高中化学 第三章 有机合成及其应用 合成高分子化合物第2节 有机化合物结构的测定 第1课时学案 鲁科版选修5.doc

第1课时有机化合物分子式的确定学习目标定位通过对典型实例的分析，初步学会测定有机化合物元素含量、相对分子质量的一般方法，并能据其确定有机化合物的分子式。一、有机化合物元素组成的确定1鉴定有机物中含有哪些元素(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；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确定有机物中各元素的质量分数(定量分析)(1)碳、氢元素质量分数的测定燃烧分析法(2)氮元素质量分数的测定n2n2的体积氮元素的质量分数(3)卤素质量分数的测定agx卤素的质量分数(4)氧元素质量分数的计算氧元素的质量分数100%其他元素质量分数之和。例1某化合物6.4 g在氧气中完全燃烧只生成8.8 g co2和7.2 g h2o。下列说法正确的是()a该化合物仅含碳、氢两种元素b该化合物中碳、氢原子个数比为12c无法确定该化合物中是否含氧元素d该化合物中一定含氧元素答案d解析n(co2)0.2 molm(c)0.2 mol12 gmol12.4 gn(h2o)0.4 molm(h)0.4 mol21 gmol10.8 gm(c)m(h)2.4 g0.8 g3.2 g6.4 g所以该化合物中含氧元素n(o)0.2 mol所以n(c)n(h)n(o)0.20.80.2141。【考点】有机物分子式的确定【题点】有机物组成元素的分析及应用规律总结完全燃烧只生成h2o和co2的有机物不一定含有氧元素，可根据氧原子守恒判断有机物中是否含有氧元素。二、有机物分子式的确定1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mr22.4(限于标准状况下)。(2)a、b两种气体的相对密度为d，计算气体的相对分子质量mr(a)dmr(b)。(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mrmr(a)w(a)mr(b)w(b)。(4)质谱法可以测定有机物的相对分子质量，在质谱图中，一般最大的质荷比就是有机物的相对分子质量。2有机物分子式的确定方法(1)直接法由题意求算出1 mol有机化合物中各元素原子的物质的量，从而确定各原子的个数，即可推出分子式。利用相对分子质量及各元素质量分数求算出1分子有机物中各元素的原子个数，从而确定分子式。例如：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0.05 mol，有机物分子中含有：n(c)1，n(h)2，n(o)1。故该有机物分子式为ch2o。(2)实验式法先利用有机物中各元素的质量分数求出有机物的最简式，再结合有机物的相对分子质量求得分子式。例如：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是30，求该化合物的分子式_。答案ch3c2h6解析n(c)n(h)13，该化合物的实验式是ch3。方法一：设该化合物分子中含有n个ch3，则n2；故该化合物的分子式是c2h6。方法二：a分子式中各元素原子的数目：n(c)2n(h)6故该化合物a的分子式是c2h6。(3)化学方程式法利用燃烧反应的化学方程式，由题给条件并依据下列燃烧通式所得co2和h2o的量求解x、y、z。cxhy(x)o2xco2h2o。cxhyoz(x)o2xco2h2o。例如：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(x)o2xco2h2o90 g 44x g 9y g1.8 g 2.64 g 1.08 g90 g1.8 g44x g2.64 gx390 g1.8 g9y g1.08 gy6z3有机物的分子式为c3h6o3。