第四节-研究有机化合物的一般步骤和方法

第四节研究有机化合物的一般步骤和方法第一课时【思考与交流】1、常用的分离、提纯物质的方法有哪些？2、下列物质中的杂质（括号中是杂质）分别可以用什么方法除去。（1）NaCl（泥沙）（2）酒精（水）（3）溴水（水）（4）KNO3(NaCl)一、有机物的分离与提纯方法适用范围主要仪器举例注意事项过滤分离不溶性固体与液体漏斗、烧杯、玻璃棒、铁架台(带铁圈)粗盐提纯时把粗盐溶于水，经过滤把不溶于水的杂质除去1、“一贴、二低、三靠；2、必要时洗涤沉淀物；3、定量实验要“无损”。方法适用范围主要仪器举例注意事项蒸发从溶液中分离出固体溶质蒸发皿、玻璃棒、酒精灯、铁架台(带铁圈)从氯化钠溶液中结晶出氯化钠1、边加热边搅拌；2、用余热蒸干少量溶剂。一、分离、提纯（一）蒸馏1、大家知道的用蒸馏的方法分离、提纯物质的实验或生产

有哪些？2、蒸馏操作的适用范围及对待分离物质的要求有哪些？适用范围：对分离物的要求：3、实验室进行蒸馏时，用到的仪器有哪些？实验过程中要

注意哪些问题？原油的分馏分离、提纯液态有机物；液态有机物有少量杂质，被提纯物热稳定

性较强，与杂质的沸点相差较大（30℃）；温度计蒸馏烧瓶冷凝管尾接管锥形瓶入水口出水口蒸馏装置温度计水银球位于蒸馏烧瓶支管口下0.5cm处加入沸石的作用：防止液体暴沸使用前要检查装置的气密性！蒸馏的注意事项注意仪器组装的顺序：“先下后上，由左至右”；不得直接加热蒸馏烧瓶，需垫石棉网；蒸馏烧瓶盛装的液体，最多不超过容积的2/3；不得将全部溶液蒸干；需使用沸石（或碎瓷片）；温度计水银球位于蒸馏烧瓶支管口下方0.5cm处，以测量馏出蒸气的温度；冷凝水水流方向（逆流，下进上出）；收集到的馏出物叫馏分，它只是某一温度范围内的蒸馏产物，仍然含有少量杂质。（一）蒸馏4、通过蒸馏（实验1-1）得到的酒精是否就是无水酒精？怎样才能得到无水酒精？加入CaO等吸水剂含杂工业乙醇蒸馏工业乙醇(95.6%)加CaO蒸馏无水乙醇(99.5%以上)练习1欲用96%的工业酒精制取无水乙醇时，可

选用的方法是（）A.加入无水CuSO4，再过滤B.加入生石灰，再蒸馏C.加入浓硫酸，再加热，蒸出乙醇D.将96%的乙醇溶液直接加热蒸馏出来B（二）、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：（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(P18实验1-2）一、分离、提纯溶剂的条件：选择适当的溶剂实验步骤：1、加热溶解：往装有粗苯甲酸的烧杯中加入40mL蒸馏水，在石棉网上搅拌加热，至粗甲苯溶解。全溶后在加入少量蒸馏水。2、趁热过滤：用玻璃漏斗趁热将溶液过滤到另一100mL烧杯中。(注意：一贴，二低，三靠)3、冷却结晶：将滤液静置，使其缓慢冷却结晶。4、滤出晶体。注：苯甲酸在水中的溶解度：0.17g(25℃)，6.8g(95℃)粗产品热溶解热过滤冷却结晶提纯产品【探究2】在苯甲酸重结晶的实验中，温度越低，苯甲酸的溶解度越小，为了得到更多的苯甲酸晶体，结晶时的温度是不是越低越好？不是，冷却结晶时，并不是温度越低越好。因为温度过低，杂质的溶解度也会降低，部分杂质也会析出，达不到提纯苯甲酸的目的；温度极低时，溶剂(水)也会结晶，给实验操作带来麻烦。【探究1】为什么要趁热过滤？一方面除去不溶性的杂质，另一方面尽量减小因温度低导致过滤过程中苯甲酸析出而造成的损失洗涤沉淀或晶体的方法：用胶头滴管往晶体上加蒸馏水直至晶体被浸没，待水完全流出后，重复两至三次，直至晶体被洗净。检验洗涤效果：取最后一次的洗出液，再选择适当的

