苏教版选修5 专题1第二单元 科学家怎样研究有机物 学案.doc

第二单元 科学家怎样研究有机物学习目标定位1.知道有机化合物组成的研究方法，学会如何确定最简式。2.知道有机化合物结构的研究方法及李比希提出的“基团理论”。3.知道研究有机反应机理的基本方法和有机化学反应的研究内容。一、有机化合物组成的研究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；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)如何判断是否含氧元素？答案可先求出产物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。(4)其他元素也可用不同的实验方法分别测定，如用钠融法可确定有机物中是否存在氮、氯、溴、硫等元素，用铜丝燃烧法可定性确定有机物中是否存在卤素。用红热的铜丝蘸上试样灼烧时，若含有卤素则火焰为绿色。2确定有机物中各元素的质量分数(李比希定量分析)(1)先用红热的cuo作氧化剂，将仅含c、h、o元素的有机物氧化，然后分别用高氯酸镁和烧碱石棉剂吸收生成的水和二氧化碳。李比希法模拟测量装置图如图所示：(2)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元素和碳元素的质量，剩余则为氧元素的质量。(3)最后计算确定有机物分子中各元素的质量分数，由此确定最简式。3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是30，求该化合物的分子式_。答案ch3c2h6解析方法一：n(c)n(h)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：n2，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)2，n(h)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0.05 mol有机物分子中含有：c：1h：2o：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(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。4仪器分析法人们常借助元素分析仪来确定有机物的组成。优点是自动化程度高、所需样品量小、分析速度快、同时对多种元素进行分析等，若与计算机连接还可进行数据存储和统计分析，并可生成各种形式的分析报告。有机物分子式的确定方法(1)实验方法：各元素的质量分数各元素原子的个数比(实验式)分子式(2)直接法：根据有机物各元素的质量分数和有机物的摩尔质量(相对分子质量)直接求出1 mol有机物中各元素原子的物质的量。(3)方程式法：根据有机物的燃烧通式及消耗o2的量(或生成产物的量)，通过计算确定出有机物的分子式。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无法确定该化合物是否含有氧元素d该化合物中一定含有氧元素答案d解析由题中数据可知n(co2)为0.2 mol，n(h2o)为0.4 mol，所以m(c)m(h)3.2 g6.4 g，故该化合物中还含有氧元素，n(o)0.2 mol，该化合物最简式可表示为ch4o。【考点】有机物的元素组成【题点】已知co2和h2o的质量判断元素组成方法点拨有机物中氧元素的测定通常是根据有机物中其他元素的质量或质量分数与总体进行比较，然后判断是否含有氧元素，若各质量分数之和为1或各元素质量之和与试样质量相等则无氧；若质量不等或质量分数之和小于1则含有氧。例2某有机物在氧气中充分燃烧，生成二氧化碳和水的物质的量之比为11，由此可得出的正确结论是()该有机物分子中碳、氢、氧原子个数比为123该有机物分子中碳、氢原子个数比为12该有机物中肯定含氧无法判断该有机物中是否含氧a bc d答案d解析n(co2)n(h2o)11，则n(c)n(h)12，co2和h2o中的氧可能来自于氧气中的氧元素，从题中条件无法确认。故和正确。【考点】有机物的元素组成【题点】已知co2和h2o的物质的量之比判断元素组成二、有机化合物结构的研究1李比希基团理论(1)在有机化合物分子中，原子主要通过共价键结合在一起。原子之间结合方式或连接顺序的不同导致了所形成物质在性质上的差异。