2020版高中化学 教材知识详解 专题一 第二单元 科学家怎样研究有机物 苏教版选修5

2020版高中化学 教材知识详解 专题一 第二单元 科学家怎样研究有机物 苏教版选修5（B）章节详解第二单元 科学家怎样研究有机物 基础知识剖析版知识概念地图答案：1碳；氢；氧元素、氮元素、卤族元素、硫元素、磷元素；2最简式；3李比希法；碳、氢；、l、r、；卤素； C、H、O、S。4李比希；烃基；官能团。5核磁共振氢谱；红外光谱；紫外光谱。6氢原子类型；不同氢原子；7官能团；8有机物结构；9手性；对映异构；手性碳原子。10反应机理；反应历程。11自由基型链；12同位素示踪。二.教材知识详解(一)有机物组成的研究1李比希燃烧法有机化合物都含有碳元素，绝大多数含有氢元素。测定有机化合物中碳、氢元素质量分数的方法最早由李比希于1831年提出，其基本原理是利用氧化铜在高温下氧化有机物，生成二氧化碳和水，然后分别采用高氯酸镁和烧碱石棉剂吸收水和二氧化碳。根据吸收前后的质量变化获得反应生成的二氧化碳和水的质量，从而确定有机化合物中碳和氢的质量分数。2元素分析仪法无素分析仪是一种高科技电子产品，它的作用是用来进行定性和定量分析，其工作原理是在不断通入氧气的条件下，使样品充分燃烧，然后利用该仪器对燃烧产物进行自动分析。该方法样品用量少，分析样品为易挥发物或难溶物，可同时对碳、氢、氧、氮、硫、氯、溴等多种元素进行分析。3钠熔法作用：定性确定有机物中是否存在氮、硫和卤素。原理：将有物机样品与钠混合熔融，氮元素变成NaCN，硫元素变成Na2S，氯元素变成NaCl，溴元素变成NaBr，再用无机定性分析法测定，即可确定有机物中是否存在氮、硫、氯、溴等元素。4、铜丝燃烧法作用：定性确定有机物中是否含有卤素。原理：将一根纯铜丝加热至红热，蘸取有机样品，放在火焰上灼烧。如果火焰为绿色，证明有机物中存在卤素。5、质谱法（MS）作用：测定有机物分子的相对分子质量。原理：用高能电子流轰击样品，使分子失去电子变成带正电荷的碎片，在磁场的作用下，由于碎片的相对质量不同，它们到达检测器的先后也不同，其结果被记录为质数谱图。联想总结一般来说，有机物完全燃烧后，各元素对应的产物为C二氧化碳，H水。欲判断有机物中是否含氧元素：设有机物燃烧后CO2中碳元素的质量为m(C)，H2O中氢元素质量为m(H)。若：m(有机物)m(C)m(H)有机物中含有氧元素；m(有机物)=m(C)m(H)有机物中不含氧元素。 (二)有机物结构的研究1基团理论基团的概念是由德国化学家李比希提出来的。基团理论的提出使人们在研究有机化合物时首先研究其所具有的基团，有机物中的“基团”包含两类，一类是烃基，另一类是官能团。烃分子失去一个或几个氢原子所剩余的部分叫烃基，一般用R表示，如CH3（甲基）、CH2CH3（乙基）等。官能团决定着有机化合物的主要化学性质，是有机化学重要的分类依据。因此，基团理论对有机化学的发展起到了巨大的推动作用。易错点悟“原子团”、“根”、“基”、“官能团”这几个名词混淆，要注意区别。首先，“根”、“基”、“官能团”均属于原子或原子团，其中“根”是带电荷的原子或原子团，而“基”、“官能团”是电中性的原子或原子团，且“官能团”是特殊的“基”。其次是“根”与“基”之间存在相互的联系，如氢氧根（OH-）失去一个电子就可以转化为羟基（-OH），而羟基获得一个电子也就转化为氢氧根。2化学实验法利用化学实验进行定量定性分析的方法，如酚可以用溴水淀量测定。化学性质决定实验现象，实验现象反映的是官能团典型的化学性质。鉴定有机物分子结构的物理方法有机化学研究的一项重要工作就是确定有机化合物的分子结构。确定分子结构有化学方法与物理方法，化学方法是利用有机物官能团的特征反应，以确定该化合物所含官能团，还可以利用化学反应进行衍生化，通过确定衍生物的结构进一步推断原分子的结构。化学方法比较麻烦、耗时、消耗样品较多。而现代物理方法因所需样品量少、速度快、准确，甚至可以确定分子的三维空间结构，而显出较大的优越性，是化学方法所不能比拟的。3质谱分析法简介质谱分析法是一种通过测量化学物质分子或分子碎片的质量进行分析的方法，所用的仪器称为质谱仪，所得的谱图称为质谱图。由于质谱法能够提供被测物质分子或分子碎片的质量信息，所以它不但能够给出被测物质的相对分子质量，还通过分子碎片的质量信息，推测分子的结构。图 质谱仪工作原理示意图质谱仪的工作原理并不复杂。试样分子由探头进入高度真空的电离室后，在电子束的轰击下，分子失去电子（通常是1个电子）变为正离子，同时也有一部分分子中的共价键被打断，变成若干碎片（包括不带电荷的自由基和带正电的正离子）。它们经过外磁场加速后，经由飞行管道通过狭缝进入离子捕集器。