试剂进行检验。【探究3】如何洗涤沉淀和检验沉淀是否洗净？你能否用简洁的语言归纳重结晶苯甲酸的实验步骤？高温溶解、趁热过滤、低温结晶1、电影《闪闪的红星》中，为让被困的红军战士吃上食盐，潘冬子将浸透食盐水的棉袄裹在身上，带进山中……假如潘冬子来到实验室，欲从食盐水中提取出食盐，你建议他最好采用的方法是（）

A．过滤

B．蒸发结晶

C．分液

D．蒸馏对点训练B（三）、萃取（分液）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。萃取操作过程：主要仪器：分液漏斗（一）萃取实验过程中要注意的问题：1、分液漏斗在洗涤干净以后，要检查其上口和玻璃塞处是否漏液体，只有不漏的才能使用；2、试剂上口倒入分液漏斗，其量不能超过漏斗容积的2/3；振荡倒转，握住旋塞；3、分液漏斗静置、分液，分液时下层液体从漏斗下口放出，上层液体从上口倒出1、①和原溶液中溶剂互不相溶；②溶质在萃取剂中的溶解度要大于原溶剂中的溶解度；③萃取剂与被萃取的物质要易于分离且不发生反应。2、常见的有机萃取剂：苯、四氯化碳、汽油、乙醚、石油醚、三氯甲烷……（二）萃取剂的选择3、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，在实验室和工厂中用专用的一起和设备进行这一操作。2、如果你家里的食用花生油不小心混入了大量的水，利用你所学的知识，最简单的分离方法是（）ABCD对点训练B3、将甲、乙两种有机物在常温常压下的混合物分离，已知它们的物理性质如下：物质密度/(g/cm3)沸点/℃水溶性溶解性甲0.789378.5易溶溶于乙乙1.220100.7易溶溶于甲则应采用的分离方法是(

)A．分液B．蒸馏C．干馏D．萃取B(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）（三）、萃取（分液）4、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BD对点训练学习小技巧：适当记忆一些有机物质相对与水的密度大小，对于解决萃取分液的实验题是很有帮助的（四）、色谱法

利用吸附剂对不同有机物吸附作用

的不同，分离、提纯有机物的方法叫色谱法。俄国植物学家茨卫特

1906年，茨卫特在一根玻璃管的细端塞上一小团绵花，在管中充填碳酸钙粉末，让溶有绿色植物叶子色素的石油醚溶液自上而下地通过。结果植物色素便被碳酸钙吸附，分成三段不同颜色：绿色、黄色、黄绿色。再将碳酸钙吸附柱取出，并用乙醇洗脱，即得色素的溶液：叶绿素、叶黄素、胡萝卜素。一、分离、提纯德国化学家库恩