(2)1838年，李比希提出了“基”的定义：有机化学中的“基”是一系列化合物中不变的部分；“基”在化合物中可被某种元素的单个原子所置换；置换“基”的基团，可以被其他基团所取代。在有机化学发展的历史进程中，基团理论对有机化学的发展起到了巨大的推动作用。人们在研究有机化合物时首先研究其所具有的基团，如羟基、醛基、羧基、氨基、烃基等(写出常见的基团名称)。2现代化学测定有机化合物结构的方法(1)阅读下列材料，回答问题：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。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或官能团。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。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；不同氢原子的个数之比不同吸收峰的面积之比213氢原子类型吸收峰数目1；只有一种类型的氢原子测定有机物的组成和结构的现代分析方法还有质谱法和紫外光谱法等，质谱法测定有机物的相对分子质量。原理：用高能电子流等轰击样品分子，使该分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子。分子离子和碎片离子各自具有不同的相对质量，它们在磁场的作用下到达检测器的时间将因质量不同而先后有别，其结果被记录为质谱图。质荷比：指分子离子、碎片离子的相对质量与其电荷的比值。质谱图中，质荷比的最大值就表示了样品分子的相对分子质量。例如，由上图可知，样品分子的相对分子质量为46。(2)根据题给条件，确定有机物的结构：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。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。烃b的分子式为c8h18，其一氯代烃只有一种，其结构简式是。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)手性分子手性碳原子是指与4个不同的原子或原子团相连的碳原子。手性分子指含有手性碳原子的有机物分子。 有机物分子结构的确定方法(1)物理方法红外光谱法：初步判断有机物中含有的官能团或化学键。核磁共振氢谱：测定有机物分子中氢原子的类型和数目。吸收峰数目氢原子的类型，不同吸收峰面积之比不同氢原子个数之比。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。根据相对分子质量和最简式可以确定有机物的分子式。(2)化学方法根据价键规律，某些有机物只存在一种结构，可直接由分子式确定结构。官能团的特征反应定性实验确定有机物中可能存在的官能团。通过定量实验，确定有机物中的官能团及其数目。例3某有机物x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、co键的烃基上ch键的红外吸收峰。x的核磁共振氢谱有四个峰，峰面积之比是4112(其中羟基氢原子数为3)，x的相对分子质量为92，试写出x的结构简式：_。答案解析由红外吸收光谱判断x应属于含有羟基的化合物。由核磁共振氢谱判断x分子中有四种不同类型的氢原子，若羟基氢原子数为3(两种类型氢原子)，则烃基氢原子数为5且有两种类型。由相对分子质量减去已知原子的相对原子质量就可求出碳原子的个数：3，故分子式为c3h8o3。羟基氢原子有两种类型，判断三个羟基应分别连在三个碳原子上，推知结构简式为。【考点】红外吸收光谱法应用【题点】由“基”“峰面积”确定结构简式方法点拨吸收峰的数目为氢原子的种类而不是数目；峰面积之比为不同氢原子个数之比。如在中核磁共振氢谱图有三个峰，其峰面积之比为323。例4未知物a的实验式和分子式都是c2h6o。a的红外光谱图如图(a)，未知物a的核磁共振氢谱如图(b)有三个峰，峰面积之比是123。则未知物a的结构简式为_。答案ch3ch2oh解析乙醇的结构简式为ch3ch2oh，乙醇分子中存在三种不同化学环境的h。因此，在核磁共振氢谱图中就会出现三个峰，峰面积之比为不同氢原子的个数之比。另外红外光谱图中有oh，而甲醚的结构式为，其中6个h处于相同的化学环境，因此在核磁共振氢谱图上将只出现一个峰。