1、教版选修5高二年级第一章 认识有机化合物第四节 研究有机化合物的一般步骤和方法导学案导学案1【学习目标】1通过对典型实例的分析，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，并能根据其确定有机化合物的分子式。2初步学会分离、提纯有机物的常规方法。3知道通过化学实验和某些物理方法可以确定有机化合物的结构。【学习过程】不论是从有机体中提取的有机化合物，还是人工合成的有机化合物，其纯度都不能满足实验和生产要求，要得到纯净的有机物需要进行进一步分离和提纯。你能列举几种常见分离、提纯有机化合物的方法吗？研究有机化合物的步骤一般有四个，即： 、提纯元素定量分析确定 式测定相对分子质量确定 波普分
2、析确定 。一、分离、提纯提纯混有杂质的有机物的方法很多，基本方法是利用有机物与杂质 差异而将它们分离。例如，提纯固体有机物常采用 ，提纯液体有机物常采用 ，也可以利用有机物与杂质在某种溶剂中 差异，用溶剂萃取该有机物的方法来提纯。1蒸馏【实验1-1】含有杂质的工业乙醇的蒸馏（1）分离、提纯的对象： ；（2）蒸馏原理： ；（3）所使用的仪器： 。（4）阅读课本P17实验1-1，观察课本P17图1-8，找出蒸馏的重要注意事项：a.温度计水银球应处于蒸馏烧瓶 ；b加碎瓷片的目的是防止液体 ；c.冷却水应从冷凝器的 进水， 出水。可参考以下内容回答上面问题蒸馏原理：蒸馏的原理是在一定温度和压强下加热液
3、态混合物，沸点低的物质或组分首先气化，将其蒸气导出后再进行冷凝，从而达到与沸点高的物质或组分相分离的目的。仪器装置 (1)仪器A的名称是温度计。(2)仪器B的名称是蒸馏烧瓶。(3)仪器C的名称是冷凝管。(4)仪器D的名称是锥形瓶。实验步骤在250 mL蒸馏烧瓶中加入100 mL工业乙醇，再在烧瓶中投入少量素烧瓷片，安装好蒸馏装置，向冷凝器中通入冷却水，加热蒸馏。(1)加素烧瓷片的目的是防止液体暴沸。(2)温度计水银球应处于蒸馏烧瓶的支管口处。(3)冷却水进出水方向是下口进、上口出。实验结果收集7779 的馏分为95.6%的乙醇和4.4%水的共沸混合物。归纳总结蒸馏的适用范围与条件(1)适用范围
4、：蒸馏可用来分离提纯液态有机物。(2)适用条件有机物热稳定性较强。有机物与杂质的沸点相差较大(一般约大于30 )。2重结晶（1）分离、提纯的对象： ；（2）重结晶里原理： ；（3）苯甲酸的重结晶 操作步骤： ；（4）重结晶的首要工作是选择适当的溶剂，要求该溶剂：杂质在此溶剂中的溶解度 或溶解度 ，易于除去；被提纯的有机物在此溶剂中的溶解度，受温度的影响较 。可参考以下内容回答上面问题重结晶原理利用有机物和杂质在同一溶剂中溶解度随温度的变化相差较大，采用冷却或蒸发将有机物分离出来，是提纯固体有机物的常用方法。实验步骤(1)加热溶解：将粗苯甲酸1 g加到100 mL的烧杯中，再加入50 mL蒸馏水
5、，在石棉网上边搅拌边加热，使粗苯甲酸溶解，全溶后再加入少量蒸馏水。(2)趁热过滤：用短颈玻璃漏斗趁热将溶液过滤到另一个100 mL烧杯中。(3)冷却结晶：将滤液静置，使其缓慢冷却结晶。(4)分离晶体：过滤分离滤液，得到晶体。实验思考(1)在重结晶过程中进行热过滤后，要用少量热溶剂冲洗一遍，其目的是什么？(2)在晶体析出后，分离晶体和滤液时，要用少量的冷溶剂洗涤晶体，其洗涤的目的是什么？为什么要用冷溶剂？(3)温度越低，苯甲酸的溶解度越小，为了得到更多的苯甲酸晶体，是不是结晶时的温度越低越好？答案 (1)洗涤不溶性固体表面的可溶性有机物。(2)洗涤除去晶体表面附着的可溶性杂质；用冷溶剂洗涤可降低