茨卫特的色谱实验当时并未引起人们的注意。直到25年后的1931年，德国化学家库恩在分离、提纯、确定胡萝卜素异构体和维生素的结构中，应用了色谱法，并获得1938年诺贝尔化学奖。根据物质在两相(气—液、液—液等)间溶解性或吸附能力不同，分为纸上色谱法、薄层色谱法、气相色谱法、液相色谱法等。常用的吸附剂：碳酸钙、硅胶、氧化铝、活性炭等。色谱法是化学家分离、提纯有机物不可缺少的方法。一、分离、提纯气相色谱仪高效液相色谱仪离子色谱仪三聚氰胺分析仪(色谱法)1、下列实验操作中错误的是 （）A、萃取时，萃取剂要求密度比水大B、蒸馏时，应使温度计水银球应与蒸烧瓶支管口相平C、过滤时，可直接将待过滤的悬浊液倒入漏斗中D、蒸发时，待蒸发皿内出现大量晶体时，即应停止加热AC2、下列各组混合物的分离或提纯方法不正确的是（） A．用过滤法分离Fe(OH)3胶体和FeCl3溶液的混合物B．用重结晶法提纯NaCl和KNO3的混合物中的KNO3C．用蒸馏法分离乙醇和甲醇的混合物D．用萃取和分液的方法可以分离碘和水的混合物A3、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（如下表），确定通过下列步骤回收乙醇和乙酸。①向废液中加入烧碱溶液，调整溶液的pH＝10；②将混和液放入蒸馏器中缓缓加热；③收集温度在70～85℃时的馏出物；④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④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+Na2SO4Na2SO4、H2SO4物质丙酮乙酸乙酯乙醇乙酸沸点（℃）56.277.0678117.9第四节研究有机化合物的一般步骤和方法第二课时二、元素分析与相对分子质量的测定1、元素分析：定性分析——有机物的组成元素分析；定量分析——分子内各元素原子的质量分数。李比希氧化产物吸收法现代元素分析法数据经处理后即可确定有机物的实验式（最简式）分析方法德国化学家李比希（1803～1873）化学史话李比希对有机化合物结构的研究有什么贡献？定量测定有机物中碳和氢元素含量的一种分析方法

将准确称量的样品置于一燃烧管中，再将其彻底燃烧成二氧化碳和水，用纯的氧气流把它们分别赶入烧碱石棉剂（附在石棉上粉碎的氢氧化钠）及高氯酸镁的吸收管内，前者将排出的二氧化碳变为碳酸钠，后者吸收水变为含有结晶水的高氯酸镁，这两个吸收管增重量分别表示生成的二氧化碳和水的重量，由此即可计算样品中的碳和氢的含量。如果碳与氢的百分含量相加达不到100%，而又检测不出其他元素，则差值就是氧的百分含量。本法的特点是碳氢分析在同一样品中进行，且对仪器装置稍加改装后，即能连续检测其他元素。“李比希元素分析法”的原理：取定量含C、H（O）的有机物加氧化铜氧化H2OCO2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

将一定量的有机物燃烧，转化为简单的无机物，并作定量测定，通过无机物的质量推算出组成该有机物元素原子的质量分数，然后计算出该有机物分子所含元素原子最简单的整数比，即确定其实验式（又称为最简式）。1.元素分析：李比希法→现代元素分析法元素分析仪二、元素分析与相对分子质量的测定例1、某含C、H、O三种元素组成的未知有机物A，经燃烧分析实验测定该未知物中碳的质量分数为52.16%，氢的质量分数为13.14%。（1）试求该未知物A的实验式（分子中各原子的最简单的整数比）。（2）回顾实验式和分子式有何区别?若要确定它的分子式，还需要什么条件？相对分子质量n(C)∶n(H)∶n(O)＝（52.16／12）∶（13.14／1）∶（34.7／16）＝2∶6∶1

∴实验式为

C2H6O（3）思考：能否直接确定该有机物的分子式?例2、5.8g某有机物完全燃烧，生成CO213.2g，H2O5.4g。含有哪些元素?思考：

n(C)∶n(H)∶n(O)＝（13.2／44）∶（5.4×2／18）∶（1.6／16）＝0.3：0.6：0.1＝3∶6∶1

∴实验式为

C3H6O（1）能否直接确定该有机物的分子式?（2）上题若要确定它的分子式，还需要什么条件？相对分子质量确定有机化合物的分子式的方法：[方法一]

由物质中各原子（元素）的质量分数→各原子的个数比(实验式)→由相对分子质量和实验式→有机物分子式

[方法二]

1mol物质中各原子（元素）的质量除以原子的摩尔质量→1mol物质中的各种原子的物质的量→知道一个分子中各种原子的个数→有机物分子式

二、元素分析与相对分子质量的测定(1)若该有机物的相对分子质量为58，则分子式如何?（2）若把上题改成0.05mol有机物燃烧，则分子式又如何？分子式为：C3H6O分子式为：C6H12O2例2、5.8g某有机物完全燃烧，生成CO213.2g，H2O5.4g。含有哪些元素?n(C)∶n(H)∶n(O)＝（13.2／44）∶（5.4×2／18）∶（1.6／16）＝0.3：0.6：0.1＝3∶6∶1