【考点】红外光谱图和核磁共振氢谱图的应用【题点】红外光谱图与核磁共振氢谱图的识别与应用三、有机反应机理的研究1根据已学知识，回答下列问题：(1)甲烷通入溴的四氯化碳溶液中不能使其褪色，但是甲烷在光照条件下可与溴蒸气反应，反应的化学方程式是ch4br2ch3brhbr。(2)乙烯通入溴的四氯化碳溶液中的现象是溴的四氯化碳溶液褪色，反应的化学方程式是ch2=ch2br2ch2brch2br。(3)上述(1)、(2)反应的反应类型分别是取代反应、加成反应。2甲烷取代反应的反应机理为了探究甲烷取代反应的反应机理，人们借助核磁共振仪和红外光谱仪对该反应过程进行研究，记录到cl的核磁共振谱线和ch3等基团的存在。于是认识到ch4与cl2的反应机理为自由基型链反应。具体过程为cl2clcl、clch4hclch3、ch3cl2ch3clcl3乙酸在浓硫酸存在条件下可与乙醇发生酯化反应，生成具有香味的酯类化合物，方程式为ch3coohc2h5ohch3cooc2h5h2o，在这个反应中，酸失去的羟基与醇中羟基上的氢原子生成水，羰基的碳原子与醇中的氧原子形成共价键生成酯。4乙酸乙酯水解的反应机理将乙酸乙酯与ho混合后加入硫酸作催化剂，在加热条件下，反应一段时间后检测到存在18o的物质有两种：一种是ho，另一种是。于是判断酯水解时断裂的是键上的co键，在键的碳原子上加上羟基，在氧原子上加上氢。明确了酯水解的反应机理，反过来也认识到了酯化反应的反应机理，即酸脱羟基醇脱氢。研究有机反应机理的方法(1)反应中间体测定法甲烷的取代反应。(2)同位素示踪法乙酸乙酯的水解。例5已知ch4与cl2反应的产物中除ch3cl外，还有ch2cl2、chcl3、ccl4。下列关于生成ch2cl2的过程中，可能出现的是()a2clch42hclch2bch2clcl2ch2cl2clcch2clclch2cl2dch3clhclch2cl2h2答案b【考点】自由基型链反应原理【题点】自由基型链反应原理在ch4和cl2取代反应中的应用例6将1 mol乙酸(其中的羟基氧用18o标记)在浓硫酸存在下并加热与足量乙醇充分反应，下列叙述不正确的是()a生成的乙酸乙酯中含有18ob生成的水分子中含有18oc可能生成45 g乙酸乙酯d不可能生成88 g乙酸乙酯答案a解析由酸和醇的酯化反应规律可知，反应产物中水中的氧来自于羧酸；同时酯化反应是一个可逆反应，不能进行完全。【考点】同位素示踪法研究反应机理【题点】同位示踪法在酯化反应中的应用有机物结构的确定方法思路1有机物a是烃的含氧衍生物，在同温同压下，a蒸气的质量是同体积乙醇蒸气的2倍。1.38 g a完全燃烧后，将燃烧产物通过碱石灰，碱石灰的质量增加3.06 g。若将燃烧后的产物通过浓硫酸，浓硫酸的质量增加1.08 g。试通过计算确定a的分子式。答案c3h8o3解析a蒸气的质量是同体积乙醇蒸气的2倍，即：相同条件下a的密度是乙醇密度的2倍，则a的相对分子质量为46292。138 g a完全燃烧后，生成水的质量1.08 g，物质的量0.06 mol；生成co2的质量3.061.08 g1.98 g，物质的量0.045 mol；1.38 g a的物质的量为0.015 mol；则有机物a分子中：c原子数目3、h原子数目8、o原子数目3，故有机物a的分子式为c3h8o3。【考点】有机物分子式的确定【题点】有机物分子式的确定方法2某气态有机物x含c、h、o三种元素。现欲确定x的分子式，下列条件中所需的最少条件是()x中碳的质量分数x中氢的质量分数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 bc d答案b解析由可得有机物的实验式，由可知有机物的分子式。【考点】有机物分子式的确定【题点】有机物分子式的确定方法3设h的质荷比为，某有机物样品的质荷比如图所示(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乙烯答案b解析从题图中可看出其右边最高质荷比为16，是h质荷比的16倍，即其相对分子质量为16，为甲烷。【考点】有机物结构式的鉴定【题点】根据质荷比判断有机物的结构简式4下列化合物中，核磁共振氢谱只出现两组峰且峰面积之比为32的是()a bc. d答案d解析对各选项中氢原子所处环境进行分析判断，得到下表：选项不同化学环境的氢原子种数氢谱中峰的组数峰面积之比a33322b2231c2231d2232【考点】有机物结构式的鉴定【题点】根据核磁共振氢谱图判断有机物的结构简式5下列分子中含有手性碳原子的是()acf2cl2 bch3ch2ohc dch2=chcooh答案c解析手性碳原子连接四个不同的原子或原子团，据此可知只有c项符合。