6、洗涤过程中晶体的损耗。(3)温度过低，杂质的溶解度也会降低，部分杂质会析出，达不到提纯苯甲酸的目的；温度极低时，溶剂(水)也会结晶，给实验操作带来麻烦。归纳总结重结晶选择溶剂的要求(1)杂质在所选溶剂中溶解度很小或很大，易于除去。(2)被提纯的有机物在所选溶剂中的溶解度受温度的影响较大；该有机物在热溶液中的溶解度较大，冷溶液中的溶解度较小，冷却后易于结晶析出。重结晶实验操作步骤(1)加热溶解；(2)趁热过滤；(3)冷却结晶。3萃取萃取包括 萃取和 萃取；液液萃取：利用有机物在两种 的溶剂中的 不同，将有机物从一种溶剂转移到另一种溶剂中的过程；固液萃取：用 从固体混合物中溶解出有机物的过程。可参
7、考以下内容回答上面问题萃取的原理(1)液液萃取原理：利用有机物在两种互不相溶的溶剂中的溶解性不同，将有机物从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程。(2)固液萃取原理：用有机溶剂从固体物质中溶解出有机物的过程。(3)常用的与水不互溶的有机溶剂有乙醚、石油醚、二氯甲烷等。 操作要求加入萃取剂后充分振荡，静置分层后，打开分液漏斗活塞，下层液体从下口流出，并及时关闭活塞，上层液体从上口倒出。归纳总结萃取的原理(1)萃取和分液是两个不同的概念，分液是将两种互不相溶的液体组成的混合物分离的操作。分液可单独进行，但萃取之后一般要进行分液。(2)萃取和分液常用的玻璃仪器是分液漏斗。(3)萃取剂选择的条件萃取剂与原溶
8、剂互不相溶。溶质在萃取剂中的溶解度大。萃取剂与溶液中的成分不发生反应。二、元素分析与相对分子质量的确定1元素分析将一定量有机物燃烧后转化为简单无机物，并定量测定各产物的质量，从而推算出有机物分子中所含元素原子个数的 ，即 式。 2相对分子质量的测定质谱法可参考以下内容回答上面问题1鉴定有机物分子的元素组成(定性分析)(1)将某有机物在O2中充分燃烧后，各元素对应的燃烧产物：CCO2；HH2O；NN2；SSO2。(2)若将有机物完全燃烧，生成物只有H2O(使无水CuSO4变蓝)和CO2(使澄清石灰水变浑浊)，则该有机物中一定含有的元素是C、H，可能含有的元素是O。(3)判断是否含氧元素，可先求出
9、产物CO2和H2O中C、H两元素的质量和，再与有机物的质量比较，若两者相等，则说明原有机物中不含氧元素，否则有机物中含氧元素。2测定有机物中各元素的质量分数(定量分析)(1)有机物中元素定量分析原理(李比希法)先用CuO作氧化剂将仅含C、H、O元素的有机物氧化，然后分别用无水CaCl2和KOH浓溶液吸收生成的水和二氧化碳；根据吸收前后吸收剂的质量变化即可算出反应生成的水和二氧化碳的质量，从而确定有机物中氢原子和碳原子的质量，剩余则为氧原子的质量；最后计算确定有机物分子中各元素的质量分数。(2)实验式(最简式)和分子式的区别实验式表示化合物分子中所含元素的原子数目最简单整数比的式子；分子式表示化
