研究有机化合物的一般步骤与方法ppt课件.ppt

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 研究有机物一般经历的步骤 一 物质分离和提纯的区别 二 物质提纯的原则 不增 不减 易分 一 物质分离和提纯 分离是把混合物分成几种纯净物 提纯是除去杂质 三 物质分离提纯的一般方法 蒸馏 重结晶 萃取分液 色谱法 液态有机物 固态有机物 固态或液态 固态或液态 杂转纯 杂变沉 化为气 溶剂分 的思想 思考 实验室用溴和苯反应制取溴苯 得粗溴苯后 要用如下操作精制 蒸馏 水洗 用干燥剂干燥 10 NaOH溶液洗 水洗 正确的操作顺序是 A B C D B 苯的沸点80 1 溴苯沸点156 2 利用混合物中各种成分的沸点不同而使其分离的方法 常用于分离提纯液态有机物 如石油的分馏条件 有机物热稳定性较强 含少量杂质 与杂质沸点相差较大 30 左右 课本P 17实验1 1工业乙醇的蒸馏 主要仪器 蒸馏烧瓶 冷凝管 接收器 温度计 铁架台 铁圈 铁夹 石棉网 锥形瓶等 注意要点 1 加入碎瓷片 2 温度计位置 3 冷凝水流向 下进上出 与蒸气流向相反 1 蒸馏 这样得到的酒精是否无水酒精 怎样才能得到无水酒精 含杂工业乙醇 95 6工业乙醇 无水乙醇 99 5 以上 蒸馏 加吸水剂 无水酒精的制取 蒸馏 2 重结晶 重结晶是将晶体用溶剂 蒸馏水 溶解 经过滤 蒸发冷却等步骤 再次析出晶体 得到更加纯净的晶体的方法 1 杂质在溶剂中溶解度很小或大 易除去 2 被提纯的物质的溶解度受温度影响较大 升温时溶解度增大 降温时溶解度减小 苯甲酸的重结晶实验 步骤 重结晶 苯甲酸的重结晶实验 不同温度下苯甲酸在水中的溶解度 加热苯甲酸溶解 冷却则结晶析出 思考与交流 P18 温度越低 苯甲酸的溶解度越小 为了得到更多的苯甲酸 是不是结晶时的温度越低越好 3 萃取 原理 利用混合物中一种溶质在互不相溶的两种溶剂中的溶解性不同 用一种溶剂把溶质从它与另一种溶剂组成的溶液中提取出来的方法仪器 分液漏斗 烧杯 铁架台 含铁圈 操作过程 振荡 静置 分液 萃取包括 1 液 液萃取 是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 是用有机溶剂从固体物质中溶解出有机物的过程 专用仪器设备 4 色谱法 阅读P 19 利用吸附剂对不同有机物吸附作用的不同 分离 提纯有机物的方法 例如 用粉笔分离色素 练习1 下列每组中各有三对物质 它们都能用分液漏斗分离的是A乙酸乙酯和水 酒精和水 植物油和水B四氯化碳和水 溴苯和水 硝基苯和水C甘油和水 乙酸和水 乙酸和乙醇D汽油和水 苯和水 己烷和水 练习2 可以用分液漏斗分离的一组液体混和物是A溴和四氯化碳B苯和溴苯C汽油和苯D硝基苯和水 练习3 某工厂废液经测定得知主要含有乙醇 其中还溶有丙酮 乙酸和乙酸乙酯 根据各物质的性质 如下表 确定通过下列步骤回收乙醇和乙酸 物质丙酮 乙酸乙酯 乙醇 乙酸的沸点 分别是 56 2 77 06 78 117 9 向废液中加入烧碱溶液 调整溶液的pH 10 将混和液放入蒸馏器中缓缓加热 收集温度在70 85 时的馏出物 排出蒸馏器中的残液 冷却后向其中加浓硫酸 过量 然后再放入耐酸蒸馏器进行蒸馏 回收馏出物请回答下列问题 1 加入烧使溶液的pH 10的目的是 2 在70 85 时的馏出物的主要成份是 3 在步骤 中 加入过量浓硫酸的目的是 用化学方程式表示 4 当最后蒸馏的温度控制在85 125 一段时间后 残留液中溶质的主要成份是 使乙酸转变成钠盐 使乙酸乙酯在加热时水解成乙酸钠和乙醇 乙醇 2CH3COONa H2SO4 2CH3COOH Na2SO4 Na2SO4H2SO4 有机物 纯净 确定分子式 首先要确定有机物中含有哪些元素 如何利用实验的方法确定有机物中C H O各元素的质量分数 李比希法 现代元素分析法 研究有机物的一般步骤和方法 二 元素分析 确定实验式 李比希元素分析法 的原理 用无水CaCl2吸收 用KOH浓溶液吸收 得前后质量差 得前后质量差 计算C H含量 计算O含量 得出实验式 求有机物的实验式 例题 某含C H O三种元素的未知物A 经燃烧分析实验测定A中碳的质量分数为52 16 氢的质量分数为13 14 求A的实验式 解 氧的质量分数为 1 52 16 13 14 34 70 各元素原子个数比 N C N H N O 2 6 1 A的实验式为 