∴实验式为

C3H6O1、实验室用燃烧法测定某种氨基酸(CxHyOzNp)的分子组成。取wg该种氨基酸放在纯氧中充分燃烧，生成CO2、H2O和N2。现用下图所示装置进行实验（铁架台、铁夹、酒精灯等未画出），请回答有关问题：（1）实验开始时，首先打开止水夹a，关闭止水夹b，通一段时间的纯氧，这样做的目的是

；之后则需关闭止水夹

，打开止水夹

。

（2）以上装置中需要加热的有（填装置代号）

。操作时应先点燃

处的酒精灯。（3）装置A中发生反应的化学方程式为

；

（4）装置D的作用是

；

（5）实验中测得N2的体积为VmL（已换算成标准状况）。为确定此氨基酸的分子式，还需得到的数据有（填字母）

。

A.生成二氧化碳气体的质量

B.生成水的质量

C.通入氧气的体积

D.该氨基酸的摩尔质量（6）为将N2所排水的体积测准，反应前应将连接E和F装置的玻璃导管中充满

（水、空气或氧气），简述理由

。

（7）读取N2所排水的体积时，要注意①

；②

。

（8）如果将装置中B、C的连接顺序变为C、B，该实验的目的能否达到？简述理由

①量筒中的液面应与广口瓶中的液面相持平；②视线应与刻度线和凹液面最低点相切。练习2、某有机物A

3.0

g，完全燃烧后生成3.6

g水和3.36

L

CO2（标准状况），已知该有机物的蒸气对H2的相对密度为30。

(1)求该有机物的分子式。

(2)若有机物A能与金属钠反应放出H2，试确定该有机物的结构简式。(1)C3H8O

(2)CH3CH2CH2OH；（1）M=m/n（2）M1=DM2

(D为相对密度)（3）M=22.4L/mol·ρg/L=22.4ρg/mol(标况下气体)⑷

质谱法（最精确、快捷测Mr的方法）思考：确定相对分子质量的方法有哪些？二、元素分析与相对分子质量的测定——相对分子质量的确定有机物分子高能电子束轰击带电的“碎片”确定Mr碎片的质荷比质荷比：碎片的相对质量（m）和所带电荷（e-）的比值质谱法作用：测定相对分子质量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.质谱法311008060402002030405027294546CH3CH2+CH2=OH+CH3CH=OH+相对丰度/%CH3CH2OH+质荷比乙醇的质谱图分子离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间越长，因此认为质谱图中最后到达或质荷比最大的就是未知物的相对分子质量。乙醇的相对分子质量质谱仪质谱仪例1．2002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。设H＋的质荷比为β，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B例2、吗啡和海洛因都是严格查禁的毒品。吗啡分子含C71.58%、H6.67%、N4.91%、其余为O。已知其分子量不超过300。试求：⑴吗啡的分子式；

⑵吗啡的分子量。285C17H19O3N（1）、余数法①用烃的相对分子质量除以14，视商数和余数M(CxHy)/M(CH2)＝M/14＝a……(a为碳原子数)余2为烷烃整除为烯烃或环烷烃差2整除为炔烃或二烯烃差6整除为苯或其同系物此法用于确定通式的烃(如烷、烯、炔、苯的同系物等)（1）、余数法②若烃的类别不确定CxHy，可用相对分子质量M除以12，看商和余数，即M/12＝x……余y，分子式为CxHy【例题】分别写出相对分子质量为128、72的烃的分子式。（1）C10H8或C9H20（2）C5H12（2）、方程式法例：在同温同压下，10mL某气态烃在50mLO2里充分燃烧，得到液态水和体积为35mL的混合气体，则该烃的分子式可能为（）A、CH4B、C2H6C、C3H8D、C3H6BD②核磁共振氢谱氢原子种类不同（所处的化学环境不同）特征峰也不同①红外光谱作用：获得分子中含有何种化学键或官能团的信息。作用：测定有机物分子中等效氢原子的类型和数目。