质点的飞行轨迹与其m/z（质荷比，通常z=+1）有关，也可以简单地认为与质点的质量直接相关。通过改变外磁场的强度，可以精密地控制正电荷质点的飞行轨迹，从而能够严格地控制通过狭缝并到达捕集器的质点质量。质点数则以信号强度的方式记录下来。通过逐步改变外磁场，就可以改变进入捕集器的质点的质量。并以谱图形式得到所有质点的质量和它们在体系中所占据比重的信息。纯净化学物质分子的相对质量信息(m/z)可以从谱图的最右方（即m/z值最大者）找到。大量已知化合物的质谱已编成数据库，并已赋予计算机辅助查对的功能，从而使得质谱分析方法成为一种方便而可靠的仪器分析方法。下图为丙酸甲酯的质谱图。A、B、C、D、E等峰中，E为分子离子峰，由此可知，丙酸甲酯分子的相对分子质量为88。其他的峰为碎片离子峰，它们附近的强度很小的离子峰和样品分子中所包含的同位素（如13C、18O）有关，它们的强度由样品分子中的同位素丰度所决定。图 丙酸甲酯的质谱图和主要碎片的归属4红外光谱在鉴定有机化合物结构的工作中，红外光谱是一种重要的手段，它可以确定有机化合物中存在何种官能团，也可以用来推测物质的纯度。分子中的原子总是处在不断地振动中，包括伸缩振动与弯曲振动，这两种振动的频率正好位于红外区。当一束红外光通过有机物时，只有那些偶极矩发生变化的振动才能吸收红外光，产生振动能级跃迁。例如，结构对称的乙炔及2-丁炔等中的碳碳三键就没有共振吸收。与分子中化学键振动频率相同的红外光引起共振吸收后，在红外光谱仪的记录仪上便可以看到共振吸收峰，吸收峰的频率与化学键的强度及成键原子的质量有关。化学键越强，成键原子的质量越小，吸收峰的频率就越高，例如OH键、NH键与CH键的伸缩振动频率分别在2 5003 650 cm-1与2 8703 300 cm-1；反之，则吸收峰的频率就低，例如C=C、C=N的伸缩振动频率位于1 5901 690 cm-1范围内。红外光谱仪的结构与工作原理如下图所示：图 简易红外光谱仪的结构示意图两束相同的红外光，分别通过样品池和参比池（空白或纯溶剂）后，经由旋转分隔器使它们交替通过，先后进入单色器。单色器将入射光按频率展开，使探测器能够检测到按照频率高低顺序透射过样品池和参比池的红外光的强度。然后将它们在同一频率下的透射强度之差作为信号传递给记录仪。记录仪以波数（cm-1）或以波长（m）为横轴，透射率（T%）为纵轴，同步地将所获得的信号记录下来，便成为与样品相对应的红外光谱。大多数已知化合物的红外谱图已建成数据库，通过对比便可以得到确认。使用红外光谱仪测定的样品可以是固体、液体或溶液。图 乙醇红外光谱图图 丙酮的红外光谱图图 乙酸的红外光谱图图 乙酸乙酯的红外光谱图5核磁共振氢谱核磁共振谱学是一门发展极为迅速的科学。因为质量数为奇数的原子核，如1H、13C、15N、19F和31P的核自旋所产生的弱磁场，在强外磁场中可以对某个特定频率的电磁波发生共振吸收，吸收频率和吸收强度可以提供分子结构的重要信息，从而发展成为核磁共振谱学。在所有的核中，以1H的核磁矩最大，吸收信号最强。1H的天然丰度很大，又是有机物的重要元素组分，而且12C和16O恰好核质量数为偶数，没有磁矩，所以1HNMR（质子核磁共振谱或核磁共振氢谱）已经成为测定有机分子结构时所不可或缺的一种技术，并在医学诊断技术中获得应用。简易核磁共振谱仪的结构如下图： (三) 有机化学反应的研究1有机化学反应的研究内容对有机化学反应的研究首先是研究已知有机物的结构、性质、用途等方面，进而研究能与哪些物质反应，经历了哪些具体反应过程，需要什么样的反应条件，受到了哪些内外因素的影响等。所有这些研究还有另外一个目的，就是如何利用已知有机物和已有条件合成我们想需的新的有机物。2同位素示踪法同位素示踪法是利用放射性核素作为示踪剂对研究对象进行标记的微量分析方法。许多有机反应不是一步完成的，即使有的有机反应是一步完成的，也可能存在不同的断键方式，而同位素原子的化学性质基本相同、物理性质不同，据此差异通过实验方法，检测出有机反应物中某原子团上一种特殊同位素在哪种产物中，从而确定反应的具体历程。例如，用同位素示踪法研究乙酸乙酯的水解反应机理。把乙酸乙酯与H218O混合后，加入稀硫酸作催化剂，在加热条件下发生水解反应：根据18O在反应产物中位置可以确定乙酸乙酯中CO键断裂。3有机反应机理反应机理又称反应历程，是指在化学反应过程中从反应物变为生成物所经历的具体途径。研究有机物的反应必须研究其反应历程。因为有机反应主要是涉及共价键的断裂和新键的形成，而且在有机反应中，常伴有一系列的中间过程，在这些中间过程中，必然会出现各种各样的不稳定的中间产物，这些中间产物又各有不同的反应活性，故称为活性中间体。