1确定有机化合物分子式的一般途径 2确定有机物分子式的其他方法(1)利用各类有机物的分子式通式和相对分子质量确定类别通式相对分子质量烷烃cnh2n2mr14n2(n1)环烷烃、烯烃cnh2nmr14n(烯烃n2，环烷烃n3)二烯烃，炔烃cnh2n2mr14n2(炔烃n2)苯及苯的同系物cnh2n6mr14n6(n6)饱和醇cnh2n2oxmr14n216x饱和一元醛cnh2nomr14n16饱和一元羧酸及酯cnh2no2mr14n32(2)商余法(只适用于烃)n2(烷烃)，n(烯烃、环烷烃)，n2(炔烃、二烯烃)，n6(苯或苯的同系物)。例2某卤代烃的蒸气对同温、同压下h2的相对密度是54.5。取5.45 g的该卤代烃与足量naoh溶液作用后，再加入过量的稀hno3酸化至溶液显酸性，最后加入过量的agno3溶液可生成9.40 g浅黄色沉淀，则此卤代烃是()ach3cl bch3ch2clcch3ch2br d答案c解析mr(卤代烃)54.52109，n(卤代烃)0.05 mol，n(agbr)0.05 mol，因此该卤代烃是一溴代烃，故分子式为rbr，mr(r)1098029，即r为ch3ch2。规律总结确定有机化合物分子式的关键首先要知道该物质的组成元素、各元素质量分数，必要时还要测定其相对分子质量。【考点】有机物分子式的确定【题点】有机物组成元素分析及分子式的确定例3(2017广东清远三中高二月考)有机物a由碳、氢、氧三种元素组成。现取3 g a与4.48 l(标准状况)氧气在密闭容器中充分燃烧，生成二氧化碳、一氧化碳和水蒸气(假设反应物没有剩余)。将反应生成的气体依次通过浓硫酸和碱石灰充分吸收，浓硫酸增重3.6 g，碱石灰增重4.4 g，剩余气体体积为1.12 l(标准状况)。回答下列问题：(1)3 g a燃烧后生成物的物质的量分别为n(h2o)_，n(co2)_，n(co)_。(2)通过计算确定a的分子式。(3)写出a的所有可能的结构简式。答案(1)0.2 mol0.1 mol0.05 mol(2)3 g a中，n(h)2n(h2o)20.2 mol0.4 mol，n(c)n(co2)n(co)0.1 mol0.05 mol0.15 mol，n(o)2n(co2)n(co)n(h2o)2n(o2)20.1 mol0.05 mol0.2 mol20.2 mol0.05 mol，所以n(c)n(h)n(o)0.15 mol0.4 mol0.05 mol381，所以a的最简式为c3h8o，由于达到结合h原子的最大数目，所以最简式就是该物质的分子式，即该物质的分子式为c3h8o。(3)ch3ch2ch2oh、ch3ch(oh)ch3、ch3ch2och3规律总结实验式的特殊应用(1)已知某些特殊组成的实验式，在未告知有机物相对分子质量时，也可根据组成特点确定其分子式。例如：实验式为ch3的有机物，其分子可表示为(ch3)n，仅当n2时，氢原子已达到饱和，故其分子式为c2h6。同理，实验式为ch3o的有机物，当n2时，其分子式为c2h6o2。(2)部分有机物的实验式中，氢原子已达到饱和，则该有机物的实验式即为分子式。例如，实验式为ch4、ch3cl、c2h6o等的有机物，其实验式即为分子式。【考点】有机物分子式的确定【题点】有机物分子式的确定1(2017福建莆田一中高二月考)某有机物在氧气中充分燃烧，生成的水蒸气和co2的物质的量比为11, 由此可得出的结论是()a分子中碳、氢原子个数比为21b该有机物分子中c、h、o个数比为123c有机物中必定含氧d无法判断有机物中是否含有氧元素答案d解析水蒸气和co2的物质的量之比为11，根据原子守恒可知，有机物分子中碳、氢原子个数比为12，a错误；有机物的相对分子质量未给出，无法判断有机物中是否含有氧元素，b、c错误，d正确。