C2H6O 若要确定它的分子式 还需要什么条件 1 确定相对分子质量的常见方法 1 根据标况下气体的密度可求 M 22 4L mol g L 22 4 g mol 2 依据气体的相对密度 M1 DM2 D 相对密度 3 求混合物的平均式量 4 运用质谱法来测定相对分子质量 三 确定相对分子质量 确定分子式 2 测定相对分子质量最精确快捷的方法 用高能电子流轰击分子 使其失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子 带正电荷的分子离子和碎片离子具有不同质量 它们在磁场下达到检测器的时间不同 结果被记录为质谱图 质谱法 相对分子质量的测定 质谱仪 由于分子离子的质荷比越大 达到检测器需要的时间最长 因此谱图中的质荷比最大的就是未知物的相对分子质量 1 质荷比是什么 2 如何确定有机物的相对分子质量 分子离子与碎片离子的相对质量与其电荷的比值 未知化合物A的质谱图 结论 A的相对分子质量为46 例题 2002年诺贝尔化学奖获得者的贡献之一是发明了对有机物分子进行结构分析的质谱法 其方法是让极少量的 10 9g 化合物通过质谱仪的离子化室使样品分子大量离子化 少量分子碎裂成更小的离子 如C2H6离子化后可得到C2H6 C2H5 C2H4 然后测定其质荷比 某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B甲烷C丙烷D乙烯 练习 某有机物的结构确定过程前两步为 测定实验式 某含C H O三种元素的有机物 经燃烧分析实验测定其碳的质量分数是64 86 氢的质量分数是13 51 则其实验式是 确定分子式 下图是该有机物的质谱图 则其相对分子质量为 分子式为 C4H10O 74 C4H10O 3 有机物分子式的确定方法 方法一 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 例题 某同学为测定维生素C 可能含C H或C H O 中碳 氢的质量分数 取维生素C样品研碎 称取该样品0 352g 置于铂舟并放入燃烧管中 不断通入氧气流 用酒精喷灯持续加热样品 将生成物先后通过无水硫酸铜和碱石灰 两者分别增重0 144g和0 528g 生成物完全被吸收 试回答以下问题 1 维生素C中碳的质量分数是 氢的质量分数是 2 维生素C中是否含有氧元素 为什么 3 试求维生素C的实验式 3 若维生素C的相对分子质量为176 请写出它的分子式 C3H4O3 41 4 55 肯定含有氧 C6H8O6 练习 吗啡和海洛因都是严格查禁的毒品 吗啡分子含C71 58 H6 67 N4 91 其余为O 已知其分子量不超过300 试求 吗啡的分子量 吗啡的分子式 已知海洛因是吗啡的二乙酸酯 试求 海洛因的分子量 海洛因的分子式 16 84 285 C17H19NO3 C21H23NO5 369 学与问 实验表明 许多咖啡和可乐饮料中含有兴奋性物质咖啡因 经实验测定 咖啡因分子中各元素的质量分数是 碳49 5 氢5 20 氧16 5 氮28 9 其摩尔质量为194 1g mol你能确定它的分子式吗 课本P21 方法二 直接法 密度 或相对密度 摩尔质量 1mol气体中元素原子各为多少摩尔 分子式 方法三 余数法 用烃的相对分子质量除以14 视商数和余数 若烃的类别不确定CxHy 可用相对分子质量M除以12 看商和余数 即M 12 x 余y 分子式为CxHy M CxHy M CH2 M 14 a a为碳原子数 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 此法用于具有确定通式的烃 如烷 烯 炔 苯的同系物等 例题 分别写出相对分子质量为128 72的烃的分子式 方法四 方程式法 在同温同压下 10mL某气态烃在50mLO2里充分燃烧 得到液态水和体积为35mL的混合气体 则该烃的分子式可能为 A CH4B C2H6C C3H8D C3H6 BD 例 未知物A的分子式为C2H6O 其结构可能是什么 三 波谱分析 确定结构式 确定有机物结构式的一般步骤是 1 根据分子式写出可能的同分异构体 2 利用该物质的性质推测可能含有的官能团 最后确定正确的结构 1 红外光谱 红外光谱法确定有机物结构的原理是 红外光谱鉴定分子结构 可以获得化学键和官能团的信息 CH3CH2OH的红外光谱 结论 A中含有O H C O C H 2 核磁共振氢谱 如何根据核磁共振氢谱确定有机物的结构 