【考点】手性分子【题点】手性碳原子的判断方法6根据研究有机物的步骤和方法，填满下列空格：实验步骤解释实验结论测得a的蒸气密度是同状况下甲烷的4.375倍(1)a的相对分子质量为_将5.6 g a在足量氧气中燃烧，并将产物依次通过浓硫酸和碱石灰，分别增重7.2 g和17.6 g(2)a的实验式为_；a的分子式为_将a通入溴水，溴水褪色(3)说明a属于_(若不褪色，则a属于_)a的核磁共振氢谱如下：(4)综上所述，a的结构简式为_答案(1)70(2)ch2c5h10(3)烯烃环烷烃 (4) 解析(1)根据公式mdm(ch4)计算该有机物的相对分子质量等于164.37570。(2)由a的燃烧反应知，5.6 g a含m(c)17.6 g4.8 g，m(h)7.2 g0.8 g，确定该有机物只含碳、氢两种元素，实验式为ch2，设分子式为(ch2)n，则12n2n70，n5，分子式为c5h10。(3)符合分子式为c5h10的有烯烃和环烷烃，若能使溴水褪色，则为烯烃，若不能，则为环烷烃。(4)读取该核磁共振氢谱共有4个吸收峰，吸收峰面积之比为1126，则符合题意。【考点】研究有机化合物的基本步骤【题点】确定结构方法的综合应用 对点训练题组一元素分析与相对原子质量的测定1下列有关说法错误的是()a李比希法是定量研究有机物中元素组成的方法b元素分析仪可用于分析有机物中的元素组成c利用李比希法可以确定有机物分子的最简式d元素分析可以确定未知物的分子式答案d解析元素分析只能确定组成分子的各原子最简单的整数比，不能确定未知物的分子式。【考点】有机物分子式的确定【题点】有机物分子式的确定方法2验证某有机物属于烃的含氧衍生物，应完成的实验内容是()a只需验证它完全燃烧后产物只有h2o和co2b只需测定其燃烧产物中h2o和co2物质的量的比值c测定完全燃烧时消耗有机物与生成的co2、h2o的物质的量之比d测定该试样的质量及其完全燃烧后生成co2和h2o的质量答案d解析烃的含氧衍生物或烃燃烧均生成h2o和co2，不能通过燃烧法进行确定；测定该试样的质量及其完全燃烧后生成co2和h2o的质量，可以确定一定质量的有机物中含有c、h元素的质量，根据质量守恒可确定是否含有o元素。【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31 mol有机物充分燃烧后，只生成88 g co2和54 g水，下列结论正确的是()a该有机物分子式为ch3b该有机物分子式为c2h6c该有机物分子式为c2h6od该有机物中c、h原子个数比为13，可能含有氧原子答案d解析88 g co2的物质的量为2 mol,54 g水的物质的量为3 mol，有机物燃烧的化学方程式为cxhyoz(xy/4z/2)o2xco2y/2h2o1 xy/4z/2xy/21 2 3列方程，解得x2，y6，该有机物的分子式为c2h6oz，则该有机物中c、h原子个数比为13，可能含有氧原子，故选d。【考点】有机物分子式的确定【题点】有机物分子式的确定方法题组二有机物分子结构的确定4下列化合物分子，在核磁共振氢谱图中能给出三种吸收峰的是()ach3ch2ch3bcch3och3d答案b解析有机物中含有几种不同化学环境的氢原子，在核磁共振氢谱图上就出现几种吸收峰。现题给有机物在核磁共振氢谱图中有三种吸收峰，这表明该分子中含有三种不同化学环境的氢原子。分析各选项可知a、d中物质各有两种氢原子，b中物质有三种氢原子，c中物质只有一种氢原子。【考点】有机物结构式的鉴定【题点】根据核磁共振氢谱图判断有机物的结构简式5下列四幅谱图是结构简式为ch3ch2oh、ch3och3、ch3ch2ch2oh和的核磁共振氢谱，其中属于ch3ch2ch2oh的谱图是()答案a解析ch3ch2ch2oh分子中有4种不同化学环境的氢原子，在其核磁共振氢谱中应有4个吸收峰。【考点】有机物结构式的鉴定【题点】根据核磁共振氢谱图判断有机物的结构简式6下列化合物在核磁共振氢谱中能出现两组峰，且其峰面积之比为31的是()c对二甲苯d均三甲苯答案d解析a项，分子中有3种不同化学环境的氢原子，其个数比为31(32)316；b项，分子中有3种不同化学环境的氢原子，其个数比为332；c项，对二甲苯分子中有2种不同化学环境的氢原子，其个数比为(32)(14)32；d项，均三甲苯分子中有2种不同化学环境的氢原子，其个数比为(33)(13)31。