2016-2017学年人教版选修5第一章 认识有机化合物 第四节 研究有机化合物的一般步骤和方法3 教案

人教版选修5高二年级第一章认识有机化合物第四节研究有机化合物的一般步骤和方法教学设计3【教学目标】1.了解研究有机物应采取的步骤和方法。2.初步学会分离、提纯有机物的常用方法。3.掌握蒸馏、重结晶和萃取实验的基本技能。4.知道现代物理方法在测定有机物的元素组成、相对分子质量和分子结构中的重要作【教学过程】从天然资源中提取有机物成分或者是工业生产、实验室合成的有机化合物不可能直接得到纯净物，因此，必须对所得到的产品进行分离提纯，如果要鉴定和研究未知有机物的结构与性质，必须得到更纯净的有机物。今天我们就来学习研究有机化合物的一般步骤。研究有机化合物的一般步骤和方法（1）分离、提纯（蒸馏、重结晶、升华、色谱分离）；（2）元素分析（元素定性分析、元素定量分析）──确定实验式；（3）相对分子质量的测定（质谱法）──确定分子式；（4）分子结构的鉴定（化学法、物理法）。【旧知再现】常用的分离、提纯物质的方法分离、提纯的方法适用范围主要仪器举例过滤分离固液混合物漏斗、烧杯、玻璃棒、滤纸粗盐提纯蒸发、浓缩、结晶溶液制取晶体蒸发皿、玻璃棒、三角架、酒精灯KCl溶液制晶体蒸馏分馏分离沸点不同的液体混合物蒸馏烧瓶、温度计、冷凝管、锥形瓶、酒精灯、牛角管石油分馏萃取、分液利用溶质在两种互不相溶的溶剂中溶解度不同分离提纯分液漏斗、烧杯CCl4萃取碘水中的碘一、分离、提纯1．蒸馏完成演示【实验1-1】1. 温度计水银球位于蒸馏烧瓶支管口处，为什么？2. 加热前加素烧瓷片，目的是什么？3. 冷凝水进出方向是怎样的？4. 什么是共沸溶液？怎样提纯含少量水的乙醇？5.分离与提纯有什么区别？除杂原则是什么？【实验1-1】注意事项：（1）安装蒸馏仪器时要注意先从蒸馏烧瓶装起，根据加热器的高低确定蒸馏瓶的位置。然后，再接水冷凝管、尾接管、接受容器（锥形瓶），即“先上后下”“先头后尾”；拆卸蒸馏装置时顺序相反，即“先尾后头”；（2）若是非磨口仪器，要注意温度计插入蒸馏烧瓶的位置、蒸馏烧瓶接入水冷凝器的位置等；（3）蒸馏烧瓶装入工业乙醇的量以1/2容积为宜，不能超过2/3。不要忘记在蒸馏前加入沸石。如忘记加入沸石应停止加热，并冷却至室温后再加入沸石，千万不可在热的溶液中加入沸石，以免发生暴沸引起事故；（4）乙醇易燃，实验中应注意安全。如用酒精灯、煤气灯等有明火的加热设备时，需垫石棉网加热，千万不可直接加热蒸馏烧瓶！物质的提纯的基本原理是利用被提纯物质与杂质的物理性质的差异，选择适当的实验手段将杂质除去。去除杂质时要求在操作过程中不能引进新杂质，也不能与被提纯物质发生化学反应。2．重结晶【思考和交流】P18“学与问”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。为何要热过滤？（1）冷却法：将热的饱和溶液慢慢冷却后析出晶体，此法适合于溶解度随温度变化较大的溶液。（2）蒸发法：此法适合于溶解度随温度变化不大的溶液，如粗盐的提纯。（3）重结晶：将已知的晶体用蒸馏水溶解，经过滤、蒸发、冷却等步骤，再次析出晶体，得到更纯净的晶体的过程。【说明】重结晶的首要工作是选择适当的溶剂，要求该溶剂：①杂质在此溶剂中的溶解度很小或溶解度很大，易于除去；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。【实验1-2】注意事项：苯甲酸的重结晶(1）为了减少趁热过滤过程中的损失苯甲酸，一般再加入少量水。(2）结晶苯甲酸的滤出应采用抽滤装置，没有抽滤装置可以玻璃漏斗代替。在苯甲酸重结晶的实验中，滤液放置冷却可以结晶出纯净的晶体。