18 19第1章第4节研究有机化合物的一般步骤和方法

1、第四节 研究有机化合物的一般步骤和方法学习目标：1.了解研究有机化合物的一般步骤和方法。2初步学会分离提纯 有机物的常规方法。（重点）3.初步了解测定元素种类、含量以及相对分子质量的 方法。（重点）4.了解确定分子式的一般方法与过程以及根据特征结构和现代物理 技术确定物质结构的方法。（难点）自主预习探新知、研究有机物的基本步骤分离、提纯纯净有机物1元素定1量分析测定相对 分子质量波谱分析实验式分子式结构式微点拨：因为有机物中普遍存在同分异构现象,所以在确定有机物的分子式第 2 页怔扫*i舉回码常用冷却或以后，还要确疋结构式。二、分离、提纯方法1. 蒸馏（1）适用范围及条件分离和提纯互相溶解的沸

2、点不同的液态有机混合物。装置注意事项：温度计水银球位于蒸馏烧瓶支管口处。 碎瓷片的作用：防止暴沸。 冷凝管中水流的方向是下口进入，上口流出。2. 重结晶原理利用有机物和杂质在同一溶剂中溶解度随温度的变化程度不同, 蒸发将有机物分离出来，是提纯固体有机物的常用方法。（2）适用条件 重结晶是提纯固体有机物的常用方法。 杂质在所选溶剂中的溶解度很大或很小，易于除去 被提纯的有机物在所选溶剂中的溶解度， 受温度的影响较大；该有机物在 热溶液中的溶解度较大，冷溶液中的溶解度较小却后易于结晶析出。(3) 实验装置与操作步骤3. 萃取(1) 萃取的分类和原理萃取包括液-液萃取和固-液萃取。 液-液萃取是利用

3、有机化合物在两种互不相溶的溶剂里的溶解性不同，将 有机化合物从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程。 固-液萃取是用有机溶剂从固体物质中溶解出有机化合物的过程，在实验 室和工厂中用专用的仪器和设备进行这一操作。(2) 萃取操作常用的玻璃仪器是分液漏斗。(3) 适用条件：有机化合物与杂质在某种溶剂中的溶解性有较大的差异 微记忆：萃取剂与原溶剂不能互溶，如一般不选用酒精作萃取剂。扫瑕上MBi回码.三、元素分析与相对分子质量的测定1. 元素分析(1) 定性分析：确定有机物分子的元素组成用化学方法鉴定有机物分子的元素组成。如燃烧后，一般C生成CO2、H生成生Q、N生成N2、S生成SO2、Cl生成HCI。(2

4、) 定量分析：确定有机物的实验式。将一定量的有机物燃烧并测定各产物的质量，从而推算出各组成元素的质量 分数，然后计算有机物分子中所含元素原子最简单的整数比，即确定其实验 (3) 定量分析法(李比希法)微点拨：若有机物中还含有氮、硫、卤素等元素，应采取其他方法进行定量 分析2 相对分子质量的测定 质谱法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、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的不同而先后有别，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

5、就表示了样品分子的相对分子质量。例如，由图可知，样品分子的相对分子质量为 46。四、分子结构的鉴定1. 红外光谱(1) 作用：初步判断某有机物中含有何种化学键和官能团(2) 原理：不同的化学键或官能团吸收频率不同，在红外光谱图上将处于不 同的位置。2. 核磁共振氢谱(1) 作用：测定有机物分子中氢原子的种类和数目。(2) 原理：处在不同化学环境中的氢原子因产生共振时吸收电磁波的频率不同，在谱图上出现的位置也不同，而且吸收峰的面积与氢原子数成正比。(3) 分析：吸收峰数目二氢原子种类，吸收峰面积比二氢原子数之比。微记忆：有机化合物分子中相同的基团(如一CH3)，由于所处的化学环境不同，在核磁共振