10、合物分子所含元素的原子种类及数目的式子。3有机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，计算该气体的相对分子质量M22.4L_mol1(限于标准状况下)。(2)依据气体A相对于气体B的相对密度D，计算气体A的相对分子质量MADMB。(3)A、B两种气体组成的混合气体中，它们的体积分数分别为w(A)、w(B)，该混合气体的平均相对分子质量MMAw(A)MBw(B)。(4)质谱法可以测定有机物的相对分子质量，在质谱图中，最大的质荷比就是有机物的相对分子质量。有机物分子式的确定方法(1)实验测得某碳氢化合物A中，含碳80%，含氢20%，求该化合物的实验式_。又测得该化合物的相对分子质量
11、是30，求该化合物的分子式_。答案 CH3 C2H6解析 方法一：n(C)n(H)12(80%)1(20%)13，化合物A的实验式是CH3。设化合物A分子中含有n个CH3，则：nCH3(A)15(30)2，化合物A的分子式是C2H6。方法二：化合物A分子式中各元素原子的数目：n(C)12(3080%)2，n(H)1(3020%)6化合物A的分子式是C2H6。(2)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，求该有机物的分子式_。答案 CH2O解析 有机物的相对分子质量是1.042930有机物的物质的量为3
12、0 gmol1(1.50 g)0.05 mol有机物分子中含有：C：22.4 Lmol10.05 mol(1.12 L)1H：0.05 mol(0.05 mol2)2O：16 gmol1(30 gmol112 gmol111 gmo)1有机物的分子式为CH2O。(3)某有机化合物仅由碳、氢、氧三种元素组成，经测定其相对分子质量为90。取该有机物样品1.8 g，在纯氧中完全燃烧，将产物先后通过浓硫酸和碱石灰，两者分别增重1.08 g和2.64 g。试求该有机物的分子式_。答案 C3H6O3解析 设有机物的分子式为CxHyOzCxHyOz(x4(y)2(z)O2点燃()xCO2 2(y)H2O 9
13、0 44x 9y 1.8 g 2.64 g 1.08 g901.8 g44x2.64 g x3901.8 g9y1.08 g y6z16(9031261)3有机物的分子式为C3H6O3。三、分子结构的鉴定化学方法：利用有机物的特征反应鉴定出官能团，再对有机物进一步确认。物理方法：1红外光谱：红外光谱法：可获得含有何种 或 的信息2核磁共振氢谱：可获知有机物分子中有几种不同类型的氢原子及它们的数目可参考以下内容回答上面问题1阅读下列材料，回答下列问题：红外光谱(infrared spectroscopy)中不同频率的吸收峰反映的是有机物分子中不同的化学键或官能团的吸收频率，因此从红外光谱可以获得
14、有机物分子中含有何种化学键或官能团的信息。核磁共振氢谱(nuclear magnetic resonance spectra)中有多少个峰，有机物分子中就有多少种处在不同化学环境中的氢原子；峰的面积比就是对应的处于不同化学环境的氢原子的数目比。(1)红外光谱在确定有机物分子结构中的作用是推知有机物分子含有的化学键和官能团。(2)核磁共振氢谱在确定有机物分子结构中的作用是推知有机物分子有几种不同类型的氢原子及各自的数目。(3)分析乙醇和甲醚的核磁共振氢谱，填写下表：乙醇甲醚核磁共振氢谱结论氢原子类型吸收峰数目3氢原子类型吸收峰数目1不同氢原子的个数之比不同吸收峰的面积之比213只有一种类型的氢原