苯甲酸温度越低，苯甲酸的溶解度越小，为了得到更多的苯甲酸晶体，是不是结晶时的温度越低越好？温度过低，不利于结晶，温度会影响溶解度。3萃取（1）萃取：利用溶液在互不相溶的溶剂里溶解度的不同，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，前者称为萃取剂，一般溶质在萃取剂里的溶解度更大些。分液：利用互不相溶的液体的密度不同，用分液漏斗将它们一一分离出来。（2）所用仪器：注意事项：①萃取剂必须具备两个条件：一是与溶剂互不相溶；二是溶质在萃取剂中的溶解度较大。②检查分液漏斗的瓶塞和旋塞是否严密。③萃取常在分液漏斗中进行，分液是萃取操作的一个步骤，必须经过充分振荡后再静置分层。④分液时，打开分液漏斗的活塞，将下层液体从漏斗颈放出，当下层液体刚好放完时，要立即关闭活塞，上层液体从上口倒出。分离沸点不同但又互不相溶的液体混合物的常用方法是__蒸馏___，实验中必不可少的玻璃仪器是__酒精灯、蒸馏烧瓶、温度计、冷凝管、牛角管、锥形瓶___。在分液漏斗中用一种有机溶剂萃取水溶液中某物质时，静置分层后，如果不知道哪一层液体是“水层”，试设计一种简便的判断方法：__利用该有机溶剂和水互不相溶的性质，将下层液体放出少许于盛有少量蒸馏水的试管中，若液体分层，则下层为“油层”，若不分层，则下层为“水层”__。二、元素分析与相对分子质量的确定1．元素分析例如：实验探究：葡萄糖分子中碳、氢元素的检验图1-1

碳和氢的鉴定原理：碳、氢两元素通常采取将有机物氧化分解，使碳氧化生成二氧化碳，使氢氧化生成水的方法而检出。例如：C12H22O11+24CuO12CO2+11H2O+24Cu实验：取干燥的试样──蔗糖0.2g和干燥氧化铜粉末1g，在研钵中混匀，装入干燥的硬质试管中。如图1-1所示，试管口稍微向下倾斜，导气管插入盛有饱和石灰水的试管中。用酒精灯加热试样，观察现象。结论：若导出气体使石灰水变浑浊，说明有二氧化碳生成，表明试样中有碳元素；试管口壁出现水滴（让学生思考：如何证明其为水滴？），则表明试样中有氢元素。2．相对分子质量的测定—质谱法该法中主要引导学生会从质谱图中“质荷比”代表待测物质的相对原子质量以及认识质谱仪。质谱是近代发展起来的快速、微量、精确测定相对分子质量的方法。质谱仪有什么作用？其原理是什么？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。这些不同离子具有不同的质量，质量不同的离子在磁场作用下达到检测器的时间有差异，其结果被记录为质谱图。质荷比是什么？分子离子与碎片离子的相对质量与其电荷的比值如何确定有机物的相对分子质量？由于相对质量越大的分子离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间越长，因此质谱图中的质荷比最大的就是未知物的相对分子质量【强调】以乙醇为例，质谱图最右边的分子离子峰表示的就是上面例题中未知物A（指乙醇）的相对分子质量。通过测定，现在已经知道了该有机物的分子式，但是，我们知道，相同的分子式可能出现多种同分异构体，那么，该如何进以步确定有机物的分子结构呢？下面介绍两种物理方法。A.求有机物相对分子质量的常用方法（1）M=m/n（2）根据有机蒸气的相对密度D，M1=DM2（3）标况下有机蒸气的密度为ρg/L，M=22.4L/mol▪ρg/LB.有机物分子式的三种一般常用求法（1）先根据元素原子的质量分数求实验式，再根据相对分子质量求分子式——课本例1（2）直接根据相对分子质量和元素的质量分数求分子式（3）对只知道相对分子质量的范围的有机物，要通过估算求相对分子质量，再求分子式三、分子结构的鉴定1．红外光谱该法不需要学生记忆某些官能团对应的波长范围，主要让学生知道通过红外光谱可以知道有机物含有哪些官能团。