6、氢谱中有不同的吸收峰3口比CHCHgCHg有两种ch3CH3吸收峰。基础自测1. 判断正误(正确的打“V”，错误的打“X”)分离和提纯都只利用物质的物理性质，不利用物质的化学性质。()(2) 燃烧后只产生CO2和出0的物质不一定只含有碳、氢两种元素。()(3) 核磁共振氢谱中，有几个吸收峰就说明有几个氢原子。()(4) 有机化合物中，连在同一个碳原子上的氢原子在核磁共振氢谱中是一个吸收峰。()(5) 从乙酸乙酯和乙酸的混合物中提纯乙酸乙酯，采用蒸馏法。()【答案】 (1)X V (3)X V (5) X第3页2下列有关实验原理或操作正确的是（）A 分离CCI4和水B. 洗涤沉淀时，向漏斗中加适

7、量水，搅拌并滤干C 液体分层，下层呈无色D.除去氯气中的少量氯化氢A3如图是某有机物核磁共振氢谱图，则该有机物的结构简式是（）【导学号：40892034】A. CH3CH2CH3B . CH3CH=CHCH3C. CH3COOCH2CH3D. CH3CHOHCH3C 由核磁共振氢谱图可知该有机物分子中有三种不同化学环境的氢原子，且个数比为3 : 3 : 2,只有C项符合题意。合作探究攻重难1揖葺应L|有机物的分离和提纯典例1现有一瓶乙二醇和丙三醇的混合液，已知它们的性质如下表:物质分子式熔点厂c沸点/c密度g cm3溶解性乙二醇C2H6O211.51981.11易溶于水和乙醇丙三醇C3H8O3

8、17.92901.26与水和乙醇任意比互溶据此，将乙二醇和丙三醇分离的最佳方法是（）A .萃取B .升华C.蒸馏D .蒸发C 两者均属于醇类，相互混溶。从表中可知两者的沸点相差较大， 故可用 蒸馏法将其分离。方法目的主要仪器实例蒸馏分离、提纯沸点相差很大蒸馏烧瓶、冷分离乙酸和乙醇的液态混合物凝管萃取将有机物从一种溶剂转移到另一种溶剂分液漏斗用四氯化碳将碘水中的碘提取出来分液分离互不相溶的液态混合 物分液漏斗分离汽油和水重结晶利用温度对溶解度的影响提纯有机物烧杯、酒精灯、蒸发皿、漏斗提纯苯甲酸洗气分离提纯气体混合物洗气瓶除去甲烷中的乙烯对点训练1 除去下列括号内的杂质通常采用的方法是什么？将答案

9、填在横线上。(1) H20(NaCI、MgCl2)。(2) CH3OH(H 2O)。 lTBr (Br2)。V【解析】蒸馏是根据液体的热稳定性及与杂质(可以是液体也可以是固体)的沸点差别大小(一般约相差30 C),来提纯液态物质；重结晶用于固体的分离。【答案】(1)蒸馏(2)蒸馏(可加入生石灰后再蒸馏)(3)重结晶(4)碱洗分液(常选用NaOH溶液做碱洗液)1 有机物的分离是通过物理或化学方法将混合物分开，其目的是得到混合物中的每一种纯净物质。而有机物的提纯是将被提纯物质中的杂质除去，其目的是净化主体物质，不考虑提纯后杂质的化学成分和物理状态的改变，两种方法的 要求是不同的。2萃取和分液是两个

10、不同的概念，分液可以单独进行，但萃取之后一般要 进行分液。3 用蒸馏的方法分离两种液态有机混合物时，要求两种有机物的沸点一般 相差30 C以上。1挥充亞到有机物分子式的确定背景材料已知某有机物的质谱图如下：思考交流结合上述质谱图，思考下列问题：(1) 怎样根据质谱图确定有机物的相对分子质量？(2) 该有机物的相对分子质量是多少？(3) 知道了有机物的相对分子质量，能直接确定该有机物的分子式吗？【提示】(1)依据质谱图可知，最大的质荷比即为该有机物的相对分子质 量。(2) 该有机物的相对分子质量是46。(3) 确定有机物的分子式的方法一般需要两个条件：相对分子质量和最简式(或分子中各元素原子个数

