专题9第2讲研究有机化合物的方法(1).ppt

第2讲 研究有机化合物的方法 一、有机物的分离与提纯 自我诊断 1.现有三组混合液：乙酸乙酯和乙酸钠溶液；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、蒸馏、分液 C.分液、蒸馏、萃取 D.蒸馏、萃取、分液,C,基础盘点,基础回归 研究有机化合物一般要经过的几个基本步骤： 分离、提纯元素定量分析测定相对分子质量波谱分析 确定 确定 确定 。 分离提纯有机物常用的方法 （1）蒸馏是分离、提纯 态有机物的常用方法 适用条件：该有机物 性较强； 有机物与杂质的 。 （2）重结晶是提纯 态有机物的常用方法 适用条件：在所选溶剂中杂质在此溶剂中 ；,实验式,分子式,结构式,液,热稳定,沸点相差大,固,溶解度,很大或很小,被提纯的有机物在该溶剂中 。 （3）萃取包括 萃取和 萃取 液液萃取原理是利用有机物 。常用玻璃仪器是 。 固液萃取原理是用 溶剂 的过程。,溶解度受温度影,响大,液液,固液,在两种互不相溶的溶,剂中溶解度不同,有机,从固体物质中溶解出,有机物,分液漏斗,二、有机物组成和结构的研究 自我诊断 2.质子核磁共振谱（PMR）是研究有机化合物结构的有力手段之一，在所研究化合物的分子中，每一结构中的等性氢原子，在PMR谱中都给出了相应的峰（信号）。谱中峰的强度与结构中的氢原子数成 正比。例如，乙醛的结构式为 其PMR谱中有两个信号，其强度之比为31。,（1）化学式为C3H6O2的二元混合物，如果在PMR 谱上观察到氢原子给出的峰有两种情况：第一种情 况峰的给出强度为33，第二种情况峰的给出强度 为321。由此可推断该混合物的组成可能是（写 结构简式） 。 （2）在测得有机化合物 的PMR 谱上可观察到三种峰，而测定化合物CH3CH CHCl 时，却得到氢原子给出的信号峰6个，从原子在空间排 列方式不同的角度上，试写出CH3CH CHCl分子的空 间异构体： 。,解析 （1）当C3H6O2峰强度为33时，我们可以 知道有两种类型的氢，而且两种类型氢的数目相 等，因此该物质应是CH3COOCH3。第二种情况峰 强度为321，可知共有三种类型的氢，氢个数 比为321，由此我们写出了CH3CH2COOH的化 学式。 （2）表面上看CH3CH CHCl应有三种峰,但实际 测得六种峰，说明顺式、反式结构中的氢信号峰是 不同的，因为基团间的相互影响，顺式中的甲基与 反式中的甲基并不相同，给出的氢信号是不同的。 顺式中的两个H不同，反式中的两个H也不同，故 共给出6种H信号。,答案 （1）第一种情况CH3COOCH3；第二种情况 CH3CH2COOH,基础回归 1.元素分析与相对分子质量的测定 （1）对纯净的有机物进行元素分析,可确定 。 （2）可用 测定相对分子质量，进而确定 。,实验式,质谱法,分子式,2.分子结构的鉴定 （1）结构鉴定的常用方法 化学方法：利用特征反应鉴定出官能团，再制备它的衍生物进一步确认。 物理方法：质谱、 、紫外光谱、 等。,红外光谱,核磁共,振氢谱,（2）红外光谱（IR） 当用红外线照射有机物分子时，不同 或 吸收频率不同，在红外光谱图中处于不同的位置。 （3）核磁共振氢谱 处在不同化学环境中的氢原子在谱图上出现的位置不同； 吸收峰的面积与氢原子数成 。,官能团,化学,键,正比,要点一 有机物的分离和提纯,要点精讲,【典例导析1】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. B. C. D. 解析 光照条件下，乙烷可与Cl2发生取代反应，该法不合适；乙酸与Na2CO3溶液反应，乙酸乙酯与Na2CO3溶液不反应，且溶解度很小，故可用饱和Na2CO3溶液除去乙酸乙酯中的乙酸；CO2和SO2均可与Na2CO3溶液反应，不合适；乙酸可与生石灰生成盐,蒸馏即可得到乙醇。