研究有机化合物的一般方法+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【教学目标】1.掌握李比希提出的燃烧有机物对产物的定量测定确定实验式；2.了解质谱法确定分子式的原理与方法；3.知道红外光谱、核磁共振等现代仪器分析方法在有机物分子结构测定中的应用。创设情境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分析，那么有哪些分析方法？萃取液-液萃取固-液萃取利用待分离组分在两种互不相溶的溶剂中的溶解性不同，将其从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程利用溶剂从固体物质中溶解出待分离组分的过程一、有机化合物的分离、提纯萃取剂的选择依据（笔记）常用萃取剂乙醚、乙酸乙酯、二氯甲烷、苯、四氯化碳等萃取剂和原溶剂互不相溶溶质在萃取剂中的溶解度大于在原溶剂中的溶解度萃取剂与原溶液不反应主要实验仪器：分液漏斗烧杯铁架台液-液萃取主要实验步骤：萃取液-液萃取有机化合物的分离、提纯用CCl4萃取碘水中的碘单质碘水分液：将萃取后两种互不相溶的液体分开的操作检漏：分液漏斗使用前需检漏（分液漏斗内液体不超过容积的2/3）振荡、放气：双手托住分液漏斗，右手按住玻璃塞，平放用力振荡（振荡后注意放气）静置分层：打开上端玻璃塞（有利于分层），静置（下端尖嘴部分紧靠烧杯内壁）分液：密度大的液体从下面放出，密度相对小的液体从上面倒出（打开上方的玻璃塞）重结晶所得的晶体纯度不能达到要求，可以再次进行重结晶以提高产物的纯度不与被提纯物质发生化学反应杂质在此溶剂中溶解度很小或者很大，易于除去被提纯的有机化合物在此溶剂中的溶解度受温度影响较大，高温时，溶解度大，低温时，溶解度小，冷却后易于结晶析出

利用被提纯物质与杂质在同一溶剂中的溶解度不同适用范围提纯固体有机化合物的常用方法提纯原理

溶剂要求有机化合物的分离、提纯重结晶【探究实验】重结晶法提纯苯甲酸【问题】某粗苯甲酸样品中含有少量氯化钠和泥沙，提纯苯甲酸需要经过哪些步骤？其结构可表示为

苯甲酸微溶于水，易溶于乙醇等有机溶剂苯甲酸在水中的溶解度如下温度25℃50℃95℃苯甲酸0.34g0.85g6.8gNaCl36.037.039.1有机化合物的分离、提纯【探究实验】重结晶法提纯苯甲酸【资料】《教材》P14中【讨论】（1）溶解粗苯甲酸时加热的作用是什么？趁热过滤的目的是什么？（2）实验操作中多次使用了玻璃棒，分别起到了哪些作用？（3）如何检验提纯后的苯甲酸中氯化钠已经被除净？加热：使苯甲酸溶解；趁热过滤：除去泥沙，并防止苯甲酸晶体低温析出

加热溶解——搅拌，加速苯甲酸溶解过滤——引流取少量晶体溶于水，加入硝酸酸化的硝酸银溶液，若无白色沉淀生成，证明已被除净色谱法P16色谱法起源于20世纪初，1903年俄国植物学家米哈伊尔·茨维特用碳酸钙填充竖立的玻璃管，以石油醚洗脱植物色素的提取液，经过一段时间洗脱之后，植物色素在碳酸钙柱中实现分离，由一条色带分散为数条平行的色带,从而分离得到了三种色素。茨维特将这种分离、提纯有机物的方法命名为色谱法。25年后德国化学家库恩再分离、提纯胡萝卜素异构体和维生素结构中，应用色谱法，获得了1938年诺贝尔化学奖。

此后，色谱法成为分离、提纯有机物必不可少的方法。并发展出了纸上色谱法、薄层色谱法、气相色谱法和液相色谱法等。有机化合物的分离、提纯有机物（纯净）

确定实验式我们需要知道哪些数据才能确定呢？有机物元素组成各元素质量分数元素的定性、定量分析1.确定实验式定量分析的原理：有机化合物燃烧简单的无机物定量测定计算推算各元素的质量分数计算实验式(最简式）定量分析的方法：李比希法原理：一定量有机物[含C、H、(O)]CuO氧化H2OCO2无水CaCl2吸收浓KOH吸收用C、H、O元素原子个数比确定实验式剩余的为O元素的质量分数图1李比希法设备图图2李比希简易装置图反应前后装置质量差计算C、H元素的质量分数现代化的元素分析仪现代化的元素分析仪李比希不仅建立了可以定量测定碳、氢、氧元素的分析方法，还建立了含氮、硫、卤素等有机化合物的元素定量分析方法，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，分析的精确度和速率都达到了很高的水平。例

含C、H、O三元素的未知物A，经燃烧分析实验测定该未知物中碳的质量分数为52.2%，氢的质量分数为13.5%。试求该未知物A的实验式。(2)计算该有机化合物分子内各元素原子的个数比：解：(1)计算该有机化合物中氧元素的质量分数：