例如，甲烷与氯气反应机理就是氯气在光照或加热条件下形成氯原子，即氯自由基(Cl)；氯自由基与甲烷分子发生碰撞进，从甲烷分子中夺取一个氢原子，生成氯化氢分子，甲烷则转变为甲基自由基(CH3)；甲基自由基与氯气分子发生碰撞时，从氯气分子中夺取一个氯原子，生成一氯甲烷分子，氯气则转变为氯自由基(Cl)；反应依次类推。此反应的机理可用下式表示：链引发阶段：ClCl Cl + Cl，Cl + HCH3HCl + CH3链传递阶段：ClCl + CH3 CH3Cl + Cl CH2 Cl +HCl链终止阶段：Cl + Cl ClCl ，Cl + CH3 CH3Cl上述反应也称为自由基反应，其表现在反应速率快，副产物多，不易控制。方法技巧1有机物化学式的确定步骤：2研究有机物的一般步骤： 巩固延伸提高版一.经典基础例题例1.下列有关基团的说法正确的是( )A有机物分子中的基团在反应中只能取代，不能发生其他变化B不同的基团可能具有相同的性质C性质不同的基团，它们的结构一定不同D“基团理论”的提出者是德国的化学家维勒解析：有机物分子中的基团不仅可以被取代，而且可能被氧化，如CH2OH可氧化成CHO，也可以加成，如CHO可与氢气加成CHO，A项不正确；不同的基团性质不同，B项错；“基团理论”的提出者是德国的化学家李比希，D项错。答案：C。点拨：有机物中的“基团”包含两类，一类是烃基，另一类是官能团。“官能团”是指决定化合物化学特性的原子或原子团。例2 .某有机化合物的核磁共振氢谱中有6个特征峰，则该有机化合物可能是( )ACH3CH2OH B C D解析：核磁共振氢谱中有6个特征峰，说明分子中有6种化学环境不同的氢原子。A项中6个氢原子分为3种；B项中氢原子的化学环境分为4种；C项中氢原子的化学环境分为4种；D项中羟基碳邻位碳上的氢相同，间位碳上的氢也相同，氢原子的化学环境为6种，D项正确。答案：D。点拨：氢核磁共振谱是根据不同化学环境的氢原子在氢核磁共振谱中给出的信号不同来确定有机物分子中的不同的氢原子，特征峰数即为分子中等效氢原子数。例3.有机物A由碳、氢、氧三种元素组成。现取2.3 g A与2.8 L氧气（标准状况）在密闭容器中燃烧，燃烧后生成二氧化碳、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，浓硫酸增重2.7 g，碱石灰增重2.2 g。回答下列问题：2.3 g A中所含氢原子、碳原子的物质的量各是多少?通过计算确定该有机物的分子式。（写出计算过程）解析：2.3gA中含H物质的量为：=0.3mol；由质量守恒定律可知：m有机物 + mO2 = m(CO2) + m(CO) + (H2O)，即：2.3g+32g/mol=2.2g + m(CO) + 2.7g，得m(CO)=1.4g，2.3gA中含C物质的量为+= 0.1mol。2.3g有机物质中含O物质的量=0.05mol，该有机物中C、H、O原子个数比为：2:6:1，化学式为：C2H6O。 答案：0.3mol；0.1mol；C2H6O。点拨：有机物通常燃烧产物为二氧化碳和水，但此题产物为CO、CO2和H2O，唯有认真审题，理清题意，方可去伪存真，获得正确结果。二、方法技巧例题方法一：燃烧法确定有机物中是否含有氧元素一般来说，有机物完全燃烧后，各元素对应的产物为CCO2，HH2O。若有机物完全燃烧后的产物只有CO2和H2O，则其组成的元素可能为C、H或C、H、O。欲判断该有机物是否含有氧元素，首先应求出产物中CO2中的碳元素质量及H2O中的氢元素的质量，然后将这两种元素的质量相加，再和原有机物的质量进行比较，若相等，则原有机物中不含氧元素，若不相等则原有机物中必定含有氧元素。例4.有机物A是一种基础的有机化工原料和优质燃料。某兴趣小组通过李比希法定量分析有机物中的元素。现取一定质量的A与11.2 L氧气（标准状况）在密闭容器中完全燃烧，燃烧后的生成物只有二氧化碳和水蒸气。将反应生成的气体依次通过浓硫酸和碱石灰，浓硫酸增重7.2g，碱石灰增重8.8 g；最后剩余气体4.48L（标准状况）。试通过计算确定：有机物A中是否含有氧元素？有机物A的结构简式是什么？解析：n(C)n(CO2)0.2mol，n(H)2n(H2O)20.8 mol；产物中氧元素的总质量：m(O)（0.2mol20.4mol）16gmol112.8g。参加反应的氧气的质量：m(O2)32gmol19.6g12.8g，故有机物A中含有氧元素。m(C)m(H)0.2mol12gmol10.8 mol1gmol13.2g，m(O)7.2g8.8 g 3.2g9.6g3.2g，n(O)0.2mol，有机物A的分子式为CH4O，结构简式为CH3OH。