11、比)。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H20，其组成元素可能为C、H或C、H、0。欲判断该有机物分子是否含氧元素，首先应求出产物 C02中碳元素的质量及H20中氢元素的质量，然后将C、H的质量之和与原来有 机物质量比较，若两者相等，则原有机物分子的组成中不含氧元素；否则，原有 机物分子的组成中含氧元素。2. 确定分子式的方法(1)直接法有机物的密度(或相对密度)-摩尔质量-1 mol有机物中各原子的物质的量 f分子式。(2)最简式法各元素的质量分数一最简式摩尔质量分子式(3) 余数法用烃的相对分子质量除以14,看商数和余数余2为烷烃Mr CxHy M M

12、r(CH2 厂 14M除尽为烯烃或环烷烃差2为炔烃或二烯烃差6为苯或苯的同系物其中商数A为烃中的碳原子数，此法适用于具有特定通式的烃(如烷烃、烯烃、炔烃、苯和苯的同系物等)。(4) 化学方程式法利用有机反应中反应物、生成物之间“量”的关系求分子式的方法。在有机 化学中，常利用有机物燃烧等方程式对分子式进行求解。常用的化学方程式有：CxHy+ (x+ 4)02 摩燃 xCO2 + 与出0y z 占燃yCxHyOz+ (x+ 4-2)02xC02+2出0对点训练2. 某有机物在空气中完全燃烧时，生成水和二氧化碳的分子数之比为 2： 1, 则该物质可能是()【导学号：40892035】 CH4 C2

13、H4 C2H5OH CH30HA B C D B 该物质完全燃烧生成水和二氧化碳的分子数之比为2 ：，即N(H20):N(C02)= 2 ： 1,则该物质中N(H) ：N(C) = 4 1,分子式满足N(C) ：N(H) = 1 4的有CH4、CH3OH 0 1挥瓷血刮有机物结构式的确定典例2化合物A的相对分子质量为136,分子式为C8H8O2O A分子中只 含一个苯环且苯环上只有一个取代基， 其红外光谱和核磁共振氢谱如图所示。 下 列关于化合物A的说法中不正确的是( )A 化合物A属于酯类化合物，在一定条件下能发生水解反应B. 化合物A在一定条件下可与3 mol H2发生加成反应C. 符合题

14、中化合物A分子结构特征的有机物有1种D. 与化合物A含有相同官能团的同分异构体只有 2种D 苯环上只有一个取代基，则苯环上有三种氢原子，苯基(C6H5)的相对分子质量是77,则取代基的相对分子质量是 59,对照核磁共振氢谱可知，取代基上的氢原子是等效的，对照红外光谱可判断，A的结构简式是 ，故A、B、C项均正确。与A含有相同官能团的同分异第 10 页，共5种，故D项OII()cH 、 H3C错误。有机物结构式的确定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f有机物表现的性质及相关结论 f

15、确定官能团f确定结构式。例如：能/使溴的四氯化碳溶液褪色的有机物分子中可能含有： = .，不能使溴的四氯/化碳溶液褪色却能使酸性高锰酸钾溶液褪色的可能是苯的同系物等。3. 通过定量实验确定(1) 通过定量实验确定有机物的官能团，如乙醇结构式的确定；(2) 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，则可说明该醇分子中含 2个一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 律等来对其进行 组装”和 拼凑”5. 可用红外光谱、核磁共振氢谱确定有机物中的官能团

16、和各类氢原子数目， 确定结构式。对点训练3. 为了测定某有机物A的结构，做如下实验： 将2.3 g该有机物完全燃烧，生成 0.1 mol CO2和2.7 g H2O; 用质谱仪测定其相对分子质量，得如图一所示的质谱图； 用核磁共振仪处理该化合物，得到如图二所示图谱，图中三个峰的面积之比是1 : 2 : 3试回答下列问题：【导学号：40892036】图一图二(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的实验式确实A的分子式(填“能”或“不能”)；若能，则A的分子式是若不能，则此空不填)。(4) 写出有机物 A的结构简式。【解析】(1)在A的质谱图中，最大质荷比

