高中化学选择性必修三 1.2.2有机化合物分子式与分子结构的确定 讲义

1、 1.2.2有机物分子式与分子结构的确定一、确定实验式元素分析通过定性、定量分析等过程，确定有机化合物的实验式（也称最简式）。元素定量分析的原理元素定量分析的方法步骤【注】实验式(最简式)与分子式的关系：分子式(最简式)n。 若有机物的实验式中，碳原子已达到饱和，则该物质的实验式与分子式相同，如实验式为CH4、C2H6O的物质，则对应的分子式为CH4、C2H6O。例1.已知由C、H、O元素组成的某化合物9.2 g完全燃烧后可以得到17.6 g CO2和10.8 g H2O，通过计算确定该化合物的分子式。(写出解题过程)解n(C)eq f(17.6 g,44 gmol1)0.4 mol，n(H)

2、eq f(10.8 g,18 gmol1)21.2 mol，n(O)eq f(9.2 gmCmH,16 gmol1)eq f(9.2 g4.8 g1.2 g,16 gmol1)0.2 mol故n(C)n(H)n(O)N(C)N(H)N(O)261该化合物的实验式为C2H6O，分子式也为C2H6O。答：该化合物的分子式为C2H6O。二、确定分子式质谱法1原理 2.质荷比有机分子离子或碎片离子的相对质量与电荷的比值，即质荷比。质谱图中质荷比的最大值等于该有机物的相对分子质量，与相对丰度无关。质谱图：以质荷比为横坐标，以各类离子的相对丰度为纵坐标，根据记录结果所建立的坐标图。如下图为某有机物的质谱图

3、：从图中可知，该有机物的相对分子质量为46，即质荷比最大的数据就是样品分子的相对分子质量。3.分子式的确定确定物质的实验式（最简式）和相对分子质量之后，可以进一步确定其分子式。依据：分子式是实验式的整数倍。例2.测出苯的分子式为(CH)x，则M(CH)x=78，求其分子式。解设苯的分子式为(CH)x，则M(CH)x=78，即13x=78,得x=6。所以苯的分子式为C6H6。三、确定分子结构波谱分析1.确定有机化合物结构的方法确定有机化合物结构的方法有化学方法和物理方法。化学方法以官能团的特征反应为基础，确定出官能团；物理方法主要有红外光谱法、核磁共振氢谱法。X射线衍射法等。2.红外光谱(1)原

4、理：不同官能团或化学键吸收频率不同，在红外光谱图上将处于不同的位置。(2)作用：初步判断有机物中含有的官能团或化学键。如分子式为C2H6O的有机物A有如下两种可能的结构：CH3CH2OH或CH3OCH3，利用红外光谱来测定，分子中有OH或OH可确定A的结构简式为CH3CH2OH。3核磁共振氢谱(1)原理：处于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，相应的信号在谱图上出现的位置不同，具有不同的化学位移，而且吸收峰的面积与氢原子数成正比。(2)作用：测定有机物分子中氢原子的 类型和数目 。(3)分析：吸收峰数目 氢原子的种类 ，吸收峰面积比 氢原子个数比 。例3. 分子式为C2H6

5、O的有机物A的核磁共振氢谱如图，可知A中有3种不同化学环境的氢原子且个数比为321，可推知该有机物的结构应为CH3CH2OH。3X射线衍射(1)原理：X射线是一种波长很短的电磁波，它和晶体中的原子相互作用可以产生衍射图。(2)作用：可获得分子结构的有关数据，如键长、键角等，用于有机化合物晶体结构的测定。例4. 为测定某有机化合物A的结构，进行如下实验：第一步，分子式的确定。(1)将有机物A置于氧气流中充分燃烧，实验测得：生成5.4 g H2O和8.8 g CO2，消耗氧气6.72 L(标准状况下)，则该有机物的实验式是_。(2)用质谱仪测定该有机化合物的相对分子质量，得到如图所示质谱图，则其相

6、对分子质量为_，该物质的分子式是_。第二步，结构简式的确定。(3)根据价键理论，预测A的可能结构并写出结构简式：_。(4)经测定，有机物A的核磁共振氢谱如图所示，则A的结构简式为_。【解析】 (1)根据题意，n(H2O)0.3 mol，则n(H)0.6 mol；n(CO2)0.2 mol，则n(C)0.2 mol；根据氧原子守恒有n(O)n(H2O)2n(CO2)2n(O2)0.3 mol20.2 mol2eq f(6.72 L,22.4 Lmol1)0.1 mol，则该物质分子中各元素原子个数比N(C)N(H)N(O)n(C)n(H)n(O)261，该有机物的实验式为C2H6O。(2)假设该