答案：有；CH3OH。点拨：若：m(有机物)m(C)m(H)有机物中含有氧元素，m(有机物)=m(C)m(H)有机物中不含氧元素。 例5.0.2 mol有机物和0.4 mol O2在密闭容器中燃烧后的产物为CO2、CO和H2O（g）。产物经过浓硫酸后，浓硫酸的质量增加10.8 g；再通过灼热CuO充分反应后，固体质量减轻3.2 g；最后气体再通过碱石灰被完全吸收，碱石灰质量增加17.6 g。判断该有机物的化学式。解析：本题是根据燃烧产物确定有机物分子式的典型例题。可先确定分子式，再根据与金属钠反应的化学性质，确定其结构简式。 由题意知：被浓H2SO4吸收的水蒸气n(H2O)=0.6 mol CO + CuOCu + CO2 减轻m1 mol 80 g 64 g 1 mol m=16 gn(CO)=0.2 mol n(CO2)=0.2 mol3.2 g则0.2 mol A与0.4 mol O2反应生成0.6 mol H2O、0.2 mol CO和0.2 mol CO2。即1 mol A消耗2 mol O2生成3 mol H2O、1 mol CO和1 mol CO2。根据质量守恒定律得A的分子式为C2H6O2。其相对分子质量为62。答案：C2H6O2点拨：若已知有机物的元素组成，则可直接设1个分子中所含各元素原子的个数分别为x、y、z，即设出有机物的分子式。如有机物中含有C、H或C、H、O元素的时候可以假设该有机物的分子式为CxHyOz，根据题设条件列方程组解得x、y、z，即可求出该有机物的分子式（当z=0的时候该有机物不含氧，否则含有氧元素）。方法二：测定有机物的结构题干要求或物质性质确定类别及组成通式分子式。测定有机物的结构，关键步骤是判定有机物的不饱和度及其典型化学性质，进而确定有机物所含的官能团及其所处的位置。例6. 质子核磁共振谱（PMR）是研究有机物结构的有力手段之一，在所研究的化合物分子中，每一结构中的各类氢原子在PMR谱中都给出了相应的峰（信号）。谱中峰的强度与结构中的H原子数成正比。例如：乙醛的结构式为CH3CHO，其PMR谱中有两个信号，强度之比为31，分子式为C3H6O2的二元混合物，如果在PMR谱上观察到氢原子给出的峰有两种情况。第一种情况峰给出的强度为33，第二种情况峰的强度为321。由此推断该混合物的组成可能是（写结构简式） 。解析：本题属信息给予题，需先仔细读懂题目所给信息。在判断结构简式时，有两种思路：C3H6O2符合通式CnH2nO2，将符合该通式的常见有机物种类都列出，有羧酸、酯、羟醛、羟酮等。即C3H6O2可能是CH3CH2COOH、CH3COOCH3或HCOOCH2CH3、再与题中所给峰强度对照，即可得答案。从题中所给峰强度入手：33，则分子中必含两个CH3，要想分子式仍为C3H6O2，结构简式必为；321，则分子中必含CH3一个；CH2一个；和OH各一个，或一个COOH，或CHO、OH各一个。将三部分连结成分子，进行可能的组合，即得CH3CH2COOH、CH3CH2OOCH、 。两种思路，分别代表正逆向思维。这种思维方法在化学中常遇到。答案：CH3COOCH3和CH3CH2COOH、CH3COOCH3和HCOOCH2CH3或CH3COOCH3和CH3COCH2OH.点拨：利用红外光谱可测聪知有机物中含有的键的用核磁共振氢谱可知有机物，6种H的种类，二者结合可推測有机物的结构。三.发散创新例题（一）综合应用题例7.要确定乙酸乙酯与H218O反应后18O在乙酸中，可采取的方法是( )A用所得乙酸与大理石反应 B.测定产物中乙酸的物质的量C测定产物乙酸的相对分子质量 D.试验乙酸能否再与乙醇发生酯化反应解析：同位素化学性质相似，不论乙酸中是否有18O，它都能与大理石反应，都能与乙醇发生酯化反应，A、D项不正确。乙酸乙酯完全水解产生乙酸的物质的量的多少与乙酸分子中是否有18O无关，但产生的乙酸的相对分子质量与是否含18O有关，因为CH3CO18OH的相对分子质量比CH3COOH大，故测定产物乙酸的相对分子质量可推出18O存在于什么物质中。 答案：C。 点拨：关键在于掌握乙酸乙酯的水解反应机理。把乙酸乙酯与H218O混合后，加入稀硫酸作催化剂，在加热条件下发生水解反应：根据18O在反应产物中位置可以确定乙酸乙酯中CO键断裂。例8. 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（109g）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。