1、第四节 研究有机化合物的一般步骤和方法 第2课时 有机化学式的测定和结构的确定 认识有机化合物课标展示基础梳理典例精析达标精练综合拓展第2课时 有机化学式的测定和结构的确定1初步了解测定有机化合物元素含量、相对分子质量的一般方法，并能根据它们确定有机化合物的分子式。2初步了解质谱、红外光谱、核磁共振氢谱的原理及用途。一、元素分析与相对分子质量的测定1元素分析(1)元素定量分析的原理：是将一定量的有机物_，分解为简单的_，并作_测定，通过无机物的质量推算出组成该有机物元素原子的_，然后计算出该有机物分子所含元素原子最简单的整数比，即确定其_。如：乙醇的实验式是_、相对分子质量是_。燃烧无机物 定
2、量质量分数实验式C2H6O 46(2)有机物的元素定量分析最早是由德国人李比希提出的。他用CuO作氧化剂将仅含C、H、O元素的有机物氧化，产生的H2O用_吸收，CO2用_浓溶液吸收。分别称出吸收前后吸收剂的质量，即可算出_在分子中的含量，剩余的就是_的含量。(3)元素分析只能确定组成分子的各原子_，即确定_，若想确定分子式，还需知道或测定未知物的_。无水CaCl2 KOH碳、氢原子氧原子最简单的整数比实验式相对分子质量二、分子结构的鉴定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_的状态，其_与_相当。所以，当用_照射有机物分子时，分子中的化学键或官能团可发生_，不同的化学键或官
3、能团_不同，在红外光谱图上将处于不同的位置。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。它用高能的电子流等轰击样品分子，使该分子_变成带正电荷的_和_。相对分子质量失去电子 分子离子 碎片离子振动 振动频率 红外光的振动频率红外线振动吸收 吸收频率2核磁共振氢谱处在不同化学环境中的_因产生共振时吸收电磁波的_不同，在谱图上出现的位置也不同，各类氢原子的这种差异被称为化学位移；而且_与_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型的氢原子及它们的数目。氢原子数 氢原子频率吸收峰的面积有机化合物相对分子质量的确定方法1根据标准状况下气体的密度，
4、计算该气体的摩尔质量，即数值上等于该气体的相对分子质量：M22.4(限于标准状况下)。2依据气体的相对密度D，计算气体的相对分子质量：MADMB。3计算混合气体的平均相对分子质量。MMAw(A)MBw(B)MCw(C)w(A)、w(B)、w(C)为气体A、B、C在混合气体中的体积分数或物质的量分数。4计算混合物的平均相对分子质量：5运用质谱法来测定相对分子质量。质荷比(M)最大值为相对分子质量。关键一点：理解相对分子质量与其他物理量的关系，以及熟悉常见有机物的相对分子质量，对求有机物的相对分子质量有较大的帮助。M m总n总。有机物分子式的确定1直接法直接计算出1 mol气体中各元素原子的物质的
5、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，计算分子式的途径为：密度(或相对密度)摩尔质量1 mol气体中各元素原子分别为多少摩尔分子式。2实验式法根据分子式为实验式的整数倍，因此利用相对分子质量和实验式可确定其分子式。如烃的实验式的计算方法为：N(C):N(H)a:b(最简整数比)。实验式为CaHb，则分子式为(CaHb)n，nM/(12ab)(M为烃的相对分子质量，12ab为实验式的式量)。碳的质量分数12氢的质量分数13余数法(1)用烃的相对分子质量除以14，视商数和余数。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、苯或苯的同系物等)
6、。MCxHyMCH2M14a余2为烷烃整除为烯烃或环烷烃差2整除为炔烃或二烯烃差6整除为苯或其同系物(2)若烃CxHy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：气体体积变化；气体压强变化；气体密度变化；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、讨论法等技巧来确定有机物的分子式。M12关键一点：有机物的分子式、结构确定的基本思路可归纳为如下图：有机物结构式的确定方法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，则直接根据分子式确定其结构式。如C2H6只能是CH3CH3。2
7、通过定性实验确定实验有机物表现的性质及相关结论官能团确定结构式。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酸钾溶液褪色的可能是苯的同系物等。3通过定量实验确定(1)通过定量实验确定有机物的官能团，如乙醇结构式的确定。(2)通过定量实验确定官能团的数目，如测得1 mol某醇与足量钠反应可得到1 mol气体，则可说明醇分子含有2个OH。4根据实验测定的有机物的结构片段“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其他方法确定有机物的结构可用红外光谱、核磁共振氢
