2019_2020年高中化学专题1第2单元第1课时有机物组成和结构的研究教案苏教版选修5.docx

第1课时有机物组成和结构的研究目标与素养：1.知道如何确定有机化合物的最简式，了解元素分析仪的工作原理。(宏观辨识与微观探析)2.了解李比希提出的“基团理论”，体会其对有机化合物结构研究的影响。(宏观辨识与微观探析)3.能用1H核磁共振谱图分析简单的同分异构体，知道核磁共振法、红外光谱法、质谱法等是用来研究有机化合物结构的方法。(宏观辨识与微观探析)一、有机化合物组成的研究1最简式又称为实验式，指有机化合物所含各元素原子个数的最简整数比。2确定有机化合物元素组成的方法(1)李比希燃烧法：有机物完全燃烧后，各元素对应的产物为CCO2，HH2O。(2)钠融法：可定性确定有机物中是否含有氮、氯、溴、硫等元素。(3)铜丝燃烧法：可定性确定有机物中是否存在卤素，红热铜丝蘸上试样，灼烧、火焰为绿色，则存在卤素。3仪器元素分析仪(1)工作原理：使有机化合物充分燃烧，再对燃烧产物进行自动分析。(2)特点某有机物燃烧产物只有CO2和H2O，能否推测该有机物一定为烃类？提示不能确定一定为烃类，因为含氧衍生物(如乙醇)的燃烧产物也只有CO2和H2O。二、有机化合物结构的研究1有机化合物的结构(1)在有机化合物分子中，原子主要通过共价键结合在一起。分子中的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，德国化学家李比希提出了“基团理论”。常见的基团有：羟基(OH)、醛基(CHO)、羧基(COOH)、氨基(NH2)、烃基(R)等，它们有不同的结构和性质特点。2测定有机化合物结构的分析方法(1)1H核磁共振谱作用：利用核磁共振氢谱可推知有机物中氢原子的种类及它们的相对数目。原理：处于不同化学环境的氢原子在谱图上出现的位置不同，而且吸收峰的面积与氢原子数成正比。应用：吸收峰数氢原子种类；吸收峰面积之比氢原子数目之比。(2)红外光谱作用：判断有机物中含有哪些基团。原理：不同的官能团或化学键吸收频率不同，在红外光谱中处于不同的位置。(3)质谱法用高能电子束轰击有机物分子，使之分离成带电的“碎片”，分析带电“碎片”的特征谱，从而分析有机物的结构。质谱图横坐标表示碎片的质荷比，纵坐标表示碎片的相对丰度。分子、离子的相对质量越大，质荷比就越大，到达检测器需要的时间就越长，因此质谱图中最右边的峰(即质荷比最大的数据)表示的就是样品的相对分子质量。1判断正误(正确的打“”，错误的打“”)(1)有机化合物中化学键全部是共价键。()(2)OH和OH的结构相同，均是醇的官能团。()(3)1H核磁共振谱中，有几个吸收峰就说明有几个氢原子。()(4)红外光谱图可用于判断官能团的种类和共价键种类。()答案(1)(2)(3)(4)2验证某有机物属于烃应完成的实验内容是()A只需测定分子中C、H的原子个数之比B只要证明其完全燃烧的产物只有H2O和CO2C只需测定其燃烧产物中H2O和CO2的物质的量之比D测定该试样的质量及试样完全燃烧后生成CO2和H2O的质量D验证某有机物属于烃需证明该有机物只含有C、H两种元素，选项D能满足该要求。3为了测定某有机物A的结构，进行如下实验：将2.3 g该有机物完全燃烧，生成0.1 mol CO2和 2.7 g 水；用质谱仪测定其相对分子质量，得到如图所示的质谱图。试回答下列问题：(1)有机物A的相对分子质量是_。(2)有机物A的实验式是_。(3)能否根据A的实验式确定其分子式？_(填“能”或“不能”，并对应回答后面的问题)。若能，则A的分子式是_；若不能，请说明原因：_。解析(1)在A的质谱图中，最大质荷比为46，所以其相对分子质量是46。