,B,迁移应用1 将煤焦油中的苯、甲苯和苯酚进行分离，可采取如下图所示方法和操作：,写出物质a和c的化学式：a ；c ；写 出分离方法和的名称： ； ； 混合物加入溶液（a）反应的化学方程式为 ；,下层液体b通入气体c反应的化学方程式为 。 分离出的苯酚含在 中。,解析 苯酚的分离提纯应利用其弱酸性,苯酚与NaOH 反应，生成 溶液，通入足量CO2，分 液即可。,答案 NaOH CO2 蒸馏 分液 +NaOH +NaHCO3 下层物质e,要点二 有机物分子式、结构式的确定 1.有机物分子式的确定 （1）元素分析 定性分析 用化学方法鉴定有机物分子的元素组成，如燃烧后C CO2，H H2O，S SO2，N N2。 定量分析 将一定量有机物燃烧后分解为简单无机物，并测定各产物的量从而推算出有机物分子中所含元素原子最简单的整数比，即实验式。,李比希氧化产物吸收法 用CuO将仅含C、H、O元素的有机物氧化后，产物H2O用无水CaCl2吸收，CO2用KOH浓溶液吸收，计算出分子中碳、氢原子的含量，其余的为氧原子的含量。 （2）相对分子质量的测定质谱法 原理： 样品分子 分子离子和碎片离子 到达检测器的时间因质量不同而先后有别 质 谱图 质荷比：分子离子与碎片离子的相对质量与其电荷的比值。,（3）相对分子质量的求算方法,M(A) 2M(B) M(A) m(B),（4）有机物分子式的确定,(5)确定有机物分子式的规律 最简式规律 最简式相同的有机物，无论多少种，以何种比例混 合，混合物中元素质量比例相同。 要注意的是：a.含有n个碳原子的饱和一元醛与含有 2n个碳原子的饱和一元羧酸和酯具有相同的最简式。,b.含有n个碳原子的炔烃与含有3n个碳原子的苯及其 同系物具有相同的最简式。 相对分子质量相同的有机物 a.含有n个碳原子的醇与含（n-1）个碳原子的同类型 羧酸和酯。 b.含有n个碳原子的烷烃与含（n-1）个碳原子的饱和 一元醛。 “商余法”推断有机物的分子式（设烃的相对分 子质量为M） a. 得整数商和余数,商为可能的最大碳原子数，余 数为最小的氢原子数。 b. 的余数为0或碳原子数大于或等于氢原子数时， 将碳原子数依次减少一个，每减少一个碳原子即增 加12个氢原子，直到饱和为止。,2.确定结构式的一般步骤,【典例导析2】有机物A和B无论以何种比例混合，组成中所含原子核外电子总数均不变。 （1）若A是分子中含8个氢原子的烃，B是分子中含3个碳原子的烃的含氧衍生物。写出两组符合下述条件的有机物的分子式： 相对分子质量之差为2：A. ;B. 。 相对分子质量相等：A. ;B. 。 （2）若A是分子中含有4个碳原子的烃，B是饱和链烃的一元含氮衍生物。则A的分子式为 ，B的分子式为 。符合B的分子式的同分异构体有 种。,解析 解答此题可采用等量代换法。常见相对原子质量的等量关系有：4C3O、CH4O、NCH2等，常见电子数的等量关系有：NCH、4C3O、OCH2等。若能充分利用这些等量关系，进行等量替换,可以优化思路,简化过程，有助于推理求解。本题是一道开放性试题。解题时要紧紧抓住A与B电子数相等这一主线，灵活运用等量代换思想，由A变式过渡到B。（1）设A的分子式为CxH8，B的分子式为C3HyOz。A与B电子数相等，相对分子质量相差2，注意观察C和O的电子数之差和相对原子质量之差，如图所示：,若A为C4H8，则B为C3H6O（用O替换CH2，既是等电子代换又是相对分子质量之差为2）。若A为C8H8,则B可以用3个氧原子代替4个碳原子(等电、等质代换),再用1个氧原子替换1个亚甲基(CH2），那么B的分子式为C3H6O4。若选定A为C7H8，根据电子总数相等，相对分子质量相等，即4个碳原子换为3个氧原子，即B为C3H8O3。,（2）设A为C4Hx，将A分子中的CH用N替换（等电子代换）可得B。由于B是饱和链烃的一元含氮衍生物，可推知相应的A为C4H10，B为C3H9N，B的同分异构体有4种。