8、谱确定有机物中的官能团和各类氢原子数目，从而确定结构式。关键一点：红外光谱图可确定有机物中含有的官能团，核磁共振氢谱可以测定分子中有多少个氢原子，二者相结合一般可以确定分子的结构。有机物分子式的确定燃烧某有机物A 1.50 g，生成1.12 L(标准状况)CO2和0.05 mol H2O。该有机物的蒸气对空气的相对密度是1.04，试求该有机物的分子式。解析：有机物 A 的相对分子质量为 1.042930，1.50 g A 的物质的量为 1.50g30 g/mol0.05 mol。故 A 中碳原子数为：1.12 L22.4 L/mol0.05 mol 1，氢原子数为：0.05 mol0.05 m
9、ol22。由 A 的相对分子质量判断 A 分子中氧原子数为 1，则 A的分子式为 CH2O。答案：CH2O名师点睛：根据有机物的燃烧产物求有机物的分子式，最易漏掉氧元素，因此在解题时，一定要根据质量守恒判断有机物中是否含有氧元素。变式应用1室温时某气态烃10 mL与过量氧气混合，点燃爆炸后恢复至室温，气体体积比点燃前减少了25 mL。再把这些气体通过苛性钠溶液，气体体积又减少了30 mL。试确定该烃的分子式。解析：设该烃的分子式为 CxHy，据题意知：CxHy(xy4)O2xCO2y2H2O V 减少1 xy4 x y2 1y410 mL 30 mL 25 mL即 110 x30，x3，110
10、1y425，y6。所以该烃的分子式为 C3H6。答案：C3H62将有机物完全燃烧，生成CO2和H2O。将12 g 该有机物的完全燃烧产物通过浓H2SO4，浓H2SO4增重14.4 g，再通过碱石灰，碱石灰增重26.4 g，则该有机物的分子式为()AC4H10 BC2H6OCC3H8O DC2H4O2C有机物结构式的确定下列化合物的核磁共振氢谱中出现三组峰的是()A2,2,3,3四甲基丁烷B2,3,4三甲基戊烷C3,4二甲基己烷D2,5二甲基己烷解析：求解时应先把有机物的名称改写成结构简式，再根据结构简式确定产生几组峰。A项结构简式为(CH3)3CC(CH3)3，出现一组峰。B项结构简式为(CH
11、3)2CHCH(CH3)CH(CH3)2，出现四组峰。C项结构简式为CH3CH2CH(CH3)CH(CH3)CH2CH3，出现四组峰。D项结构简式为(CH3)2CHCH2CH2CH(CH3)2，出现三组峰。答案：D名师点睛：有机物分子组成和结构的判断是高考的常见题型，仪器分析是测定有机物分子组成和结构的先进的物理方法，实验是测定有机物分子组成常用的化学方法。将仪器分析和实验相结合是这类题型的命题方向。变式应用32002年诺贝尔化学奖表彰了两项成果，其中一项是瑞士科学家库尔特维特里希发明了“利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法”。在化学上经常使用的是氢核磁共振谱，它是根据不同化学环
12、境的氢原子在氢核磁共振谱中给出的信号不同来确定有机物分子中的不同的氢原子。下列有机物分子在核磁共振氢谱中只给出一种信号的是()ACH3CH2OH BCH3OCH3CCH3COOH DCH3COOCH3解析：核磁共振氢谱中只给出一种信号，则说明在该有机物分子中，只有一种类型的氢原子，分析四种有机物，可确定只有CH3OCH3符合，故选B。答案：B4某有机物由C、H、O三种元素组成，它的红外吸收光谱表明有羟基OH键和烃基上CH键的红外吸收峰，且烃基与羟基上氢原子个数之比为21，它的相对分子质量为62，试写出该有机物的结构简式_。解析：通过红外光谱和核磁共振氢谱确定有OH和烃基上的CH，烃基氢与羟基氢
13、个数比为21，则设分子式为(CH2)x(OH)x。相对分子质量为62，所以14x17x62，得x2，所以分子式为C2H6O2，结构简式为。答案：CH2OHCH2OHCH2OHCH2OH1能够测定分子结构和化学键的方法是()A质谱B红外光谱C紫外光谱D核磁共振氢谱解析：质谱法是近代发展起来的快速、微量、精确测定相对分子质量的方法；紫外光谱法是用紫外分光光度法测定试样中某一组分的含量的方法；红外光谱是测定分子结构和化学键的方法；核磁共振氢谱是测定有机物分子中不同类型氢原子及其数目的一种方法。答案：B2二氟甲烷是性能优异的环保产品，它可替代某些会破坏臭氧层的“氟里昂”产品，用做空调、冰箱和冷冻库等中
14、的制冷剂。试判断二氟甲烷的核磁共振氢谱的峰个数为()A4 B3C2 D1解析：二氟甲烷中的两个氢原子是等效氢，所以其核磁共振氢谱相同。答案：D3某有机物在氧气中充分燃烧，生成的水蒸气和二氧化碳的物质的量比为1：1，由此可以得出的结论是()A该有机物中C、H、O原子个数比为1：2：3B分子中C、H原子个数比为1：2C有机物中必定含氧D有机物中必定不含氧解析：由于没有有机物的质量及生成H2O、CO2的质量，因此无法确定是否含氧。答案：B4核磁共振氢谱是指有机物分子中的氢原子核所处的化学环境(即其附近的基团)不同，表现出的核磁性就不同，代表核磁性特征的峰在核磁共振图中坐标的位置(化学位移，符号为)也
15、就不同。现有一物质的核磁共振氢谱如下图所示。则该物质可能是下列选项中的()ACH3CH2CH3BCH3CH2CH2OHCCH3CHCH3DCH3CH2CHOCH3解析：由核磁共振氢谱的定义可知，在氢谱图中从峰的个数即可推知有几种化学环境不同的氢原子，从题图中可知有4种化学环境不同的氢原子。分析选项可得A项是2种，B项是4种，C项是2种，D项是3种。答案：B5.设H的质荷比为，其有机物样品的质荷比如右图所示(假设离子均带一个单位正电荷，信号强度与该离子的多少有关)，则该有机物可能是()A甲醇(CH3OH)B甲烷C丙烷D乙烯解析：从题图中可看出其右边最高峰质荷比为16，是H质荷比的16倍，即其相对分子质量为16，为甲烷。答案：B