(2)在2.3 g该有机物中，n(C)0.1 mol，m(C)0.1 mol12 gmol11.2 g，n(H)20.3 mol，m(H)0.3 mol1 gmol10.3 g，m(O)2.3 g1.2 g0.3 g0.8 g，n(O)0.05 mol，所以n(C)n(H)n(O)0.1 mol0.3 mol0.05 mol261，A的实验式为C2H6O。(3)因为实验式C2H6O中氢原子数已经达到饱和，所以该有机物的实验式即为其分子式。答案(1)46(2)C2H6O(3)能C2H6O有机物分子式的确定1.有机物组成元素的推断一般来说，某有机物完全燃烧后，若产物只有CO2和H2O，其组成元素可能为C、H或C、H、O。欲判断该有机物是否含氧元素，首先应求出产物CO2中碳元素的质量及H2O中氢元素的质量，然后将C、H的质量之和与原有机物质量比较，若两者相等，则原有机物的组成中不含氧元素；否则，原有机物的组成中含氧元素。2有机物分子式的确定(2)实验式法各元素的质量分数最简式分子式。(3)商余法Mr表示烃的相对分子质量Ax余y，则烃分子式一般为CxHy。(4)方程式法利用反应物与生成物之间量的关系求分子式，如：利用官能团的数目与反应物和生成物量的关系；利用有机物燃烧通式及消耗O2的量或生成物的量通过计算确定有机物分子式。常用方程式为CxHyO2xCO2H2O；CxHyOzO2xCO2H2O。(5)通式法物质性质等有机物类别及组成通式n值分子式。(6)平均分子式法直接计算1 mol有机混合物中各元素原子的物质的量分子中各原子个数平均分子式混合物各组分的分子式。【典例1】已知某种燃料只含有碳、氢、氧三种元素。为了测定这种燃料中碳和氢两种元素的质量比，可将气态燃料放入足量的O2中燃烧，并使产生的气体全部通过如图所示装置中，得到如表中所列的实验结果(假设产生的气体完全被吸收)。实验前实验后(干燥剂U形管)的质量101.1 g102.9 g(石灰水广口瓶)的质量312.0 g314.2 g根据实验数据求：(1)实验完毕后，生成物中水的质量为_g。假设广口瓶里生成一种正盐，其质量为_g。(2)生成的水中氢元素的质量为_g。(3)生成的二氧化碳中碳元素的质量为_g。(4)该燃料中碳元素与氢元素的质量比为_。(5)已知这种燃料的每个分子中含有一个氧原子，则该燃料的分子式为_，结构简式为_。解析由题意知，燃料燃烧生成的H2O和CO2分别被干燥剂和澄清石灰水吸收，二者的增重量即为燃烧时产生的H2O和CO2的质量。(1)m(H2O)102.9 g101.1 g1.8 g，m(CO2)314.2 g312.0 g2.2 g。反应生成的正盐CaCO3的质量为m(CaCO3)100 gmol15 g。(2)m(H)2 gmol10.2 g。(3)m(C)12 gmol10.6 g。(4)m(C)m(H)0.6 g0.2 g31。(5)燃料中n(C)n(H)14，所以燃料的分子式为CH4O，结构简式为CH3OH。答案(1)1.85(2)0.2(3)0.6(4)31(5)CH4OCH3OH1某有机物的蒸气对氢气的相对密度为39。该烃中各元素的质量分数为C：92.3%，H：7.7%，则该有机物的分子式为()AC2H2BC2H4CC6H6 DC3H6CM(有机物)392 gmol178 gmol1，有机物分子中N(C)N(H)11，最简式为CH，分子式为C6H6。有机物结构的确定1.有机物结构式的确定方法(1)根据价键规律确定某些有机物根据价键规律只存在一种结构，则直接根据分子式确定其结构式。例如C2H6，只能是CH3CH3。(2)通过定性实验确定实验有机物表现的性质及相关结论官能团确定结构式。如能使溴的四氯化碳溶液褪色的有机物分子中可能含有。(3)通过定量实验确定通过定量实验确定有机物的官能团，如乙醇结构式的确定；通过定量实验确定官能团的数目，如测得1 mol某醇与足量钠反应可得到1 mol气体，则可说明醇分子中含2个OH。