1.2.2有机化合物分子式和分子结构的确定（原卷版）

1.2.2有机化合物分子式和分子结构的确定【学习目标】1、学会测定有机化合物元素含量、相对分子质量的一般方法，并能据此确定有机化合物的分子式2、能够根据化学分析和波谱分析确定有机化合物的结构【主干知识梳理】一、有机化合物实验式和分子式的确定 1、确定实验式——元素分析(1)相关概念①实验式：有机化合物分子内各元素原子的，又称为。如：乙酸的分子式为，实验式为。②元素分析分类定性分析——确定有机物的元素组成定量分析——确定有机物的实验式含义用化学方法测定有机物分子的元素组成。如：燃烧后，一般C生成CO2、H生成H2O、N生成N2、S生成SO2、Cl生成HCl将一定量的有机化合物燃烧，转化为简单的无机化合物，并定量测定各产物的质量，从而推算出有机物中各组成元素的，然后计算出该有机化合物分子内各元素原子的，确定其实验式(2)实验式的测定步骤(李比希法)(3)实验式(最简式)与分子式的关系：分子式＝(最简式)n【例题】某种含C、H、O三种元素的未知物A，经燃烧分析实验测得其中碳的质量分数为52.2%，氢的质量分数为13.1%。则：①计算该有机化合物中氧元素的质量分数：②计算该有机化合物分子内各元素原子的个数比：③该未知物A的实验式为2、确定分子式——质谱法(1)原理：质谱仪用高能电子流等轰击样品，使有机分子失去电子，形成带正电荷的和碎片离子等。这些离子因质量不同、电荷不同，在电场和磁场中的运动行为不同。计算机对其分析后，得到它们的的比值，即。以为横坐标，以为纵坐标，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：(2)相对分子质量确定：质谱图中的分子离子峰或质荷比表示样品中分子的相对分子质量(3)示例说明：下图是某未知物A(实验式为C2H6O)的质谱图，由此可确定该未知物的相对分子质量为463、有机物相对分子质量的求算方法(1)标态密度法：根据标准状况下气体的密度，求算该气体的相对分子质量：(2)相对密度法：根据气体A相对于气体B的相对密度D，求算该气体的相对分子质量：(3)混合物的平均相对分子质量：(4)读图法：质谱图中，质荷比最大值即为该有机物的相对分子质量4、有机物分子式的确定方法(1)实验式法：由各元素的质量分数→各元素的原子个数之比(实验式)分子式(2)直接法：根据有机物各元素的质量分数和有机物的摩尔质量(相对分子质量)直接求出1mol有机物中各元素原子的物质的量(3)方程式法：根据有机物的燃烧通式及消耗O2的量(或生成产物的量)，通过计算确定出有机物的分子式利用燃烧反应方程式时，要抓住以下关键：①气体体积变化；②气体压强变化；③气体密度变化；④混合物平均相对分子质量等。同时可结合适当方法，如：平均值法、十字交叉法、讨论法等技巧来速解有机物的分子式。常用的化学方程式有：CxHy＋(x＋eq\f(y,4))O2xCO2＋eq\f(y,2)H2O；CxHyOz＋(x＋eq\f(y,4)－eq\f(z,2))O2xCO2＋eq\f(y,2)H2O。(4)通式法：物质的性质等→类别及组成通式(如CnH2n)n值→分子式。(5)商余法：对于烃(CxHy)，可用相对分子质量除以12，看商和余数。即：=x…y，所得商的整数部分就是烃分子中所含碳原子的最大值，余数则为所含氢原子的最小值二、有机物分子结构的确定——波谱分析1、红外光谱(1)原理：当用红外线照射有机物分子时，分子中的化学键或官能团可发生振动吸收，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)作用：可以初步判断有机物中含有何种化学键或官能团(3)实例：分子式为C2H6O的有机物A有如下两种可能的结构：或3，利用红外光谱来测定，分子中有O—H或—OH可确定A的结构简式为。2、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成正比(2)作用：测定有机物分子中氢原子的。(3)分析：吸收峰数目＝，吸收峰面积比＝。(4)实例：分子式为C2H6O的有机物A的核磁共振氢谱如图，可知A中有种不同化学环境的氢原子且个数比为，可推知该有机物的结构应为。3、X射线衍射(1)原理：X射线是一种波长很短(约10－10m)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，将X射线衍射技术用于有机化合物(特别是复杂的生物大分子)晶体结构的测定，可以获得更为直接而详尽的结构信息【微点拨】①红外光谱可以测量出化学键或官能团的种类，但不能测出化学键或官能团的个数②核磁共振氢谱中吸收峰的数目代表的是而非氢原子的个数4、确定有机物分子结构的方法(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如：C2H6，只能是CH3CH3(2)通过定性实验确定：根据分子式写出其可能的同分异构体→根据定性实验确定其可能存在的官能团→确定结构式如：能使溴的四氯化碳溶液褪色的有机物分子中可能含有，烃A分子式为C3H6且能使溴的四氯化碳溶液褪色，其结构简式为。(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②通过定量实验确定官能团的数目。如：实验测得1mol某醇与足量钠反应可得到1mol气体，则可说明1个该醇分子中含2个—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“拼合”(5)根据有机物的结构特点判断①烃B的分子式为C8H18，其一氯代烃只有一种，其结构简式是②实验式分别为CH3、CH3O的有机物的结构简式分别为CH3CH3、HOCH2CH2OH、CH3OCH2OH(6)确定有机物结构的物理方法①红外光谱法：初步判断有机物中含有的官能团或化学键②核磁共振氢谱法：测定有机物分子中氢原子的类型和数目，氢原子的类型＝，不同氢原子个数比＝不同吸收峰面积比【课堂练习】1、某化合物6.2g在氧气中完全燃烧，只生成8.8gCO2和5.4gH2O。下列说法正确的是()A．该化合物仅含碳、氢两种元素B．该化合物中碳、氢原子个数比为1∶2C．该有机物的分子式为C2H6D．该化合物中一定含有氧元素2、能够快速、微量、精确地测定相对分子质量的物理方法是()A．质谱法B．红外光谱法C．元素分析法 D．核磁共振氢谱法3、某有机物质量为8.80g，完全燃烧后得到CO222.0g、H2O10.8g，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()A．C5H6OB．C5H12C．C5H12O2D．C5H12O4、设H＋的质荷比为β，某有机物样品的质荷比如图所示(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(CH3OH)B．甲烷C．丙烷 D．乙烯5、经测定，咖啡因分子中各元素的质量分数是：碳49.5%、氢5.1%、氧16.5%、氮28.9%，且其相对分子质量为194，则咖啡因的分子式为________6、有机物A是烃的含氧衍生物，在同温同压下，A蒸气的质量是同体积乙醇蒸气的2倍。1.38gA完全燃烧后，将燃烧产物通过碱石灰，碱石灰的质量增加3.06g。若将燃烧后的产物通过浓硫酸，浓硫酸的质量增加1.08g。试通过计算确定A的分子式。7、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8、某有机物A的分子式为C4H10O，红外光谱图如图所示，则A的结构简式为()A．CH3CH2OCH2CH3B．CH3OCH2CH2CH3C．CH3CH2CH2CH2OH D．(CH3)2CHOCH39、在核磁共振氢谱中出现两组峰，且峰面积之比为3∶2的化合物是()10、已知某有机物A的红外光谱和核磁共振氢谱如图所示，下列说法中不正确的是()A．由红外光谱可知，该有机物分子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的氢原子C．仅由核磁共振氢谱无法得