设H+的质荷比为，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乙烯解析：谱图中的质荷比最大是16，也就是未知物的相对分子质量为16。故为B。答案：B。点拨：本题要求会读质谱图，知道用质谱法可以测定有机物分子的相对分子质量。观察未知物的质谱图，图中最右边的峰就是荷质比最大的峰，表示碎片的相对分子质量。（二）创新探究题例9. 2002年诺贝尔化学奖的一半奖金授予了瑞士科学家库尔特维特里希，以表彰他“发明了利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法”。核磁共振技术是利用核磁共振谱来测定有机化合物结构，最有实用价值的就是氢谱，常用HNMR表示，如：乙醚分子中有两种氢原子，其HNMR谱中有两个共振峰，两个共振峰的面积比为3：2，而乙醇分子中有三种氢，HNMR谱中有三个峰，三个共振峰之间的面积比为3：2：1。请写出分子式C4H8在HNMR谱中两个峰面种为3:1的化合物的结构简式_ _。C4H10的HNMR谱有两种，其中作液体打火机燃料的C4H10的HNMR谱的两个峰的面积比为_，结构简式_；其同分异构体的两个峰的面种比为_，结构简式为_。解析：题示信息“乙醚分子中有两种氢原子，其HNMR谱中有两个共振峰，两个共振峰的面积比为3：2，而乙醇分子中有三种氢，HNMR谱中有三个峰，三个共振峰之间的面积比为3：2：1”中可得出两个结论：一是有机分子中氢原子和种类数跟HNMR中共振峰个数相等；二是共振峰的面积比与有机分子中各类氢原子个数有关，如乙醚分子（CH3CH2OCH2CH3）中，两类氢原子的个数比为3：2，所以两个共振峰的面积之比为3:2。分子式为C4H8的同分异构体有CH3CH2CH=CH2、CH3CH=CHCH3、CH2=C(CH3)2等，还有环丁烷、甲基环内烷等环烷烃。符合“两种氢原子（两个峰）”、“两类氢原子个数为3：1（共振峰面积之比为3:1）”这两项条件的只有CH3CH=CHCH3、CH2=C(CH3)2。作液体打火机燃料是正丁烷，正丁烷分子中有两类氢原子，个数比为3：2。答案：CH3CH=CHCH3、CH2=C(CH3)2。3：2；CH3CH2CH2CH3；9：1；CH3CH(CH3)2。点拨：核磁共振氢谱的吸收峰的数目为氢原子类型的数目，吸收峰的面积之比为不同氢原子的数目之比。例10.如图所示，乙酸跟乙醇在浓硫酸存在并加热的条件下发生酯化反应（反应A），其逆反应是水解反应（反应B）。反应可能经历了生成中间体（）这一步。如果将反应按加成、消去、取代反应分类，则AF六个反应中（将字母代号填入下列横线上），属于取代反应的是 ；属于加成反应的是 ；属于消去反应的是 。如果将原料C2H5OH中的氧原子用18O标记，则生成物乙酸乙酯中是否有18O？如果将原料中羰基（）或羟基中的氧原子用18O标记，则生成物H2O中氧原子是否含有18O？试简述你作此判断的理由。解析：加成反应是指有机物分子里不饱和的碳原子跟其客观存在原子或原子团直接结合生成别的物质的反应；消去反应是指有机化合物在适当的条件下，从一个分子中脱去一个小分子而生成不饱和(双键或叁键)化合物的反应；取代反应是指有机物分子里的某些原子或原子团被其他原子或原子团所代替的反应。酯化反应属于取代反应，其逆反应也是取代反应；从乙酸到中间体（）的反应是加成反应，自然其逆反应为消去反应；从中间体（）到酯的反应分子内脱水是消去反应，其逆反应是加成反应。 (2)如果原料C2H5OH中的氧原子用18O标记，根据酯化反应的机理，18O在酯中而不在水中；如果原料乙酸中羰基或羟基中的氧原子用18O标记，根据酯化反应中羧酸提供羟基，18O会在水中出现。答案：(1)A、B C、F D、E；(2)不会有，酯化反应的机理是羧酸脱羟基醇去氢；会，根据酯化反应中羧酸提供羟基，18O会在水中出现。点拨：要抓住加成反应、消去反应和取代反应的含义，以此为依据进行判断。反应历程对反应产物起决定作用，通过对酯化反应机理的认识，可以加深对化学反应实质的理解。例11. 化学上常用燃烧法确定有机物的组成，这种方法是在电炉加热时用纯氧气氧化管内样品，根据产物的质量确定有机物的组成，下图装置是用燃烧法确定有机物分子式常用的装置。试回答下列问题：产生的氧气按从左到右流向，所选装置各导管的连接顺序是_。C装置中浓硫酸的作用是_。D装置中nO2的作用是 。燃烧管中CuO的作用是 。若准确称取0.90 g样品(只含C、H、O三种元素中的两种或三种)，经充分燃烧后，A管质量增加1.32g，B管质量增加0.54g，则该有机物的最简式为 。要确定该有机物的分子式，还要 。解析：据题意：“采用电炉高温加热并用纯氧气氧化管内待测样品，根据燃烧产物的种类和质量确定有机物的组成”。