,答案（1）C4H8 C3H6O（或C8H8 C3H6O4） C7H8 C3H8O3 （2）C4H10 C3H9N 4,迁移应用2 碳、氢、氧3种元素组成的有机物A，相 对分子质量为102，含氢的质量分数为9.8%，分子中氢原子个数为氧的5倍。 （1）A的分子式是 。 （2）A有2个不同的、位于碳链两端的含氧官能团，其名称是 、 。 （3）一定条件下，A与氢气反应生成B，B分子的结构可视为1个碳原子上连接2个甲基和另外2个结构相同的基团。 A的结构简式是 。 A不能发生的反应是 （填写序号字母）。 a取代反应 b消去反应 c酯化反应 d还原反应,（4）写出两个与A具有相同官能团、并带有支链的 同分异构体的结构简式： 、 。 （5）A还有另一种酯类同分异构体，该异构体在酸 性条件下水解，生成两种相对分子质量相同的化合 物，其中一种的分子中有2个甲基，此反应的化学方 程式是： 。 （6）已知环氧氯丙烷可与乙二醇发生如下聚合反应：,nH2CCHCH2Cl+nHOCH2CH2OH,B也能与环氧氯丙烷发生类似反应，生成高聚物，该 高聚物的结构简式是 。,解析 N（H）= =10,由题意可知N（O） =2，N（C）=5，A的分子式为C5H10O2，又因为A中 有2个氧原子，有2个不同的含氧官能团，只能是羟 基和醛基。 A与氢气反应生成B，故B为：,答案 （1）C5H10O2 （2）羟基 醛基,题组一 有机物的分离与提纯 1.去掉苯酚中混有的少量苯甲酸，应选用的最好方法是 ( ) A.在混合物中加入盐酸，充分振荡，再用分液漏斗分离 B.在混合物中加入NaOH溶液，充分振荡，再通入过量 CO2气体，待完全反应后，用分液漏斗分离 C.将混合物用蒸馏方法分离 D.在混合物中加入乙醚，充分振荡，萃取苯酚，然后再 用分液漏斗分离,B,对点训练,2.除去下列物质中含有的少量杂质，请填写应加入的试剂及操作方法：,解析 根据表中各物质的化学性质的差异进行除杂：将混合气体通入溴水中即可除去乙烷中的乙烯气体；用NaOH溶液可除去溴苯中的溴；用水可洗去硝基苯中的酸液；用KMnO4酸性溶液可除去苯中的二甲苯;用饱和NaHCO3溶液可除去CO2中的HCl气体。,答案,题组二 有机物组成与结构的研究 3.下列化学用语表达正确的是 ( ) A.丙烷的球棍模型： B.CS2的电子式： C.S2-的结构示意图： D.乙醛的结构简式为：CH3COH,A,4.某化合物的结构式（键线式）及球棍模型如下： 下列关于该有机物的叙述正确的是 ( ) A.该有机物不同化学环境的氢原子有7种 B.该有机物属于芳香族化合物 C.键线式中的Et代表的基团为CH3 D.该有机物在一定条件下能够发生消去反应,解析 对照键线式结构和球棍模型，不难发现，Et代表乙基，该有机物分子中共有8种化学环境的氢原子，分子中没有苯环，不属于芳香族化合物。 答案 D,5.1 L（标况下）某烃，完全燃烧生成的CO2和水蒸气在273、1.01105 Pa下，混合气体体积为y L，当冷却至标准状况时气体体积为x L，下列用 x、y表示该烃的化学式正确的是 ( ) A.CxHy B.CxHy-x C.CxH2y-2x D.CxHy-2x 解析 273、1.01105 Pa下体积y L相当于标准状况下y/2 L。则V（CO2）=x L,V(H2O)=( -x) L，该烃分子组成为CxH( -x)2,即CxHy-2x。,D,6.（2008海南，18）在核磁共振氢谱中出现两组峰，其氢原子数之比为32的化合物是 ( ),解析 核磁共振氢谱能够测定有机化合物分子结构中氢 原子的类型及数目。A中两个甲基的六个氢原子是相同 的，而亚甲基中两个氢原子不同于甲基氢原子，两种氢 原子的比例为62=31；B中有三种氢原子，比例为 622=311；C中有三种氢原子，比例为 862=431；D中有两种氢原子，比例为 64=32。 