【考点】有机物分子式的确定【题点】有机物组成元素的分析及其应用实验式2(2017吉林德惠实验中学高二月考)a是一种含碳、氢、氧三种元素的有机化合物。已知：a中碳的质量分数为44.1%，氢的质量分数为8.82%，那么a的实验式是()ac5h12o4 bc5h12o3cc4h10o4 dc5h10o4答案a解析n(c)n(h)n(o)5124，所以实验式为c5h12o4。【考点】有机物分子式的确定【题点】有机物组成元素的分析及应用实验式3将0.1 mol某有机物与0.3 mol o2混合，于密闭反应器中用电火花点火，将燃烧产物通入过量的澄清石灰水中，可得到沉淀20.0 g，溶液质量减少5.8 g；剩余气体继续通过灼热的cuo，可以使cuo质量减少1.6 g，由此可知该有机物的分子式为()ac2h6o bc3h6occ3h6o2 dc4h8o2答案c解析将燃烧产物通入过量的澄清石灰水中，可得到沉淀20 g为生成caco3的质量，其物质的量为0.2 mol，根据碳原子守恒知生成co2的物质的量为0.2 mol，该有机物的燃烧产物可以使cuo还原为cu，说明有co产生，可以使cuo减少1.6 g，则n(co)0.1 mol，故0.1 mol有机物含有c原子为0.2 mol0.1 mol0.3 mol；由题意知，溶液质量减少5.8 g，故燃烧生成水的质量为20 g0.2 mol44 gmol15.8 g5.4 g，故n(h2o)0.3 mol，故0.1 mol有机物含有h原子为0.3 mol20.6 mol；故n(有机物)n(c)n(h)n(o)0.1 mol0.3 mol0.6 mol(0.220.30.10.32)mol1362，故该有机物分子式为c3h6o2。【考点】有机物分子式的确定【题点】有机物分子式的确定4(2017济南一中高二期中)某物质在空气中完全燃烧时，生成水和二氧化碳的分子数比为21，则该物质可能是()ch4c2h4c2h5ohch3oha bc d答案b解析该物质完全燃烧生成水和二氧化碳的分子数比为21，即n(h2o)n(co2)21，则该物质中氢原子与碳原子个数之比为(22)141，化学式满足n(c)n(h)14的有ch4、ch3oh，所以b正确。【考点】有机物分子式的确定【题点】根据有机物完全燃烧产物比例确定有机物分子式5(2017河北辛集中学高二期中)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 dc5h12答案b解析该烃的相对分子质量为29258，则该烃的物质的量为0.02 mol，装有无水cacl2的干燥管增重的1.8 g为生成水的质量，其物质的量为0.1 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0.08 mol，根据原子守恒可知烃分子中n(c)4、n(h)10，故该烃的分子式为c4h10，故b正确。【考点】有机物分子式的确定【题点】有机物分子式的确定6某含碳、氢、氧三种元素的有机物x的质谱图如图所示。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%，该有机物的分子式是_。答案c4h10o解析常用实验式和相对分子质量来确定有机物的分子式。本题可以根据题目中所给各元素的质量分数求出该有机物的实验式，再分析该有机物的质谱图找出相对分子质量，进而求出分子式。由题意可知，氧的质量分数为164.86%13.51%21.63%。各元素原子个数比：n(c)n(h)n(o)4101。故该有机物的实验式为c4h10o，实验式的相对分子质量为74。