15、子2.根据性质实验，确定有机物的结构(1)烃A分子式为C3H6且能使溴的四氯化碳溶液褪色，其结构简式为CH3CH=CH2。(2)实验测得某醇1 mol与足量钠反应可得1 mol气体，该醇分子中含羟基的个数是2。3根据题给条件，确定有机物的结构(1)烃B的分子式为C8H18，其一氯代烃只有一种，其结构简式是(2)化学式为C2H8N2的有机物经实验测定知，其分子中有一个氮原子不与氢原子相连，则确定其结构简式为(3)实验式分别为CH3、CH3O的有机物的结构简式分别为CH3CH3、HOCH2CH2OH。 四、检测题1. 欲用96%的工业酒精制取无水乙醇时，可选用的方法是( )A加入无水CuSO4，再
16、过滤B加入生石灰，再蒸馏C加入浓硫酸，再加热，蒸出乙醇D将96%的乙醇溶液直接加热蒸馏出苯2. 和的一些物理性质如下表所示：物质熔点/沸点/密度g cm3水溶性102121.162 2不溶542381.158 1不溶(1)分离这两种物质的混合物可采用的方法是_(填字母)。a过滤 b分液 c蒸发 d蒸馏(2)实验需要用到的主要玻璃仪器是_、_、_、_、_、牛角管。3. 可以用分液漏斗分离的一组物质是( )A溴和四氯化碳 B苯和溴苯C酒精和水 D硝基苯和水4. 现有三组混合液：乙酸乙酯和乙酸钠；乙醇和丁醇；溴化钠和单质溴的水溶液，分离以上各混合液的正确方法依次是( )A分液、萃取、蒸馏 B萃取、分
17、液、蒸馏C萃取、蒸馏、分液 D分液、蒸馏、萃取5. 下列有关物质的分离的说法中，正确的是( ) A除去乙酸乙酯中的少量乙酸，可加入氢氧化钠溶液充分反应后分液B如图所示，振荡后静置，上层溶液颜色保持不变CC2H5OH中有CH3COOH，加足量CaO蒸馏除去D分液时，分液漏斗中下层液体从下口放出，上层液体也从下口放出6. 下列除去杂质的方法正确的是( )除去乙烷中少量的乙烯：光照条件下通入Cl2，气液分离；除去乙酸乙酯中少量的乙酸：用饱和碳酸钠溶液洗涤，分液、干燥、蒸馏；除去CO2中少量的SO2：气体通过盛有饱和碳酸钠溶液的洗气瓶；除去乙醇中少量的乙酸：加足量生石灰，蒸馏A BC D7. 苯甲酸的
18、重结晶实验基本操作如下：将粗苯甲酸1 g加到100 mL的烧杯中，再加入50 mL蒸馏水，在石棉网上边搅拌边加热，使粗苯甲酸溶解。全溶解后再加入少量蒸馏水并搅拌。然后，使用短颈玻璃漏斗趁热将溶液过滤到另一100 mL烧杯中，将滤液静置，使其缓慢冷却结晶。滤出晶体。回答下列问题：(1)上述四步操作中需用到玻璃棒的步骤有_；(2)步骤的目的是_；(3)滤液冷却时的实验现象是_；(4)重结晶后苯甲酸的状态是_。8. 分子式为C2H4O2的结构可能有和两种，为对其结构进行物理方法鉴定，可用_或_。(1)若为，则红外光谱中应该有_个振动吸收；核磁共振氢谱中应有_个峰。(2)若为，则红外光谱中有_个振动吸
19、收；核磁共振氢谱中应有_个峰。9. (1)除去下列括号内的杂质采用的方法是什么？C2H5OH(H2O) CH3COONa(NaCl)(2)回答下列问题：分离沸点不同但又互溶的液体混合物，常用什么方法？ 在分液漏斗中用一种有机溶剂萃取水溶液里的某物质时，静置分层后，如果不知道哪一层液体是“水层”，试设计一种简便的判断方法。10. 现有一有机物的核磁共振氢谱如下图所示。则该有机物可能是( ) ACH3CH2CH3 BCH3CH2CH2OHCCH3CHCH3CH3 DCH3CH2CHO11. 符合下面核磁共振氢谱图的有机物是( ) ACH3COOCH2CH3 BCH3CHCHCH3CCH3CH2CH