因此可测量为生成物即二氧化碳和水的质量。根据实验指定的测量原理和实验可测量可知：装置D的作用在于产生氧气，结合装置特点，可以确定实验中用双氧水和二氧化锰作用得到氧气。由于在氧气产生的同时，会有水蒸气导出而对实验结果有影响，因此必须干燥（可用采用A或B或C）装置；经干燥后的氧气进入装置E发生氧化反应，得到反应产物二氧化碳和水；由于实验需要测定的可测量是二氧化碳和水质量，因此可依次采用B（或C）、A装置来吸收。由于液体的质量会给称量带来不便，因此吸收水的装置宜用B。因此，实验装置的连接顺序为：g-f-e-i-j-c-d-a-b。为避免空气中的水和二氧化碳对实验产生的影响，因此必须在装置A的后面再接一个装置A。明确上述装置连接顺序和作用，很容易根据数据推断出有机物的最简式。知道了最简式，要求分子式，必须知道有机物的相对分子质量。答案：g、f、e、h、i、c、d（d、c）、a、b（b、a）；吸收水分，得干燥纯净的氧气。催化剂，加快产生氧气的速率。使有机物更充分氧化生成二氧化碳和水。CH2O；测出有机物的分子量。点拨：测定化学式的方法一般是：先测定有机物的最简式，然后再测定有机物的相对分子质量，进而得到化学式。定量实验设计就是要通过一定实验步骤和方法，在测定有关量的基础上实现实验目的，要采用何样的方法和设计哪些实验步骤，关键在与明确实验中必须测量的可测量。（三）高考能力题例12.（2020江苏卷）阿魏酸在食品、医药等方面有着广泛用途。一种合成阿魏酸的反应可表示为（ ）下列说法正确的是A.可用酸性 W W W K S 5 U . C O M溶液检测上述反应是否有阿魏酸生成B.香兰素、阿魏酸均可与、溶液反应C.通常条件下，香兰素、阿魏酸都能发生取代、加成、消去反应D.与香兰素互为同分异构体，分子中有4种不同化学环境的氢，且能发生银镜反应的酚类化合物共有2种解析：本题主要考查的是有机物的结构与性质。A项，能使酸性高锰酸钾溶液褪色的不仅有碳碳双键，酚羟基也能使其褪色；B项，酚羟基和羟基都可以与反应；C项，它们都不能进行消去反应；D项，根据条件，其同分异构体为和综上分析可知，本题选BD项。答案：BD点拨：图谱题解题建议：首先应掌握好三种谱图的作用、读谱方法。必须尽快熟悉有机物的类别及其官能团。根据图谱获取的信息，按碳四价的原则对官能团、基团进行合理的拼接。得出结构（简）式后，再与谱图提供信息对照检查，主要为分子量、官能团、基团的类别是否吻合。例13.（2020江苏卷）某有机样品3.1g完全燃烧，燃烧后的混合物通入过量的澄清石灰水，石灰水共增重7.1g，经过滤得到10g沉淀。该有机样品可能是( )A乙二醇B乙醇 C乙醛 D甲醇和丙三醇的混合物解析：n(CaCO3)=0.1mol，m(CO2)=4.4g，m(C)=1.2g，m(H2O)=7.1g4.4g=2.7g，m(H)=0.3g，所以有机物中含氧的质量为：31g1.2g0.3g1.6g，所以n(O)=0.1mol，即n(C)n(H)n(O)0.1mol0.3mol0.1mol131，选项A中C、H、O的原子个数比为131；选项B中的原子个数比为：261；选项C中的原子个数比为：121；选项D中甲醇的原子个数比为：141，丙三醇中的原子个数比为383，其中甲醇的H原子个数大于3，而丙三醇的H原子个数小于3，满足题意要求。答案：A、D。点拨：充分燃烧只含有碳、氢、氧的一类有机物求分子式，需抓住最简式，依据比值进行分析处理。例14.（2020天津理综）写出两种同时符合下列条件的的同分异构体的结构简式：_、_。属于芳香醛；苯环上有两种不同环境的氢原子。解析：符合苯环上有两种不同环境H原子的结构对称程度应较高，有：答案：点拨：符合苯环上有两种不同环境H原子的结构对称程度应较高。 三.思维误区点击例14.下列的原子或原子团不属于官能团的是( )AOH- BBr CNO2 D正确解法：OH-是氢氧根离子而不是羟基（-OH），羟基是醇或酚的官能团，而氢氧根不是官能团；溴原子(Br)是溴代烃的官能团；硝酸(NO2)是硝基化合物的官能团，碳碳双键()是烯烃的官能团。正确答案：A。常见错解：C。错解分析：把NO2与NO2相混淆。事实上在学习过程中，很容易把“原子团”、“根”、“基”、“官能团”这几个名词混淆。实际上，基不一定是官能团，如烷烃基、苯基不属于官能团。例15. 能够快速、微量、精确地测定相对分子质量的物理方法是( )A质谱 B红外光谱 C紫外光谱 D核磁共振谱正确解法：红外光谱和紫我光谱可以判定有机物中基团种类，核磁共振谱可以用于测定有机物分子中不同化学环境的氢原子，而质谱则可以测定有机物的相对分子质量。正确答案：A。常见错解：BC。