确定有机化合物的一般步骤和方法.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 2020 4 9 1 研究有机化合物要经过以下几个步骤 粗产品 分离提纯 定性分析 定量分析 除杂质 确定组成元素 质量分析 测定分子量 结构分析 实验式或最简式 分子式 结构式 每一个操作步骤是怎样完成的呢 2020 4 9 2 1 混合物分离中常用的操作有哪些 2 过滤 结晶的基本原理和操作要领 3 分离除杂的基本原则 怎样获得一种纯净的有机产品呢 1 来源 不增 不减 易分 复原 2 分离提纯的方法 天然或人工合成 考虑 一 分离提纯 2020 4 9 3 1 蒸馏 利用混合物中各种成分的沸点不同而使其分离的方法 如石油的分馏 常用于分离提纯液态有机物 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 含杂工业乙醇 95 6 m m 工业乙醇 无水乙醇 99 5 以上 蒸馏 加吸水剂蒸馏 2020 4 9 4 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 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 可将苯全部蒸出 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 2020 4 9 5 蒸馏烧瓶 冷凝管 温度计 尾接管 冷水 热水 使用前要检查装置的气密性 2020 4 9 6 2 重结晶 利用被提纯物质与杂质在同一溶剂中的溶解度不同而将其杂质除去的方法 关键 选择适当的溶剂 选择溶剂的条件 1 杂质在溶剂中的溶解度很小或很大 2 被提纯的有机物在此溶剂中的溶解度受温度的影响较大 例如 苯甲酸的重结晶P 18图1 8 粗产品 热溶解 热过滤 冷却结晶 提纯产品 是不是温度越低越好 2020 4 9 7 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 主要仪器 分液漏斗 操作过程 振荡 静置 分液 2020 4 9 8 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 2020 4 9 9 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 2020 4 9 10 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 确定通过下列步骤回收乙醇和乙酸 丙酮 乙酸乙酯 乙醇 乙酸沸点 56 277 0678117 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 乙醇 2CH3COONa H2SO4 2CH3COOH Na2SO4 Na2SO4H2SO4 2020 4 9 11 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 2020 4 9 12 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 2020 4 9 13 一般讲有机物燃烧后 各元素对应产物为 C CO2 H H2O 若有机物A完全燃烧 产物只有CO2和H2O 则有机物组成元素可能为C H或C H O 1 有机物组成元素的判断 若m C m H m A 则A为烃若m C m H m A 则A为烃的含氧衍生物 2020 4 9 14 1 取14 4g某有机物在O2中完全燃烧 只生成CO2和H2O 且测得生成的CO2为22 4L 标况 H2O为21 6g 试判断该有机物的元素组成 练习 2020 4 9 15 2 取9 4g某有机物完全燃烧 生成的气体先通过浓硫酸 浓硫酸的质量增加5 4g 剩余气体再通过碱石灰后全部被吸收 碱石灰质量增加26 4g 试判断该有机物的元素组成 练习 2020 4 9 16 实验式 即最简式 表示化合物分子所含元素的原子数目最简单整数比的式子 分子式表示化合物分子所含元素的原子种类及数目的式子 2 实验式和分子式的区别 2020 4 9 17 3 化合物相对分子质量的确定 M 22 4 2020 4 9 18 1 某混合气体在标准状况下的密度为0 821g L 该混合气体的平均相对分子质量为 2 某卤代烃的蒸气密度是相同状况下甲烷密度的11 75倍 该卤代烃的摩尔质量为 3 如果ag某气体中含b个分子 则1摩该气体的质量为 练习 18 4 188g mol aNA bg 2020 4 9 19 4 已知有机物的相对分子质量或摩尔质量求分子式的方法 1 最简式法 先求最简式n C n H n O m n p 由此得该有机物的最简式为CmHnOp 2020 4 9 20 4 已知有机物的相对分子质量或摩尔质量求分子式的方法 1 最简式法 后求分子式 设为 CmHnOp x 2020 4 9 21 例1 有机物中含碳40 氢6 67 其余为氧 又知该有机物的相对分子质量是60 求该有机物的分子式 实验式为CH2O 又60 12 1 2 16 2 故有机物的分子式为C2H4O2 答 有机物的分子式为C2H4O2 解 nC nH nO 40 12 6 67 1 53 33 16 1 2 