（介绍红外光谱法鉴定分子结构的原理，对红外光谱图的正确分析，最终确定有机物的分子结构）【注意】：该法不需要学生记忆某些官能团对应的波长范围，主要让学生知道通过红外光谱可以知道有机物含有哪些官能团。红外光谱法确定有机物结构的原理是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率相当。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。2．核磁共振氢谱：（介绍核磁共振氢谱法鉴定分子结构的原理，对核磁共振氢谱图的正确分析，最终确定有机物的分子中所含H原子的种类和个数）了解通过该谱图确定：（1）某有机物分子结构中有几种不同环境的氢原子（2）有核磁共振氢谱的峰面积之比可以确定不同环境的氢原子的个数比。如何根据核磁共振氢谱确定有机物的结构？对于CH3CH2OH、CH3—O—CH3这两种物质来说，除了氧原子的位置、连接方式不同外，碳原子、氢原子的连接方式也不同、所处的环境不同，即等效碳、等效氢的种数不同。不同化学环境的氢原子（等效氢原子）因产生共振时吸收的频率不同，被核磁共振仪记录下来的吸收峰的面积不同。所以，可以从核磁共振谱图上推知氢原子的类型及数目。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【说明】未知物A的核磁共振氢谱有三种类型氢原子的吸收峰，说明A只能是乙醇而并非甲醚，因为甲醚只有一种氢原子。图谱题解题建议a.首先应掌握好三种谱图的作用、读谱方法。b.必须尽快熟悉有机物的类别及其官能团。c.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。d.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。四、检测题1.通过核磁共振氢谱可以推知(CH3)2CHCH2CH2OH有多少种化学环境的氢原子()A．6B．5C．4D．2.在核磁共振氢谱中出现两组峰，且其面积之比为3∶2的化合物是()3.下列化合物的核磁共振氢谱中出现三组峰的是()A．2,2,3,3­四甲基丁烷B．2,3,4­三甲基戊烷C．3,4­二甲基己烷D．2,5­二甲基己烷4.某有机化合物仅由碳、氢、氧三种元素组成，其相对分子质量小于150，若已知其中氧的质量分数为50%，则分子中碳原子的个数最多为()A．4B．5C．6D．5.在20℃时，某气态烃与氧气混合，装入密闭容器中，点燃爆炸后，又恢复到20℃，此时容器内气体的压强为反应前的一半，经NaOH溶液吸收后，容器内几乎成真空，此烃的分子式可能是(A．CH4B．C2H6C．C3H8D．C76.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．乙酸B．乙醇C．乙醛D．甲醇和丙三醇的混合物7.1mol某烃在氧气中充分燃烧，需要消耗氧气179.2L(标准状况下)。它在光照的条件下与氯气反应能生成3种不同的一氯取代物。该烃的结构简式是()8.某有机化合物A的相对分子质量大于110，小于150。经分析得知，其中碳和氢的质量分数之和为%，其余为氧。请回答：(1)该化合物分子中含有________个氧原子；(2)该化合物的相对分子质量(分子量)是_____________________________(3)该化合物的化学式(分子式)是_____________________________。(4)该化合物分子中最多含______个官能团。9.