20、3 DCH3CHCH3OH 四、检测题参考答案1. 解析 水和乙醇互溶，但沸点不同，所以用蒸馏的方法提纯乙醇；为了更好地蒸馏，应先加入生石灰吸水【答案】 B2. 解析 由于这两种有机物不溶于水，所以不宜利用溶解度的差异性来分离，而二者的沸点相差较大，所以采用蒸馏方法分离。【答案】 (1)d (2)酒精灯 蒸馏烧瓶 温度计 冷凝管 锥形瓶3.解析 互不相溶的两种液体才能分层，可利用分液漏斗进行分离。A、B、C三项中的两物质互溶，而D项中两物质是互不相溶的。【答案】 D4.解析 乙酸乙酯不易溶于水，而乙酸钠易溶于水，可用分液法分离；乙醇和丁醇都易溶于水，但沸点相差较大，可用蒸馏法分离；溴化钠属于钠
21、盐，易溶于水，而属于卤素单质的溴易溶于有机溶剂，两者可用萃取法分离。【答案】D5.解析 乙酸乙酯在氢氧化钠溶液中能完全水解，故A错；Br2与NaOH溶液反应，上层溶液颜色变为无色，故B错；乙酸与氧化钙反应生成高沸点的盐，乙醇不能，蒸馏得到乙醇，C正确；D选项的操作会使上层液体被下层液体污染，故错。【答案】 C6.解析 本题主要考查化学实验中物质的分离与除杂的方法。中乙烷中有乙烯，在光照条件下通入氯气，乙烷与氯气发生取代反应；中除去乙酸乙酯中少量的乙酸，加入饱和碳酸钠溶液洗涤后，乙酸与碳酸钠反应生成乙酸钠进入水层，然后经分液、干燥、蒸馏可以得到纯净的乙酸乙酯；中除去二氧化碳中少量的二氧化硫，通过
22、盛有饱和碳酸钠溶液的洗气瓶时，虽除去了二氧化硫，但是二氧化碳与碳酸钠溶液也发生反应，应选用饱和碳酸氢钠溶液；中除去乙醇中少量的乙酸，加入足量的生石灰使乙酸变成沸点较高的乙酸钙，然后蒸馏可得到纯净的乙醇，所以和正确，故选B。 【答案】 B7. 【答案】(1)(2)为了减少趁热过滤时苯甲酸的损失(3)滤液变浑浊(4)片状晶体8. 解析 鉴定有机物分子结构可用红外光谱法或核磁共振氢谱法。(1)中有CH键、C=O键、CO键、OH键四个振动吸收；有“CH3”、“OH”两类氢，应有两个峰。同理(2)中有CH、C=O、CO三个振动吸收；有两个峰。【答案】红外光谱法 核磁共振氢谱法(1)4 2 (2)3 29
23、. 解析蒸馏是根据液体沸点的不同；重结晶是根据固体溶解度的不同，而萃取是根据液态物质在不同溶剂里溶解性的不同进行的分离操作。【答案】(1)蒸馏(常加入生石灰) 重结晶(2)蒸馏法 取一支小试管，打开分液漏斗的活塞，慢慢放出少量液体，往其中加入少量水，如果加水后，试管中的液体不分层，说明分液漏斗中下层是“水层”，反之上层是“水层”。10.解析 由核磁共振氢谱的定义可知，在核磁共振氢谱图中从峰的个数即可推知有几种不同化学环境的氢原子，从上图中可知有4种不同化学环境的氢原子。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】B11.解析 分析选项中各有机物不同化学环境的氢原子的种数及原子个数(吸收强度)之比，再与已知核磁共振氢谱对照即可找出答案。A项，有3种不同化学环境的氢原子，且个数之比为233；B项，有2种不同化学环境的氢原子，个数比为(32)(21)31；C项，有2种不同化学环境的氢原子，个数比为(32)231；D项，有3种不同化学环境的氢原子，个数比为(32)11611。由核磁共振氢谱可以看出该有机物中有3种不同化学环境的氢原子，再由原子个数(吸收强度)之比可知A项符合。【答案】 A