错解分析：对现代有机物结构研究方法不了解，一知半解。“练习与实践”课本第14页1.B 解析某有机物在氧气中充分燃烧，生成等物质的量的水和二氧化碳。分子中C、H的个数比为1:2.2. 解析用水，己烷比水轻，溴乙烷比水重，乙醇与水互溶。3. (1)40. 9% ;4. 55%(2)含有氧元素；根据质量分数可以判断(3)需知道维生素C的相对分子质量解析=0.008mol，=0.012mol。故碳的质量分数40.9%，氢的质量分数= 4.55% 。4(1)基团理论：不同的基团具有不同的结构和性质，人们在研究有机化合物时，首先要研究其所具有的基团，如某有机物的结构简式为：H2C=CHCH2 OH，由于其含有-C=C-，故可使溴水或KMnO4褪色，含有-OH，故可以和Na反应，可发生催化氧化反应，可与羧酸发生酯化反应等(2)同位素示踪法：如将乙酸乙酯与H218O混合后，加入硫酸作催化剂，乙酸乙酯在加热条件下将发生水解反应。下面是该反应的化学方程式：根据产物中18O的分布情况，判断出乙酸乙酯在发生水解时分子中的键发生了断裂。（3)现代物质结构分析法，经常采用核磁共振和红外光谱等方法：核磁共振的应用，以分子式为C2H6O的有机物为例分子式为C2H6O的有机物有甲醚和乙醇甲醚（CH3OCH3，）分子中的6个氢原子处于相同的化学环境在核磁共振谱中只会在一个位置上出现特征峰；乙醇（CH3CH2OH）分子中存在三种不同化学环境下的氢原子，在核磁共振谱中代表这三种氢原子的特征峰共有三组，出现在不同的位置上有机化合物的核磁共振谱反映了有机化合物的结构。对核磁共振谱的分析，有助于我们进一步认识有机物的结构。5.A解析此分子中8个氢原子共有三种不同的化学环境，在核磁共振谱中，代表三种氢原子有的特征峰共有三组。 应试必备满分版( 60分钟 100分 )A卷 基础知识强化一、选择题（40分） 1.(元素的组成)红热的铜丝醮取有机物在火焰上灼烧，火焰呈绿色，则有机物中一定含有( )A氧元素 B氮元素 C硫元素 D卤素2.（有机分子的考查）根据最新的研究结果，十二烷基硫酸钠（SLS）这种广泛存在于个人日常护理产品中的添加剂，在阴道中使用能够预防艾滋病及其他性传播疾病的传播。十二烷基硫酸钠的化学式可表示为( )AC12H25SO4Na BC12H25SO3Na CC12H25SO4Na DC12H25SO4Na3（有机物的燃烧）下列有关有机物充分燃烧所得产物的说法中，错误的是( )A燃烧产物一定能使无水硫酸铜变成蓝色B燃烧产物一定能被碱石灰完全吸收C燃烧产物中一定含有二氧化碳和水，还可能含有其他物质D燃烧产物的总质量一定大于有机物的总质量4（有机物的燃烧）验证某有机物属于烃，应完成的实验内容是( )A只测定它的C、H原子个数比B只要证明它完全燃烧后产物只有水和CO2C只测定其燃烧产物中水和CO2的物质的量之比D只测定该试样的质量及试样完全燃烧后生成CO2和水的质量5（有机物的燃烧）某有机物在氧气中充分燃烧，生成等物质的量的二氧化碳和水。则该有机物的组成必须满足的条件是( )A分子中C、H、O的个数比为1：2：3B分子中C、H的个数比为1：2C该有机物的相对分子质量为14 D该分子中肯定不含氧6（有机物的结构研究核磁共振氢谱）图甲和图乙是A、B两种物质的核磁共振氢谱。已知A、B两种物质都是烃类，都含有6个氢原子。请根据图甲和图乙两种物质的核磁共振氢谱谱图选择出可能属于图甲和图乙的两种物质是( )AA是C3H6 ；B是C6H6BA是C2H6 ；B是C3H6CA是C2H6 ；B是C6H6DA是C3H6；B是C2H67（有机物的结构研究核磁共振氢谱）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维特里希发明了“利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法”。在化学上经常使用的是氢核磁共振谱，它是根据不同化学环境的氢原子在氢核磁共振谱中给出的信号不同来确定有机物分子中的不同的氢原子。下列有机物分子在核磁共振氢谱中只给出一种信号的是( )AHCHO BCH3OH CHCOOH DCH3COOCH38. （有机物的结构研究核磁共振氢谱）核磁共振氢谱下列可表示三苯基甲基自由基的化学式是( )A B C D9.