利用特征反应鉴定出官能团，再进一步确认分子结构2.物理方法：1.化学方法：三、分子结构的鉴定方法由于有机物中组成化学键、官能团的原子处于不断振动状态，且振动频率与红外光的振动频谱相当。所以，当用红外线照射有机物分子时，分子中的化学键、官能团可发生震动吸收，不同的化学键、官能团吸收频率不同，在红外光谱图中将处于不同位置。因此，我们就可以根据红外光谱图，推知有机物含有哪些化学键、官能团，以确定有机物的结构。红外光谱法确定有机物结构的原理是：1.红外光谱(IR)三、分子结构的鉴定方法2、红外光谱的应用原理①红外光谱可以获得化学键和官能团的信息未知物A的红外光谱结论：A中含有O-H、C-O、C-H例4、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―CC=O不对称CH3CH3CH2COOCH3或CH3COOCH2CH3或CH3COCH2OCH3练习5：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CH2CH3CH2OCH2CH3核磁共振仪

核磁共振中的核指的是氢原子核。氢原子核具有磁性，如用电磁波照射氢原子核，它能通过共振吸收电磁波能量，发生跃迁。用核磁共振仪可以记录到有关信号，处于不同化学环境中的氢原子因产生共振时吸收的频率不同，在谱图上出现的位置也不同。且吸收峰的面积与氢原子数成正比。可以推知该有机物分子有几种不同类型的氢原子及它们的数目多少。2.核磁共振氢谱三、分子结构的鉴定方法结构分析：核磁共振法（H’—NMR）作用：测定有机物中H原子的种类信号个数和数目。信号强度之比峰面积吸收峰数目＝氢原子类型不同吸收峰的面积之比（强度之比）＝不同氢原子的个数之比例5、分子式为C2H6O的两种有机化合物的1H核磁共振谱，你能分辨出哪一幅是乙醇的1H-NMR谱图吗?分子式为C2H6O的两种有机物的1H核磁共振谱图

核磁共振氢谱H—C—O—C—HH―C―C―O-H

HHHHH

HH

H1.下图是某有机物的1H核磁共振谱图，则该有机物可能是()

A.CH3CH2OH

B.CH3CH2CH2OH

C.CH3—O—CH3

D.CH3CHO2.下列有机物在H’-NMR上只给出一组峰的是()

A、HCHO

B、CH3OHC、HCOOHD、CH3COOCH3A练一练！C问题探究：２种；９∶１１种３种；３∶２∶１４种；３∶２∶１∶６CH3-CH-CH3CH3CH3-C-CH3CH3CH3CH3-CH2-CH-CH3CH3CH3-CH2-OH1.下列有机物中有几种H原子以及个数之比？2.分子式为C3H6O2的二元混合物，分离后,在核磁共振氢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1︰1；第二种情况峰给出的强度为3︰2︰1。由此推断混合物的组成可能是（写结构简式）。CH3COOCH3CH3CH2COOHHOCH2COCH3HCOOCH2CH33∶33∶2∶1若1：2:2:1呢？HOCH2CH2CHO拓展视野诺贝尔化学奖与物质结构分析(2002年)引入了核磁共振光谱学观察到了DNA、蛋白质等大分子的真面目。

美国芬恩日本田中耕一瑞士维特里希一、研究有机化合物的基本步骤①分离提纯→②元素定量分析以确定实验式→③测定相对分子质量以确定分子式→④波谱分析确定结构。二、分离和提纯1.蒸馏2.重结晶3.萃取4.色谱法三、元素分析与相对原子质量的测定1.元素分析：李比希法2.质谱法—相对原子质量的测定四、有机物分子结构的确定1.化学方法：利用特征反应鉴定出官能团，再进一步确认分子结构第四节研究有机化合物的一般步骤和方法小节2.物理方法：①红外光谱－确定化学键、官能团；

②核