观察该有机物的质谱图，质荷比最大的数值为74，即其相对分子质量为74，所以该有机物的分子式为c4h10o。【考点】有机物分子式的确定【题点】有机物分子式的确定对点训练题组1有机物组成元素的确定1某有机物在氧气中充分燃烧，生成的co2和h2o的物质的量之比为12，则下列说法中正确的是()a分子中c、h、o个数比为123b分子中c、h个数比为14c分子中含有氧元素d此有机物的最简式为ch4答案b解析由n(co2)n(h2o)12仅能得出n(c)n(h)14，不能确定是否含o。【考点】有机物分子式的确定【题点】有机物组成元素的分析2某有机物2 mol在氧气中充分燃烧，消耗氧气5 mol，生成水和二氧化碳各4 mol，由此可得出的结论是()a该有机物不含氧元素b该有机物分子中含有一个氧原子c该有机物分子中含有二个氧原子d不能确定该有机物分子中含氧原子的个数答案b【考点】有机物分子式的确定【题点】有机物组成元素的分析3某有机化合物3.2 g在氧气中充分燃烧，将生成物依次通入盛有浓硫酸的洗气瓶和盛有碱石灰的干燥管，实验测得装有浓硫酸的洗气瓶增重3.6 g，盛有碱石灰的干燥管增重4.4 g。则下列判断正确的是()a肯定含有碳、氢、氧三种元素b肯定含有碳、氢元素，可能含有氧元素c肯定含有碳、氢元素，不含氧元素d不可能同时含有碳、氢、氧三种元素答案a解析3.2 g该有机物在氧气中充分燃烧后生成的产物依次通过浓硫酸和碱石灰，分别增重3.6 g和4.4 g，则生成水的质量是3.6 g，所以氢原子的物质的量是0.4 mol，生成的二氧化碳的质量是4.4 g，碳原子的物质的量是0.1 mol，根据原子守恒，可知3.2 g该有机物中含有0.1 mol 碳原子和0.4 mol氢原子，m(h)m(c)0.4 mol1 gmol10.1 mol12 gmol11.6 g3.2 g，故该有机物中一定含有碳、氢、氧三种元素，所以a正确。【考点】有机物分子式的确定【题点】有机物组成元素的分析4一定量有机物完全燃烧后，将燃烧产物通过足量的石灰水，过滤后得到白色沉淀10 g，但称量滤液时只减少2.9 g，则此有机物不可能是()ac2h5oh bc4h8o2cc2h6 dc2h6o2答案b解析n(co2)n(caco3)0.1 mol，则通入石灰水中的co2的质量应是4.4 g，而产生的caco3的质量是10 g，若无其他物质进入，则石灰水质量应减少5.6 g，题目中只减少2.9 g，故a燃烧时应同时生成2.7 g水，有机物中所含h元素的物质的量为n(h)20.3 mol，所以此有机物中c、h元素物质的量之比是13，与含氧多少无关，故选项a、c、d均有可能，b选项符合题意。【考点】有机物分子式的确定【题点】有机物组成元素的分析题组2有机物分子式的确定5某气态有机物x含c、h、o三种元素，已知下列条件，现欲确定x的分子式，所需的最少条件是()x中含碳质量分数x中含氢质量分数x在标准状况下的体积质谱确定x的相对分子质量x的质量a b c d答案b解析由c、h的质量分数可推出o的质量分数，由各元素的质量分数可确定x的实验式，由相对分子质量和实验式可确定x的分子式。【考点】有机物分子式的确定【题点】有机物分子式的确定6取一定量的某有机物在空气中完全燃烧，测得生成co2和h2o的物质的量之比为23，则该有机物的分子式不可能是()ach4 bc2h6 cc2h6o dc2h6o2答案a解析由燃烧产物的物质的量之比可推知原有机物符合通式cnh3n或cnh3nox。【考点】有机物分子式的确定【题点】根据有机物燃烧产物比例确定有机物分子式7(2017福建华安一中高三月考)已知某有机物9.2 g与足量氧气在密闭容器中完全燃烧后，将反应生成的气体依次通过浓硫酸和碱石灰。