ω(O)＝100%－52.2%－13.5%＝34.7%N(C)：N(H)：N(O)＝52.2%12.0113.1%1.00834.7%16.00：：=2：6：1答：该未知物A的实验式为C2H6O。要确定分子式至少还需知道哪个物理量呢？相对分子质量2．确定相对分子质量(1)计算法②相对密度法：根据气体A相对于气体B(已知)的相对密度d。MA＝d×MB。相对分子质量数值上等于摩尔质量(以g·mol－1为单位时)的值。①标准状况密度法：已知标准状况下气体的密度ρ，求算摩尔质量。M＝ρ×22.4L·mol－1。(2)仪器测定测定相对分子质量的方法很多，质谱法是最精确、最快捷的方法。质谱仪工作原理示意图二、相对分子质量的测定——

质谱法有机物分子确定相对分子质量离子的质荷比高能电子流轰击带正电荷的分子离子和碎片离子磁场作用下先后到达检测仪质谱图质谱仪质谱图相对质量与电荷数的比值质谱图：以质荷比为横坐标，以各类离子的相对丰度为纵坐标，根据记录测试结果所建立的坐标图。从图中可知，该有机物的相对分子质量为46。某有机化合物A的质谱图质荷比最大的数据就是样品分子的相对分子质量17三、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，形成带正电荷的分子离子和碎片离子等。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。计算机对其进行分析后，得到它们的相对质量与电荷数的比值，即质荷比。以质荷比为横坐标，以各类离子的相对丰度为纵坐标记录测试结果，就得到有机化合物的质谱图。2．相对分子质量确定质谱图中最右侧的分子离子峰或质荷比最大值表示样品中分子的相对分子质量。183．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46

。四、质谱仪——确定相对分子质量的利器2、质荷比碎片离子或分子离子的相对质量与电荷的比值有机物分子高能电子流轰击带电的“碎片”确定相对式量碎片的质荷比1、质谱仪工作原理3、质谱图质谱图中质荷比最右侧的质荷比最大，等于相对分子质量有机化合物分子式的确定(1)确定流程(2)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1mol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：根据课本例题可知：未知物A的相对分子质量为46，实验式C2H6O的式量是46，M={M(C2H6O)}×n；n=1所以未知物A的实验式和分子式都是C2H6O。试写出C2H6O可能的结构：五、分子结构的鉴定——波谱分析红外光谱仪确定官能团和化学键的类型1、红外光谱

未知物A的红外光谱

写出C2H6O可能的结构：例题2、下图是分子式为C3H6O2的有机物的红外光谱谱图，推测其结构。CH3—C—O—CH3O2、核磁共振氢谱（HNMR）（1）原理：

处在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，在图谱上的位置也不同，而且吸收峰的面积与氢原子数成正比。（2）用途:

吸收峰数目＝

，吸收峰面积比＝

。氢原子数之比氢原子类型种类测定有机物分子中氢原子的类型和它们的相对数目未知物A的核磁共振氢谱二甲醚的核磁共振氢谱由未知物A（分子式为C2H6O）的核磁共振氢谱图，可以判断:A的分子中有3中处于不同化学环境的氢原子，个数比为3:2:1。CH3OCH3（二甲醚）分子中的6个氢原子的化学环境相同，对应的核磁共振氢谱图中只有一个峰例题3、在化学上经常使用的是氢核磁共振谱，它是根据不同化学环境的氢原子在氢核磁共振谱中给出的信号不同来确定有机物分子中的不同的氢原子。下列有机物分子在核磁共振氢谱中只给出一种信号的是

A、HCHOB、CH3OHC、HCOOHD、CH3COOCH3√例4、有机物的相对分子质量为70，红外光谱表征到碳碳双键和羰基的存在，该有机物的分子式

。核磁共振谱列如下图，写出可能的结构简式

。C4H6OCH2=CHCOCH33种氢原子吸收峰数目3种官能团：C=C，C=OCH2=C(CH3)CHO图谱题解题1.首先应掌握好三种谱图的作用、读谱方法。2.必须尽快熟悉有机物的类别及其官能团。3.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4.得出结构（简）式后，再与谱图提供信息对照检查，主要是相对分子质量、官能团、基团、氢原子的类别是否吻合。3、X射线衍射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谱图。原理：

经过计算可以从中获得分子结构的有关数据，包括键长、键角等分子结构信息。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。应用：BDD练习：1．下列关于蒸馏的实验操作说法正确的是(

)A．蒸馏的原理是利用混合物中各组分的沸点不同实现分离B．蒸馏烧瓶可以用酒精灯直接加热C．开始蒸馏时，应该先加热，再通冷凝水；蒸馏完毕，应该先关冷凝水，再撤酒精灯D．苯和水的混合物最好用蒸馏的方法进行分离A2．下列说法中错误的是(

)A．用酒精萃取溴水中的溴的操作可选用分液漏斗，而后静置分液B．进行分液时，分液漏斗中的下层液体从下口放出，上层液体则从上口倒出C．密度不同、不互溶的液体混合物，可采用分液的方法将它们分离D．对于热稳定性较高、沸点较高的液态有机化合物和沸点较低的杂质可用蒸馏法除杂3．可以用分液漏斗分离的一组物质是(

)A．溴和四氯化碳B．苯和溴苯C．酒精和水 D．硝基苯和水AD4．(双选)某同学拟用重结晶的方法除去某产品中的杂质，为此需要选用合适的溶剂。具有下列特点的溶剂中，不可取的溶剂是(

)A．产品在溶剂中的溶解度随温度的