答案 D,7.1 mol某烃在足量的氧气中完全燃烧，生成水和二氧化碳各6 mol，则该烃的分子式为 ；若该烃不能使溴水褪色，但一定条件下能跟纯溴发生取代反应，其一溴取代物只有一种，则该烃的结构简式为 ，名称为 ；若该烃能使溴水褪色，在催化剂作用下，与H2发生加成反应，生成2，2-二甲基丁烷，则该烃的结构简式为 ，名称为 ，写出该烃在催化剂作用下发生加聚反应的化学方程式： 。,答案,8.化合物A经李比希法测得其中含C 72.0%、H 6.67%，其余为氧，质谱法分析得知A的相对分子质量为150。现代仪器分析有机化合物的分子结构有以下两种方法。,方法一：核磁共振仪可以测定有机物分子里不同化学环境的氢原子及其相对数量。如乙醇（CH3CH2OH）的核磁共振氢谱有3个峰，其面积之比为321，如图1所示。现测出A的核磁共振氢谱有5个峰，其面积之比为12223。,方法二：利用红外光谱仪可初步检测有机化合物中的某些基团，现测得A分子的红外光谱如图2所示。 已知：A分子中只含一个苯环，且苯环上只有一个取代基，试回答下列问题： （1）A的分子式为 ； （2）A的结构简式为 ； （3）A的芳香类同分异构体有多种，请按要求写出其中两种结构简式： 分子中不含甲基的芳香酸： ； 遇FeCl3显紫色且苯环上只有两个取代基的芳香醛： 。,解析 C、H、O的个数之比为： =4.551=9102。 根据相对分子质量为150，可求得其分子式为C9H10O2；通过红外光谱图可知：A分子中除含一个苯环外，还含 有 和CC，所以A的结构简式为 C6H5COOCH2CH3；A的芳香类同分异构体中不含甲基的芳香酸是C6H5CH2CH2COOH；遇FeCl3显紫色，说明含酚羟基，又因为含醛基，且只有两个取代基，所以遇FeCl3显紫色且苯环上只有两个取代基的芳香醛是HOC6H4CH2CH2CHO。,答案 （1）C9H10O2 （2）C6H5COOCH2CH3 （3）C6H5CH2CH2COOH HOC6H4CH2CH2CHO,定时检测,一、选择题（本题包括10小题，每小题5分，共50分） 1.(2009宁夏理综，8)3-甲基戊烷的一氯代产物有（不考虑立体异构） ( ) A.3种 B.4种 C.5种 D.6种 解析 3-甲基戊烷的一氯代产物有 四种。,B,2.(2009安徽理综，8)北京奥运会期 间对大量盆栽鲜花施用了S-诱 抗素制剂，以保持鲜花盛开。S- 诱抗素的分子结构如图，下列关 于该分子说法正确的是（ ） A.含有碳碳双键、羟基、羰基、羧基 B.含有苯环、羟基、羰基、羧基 C.含有羟基、羰基、羧基、酯基 D.含有碳碳双键、苯环、羟基、羰基 解析 从图示可以分析，该有机物的结构中存在3个碳碳双键、1个羰基、1个醇羟基、1个羧基。A选项正确。,A,3.(2008上海，7)下列各化合物的命名正确的是 ( ) 解析 A的正确命名为1，3-丁二烯；B应从离羟基最近的一端开始编号，即B的正确命名为2-丁醇；C为邻甲基苯酚；因此只有D正确。,D,4.（2008广东卷改编）从有机化合物的分类来看，下列反应中的X属于 ( ) A.醇 B.烷烃 C.烯烃 D.酯 解析 该反应为两种单体的加聚反应，由生成物的结构 简式可推知反应物X的结构简式为 ， 所以X属于酯类化合物。,D,5.（2008宁夏理综，8）在丙烯氯乙烯苯甲苯 四种有机化合物中，分子内所有原子均在同一平面 的是 ( ) A. B. C. D. 解析 乙烯、苯均为平面结构，甲烷为正四面体结构，因此丙烯（CH2=CHCH3）中CH3中的C与其他的原子形成的是四面体结构，氯乙烯（CH2= CHCl）中的 Cl取代了乙烯中H的位置，因此氯乙烯所有原子均在同 一平面上，甲苯（ ）中CH3中的C原子与其他 的原子形成四面体结构。,B,6.(2008全国理综,8)下列各组物质不属于同分异构体的是 （ ） A.2,2-二甲基丙醇和2-甲基丁醇 B.