浓硫酸增重10.8 g，碱石灰增重17.6 g，该有机物的化学式是()ac2h6o bc2h4occh4o dc2h6o2答案a解析将反应生成的气体依次通过浓硫酸和碱石灰，浓硫酸增重的10.8 g为水的质量，碱石灰增重的17.6 g为二氧化碳的质量。生成水的物质的量为0.6 mol，h原子的物质的量为0.6 mol21.2 mol；生成二氧化碳的物质的量为0.4 mol，c原子的物质的量为0.4 mol；9.2 g该有机物分子中含有氧原子的物质的量为0.2 mol。该有机物分子中含有c、h、o原子的物质的量之比为0.4 mol1.2 mol0.2 mol261，该有机物的最简式为c2h6o，由于h原子已经饱和，故该有机物分子式为c2h6o，故a正确。【考点】有机物分子式的确定【题点】有机物分子式的确定8某化合物由碳、氢两种元素组成，其中含碳的质量分数为85.7%，在标准状况下，11.2 l此气态化合物的质量为14 g，则该化合物的分子式为()ac2h4 bc2h6 cc3h6 dc4h8答案a解析由已知条件可以求出该化合物的摩尔质量：m28 gmol1，由含碳量及含氢量可知：n(c)2，n(h)4，所以分子式为c2h4。【考点】有机物分子式的确定【题点】有机物分子式的确定9(2017江西瑞昌一中高二期中)某有机化合物仅由c、h、o三种元素组成，其相对分子质量小于180，若分子中氧的质量分数为50%，则含c的最大个数为()a6 b7 c8 d9答案a解析相对分子质量小于180，氧的质量分数为50%，则分子中氧原子数目小于5.625，当有机物分子中含氧原子的数目为5时，有机物的相对分子质量最大，含碳原子个数也最多，此时，有机化合物中碳、氢原子的质量之和的最大值等于氧原子的质量，为51680，设分子中含有x个c，y个h，则有12xy80，当y8时，x6，此时分子中碳原子的个数最多，所以分子中碳原子的个数最多为6，故a正确。【考点】有机物分子式的确定【题点】有机物组成元素质量分数的计算10若1 mol某气态烃cxhy完全燃烧，需消耗3 mol o2，则()ax2，y2 bx2，y4cx3，y6 dx3，y8答案b解析由烃cxhy燃烧通式cxhy(x)o2xco2h2o知，1 mol烃燃烧后需(x) mol o2，将各选项代入即可求得。【考点】有机物分子式的确定【题点】根据燃烧化学方程式确定有机物分子式11在20 时将某气态烃与o2的混合气体装入密闭容器中，点燃爆炸后恢复至20 ，此时容器内压强为反应前压强的一半，经naoh溶液吸收后，容器内几乎为真空，此烃的分子式为()ach4 bc2h6 cc3h8 dc7h16答案c解析烃燃烧通式为cxhy(x)o2xco2h2o，由题意得1x2x，即x1，因x、y均为整数，故有：x2y4；x3y8；x4y12。所以符合条件的选项只有c。【考点】有机物分子式的确定【题点】根据燃烧化学方程式确定有机物分子式12(2017安徽东至二中高二月考)有机物x、y分子式不同，它们只含有c、h、o元素中的两种或三种。实验表明：将x和y不论以任何体积比例混合，只要其物质的量之和不变，完全燃烧时消耗氧气的质量和生成水的质量均不变。则x、y可能是()ac2h4、c2h6o bc2h2、c6h6cch2o、c3h6o2 dch4、c2h4o2答案d解析c2h4与c2h6o、c2h2与c6h6、ch2o与c3h6o2含有的h数目不同，二者物质的量比值不同，生成的水的物质的量不同，且耗氧量不同；ch4、c2h4o2含有的h数目相同，在分子组成上相差1个“co2”基团，只要其物质的量之和不变，完全燃烧时消耗氧气量和生成水的物质的量也不变，d正确。【考点】有机物分子式的确定【题点】混合有机物组成分子式的确定综合强化13某有机化合物a的相对分子质量大于110，小于150。经分析得知，其中碳和氢的质量分数之和为52.24%，其余为氧。请回答：(1)该化合物分子中含有几个氧原子，为什么？(2)该化合物的相对分子质量是_。