CH=CHCH2C6H5解析：根据图示中反应机理，烯烃发生复分解反应后可形成新 的，而 不 可 能 形 成 CC，故 不 可 能 存 在C6H5CH2CH2C6H5。10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()AA 是 C3H6；B 是 C6H6BA 是 C2H6；B 是 C3H6CA 是 C2H6；B 是 C6H6DA 是 C3H6；B 是 C2H6B
11、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。根据题目所示的谱图，图 1 中只有一种氢原子，且是稳定的氢原子，所以图 1 中为 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，且是 312 的，因此图 2 是 C3H6 的核磁共振氢谱谱图。11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
12、定 X 的分子式，所需的最少条件是()A B C DA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。二、填空题12有机物 A 常用于食品行业。已知 9.0 g A 在足量 O2 中充分燃烧，将生成的混合气体依次通过足量的浓硫酸和碱石灰，分别增重 5.4 g 和 13.2 g，经检验剩余气体为 O2。(1)A 分子的质谱图如图所示，从图中可知其相对分子质量是，则 A 的分子式是。(2)A 能与 NaHCO3 溶液发生反应，A 一定含有的官能团名称是。(3)A 分子的核磁共振氢谱有 4 组吸收峰，峰面积之比是111
13、3，则 A 的结构简式是。(4)请写出官能团与 A 相同的同分异构体的结构简式：。90C3H6O3羧基CH3CH(OH)COOHHOCH2CH2COOH解析：(1)由 A 分子的质谱图可知，A的相对分子质量为 90,9.0 g A 的物质的量为9.0 g90 gmol10.1 mol，燃烧生成二氧化碳的物质的量为13.2 g44 gmol10.3 mol、生成水的物质的量为5.4 g18 gmol10.3 mol，则有机物分子中 N(C)0.3 mol0.1 mol3、N(H)0.3 mol20.1 mol 6，则 N(O)901236163，故有机物 A 的分子式为 C3H6O3。(2)A
14、能与 NaHCO3 溶液发生反应，A 一定含有羧基。(3)有机物A 的分子式为 C3H6O3，含有羧基，A 分子的核磁共振氢谱有 4组吸收峰，说明含有 4 种 H 原子，峰面积之比是 1113，则 A 的结构简式为 CH3CH(OH)COOH。13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
15、。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。(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。(3)E 和 D 中应分别装有何种药品。(4)如果将 CuO 网去掉，A 管增加的质量将(填“增大”“减小”或“不变”)。C、H、Ogefhicd(或 dc)ab(或 ba)H2O2(或 H2O)，MnO2(或 Na2O2)减小(5)该有机物的最简式是。(6)要确定该有机物的分子式，还必须知道的数据是。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
16、的气体通过整套装置一段时间，其目的是。CHO2B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 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
17、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)0.48 g12 gmol10.04 mol，n(O)1.28 g16 gmol10.08 mol，该有机物的最简式为 CHO2。(6)已
18、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 O2 赶尽装置中的 CO2 和水，否则所求有机物中 C、H含量偏高。14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 CH3CH2OCH2CH3，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。ACH3CH3BCH3COOHCCH3COOCH
19、3DCH3COCH3(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，请预测 B 的核磁共振氢谱上有个特征峰。ADBrCH2CH2Br两(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
20、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，而 B 的结构简式只能是CH3CHBr2 其氢谱图中有二个峰；(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 CH3CH2OH；如果氢谱中存在 1 个峰，则为CH3OCH3。15某研究性学习小组为确定某蜡状有机物 A 的结构和性质，他们拟用传统实验的手段与现代技术相结合的方法进行探究。请你参与过程探究。.实验式的确定(1)取样品A进行燃烧法测定，发现燃烧后只
21、生成CO2和H2O，某次燃烧后，经换算得到了 0.125 mol CO2 和 0.15 mol H2O。据此得出的结论是。(2)另一实验中，取 3.4 g 蜡状有机物 A 在 3.36 L(标准状况下，下同)氧气中完全燃烧，两者均恰好完全反应，生成 2.8 L CO2 和液态水。由此得出 A 的实验式是。分子中 n(C)n(H)512，分子式为 C5H12Ox(x0,1，2)C5H12O4.结构式的确定(经测定 A 的相对分子质量为 136)(3)取少量样品熔化，加入钠有氢气放出，说明 A 分子中含有。(4)进行核磁共振，发现只有两组特征峰，且峰面积比为 21，再做红外光谱，发现与乙醇一样透过
22、率在同一处波数被吸收。图谱如下：则 A 的结构简式为。羟基C(CH2OH)4解析：(1)取样品 A 进行燃烧法测定，发现燃烧后只生成 CO2和 H2O，某次燃烧后，经换算得到了 0.125 mol CO2 和 0.15 mol H2O，说明该有机物中含有 C、H 元素，可能含有 O 元素，分子中 C、H 元素的物质的量比为 n(C)n(H)0.125 mol(20.15)mol512，分子式为 C5H12Ox(x0,1,2)。(2)生成 CO2 的物质的量为2.8 L22.4 Lmol10.125 mol，则生成水的物质的量为0.15 mol,3.4 g 有机物中氧元素的质量为 3.4 g0.125 mol12 gmol10.15 mol21 gmol11.6 g，则氧元素的物质的量为0.1 mol，分子中 n(C)n(H)n(O)5124，故最简式为C5H12O4。(3)取少量样品熔化，加入钠有氢气放出，A 分子中不含有不饱和键，说明 A 分子中含有羟基。(4)进行核磁共振，发现只有两组特征峰，且面积比为 21，说明结构中含有两种氢原子，数目分别为 4 和 8，再做红外光谱，发现与乙醇一样透过率在同一处波数被吸收，说明结构中含有醇羟基，从红外光谱图可以看出分子中含有 OH、CO、CH 键，该有机物的结构简式为 C(CH2OH)4。