邻氯甲苯和对氯甲苯 C.2-甲基丁烷和戊烷 D.甲基丙烯酸和甲酸丙酯 解析 甲基丙烯酸的结构简式为 ，分子式为C4H6O2，甲酸丙酯的结构简式为HCOOCH2CH2 CH3，其分子式为C4H8O2，因此二者不是同分异构体。,D,7.已知乙烯分子是平面结构，因此1，2-二氯乙烯可以形 成 两种不同的空间异构体。 下列各物质中，能形成类似上述两种空间异构体的是 ( ) A.1-丁烯 B.丙烯 C.2-甲基-2-丁烯 D.2-氯-2-丁烯 解析 由题意可知，只要 双键的碳原子上连接两个不同的取代基，就存在空间异构体。显然，只有2-氯-2-丁烯存在空间异构体，选D。,D,8.一种有机物的化学式为C4H4，分子 结构如右图所示，将该有机物与适 量氯气混合后光照，生成的卤代烃 的种类共有 （ ） A.2 B.4 C.5 D.6 解析 图示结构为正四面体结构，一卤代物、二卤代 物、三卤代物、四卤代物各有一种。,B,9.下列8种有机物：CH2=CH2 CH3OH CH3Cl CCl4 HCOOCH3 CH3COOCH2CH3 CH3COOH按官能团的不同可分为 ( ) A.4类 B.5类 C.6类 D.8类,C,10. 2002年诺贝尔化学奖获得者的贡献之一是发明了对有 机分子进行结构分析的质谱法。其方法是让极少量的 （10-9 g）化合物通过质谱仪的离子化室，样品分子大 量离子化，少量分子碎裂成更小的离子。如C2H6离子 化可得到C2H 、C2H 、C2H 然后测定其质荷比。 设H+的质荷比为 ，其有机物样品的质荷比如下图所 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 C4H10有两种同分异构体：CH3CH2CH2CH3 和 ，它们均有2种一氯代物，A项错；B项分 子中最多有4个碳原子在一条直线上，故错误；2-乙基 -1-丁烯对应的结构简式为 C项正确；乙烯和HBr加成的产物为 ，而 不是1，2-二溴乙烷，D项错。 答案 C,二、非选择题（本题包括4小题，共50分） 11.（12分）麻黄素又称黄碱，是我国特定的中药材麻黄中所含有的一种生物碱。经我国科学家研究发现其结构如下： （1）麻黄素中含氧官能团的名称是 ，属于 （填“醇”或“酚”）类。,（2）下列各物质与麻黄素互为同分异构体的是 （填字母，下同），与麻黄素互为同系物的是 。,解析 （1）通过观察麻黄素的结构简式可知其中含 有羟基、亚氨基、苯环等官能团，但只有羟基官能 团含有氧元素。,（2）麻黄素的分子式为C10H15ON，而选项中的A、 B、C、D、E的分子式分别为：C9H13NO、C11H17NO、 C9H13NO、C10H15NO、C10H15NO，因此麻黄素与 D、E互为同分异构体；麻黄素结构中含有一个苯 环、一个亚氨基、一个醇羟基，与麻黄素官能团不 同的A、B、D可以排除，与麻黄素互为同系物的 是C。 答案 （1）羟基 醇 （2）DE C,12.(12分)如果将碳、氢元素符号省略,只表示分子中 键的连接情况，每个拐点或终点均表示有一个碳原 子,称为键线式,如CH3CH2CH2CH3的键线式可表示 为 。有人设想合成具有以下结构的烃分子。 (1)结构D显然是不可能合成的,原因是_ _; (2)在结构A的每两个碳原子之间插入一个CH2原子 团,可以形成金刚烷的结构,写出金刚烷的分子式： _;,(3)B的一种同分异构体是最简单的芳香烃,能证明该 芳香烃中的化学键不是单双键交替排列的事实是_ (填字母序号)。 a.它的对位二元取代物只有一种 b.它的邻位二元取代物只有一种 c.分子中所有碳碳键的键长均相等 d.能发生取代反应和加成反应 (4)C 的一种属于芳香烃的同分异构体是生产某塑料 的单体,写出合成该塑料的化学方程式：_ _。,答案 (1)C原子不能形成5个共价键 (2)C10H16 (3)bc,13(12分)有A、B两种烃，其相关信息如下： 回答下列