第二节研究有机化合物的一般方法第2课时（课件）高二化学（人教版2019选择性必修3）

第二节研究有机化合物的一般方法第2课时第一章有机化合物的结构特点与研究方法有机物分子结构的确定2有机化合物实验式和分子式的确定1本节重点本节难点20世纪70年代初，屠呦呦等科学家提取了青蒿素，后通过元素分析和质谱法分析，确定其相对分子质量为282，分子式为C15H22O5。经红外光谱和核磁共振谱分析，确定其分子中含有酯基和甲基等结构片段。通过化学反应证明其分子中含有过氧基(—O—O—)。1975年底，我国科学家通过X射线衍射最终测定了它的分子结构。元素分析质谱法红外光谱核磁共振X射线衍射燃烧法(李比希法)某有机物完全燃烧后，若产物只有CO2和H2O，其元素组成为_______________________。最早定量分析有机化合物的元素的科学家德国化学家李比希(J.vonLiebig，1803—1873)李比希元素分析仪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，则差数就是氧的百分含量肯定有C、H，可能有O实验装置将一定量的有机物燃烧，分解为简单的无机物，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)确定实验式简单的无机物有机物点燃C→CO2H→H2ON→N2S→SO2Cl→HCl元素定量分析的原理表示化合物所含元素的原子种类及数目的式子，表示物质的真实组成分子式确定实验式实验式(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，碳原子已经达到饱和，则该物质的实验式与分子式相同元素定量分析的原理实验式分子式CH4CH4C2H6OC2H6OCH2OC2H4O2确定实验式实验装置吸收H2O吸收CO2根据吸收剂在吸收前后的质量差，计算出有机化合物中碳、氢元素的质量分数，剩余的就是氧元素的质量分数，据此计算可以得到有机化合物的实验式m(C)＝×1244m(CO2)m(H)＝×218m(H2O)确定实验式若m(有机物)＝m(C)+m(H)，则说明该有机物中只含碳和氢两种元素情况一若m(有机物)>m(C)＋m(H)且完全燃烧只生成CO2和H2O，则说明有机物中含有C、H、O三种元素，其中m(O)=m(有机物)-m(C)-m(H)情况二【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%，试求该未知物A的实验式。【解】(1)计算该有机化合物中氧元素的质量分数：w(O)=100%-52.2%-13.1%=34.7%(2)计算该有机化合物分子内各元素原子的个数比：=2:6:1答：该未知物A的实验式为C2H6O。N(C):N(H):N(O)=52.2%12.0113.1%1.00834.7%16.00::李比希还建立了含氮、硫、卤素等有机化合物的元素定量分析方法，这些方法为现代元素定量分析奠定了基础。现在，元素定量分析使用现代化的元素分析仪，分析的精确度和分析速度都达到了很高的水平元素定量分析只能确定有机化合物分子中各组成原子的最简整数比，得到实验式。要确定它的分子式，还必须知道其相对分子质量。目前有许多测定相对分子质量的方法，质谱法是其中最精确而快捷的方法质谱仪确定分子式质谱仪分子离子

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

。原理相对质量与电荷数质荷比如图为某有机物的质谱图：从图中可知，该有机物的相对分子质量为____，即____________的数据就是样品分子的相对分子质量。46质荷比最大确定分子式质谱图以_______为横坐标，以___________________为纵坐标，根据记录结果所建立的坐标图。质荷比各类离子的相对丰度【例1】某有机物的结构确定：(1)测定实验式：某含C、H、O三种元素的有机物，经燃烧分析实验测定其碳的质量分数是64.86%，氢的质量分数是13.51%，则其实验式是________。C4H10O(2)确定分子式：如图是该有机物的质谱图，则其相对分子质量为______；分子式为_________。C4H10O74【例2】某烃A蒸气的密度是相同状况下氢气密度的36倍，已知该烃中的碳、氢元素质量比为5∶1，则：(1)该烃的相对分子质量为______。72解析已知烃A蒸气的密度是相同状况下氢气密度的36倍，则烃A的摩尔质量为36×2g·mol－1＝72g·mol－1，所以该烃的相对分子质量为72。(2)确定该烃的分子式为________。C5H12确定分子式归纳总结：有机物相对分子质量的求算方法根据气体A相对于气体B的相对密度D，MA＝D×MB根据STP下气体的密度，Mr＝22.4×ρ标态密度法相对密度法混合物的平均相对分子质量读图法质谱图中，质荷比最大值即为该有机物的相对分子质量M＝m总/n总红外光谱仪核磁共振波谱仪X射线衍射仪确定比较复杂的有机化合物的分子结构，仅靠质谱法是很难完成的，需要借助其他现代分析仪器，进行红外光谱、核磁共振氢谱和X射线衍射等分析确定分子结构红外光谱原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初步判断有机物中含有的

或

。作用官能团化学键利用红外光谱来测定，分子中有O—H或—OH可确定其结构简式为______________分子式为C2H6O的有机物，可能的结构：_____________或___________确定分子结构红外光谱示例CH3CH2OHCH3OCH3CH3CH2OH确定分子结构核磁共振氢谱原理