【考点】有机物结构式的鉴定【题点】根据核磁共振氢谱图判断有机物的结构简式7某有机物a的分子式为c4h10o，红外光谱图如图所示，则a的结构简式为()a. ch3ch2och2ch3 b. ch3och2ch2ch3c. ch3ch2ch2och3 d( ch3)2choch3答案a解析红外光谱图中显示存在对称的甲基、对称的亚甲基和醚键可得分子的结构简式为ch3ch2och2ch3。【考点】有机物结构式的鉴定【题点】根据质荷比判断有机物的结构简式题组三有机物鉴定的综合应用8二甲醚和乙醇是同分异构体，其鉴别可采用化学方法及物理方法，下列鉴别方法中不能对二者进行鉴别的是()a利用质谱法 b利用金属钠c利用红外光谱法 d利用核磁共振氢谱答案a解析二者相对分子质量相同，用质谱法不能鉴别；乙醇中含有oh，可与金属钠反应生成氢气，可鉴别；二甲醚和乙醇中分别含有o和oh，官能团不同，可用红外光谱法鉴别； 二者含有的h原子的种类和性质不同，可用核磁共振氢谱鉴别。【考点】研究有机化合物的基本步骤【题点】确定结构方法的综合应用9(2017河北邯郸一中高二月考)某有机物a用质谱仪测定如图，核磁共振氢谱示意图如图，则a的结构简式可能为()ahcooh bch3chocch3ch2oh dch3ch2ch2cooh答案c解析根据图示可知，该有机物的最大质荷比为46，则a的相对分子质量为46，则分子式为c2h6o或ch2o2，故b、d错误；根据图示核磁共振氢谱可知，a分子的核磁共振氢谱有3组吸收峰，则其分子中3种h原子，hcooh分子中含有2种h原子，ch3ch2oh分子中含有3种等效h，故c正确。【考点】研究有机化合物的基本步骤【题点】确定结构方法的综合应用10某化合物的结构(键线式)及球棍模型如下：该有机分子的核磁共振氢谱图如下(单位是ppm)：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6种b该有机物属于芳香化合物c键线式中的et代表的基团为ch3d该有机物在一定条件下能完全燃烧生成co2和h2o答案d解析a项，由谱图可知有8种不同化学环境的氢原子，错误；b项，由键线式可看出，该物质中无苯环，不属于芳香化合物，错误；c项，由键线式和球棍模型对照可知et为ch2ch3，错误；d项，该化合物分子中含有碳、氢、氧三种元素，可完全燃烧生成co2和h2o，正确。【考点】有机物结构式的鉴定【题点】根据核磁共振氢谱图判断有机物的结构简式题组四有机反应机理的研究11ch4与cl2反应的机理是cl2clclclch4ch3hclch3cl2clch3cl则下列说法正确的是()a可以得到纯净的ch3clb产物中最多的是hclc该反应需一直光照d产物中ch3cl、ch2cl2、chcl3、ccl4物质的量相等答案b解析由反应机理知，cl与烃中的氢原子结合生成hcl，故产物中有机物除ch3cl外还有ch2cl2、chcl3、ccl4，物质的量无法确定，最多的产物为hcl。故a、d项错误，b项正确；由反应机理知ch4cl2ch3clhcl，cl起催化作用，故一旦光照下产生cl，反应即可进行完全，c项错误。【考点】自由基型键反应原理【题点】自由基型链反应在ch4和cl2取代反应中的应用12化学反应的实质就是旧键的断裂和新键的形成。欲探讨发生化学反应时分子中化学键在何处断裂的问题，近代科技常用同位素示踪法。如有下列反应：2r14ch=chrr14ch=chrr14ch=chr可以推知，下面的物质反应时断裂的化学键应是()ch3ch=chch2ch3 a bc d答案a解析根据原题反应后所得产物可推知断裂的位置与连接方式。即断裂的化学键为双键两侧的键。【考点】同位素示踪法研究反应机理【题点】同位素示踪法研究化学反应实质综合强化13(1)取3.0 g有机物a，完全燃烧后生成3.6 g水和3.36 l co2(标准状况)，已知该有机物的蒸气对氢气的相对密度为30，则该有机物的分子式为_。(2)下列实验式中，没有相对分子质量就可以确定分子式的是_。ch3chch2c2h5答案(1)c3h8o(2)解析 (1)m(c)12 gmol11.8 g，m(h)21 gmol10.4 g，则m(o)3.0 g1.8 g0.4 g0.8 g，所以n(c)n(h)n(o)381，又因为该有机物的蒸气对氢气的相对密度为30，所以a的分子式为c3h8o。(