(3)该化合物的分子式是_。(4)该化合物分子中最多含_个。答案(1)含有4个氧原子；因为110a的相对分子质量150，氧在分子中的质量分数为152.24%47.76%，11047.76%52.5,15047.76%71.6，所以52.5分子中氧原子的相对质量之和71.6，因为只有4个氧原子的相对质量之和为64，符合上述不等式，所以化合物a中含有4个氧原子。(2)134(3)c5h10o4(4)1解析本题属计算型有机推断题，该题的切入点是a的相对分子质量大于110，小于150，由c、h的质量分数之和推出o的质量分数从而求出分子式。本题主要考查学生计算推断能力，同时也考查了学生对有机物组成及官能团的推断能力。a中o的质量分数为152.24%47.76%。若a的相对分子质量为150，其中o原子个数为4.477 5；若a的相对分子质量为110，其中o原子个数为3.283 5。实际o原子个数介于3.283 5和4.477 5之间，即o原子个数为4。a的相对分子质量为134。其中c、h的相对原子质量之和为13416470，可确定有机物a的分子式为c5h10o4。c5h10o4与5个c原子的饱和衍生物(可表示为c5h12on)比较可知，分子中最多含有1个【考点】有机物分子式的确定【题点】有机物分子式的确定14化合物h是一种香料，存在于金橘中，可用如下路线合成：已知：rch=ch2rch2ch2oh请回答下列问题：(1)11.2 l(标准状况)的气态烃a在氧气中充分燃烧可以产生88 g co2和45 g h2o。a的分子式是_。(2)b和c均为一氯代烃，它们的名称(系统命名)分别为_。(3)在催化剂存在下1 mol f与2 mol h2反应，生成3-苯基-1-丙醇。f的结构简式是_。(4)反应的反应类型是_；反应的反应类型是_。答案(1)c4h10(2)2-甲基-1-氯丙烷、2-甲基-2-氯丙烷(3)(4)消去反应酯化反应(或取代反应)解析(1)88 g co2为2 mol,45 g h2o为2.5 mol，标准状况下的气态烃11.2 l为0.5 mol，所以烃a中含碳原子数为4，氢原子数为10，则化学式为c4h10。(2)c4h10存在正丁烷和异丁烷两种，但从框图上看，a与cl2光照取代时有两种产物，且在naoh醇溶液作用下的产物只有一种，则只能是异丁烷。取代后的产物为2-甲基-1-氯丙烷和2-甲基-2-氯丙烷。(3)f可以与cu(oh)2反应，故应含醛基，与h2之间为12 加成，则还应含有碳碳双键。从生成的产物3-苯基-1-丙醇分析，f的结构简式为(4)反应为卤代烃在醇溶液中的消去反应。【考点】有机合成和推断【题点】有机合成和推断的综合15某含苯环的化合物a，其相对分子质量为104，碳的质量分数为92.3%。(1)a的分子式为_。(2)a与溴的四氯化碳溶液反应的化学方程式为_，反应类型是_。(3)已知：。请写出a与稀、冷kmno4溶液在碱性条件下反应的产物的结构简式：_。(4)一定条件下，a与氢气反应，得到的化合物中碳的质量分数为85.7%，写出此化合物的结构简式：_。(5)在一定条件下，由a聚合得到的高分子化合物的结构简式为_。答案(1)c8h8(2) 加成反应(3) (4)(5)解析(1)mr(c)92.3%10496，此含量不可能含碳、氢之外的其他原子，则mr(h)8。则碳原子数为96128，所以分子式为c8h8。(2)该分子中含苯环，且分子能与溴的四氯化碳溶液反应，所以a应为苯乙烯，该反应为加成反应。(3)分子中有碳碳双键，直接套用信息可得结果。(4)加氢反应，若只加成碳碳双键，则含h 9.43%，若苯环也加氢，则含h 14.3%，后者符合题意。(5)按碳碳双键的加聚反应写即可。【考点】有机物分子式和结构简式的确定【题点】有机物分子式和结构简式的确定16(2017福建南安一中高二期初