17、是46,所以其相对分子质量是46。在 2.3 g该有机物中，n(C)= 0.1 mol, m(C) = 1.2 g,Q -7 p.n(H)= 亠鸟 ?x2= 0.3 mol,18 g mol -m(H) = 0.3 g，m(O) = 2.3 g-1.2 g-0.3 g= 0.8 g,n(O)=089 1 = 0.05 mol，所以 n(C) : n(H) : n(O) = 0.1 mol 0.3 mol 0.0516 g mol-mol = 2 6 1, A的实验式是 C2H6O。(3) 因为实验式是C2H6O的有机物中，氢原子数已经达到饱和，所以其实验 式即为分子式。(4) A有如下两种可能

18、的结构：CH3OCH3或CH3CH2OH。若为前者，则在核 磁共振氢谱中应只有一个峰；若为后者，则在核磁共振氢谱中应有三个峰， 而且 三个峰的面积之比是1 2 3。后者符合，所以A为乙醇。【答案】(1)46 (2)C2H6O (3)能 C2H6O (4)CH3CH2OH第10页当堂达标固双基1 研究有机物一般经过以下几个基本步骤：分离、提纯一确定实验式一确定分子式一确定结构式，以下用于研究有机物的方法错误的是（）A 蒸馏常用于分离提纯液态有机混合物B. 燃烧法是研究确定有机物成分的有效方法C 核磁共振氢谱通常用于分析有机物的相对分子质量D对有机物分子红外光谱图的研究有助于确定有机物分子中的官能

19、团C 核磁共振氢谱确定的是等效氢的种类和数量。 2下列实验方案不合理的是 （）【导学号： 40892037】A .用饱和Na2CO3溶液除去乙酸乙酯中混有的乙酸等B 分离苯和硝基苯的混合物，可用蒸馏法C. 可用苯将溴从溴苯中萃取出来D. 可用水来鉴别苯、乙醇、四氯化碳C 因乙酸乙酯在饱和 Na2CO3 溶液中的溶解度很小，且乙酸易溶于饱和Na2CO3溶液，因此可用饱和Na2CO3溶液来除去乙酸乙酯中混有的乙酸等杂质； 苯与硝基苯的沸点相差较大， 可用蒸馏法将两者分离开来； 溴易溶于溴苯， 也易 溶于苯，因此不能用苯作萃取剂将溴从溴苯中除去；苯不溶于水。加入水时，液 体分为两层，上层为苯 （油状

20、液体 ），下层为水，乙醇与水混合时不分层，四氯化 碳不溶于水，加水混合时，液体也分为两层。上层为水，下层为四氯化碳（油状液体），因此可用水来鉴别苯、乙醇、四氯化碳。 3. 核磁共振氢谱是指有机物分子中的氢原子核所处的化学环境 （即其附近的 基团 ）不同，表现出的核磁性就不同，代表核磁性特征的峰在核磁共振图中坐标 的位置（化学位移，符号为 S也就不同。现有一物质的核磁共振氢谱如图所示。 则可能是下列物质中的 （）A. CH3CH2CH3B. CH3CH2CH2OHC. ci I . IIch3D. CH3CH2CHOB 由核磁共振氢谱的定义可知，在氢谱图中从峰的个数即可推知有几种不 同化学环境的

21、氢原子，从上图中可知有4种不同化学环境的氢原子。分析选项可 得A项是2种，B项是4种，C项是2种，D项是3种。4 下列实验操作中错误的是 （）A 分液时，分液漏斗中下层液体从下口放出，上层液体从上口倒出B.蒸馏时，应使温度计水银球靠近蒸馏烧瓶支管口处C 可用酒精萃取碘水中的碘D. 称量时，称量物放在称量纸上，置于托盘天平的左盘，砝码放在托盘天平的右盘C5.下图是一种分子式为C4H8O2的有机物的红外光谱图，则该有机物分子可能为（)【导学号：40892038】A.CH3COOCH2CH3B.CH3CH2CH2COOHC.HCOOCH2CH2CH3D.(CH3)2CHCH2COOH()IIA本题所给选项的结构简式分别为a a1”、B项OIICH3CH2CH2COOH、C项“厂、D 项ch31 1 I 1 1 L U I，首先排除D项，因D项的分子式为C5H10O2, 与题设不符；再由图像可知有不对称 CH3，则排除B、C项，而A项存在不对称CH3、C=O与C O C，所以有可能。(1) 利用红外光谱图可以确定有机物中化学键的种类，