为测定某有机化合物A的结构，进行如下实验：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5.4gH2O和8.8gCO2，消耗氧气6.72L(标准状况下)，则该物质中各元素的原子个数比是________。(2)用质谱仪测定该有机化合物的相对分子质量，得到如图①所示质谱图，则其相对分子质量为__________，该物质的分子式是________。(3)根据价键理论，预测A的可能结构并写出结构简式_______________________。结构式的确定：(4)核磁共振氢谱能对有机物分子中不同化学环境的氢原子给出不同的峰值(信号)，根据峰值(信号)可以确定分子中氢原子的种类和数目。例如：甲基氯甲基醚(ClCH2OCH3)有两种氢原子如图②。经测定，有机物A的核磁共振氢谱示意图如图③，则A的结构简式为__________。10.某有机物的蒸气密度是相同状况下甲烷密度的倍。把1.16g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3.72g，又知生成H2O和CO2的物质的量之比为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。四、检测题参考答案1.连接在同一个碳原子上的两个甲基上的氢等效，故共有五类氢原子【答案】B2.A项中有两类氢原子，峰面积之比为3∶1；B项中有三类氢原子，峰面积之比为1∶1∶3；C项中有三类氢原子，峰面积之比为3∶1∶4；D项中，有两类氢原子，峰面积之比为3∶2，综上分析答案为D。【答案】D3.2,2,3,3­四甲基丁烷的结构简式为，该分子中只有一类氢原子，核磁共振氢谱中出现一组峰；2,3,4­三甲基戊烷的结构简式为：，该分子中有四类氢原子，核磁共振氢谱中出现四组峰；3,4­二甲基己烷的结构简式为：，该分子中有四类氢原子，核磁共振氢谱中出现四组峰；2,5­二甲基己烷的结构简式为：，该分子中有三类氢原子，核磁共振氢谱中出现三组峰。【答案】D4.因为150×50%＝75,75/16≈，故氧原子最多为4个，其相对分子质量最大为128，然后依据商余法：64/12＝5.....4，故碳原子数最多为5个。【答案】B5.【答案】C6.有机样品完全燃烧后的产物只有二氧化碳和水，所以通过石灰水后，石灰水里增重的重量就是水和二氧化碳的质量，由沉淀有10g可以通过二氧化碳和氢氧化钙反应生成碳酸钙的反应方程式得出二氧化碳有mol，可以算出二氧化碳有4.4g，从而算出水有2.7g，现在可以用有机物碳元素守恒和氢元素守恒算出碳有mol，氢有mol，从而由有机物剩下的质量算出氧元素有mol，所以有机物的最简式为CH3O，甲醇和丙三醇如果一比一混合符合这个最简式。【答案】D7.按题设条件“能生成3种一氯取代物”的要求，挑选分子结构中有处于三种不同化学环境的H原子：1mol此烃完全燃烧需8mol氧气则其碳原子个数为5【答案】B8.解析(1)设其中氧原子数为N，依据题意：〔110×(1－%)〕/16＜N(O)＜〔150×(1－%)〕/16则＜N(O)＜又原子数目为整数，所以，该化合物分子中含有4个氧原子；(2)Mr(A)＝16×4/(1－%)≈134(3)设分子式为CnHmO4，Mr(A)＝134用烃的部分除以14，(134－16×4)/14＝5，为CnH2n易得其分子式为C5H10O4。(4)不考虑氧原子，饱和状态时为C5H12，而实际分子式比饱和状态时少了两个氢原子，说明只能形成一个不饱和键。在所给官能团中，恰好有一个碳氧双键，所以该化合物分子中最多含有一个官能团。【答案】(1)4(2)134(3)C5H10O4(4)19.解析(1)据题意有：n(H2O)＝mol，则有n(H)＝mol，n(CO2)＝mol，则有n(C)＝mol，据氧原子守恒有n(O)＝n(H