(4)根据实验测定的有机物的结构片段“组装”有机物实验测得的往往不是完整的有机物，这就需要我们根据有机物的结构规律，如价键规律、性质和量的规律等对其进行“组装”和“拼凑”。(5)可用红外光谱、1H核磁共振谱确定有机物的结构式。2由分子式确定有机物结构式的一般步骤【典例2】已知有机化合物A的分子式为C2H6O。根据要求回答下列问题：(1)根据价键理论，预测A的可能结构并写出结构简式：_。(2)核磁共振氢谱能对有机物分子中不同位置的氢原子给出不同的吸收峰(信号)，根据吸收峰(信号)可以确定分子中氢原子的种类和相对数目。例如ClCH2OCH3 的核磁共振氢谱图如图1所示：图1ClCH2OCH3的核磁共振氢谱图图2A的核磁共振氢谱图经测定，有机物A的核磁共振氢谱图如图2所示，则A的结构简式为_。解析(1)由A的分子式C2H6O可知A为饱和有机物，推测其结构简式为CH3CH2OH或CH3OCH3。(2)分析A的核磁共振氢谱图可知，A有3种不同类型的H原子，而CH3OCH3只有1种类型的H原子，故A的结构简式为CH3CH2OH。答案(1)CH3CH2OH、CH3OCH3(2)CH3CH2OH2已知某种有机物A的质谱图和红外光谱图如图所示：回答下列问题：(1)结合以上谱图推断：有机物A的相对分子质量为_，分子式为_，所含官能团的名称为_；有机物A的1H核磁共振谱图中有_种吸收峰，峰面积之比为_。(2)链烃B的相对分子质量比A小4，含3个甲基，并能使溴的四氯化碳溶液褪色，符合题意的B有_种。(3)链烃C是B的同系物，且其对乙烯的相对密度为3，C的1H核磁共振谱图显示：C中只含有一种氢原子。则C在一定条件下发生聚合反应的化学方程式为_。解析(1)由质谱图可确定相对分子质量为74，由红外光谱图可知含有CH3、C=O、COC等基团。可推知该物质为乙酸甲酯，分子式为C3H6O2，所以所含官能团的名称为酯基；有机物A的1H核磁共振谱图中有2种吸收峰，峰面积之比为11。(2)链烃B的相对分子质量为70，且含3个甲基，并能使溴的四氯化碳溶液褪色，则一定是2甲基2丁烯。(3)链烃C是B的同系物，说明也是烯烃；其对乙烯的相对密度为3，说明C的相对分子质量为84；C的1H核磁共振谱图显示只含有一种氢原子，则它只能是。答案(1)74C3H6O2酯基211(2)11能够推知有机化合物分子中有几种不同化学环境的氢原子以及相对数目的仪器是 ()A核磁共振仪B红外光谱仪C紫外光谱仪 D质谱仪答案A2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B甲烷C丙烷D乙烯B从图中可看出其最右边峰质荷比为16，说明该有机物相对分子质量为16，为甲烷。3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ABC DB由C、H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即可确定X的分子式。4某有机物在氧气中充分燃烧，生成的水蒸气和CO2的物质的量之比为11，由此可得出结论是()A该有机物分子中C、H、O个数比为123B分子中碳氢原子个数比为21C有机物中必定含氧D无法判断有机物中是否含有氧元素D由n(H2O)n(CO2)11，可推知n(C)n(H)12，要想判断有机物中是否含氧，应知道m(H2O)、m(CO2)及有机物的质量。若m(有机物)m(C)m(H)，则不含氧元素；若m(有机物)m(C)m(H)，则含氧元素。5(1)燃烧法是测定有机物组成的传统方法。有机物X由C、H、O三种元素组成，经测定其相对分子质量为90。取1.8 g X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。则有机物X的分子式为_。(2)核磁共振谱(NMR)是