人教版选修5 第一章第四节 研究有机化合物的一般步骤和方法（第2课时） 学案 (1).doc

第2课时元素分析与相对分子质量的测定分子结构的鉴定学习目标定位1.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，并能据此确定有机化合物的分子式。2.能够根据实验和某些物理方法确定有机化合物的结构。一、有机物分子式的确定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。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，从而确定有机物的最简式，即化合物分子中所含元素的原子数目最简整数比的式子。(2)实验式(最简式)与分子式的关系：分子式(最简式)n3有机物相对分子质量的测定质谱法(1)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。(2)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。有机物分子式的确定方法(1)实验式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。(4)通式法物质的性质等类别及组成通式（如cnh2n）n值分子式。例1某化合物6.2 g在氧气中完全燃烧，只生成8.8 g co2和5.4 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该有机物的分子式为c2h6d该化合物中一定含有氧元素答案d解析n(co2) 0.2 mol，n(c)n(co2)0.2 mol，m(c)0.2 mol12 gmol12.4 g；n(h2o)0.3 mol，n(h)2n(h2o)0.6 mol，m(h)0.6 g；n(c)n(h)0.2 mol0.6 mol13；m(c)m(h)2.4 g0.6 g3.0 g6.2 g，所以该化合物中一定含有氧元素，其质量为6.2 g3.0 g3.2 g，其物质的量n(o)0.2 mol。n(c)n(h)n(o)131，实验式为ch3o，无法确定其分子式。【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、有机物分子式的确定方法例2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3.06 g1.08 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二、有机物结构式的确定1物理方法已知分子式为c2h6o的有机物a可能有如下两种可能的结构：(ch3ch2oh)或(ch3och3)，我们可借助如下两种方法来确定有机物a的结构简式是还是：(1)红外光谱法利用红外光谱来测定，分子中有oh键或oh可确定a的结构简式为(ch3ch2oh)。(2)核磁共振氢谱利用核磁共振仪，测定a，若得到a的核磁共振氢谱为则a的结构简式为ch3ch2oh。2化学方法(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根据有机物的结构特点判断(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)实验式分别为ch3、ch3o的有机物的结构简式分别为ch3ch3、hoch2ch2oh、ch3och2oh。有机物分子结构的确定方法(1)根据价键规律确定某些有机物只存在一种结构，可直接由分子式确定结构。(2)通过定性实验确定根据分子式写出其可能的同分异构体根据定性实验确定其可能存在的官能团确定结构式(3)通过定量实验确定通过定量实验，确定有机物中的官能团。通过定量实验，确定有机物中官能团的数目。(4)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。核磁共振氢谱法：测定有机物分子中氢原子的类型和数目，氢原子的类型吸收峰数目，不同氢原子个数比不同吸收峰面积比。例3已知某有机物a的红外光谱和核磁共振氢谱如图所示，下列说法中错误的是()a由红外光谱可知，该有机物中至少有三种不同的化学键b由核磁共振氢谱可知，该有机物分子中有三种不同化学环境的氢原子c仅由a的核磁共振氢谱无法得知其分子中的氢原子总数d若a的化学式为c2h6o，则其结构简式为ch3och3答案d解析红外光谱图中给出的化学键有ch键、oh键和co键三种，a正确；核磁共振氢谱图中峰的个数即代表氢的种类，b正确；核磁共振氢谱峰的面积表示氢的数目比，在没有明确化学式的情况下，无法得知氢原子总数，c正确；若a为ch3och3，则无oh键，与所给红外光谱图不符，且其核磁共振氢谱图应只有1个峰，与核磁共振氢谱图不符，d错误。【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例4符合下面核磁共振氢谱图的有机物是()ach3cooch2ch3 bch2=chch2ch3c d答案a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中物质有3种不同化学环境的氢原子，个数之比为233；b中物质有4种不同化学环境的氢原子，个数比为2123；c中物质有4种不同化学环境的氢原子，个数比为3221；d中物质有3种不同化学环境的氢原子，个数比为311。核磁共振氢谱图中有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。【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有机物结构确定的方法思路1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2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()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3某化合物由碳、氢、氧三种元素组成，其红外光谱图有ch键、oh键、co键的振动吸收，该有机物的相对分子质量是60，其核磁共振氢谱只有3组峰，则该有机物的结构简式是()ach3ch2och3 bch3ch(oh)ch3cch3ch2ch2oh dch3ch2cho答案b解析由红外光谱图知该有机物的分子中含ch键、oh键、co键，a项中无oh键，d项中无oh键、co键，b、c项含有三种化学键且相对分子质量都是60，但b项核磁共振氢谱有3组峰，c项有4组峰，故b项正确。【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4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5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解析浓硫酸增重的质量为水的质量，碱石灰增重的质量为二氧化碳的质量； 3.2 g该有机物中含有0.1 mol碳原子和0.4 mol氢原子，根据质量守恒，参加反应的氧气的质量是4.8 g，即物质的量是0.15 mol，即0.3 mol的氧原子，根据氧原子守恒，有机物中含有氧原子0.1 mol。【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()ach3ch2ch3 bcch3och3 d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()a bc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下列化合物的核磁共振氢谱中出现三组峰的是()a2,2,3,3-四甲基丁烷 b2,3,4-三甲基戊烷c3,4-二甲基己烷 d2,5-二甲基己烷答案d解析先根据名称写出四种烷烃的结构简式：分析各项分子中有几种不同化学环境的氢原子，就有几组峰。a中只有1种化学环境的氢原子，b中有4种，c中有4种，d中有3种。【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8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9二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10(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11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12有机物a完全燃烧只生成co2和h2o，将12 g该有机物完全燃烧的产物通过足量浓硫酸，浓硫酸增重14.4 g，再通过足量碱石灰，碱石灰增重26.4 g，该有机物的分子式是()ac4h10 bc2h6occ3h8o dc2h4o2答案c解析该有机物中n(c)n(co2)0.6 mol，n(h)2n(h2o)21.6 mol，n(o)0.2 mol，所以该有机物中n(c)n(h)n(o)0.61.60.2381，得实验式为c3h8o，只有c符合。【考点】有机物分子式的确定【题点】有机物分子式的确定方法综合强化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_(填序号)。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。(2)如果分子中只含有碳碳单键和碳氢键，含有的氢原子数目是最多的；在分子中若含有碳碳双键或苯环等，分子结构中含有的氢原子数目会减少，ch3对应的有机物只能是c2h6，c2h5对应的有机物只能是c4h10，而ch、ch2对应的有机物可能有多种。【考点】有机物分子式的确定【题点】有机物分子式的确定方法14按要求回答下列问题：(1)有机物x的分子式为c4h8o2，其红外光谱如图所示：则该有机物可能的结构为_(填字母)。ach3cooch2ch3 bch3ch2cooch3chcooch2