（有机化学反应的研究）向CH3COOH+CH3CH2OHCH3COOCH2CH3+H2O的平衡体系中加入H218O，过一段时间后18O( )A只存在于乙酸分子中 B只存在于乙醇分子中C乙酸和乙酸乙酯分子中 D乙醇、乙酸和乙酸乙酯分子中10（有机化学反应的研究）已知CH4与Cl2反应的产物中除CH3Cl外，还有CH2Cl2、CHCl3、CCl4，下列关生成CH2Cl2的过程中，可能出现的是( )A2Cl + CH42HCl+CH2 Cl BCH2 Cl + Cl2 CH2Cl2+ ClCCH2 Cl+ Cl CH2Cl2 DCH3Cl+HCl CH2Cl2+H2二、填空题（13分）11（有机物的结构研究核磁共振氢谱）(5分)下列两幅谱图是结构简式为CH3CH2CH2OH和CH3CH(OH)CH3的两种有机化合物的1H核磁共振谱图。请判断哪一幅是CH3CH(OH)CH3的1HNMR谱图，并说明理由。AB _ _ 12(4分)0.60g某饱和一元醇A，与足量的金属钠反应,生成氢气112mL(标准状况)。求该一元醇的分子式。将该一元醇进行1H核磁共振分析，其1HNMR谱图如下，写出A的结构简式_。13（有机物的结构研究核红外光谱）(4分)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_：三、计算题(6分)来源:Z,xx,k.Com14（有机物的结构研究）某有机物的蒸气密度是相同状况下甲烷密度的3625倍。把116g该有机物在氧气中充分燃烧，将生成的气体混合物通过足量碱石灰，碱石灰增重372g，又知生成H2O和CO2的物质的量比为1：1，试求此有机物的分子式。红外光谱和核磁共振氢谱显示该分子中含有碳碳双键和羟基（结构不稳定），试确定它的结构简式。B卷 综合能力提升15. （有机物的结构研究方法）能够快速、微量、精确地测定相对分子质最的物理方法是( )A.质谱法 B.红外光谱法 C.紫外光谱法 D.核磁共振谱法16.某化合物有碳、氢、氧三种元素组成。其红外光谱图有C-H键、O-H键、C-O键的振动吸收，该有机物的相对分子质量是60，则该有机物的结构简式是( )A.CH3CH2OCH3 B.CH3CH(OH)CH3 C.CH3CH2CH2OH D.CH3COOCH317.（有机物的结构研究核红外光谱）甲醚(CH3-O-CH3)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.利用金属钠或者金属钾 B.利用质谱法 C.利用红外光谱法 D.利用核磁共振氢谱18.（有机物的结构研究核红外光谱和同分异构）化合物A经李比希法和质谱法分析得知其相对分子质量为136，分子式C8H8O2。A的核磁共振氢谱有4个峰且面积之比为1223，A分子中只含一个苯环且苯环上只有一个取代基，其核磁共振氢谱与红外光谱如图。关于A的下列说法中，正确的是 （ ）A.A分子属于酯类化合物，在一定条件下能发生水解反应B.A在一定条件下可与4 mol H2发生加成反应C.符合题中A分子结构特征的有机物只有一种D.与A属于同类化合物的同分异构体只有2种19.（有机化合物的分子式测定）(8分)为测定一种气态烃A的分子式，取一定量的A置于密闭容器中燃烧，定性实验表明产物是CO2、CO和水蒸气。学生甲、乙设计了如下两个方案，均认为根据自己的方案能求出A的最简式。他们测得的有关数据如下(图中的箭头表示气体的流向，实验前系统内的空气已排除)：甲方案：乙方案：试回答：根据两方案，你认为能否求出A的最简式?请根据你选出的方案，通过计算求出A的最简式。若要确定A的分子式，是否还需要测定其他数据?如果需要，该测定哪些数据?实验题20（有机化合物的分子式测定）(12分)科学家们经以实验验证，发现氨基酸是生命起源的物质。实验室用燃烧法测试某种氨基酸(CxHyOzNm)的分子组成。取ng该种氨基酸放在纯氧中充分燃烧，生成CO2、H2O和N2。现按如下图所示装置进行实验(A、B、C、D、E、F为仪器编号，夹持仪器已略去)。氨基酸样品水碱石灰浓H2SO4Cu网EDA纯O2BCF 请回答下列有关问题： 实验开始时，首先要通入一段时间的氧气，其理由是： _。以上装置中需要加热的仪器有 _（填字母，下同），操作时应先点燃_处的酒精灯。A装置中发生反应的化学方程式是：_。 装置D的作用是：_。读取N2体积时，应注意： _ _；_。实验中测得N2的体积VmL（已折算为标准状况），为确定此氨基酸的分子式，还需要的有关数据有_ （用字母填空）。 A 生成二氧化碳气体的质量 B 氨基酸的相对分子质量C 通入氧气的体积 D 生成水的质量创新题21（有机物的结构研究核磁共振氢谱）(9分)某有机物的相对分子质量为70，红外光谱表征到碳碳双键和C=O的存在，1H核磁共振谱如下图（峰面积之比依次为1:1:1:3）：分析核磁共振谱图，回答下列问题：分子中共有 种化学环境不同的氢原子。该物质的分子式为 。该有机物的结构简式为 。答案与解析:A卷：1D解析用铜丝醮取待测试样，灼烧时火焰