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。测定有机物分子中氢原子的___________作用氢原子数类型和数目确定分子结构核磁共振氢谱示例氢原子的类型数氢原子个数比吸收峰数目＝_______________，吸收峰面积比＝______________由图可知，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______________分子式为C2H6O的有机物的核磁共振氢谱图33∶2∶1CH3CH2OH确定分子结构X射线衍射原理作用X射线是一种波长很短的_________，它和晶体中的原子相互作用可以产生_______。可获得分子结构的有关数据，如_______、______等，用于有机化合物_________的测定。电磁波衍射图键长键角晶体结构【例1】大鹿老师为研究有机物X的组成与结构，进行了如下实验：(1)有机物X的质谱图如图所示，该有机物X的相对分子质量为_______。100(2)将10.0gX在足量O2中充分燃烧，并将其产物依次通过足量的无水CaCl2和KOH浓溶液，发现无水CaCl2增重7.2g，KOH浓溶液增重22.0g。该有机物X的分子式为_________。C5H8O2【例1】大鹿老师为研究有机物X的组成与结构，进行了如下实验：(3)经红外光谱测定，有机物X中含有醛基；有机物X的核磁共振氢谱图上有2个吸收峰，峰面积之比为3∶1。该有机物X的结构简式为_______________。(CH3)2C(CHO)2解析有机物X中含有醛基，有机物X的核磁共振氢谱图上有2个吸收峰，则分子中含有2种不同化学环境的氢原子，其中一种是醛基中的氢原子，又峰面积之比为3∶1，则含两个醛基，故其结构简式为(CH3)2C(CHO)2。核磁共振氢谱图，可知：峰的个数即氢原子的种类数，而峰面积之比为各类氢原子个数之比确定分子结构归纳总结：谱图法在确定有机物分子结构中的应用红外光谱图，可知：有机物分子中含有哪些化学键、官能团，从而确定有机物的结构X射线衍射图，可知：有机化合物(特别是复杂的生物大分子)晶体结构的测定确定有机物分子式(结构式)的一般思路①C、H、O元素的质量或C、H、O元素的质量比或C、H、O元素的质量分数②燃烧产物的物质的量或质量①M=22.4ρ(标准状况下)②M=dMr(d为相对密度，Mr为已知气体相对分子质量)③质谱图红外光谱核磁共振氢谱X射线衍射根据同分异构体根据化学性质求1mol有机物中含各种元素原子的物质的量有机物燃烧方程式、计算、讨论分子式结构式实验式相对分子质量紫外光谱有机化学中应用最广泛的测定分子结构的方法就是四大光谱法：红外光谱、紫外光谱、核磁共振和质谱。紫外吸收光谱(UV)和可见光谱一样，同属于电子光谱，都是由分子中价电子的能级跃迁产生的。主要用于有机化合物是否存在共轭体系的测定。1．要确定某有机物的分子式，通常需要下列哪些分析方法①元素分析法②质谱法③核磁共振氢谱法④红外光谱法A．①② B．②③ C．③④ D．①④【答案】A【详解】①元素分析法可用于确定有机物中的元素组成，②质谱法可以确定有机物的相对分子质量，③核磁共振氢谱法和④红外光谱法用于确定有机物的结构以及特殊的化学键结构，因此用于确定有机物分子式的是①②，故A正确；故选：A。2．某有机物的密度是相同条件下H2的28倍，则该有机物的键线式可能为A．B．C．D．【答案】A【分析】相同条件下，气体的密度之比等于摩尔质量之比，故该有机物的相对分子质量为56，分子式为C4H8，据此可分析解答。【详解】A．分子式为C4H8，A选项正确；B．分子式为C6H8，B选项错误；C．分子式为C5H6，C选项错误；D．分子式为C2H4，D选项错误；答案选A。3．某化合物6.4g在氧气中完全燃烧，只生成8.8gCO2和7.2gH2O。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1：8C．无法确定该化合物是否含有氧元素D．该化合物实验式为CH4O【答案】D【详解】A．根据以上分析，该化合物含碳、氢、氧三种元素，故A错误；B．6.4g该化合物中含有0.2molC、0.8molH，碳、氢原子个数比为1：4，故B错误；C．根据以上分析，该化合物含碳、氢、氧三种元素，故C错误；D．6.4g该化合物中含有0.2molC、0.8molH、0.2molO，该化合物实验式为CH4O，故D正确；选D。4．某有机物的质谱图如图所示，该有机物的结构简式可能是A．B．C．D．【答案】A【详解】由质谱图可知相对分子质量为78，78÷12=6⋯⋯6，分子式为C6H6，为苯，故选：A。5．某有机物A的质谱图、核磁共振氢谱图如下，则A的结构简式可能为A．HCOOHB．CH3CH2CHOC．CH3CH2OHD．CH2=CHOCH3【答案】C【分析】由图知有机物A的相对分子质量为46，有3种等效