核磁共振 CH3CH2OH的红外光谱 可以推知未知物A分子有3种不同类型的氢原子及它们的数目比为3 2 1 因此 A的结构为 例题 下图是一种分子式为C4H8O2的有机物的红外光谱谱图 则该有机物的结构简式为 C O C C O 不对称CH3 CH3COOCH2CH3 练习 有一有机物的相对分子质量为74 确定分子结构 请写出该分子的结构简式 C O C 对称CH3 对称CH2 CH3CH2OCH2CH3 例题 一个有机物的分子量为70 红外光谱表征到碳碳双键和C O的存在 核磁共振氢谱列如下图 写出该有机物的可能的结构简式 写出该有机物的分子式 C4H6O CH3CH CHCHO 说明 这四种峰的面积比是 1 1 1 3 练习 2002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AHCHOBCH3OHCHCOOHDCH3COOCH3 练习 分子式为C3H6O2的二元混合物 分离后 在核磁共振氢谱上观察到氢原子给出的峰有两种情况 第一种情况峰给出的强度为1 1 第二种情况峰给出的强度为3 2 1 由此推断混合物的组成可能是 写结构简式 HOCH2COCH3 研究有机化合物的一般步骤和方法 结构 相对分子质量 组成 小结 无水酒精的制取 普通酒精含乙醇95 57 质量 和水4 43 这是恒沸点混合物 它的沸点是78 15 比纯乙醇的沸点 78 5 低 把这种混合物蒸馏时 气相和液相的组成是相同的 即乙醇和水始终以这个混合比率蒸出 不能用蒸馏法制得无水酒精 实验室制备无水酒精时 在95 57 酒精中加入生石灰 CaO 加热回流 使酒精中的水跟氧化钙反应 生成不挥发的氢氧化钙来除去水分 然后再蒸馏 这样可得99 5 的无水酒精 如果还要去掉这残留的少量的水 可以加入金属镁来处理 可得100 乙醇 叫做绝对酒精 工业上制备无水酒精的方法是在普通酒精中加入一定量的苯 再进行蒸馏 于64 9 沸腾 蒸出苯 乙醇和水的三元恒沸混合物 比率为74 18 5 7 5 这样可将水全部蒸出 继续升高温度 于68 3 蒸出苯和乙醇的二元混合物 比率为67 6 32 4 可将苯 80 1 全部蒸出 最后升高温度到78 5 蒸出的是无水乙醇 近年来 工业上也使用强酸性阳离子交换树脂 具有极性基团 能强烈吸水 来制取无水酒精 练习 通式法的应用常温下为气态的烷烃A和炔烃B的混合气体 其密度是H2的27 5倍 已知A B分子中含碳原子数相同 求 1 A B的分子式 2 A与B的体积比 练习 商余法的应用某有机物的相对分子质量为180 则 1 该有机物 填 可能 或 不可能 是饱和烃 2 若该有机物含氧元素 且烃基饱和 则可能是 或 写名称 混合物的平均相对分子质量M 27 5 2 55g mol A B的相对分子质量一定是B的小于55 A的大于55 因为A B分子中含碳原子数同所以设A CnH2n 2 B CnH2n 2只有当n 4时 符合 所以A C4H10 B C4H6 2 设A的体积分数是x那么58x 54 1 x 55得x 0 25所以VA VB 0 25 0 75 1 3 其密度是同条件下的H2的27 5倍平均分子量为2 27 5 55用商余法 55 12 得平均分子式A B的分子式 C4H10 C4H6A B体积比 十字交叉法 1 3 方法指导 实验式的确定 实验式是表示化合物分子所含各元素的原子数目最简单整数比的式子 实验式又叫最简式 方法 若已知有机物分子中C H等元素的质量或已知C H等元素的质量比或已知C H等元素的质量分数 则N C N H N O 若有机物燃烧产生的二氧化碳和水的物质的量分别为n CO2 和n H2O 则N C N H 2 确定相对分子质量的方法 M m n M表示摩尔质量m表示质量n表示物质的量 已知有机物蒸气在标准状况下的密度 Mr 22 4 密度 注意密度的单位 已知有机物蒸气与某物质 相对分子质量为M 在相同状况下的相对密度D 则Mr M D M M A X A M B X B M表示平均摩尔质量 M A M B 分别表示A B物质的摩尔质量 X A X B 分别表示AB物质的物质的量分数或体积分数 根据化学方程式计算确定 3 有机物分子式的确定 直接法密度 相对密度 摩尔质量 1摩尔分子中各元素原子的物质的量 分子式 最简式法最简式为CaHbOc 则分子式为 CaHbOc n n Mr 12a b 16c Mr为相对分子质量 余数法 a 用烃的相