7、有机物的分子式为(C2H6O)m，由质谱图知其相对分子质量为46，则46m46，即m1，故其分子式为C2H6O。(3)由A的分子式为C2H6O可知，A为饱和有机化合物，可推测其结构为CH3CH2OH或CH3OCH3。(4)分析A的核磁共振氢谱图可知：A有三种不同化学环境的氢原子，CH3OCH3只有一种化学环境的氢原子，故A的结构简式为CH3CH2OH。【答案】 (1)C2H6O(2)46C2H6O(3)CH3CH2OH(或CH3OCH3)(4)CH3CH2OH【拓展】确定有机物分子式的其它方法1确定分子式的方法(1)根据有机物中各元素的质量分数，求出有机物的实验式，再根据有机物的相对分子质量确

8、定分子式。(2)根据有机物的摩尔质量和各元素的质量分数，求出1 mol 该有机物中各元素原子的物质的量，从而确定出该有机物的分子式。(3)根据有机物燃烧时消耗O2的量及产物的量，求出有机物的实验式，再通过计算确定出有机物的分子式。(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(xeq f(y,4)O2eq o(,sup8(点燃)xCO2eq f(y,2)H2O；CxHyOz(xeq f(y,4)eq f(z,2)O2eq o(,sup8(点燃)xCO2eq f(y,2)H2O。(

9、5)余数法用烃的相对分子质量除以14，看商数和余数。eq f(MrCxHy,MrCH2)eq f(M,14)Aeq blcrc (avs4alco1(余2为烷烃,除尽为烯烃或环烷烃,差2为炔烃或二烯烃等,差6为苯或苯的同系物等)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)。2有机物分子结构的确定(物理方法)练习1某有机物质量为8.80 g，完全燃烧后得到CO2 22.0 g、H2O 10.8 g，该有机物的蒸气密度是相同状况下H2密度的44倍，则该有机物的分子式为 ()AC5H6OBC5H12CC5H12O2 DC5H12O答案 D该有机物的蒸

10、气密度是相同条件下氢气密度的44倍，则该有机物的相对分子质量为24488,8.80 g有机物的物质的量为eq f(8.80 g,88 gmol1)0.1 mol,22.0 g CO2的物质的量为eq f(22.0 g,44 gmol1)0.5 mol,10.8 g水的物质的量为eq f(10.8 g,18 gmol1)0.6 mol，故1个分子中C原子数目为eq f(0.5 mol,0.1 mol)5，H原子数目为eq f(0.6 mol2,0.1 mol)12，分子中C、H的相对原子质量之和为1251272，故1个该有机物分子中还含1个氧原子，则该有机物的分子式为C5H12O，故选D。练习2

11、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、OH和CO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，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，

12、D错误。练习3.下列能够获得有机物所含官能团信息的方法是()A红外光谱 B质谱法C色谱法 D核磁共振氢谱答案A练习4符合下面核磁共振氢谱图的有机物是()ACH3COOCH2CH3BCH2=CHCH2CH3CD答案A解析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，再由氢原子个数(吸收强度)之比可知A项符合。练习5.有机物A常用于食品行业，已知9.0 g A在足量O2中充分燃烧，将生成的

13、混合气体依次通过足量的浓硫酸和碱石灰，分别增重5.4 g和13.2 g，经检验剩余气体为O2。(1)A分子的质谱图如图所示，从图中可知其相对分子质量是_，则A的分子式是_。(2)A能与NaHCO3溶液发生反应，A一定含有的官能团名称是_。(3)A分子的核磁共振氢谱有4个峰，峰面积之比是1113，则A的结构简式是_。解析 (1)根据图示可知其相对分子质量等于其最大质荷比，即其相对分子质量为90；9.0 g A的物质的量为0.1 mol，在足量O2中充分燃烧，气体产物依次通过足量的浓硫酸和碱石灰，增重分别为水蒸气和CO2的质量，即n(H2O)0.3 mol，n(CO2)0.3 mol，则该有机物中含N(H)eq