1 2020 4 9 22 4 已知有机物的相对分子质量或摩尔质量求分子式的方法 2 连比法 n 有机物 n C n H n O 1 m n p 则有机物的分子式为CmHnOp 2020 4 9 23 例2 2 3g某有机化合物A完全燃烧后 生成0 1molCO2和2 7gH2O 测得该化合物的蒸气与空气的相对密度是1 6 求该化合物的分子式 1 求该有机物的相对分子量 解 MA d M空气 1 6 29 46 2020 4 9 24 2 2 3g有机物的nA及所含的nC nH nOnA 2 3 46 0 05molnC 0 1molmC 1 2gnH 2 7 18 2 0 3molmH 0 3gmC mH 1 2g 0 3g mA A中含O元素nO 2 3 0 1 12 0 3 1 16 0 05mol MA d M空气 1 6 29 46 2020 4 9 25 3 由相关数据得出 n有机物 nc nH no 1 2 6 1即分子式为C2H6O 2020 4 9 26 4 已知有机物的相对分子质量或摩尔质量求分子式的方法 3 质量分数法 2020 4 9 27 例3 吗啡是一种常见毒品 其相对分子质量不超过300 其中含C71 58 含H6 67 含N4 91 其余为氧 则吗啡相对分子质量为 分子式为 285 C17H19NO3 2020 4 9 28 例3 吗啡是一种常见毒品 其相对分子质量不超过300 其中含C71 58 含H6 67 含N4 91 其余为氧 则吗啡相对分子质量为 分子式为 285 解 先猜测吗啡中只含有1个N原子 则 285300 猜测合理 n H 285 12 17 16 3 14 1 19 C17H19NO3 2020 4 9 29 4 已知有机物的相对分子质量或摩尔质量求分子式的方法 4 利用有机物通式和化学反应方程式确定分子式 练习4 某饱和一卤代烃2 18克与足量的NaOH溶液混合 然后加入HNO3至酸性 再加足量AgNO3溶液 得浅黄色沉淀3 76克 求该饱和一卤代烃的分子式 分子式为C2H5Br 2020 4 9 30 4 已知有机物的相对分子质量或摩尔质量求分子式的方法 5 讨论法 若烃的相对分子质量为M 则 除尽为 烯或环烷烃余2为 烷缺2为 炔或二烯烃缺6为 苯及其同系物 替换关系 1C 12H 1O 16H4C 3O 1O 1C 4H 2020 4 9 31 例5 1 烃A的相对分子质量为42 求其可能的分子式 2 烃B的相对分子质量为128 求其可能的分子式 3 有机物C完全燃烧只生成CO2和H2O 其相对分子质量为58 求其可能的分子式 1 42 14 3 除尽所以分子式为C3H6 2 128 14 9 2所以分子式为C9H20 将12个H原子替换为1个C原子 故分子式还可为C10H8 2020 4 9 32 3 58 14 4 2所以分子式为C4H10 将4个H原子和1个C原子替换为1个O原子 故分子式还可为C3H6O或C2H2O2 例5 1 烃A的相对分子质量为42 求其可能的分子式 2 烃B的相对分子质量为128 求其可能的分子式 3 有机物C完全燃烧只生成CO2和H2O 其相对分子质量为58 求其可能的分子式 2020 4 9 33 小结 元素的质量 元素的质量比 元素的质量分数 产物的量 标况下密度 相对密度 化学反应 实验式 分子量 分子式 2020 4 9 34 测定相对分子质量的方法很多 质谱法是最精确 最快捷的方法 一 相对分子质量的确定 质谱法 研究有机物的一般步骤和方法 2020 4 9 35 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 质谱仪有什么作用 其原理是什么 它是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 这些不同离子具有不同的质量 质量不同的离子在磁场作用下达到检测器的时间有差异 其结果被记录为质谱图 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 2020 4 9 36 例2 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 2020 4 9 37 练习2 某有机物的结构确定 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 2020 4 9 38 二 分子结构的测定 有机物的性质 结构式 确定有机物的官能团 分子式 计算不饱和度 推测可能的官能团写出可能的同分异构体 2020 4 9 39 红外光谱 红外光谱法确定有机物结构的原理是 2020 4 9 40 例1 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 2020 4 9 41 练习1 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 2020 4 9 42 核磁共振氢谱 如何根据核磁共振氢谱确定有机物的结构 2020 4 9 43 例2 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 2020 4 9 44 练习2 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