研究有机化合物的一般方法+高二下学期化学人教版选择性必修3

第一章

有机化合物的结构特点与研究方法第二节研究有机化合物的一般方法学习任务目标1．掌握蒸馏、重结晶、萃取等分离和提纯方法的原理、使用范围、仪器选用、操作步骤及注意事项等。2．了解元素分析及相对分子质量的测定方法；掌握由有机化合物元素含量及相对分子质量确定分子式的一般步骤和方法。3．了解红外光谱、核磁共振氢谱、X射线衍射的原理，掌握有机化合物分子结构鉴定的方法。知道现代物理方法在测定有机化合物的元素组成、相对分子质量和分子结构中的重要作用。问题式预习01一、有机化合物的分离、提纯1．蒸馏(1)液热稳定沸点(2)装置和主要仪器(3)支管口暴沸下口上口2．萃取(1)基本原理不互溶溶解度溶剂不不大于不(2)主要仪器分液漏斗3．重结晶重结晶是提纯固体有机化合物常用的方法。(1)原理：利用被提纯物质与杂质在同一溶剂中的溶解度不同而将杂质除去。(2)溶剂的选择很小很大温度(3)实验仪器与操作步骤(以粗苯甲酸的提纯为例)加热溶解趁热过滤冷却结晶①溶解粗苯甲酸时加热的作用是________________________________________________。②趁热过滤的目的是________________________。溶解较多的苯甲酸，得到热苯甲酸的饱和溶液防止溶液冷却析出苯甲酸晶体二、实验式、分子式、分子结构的确定1．研究有机化合物的基本步骤实验式分子式分子结构2．确定实验式——元素分析分类定性分析定量分析含义用化学方法鉴定有机物的元素组成将一定量的有机化合物燃烧，转化为简单的无机化合物，并通过测定无机化合物的质量，推算出各组成元素的________，然后计算出该有机化合物分子内各元素原子的________比，确定实验式(也称最简式)举例完全燃烧后，碳元素变成______，氢元素变成H2O根据______的质量确定有机物中C的质量，根据H2O的质量确定有机物中H的质量质量分数最简整数CO2CO23．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。这些离子各自具有不同的__________，它们在电场和磁场的作用下到达检测器的时间先后有别，其结果被记录为质谱图。质量和电荷(2)质荷比：指分子离子、碎片离子等的相对质量与其电荷数的比值。质谱图中，质荷比的______就表示了样品分子的相对分子质量。例如，由图可知样品分子的相对分子质量为____。(3)根据实验式及相对分子质量可以推出分子式。最大值464．确定分子结构——波谱分析(1)红外光谱化学键官能团(2)核磁共振氢谱(3)X射线衍射X射线是一种波长很短(约____m)的电磁波，它和晶体中的原子相互作用可以产生衍射图。经过计算可以从中获得分子结构的有关数据，包括____、____等分子结构信息。种类和相对数目位置氢原子数氢原子种类数氢原子数目10-10键长键角任务型课堂02任务一物质分离、提纯常用的物理方法任务二有机物分子式和结构式的确定任务一物质分离、提纯常用的物理方法[探究活动]材料1

党的二十大报告提出“促进中医药传承创新发展。”铅霜(醋酸铅)是一种中药，具有解毒敛疮、坠痰镇惊之功效，其制备方法为将醋酸放入瓷皿，投入氧化铅，微温使之溶解，以三层细纱布趁热滤去渣滓，放冷，即得醋酸铅结晶，如需精制，可将结晶溶于同等量的沸汤，滴醋少许，过七层细布；清液放冷，即得纯净铅霜。材料2乙二醇和丙三醇都可以作汽车和飞机燃料的防冻剂。现有一瓶乙二醇和丙三醇的混合液，已知它们的性质如下表所示：物质熔点/℃沸点/℃溶解性乙二醇－11.5198易溶于水和乙醇丙三醇17.9290与水和乙醇以任意比互溶材料3共沸物所指的是当两种或多种不同成分的均相溶液，以一个特定的比例混合时，在固定的压力下，该溶液仅具有一个沸点，此时这种混合物即称作共沸混合物。例如，水-乙醇共沸物：共沸物组分沸点/℃组成/g共沸点/℃水-乙醇100/78.55/9578.15活动1铅霜制备过程中涉及的操作方法在化学中属于什么操作方法？提示：溶解、过滤、重结晶。投入氧化铅，微温使之溶解，涉及的操作是溶解；以三层细纱布趁热滤去渣滓，涉及的操作是过滤；如需精制，可将结晶溶于同等量的沸汤，滴醋少许，过七层细布；清液放冷，即得纯净铅霜，涉及的操作是重结晶。活动2将乙二醇和丙三醇分离的最佳方法是什么？提示：蒸馏。两者均属于醇类，相互混溶。从表中可知两者的沸点相差较大，故可用蒸馏法将其分离。活动3乙二醇可以用作从水溶液中萃取Br2、I2的萃取剂吗？提示：不可以，因为乙二醇易溶于水。活动4如何从水-乙醇的共沸物得到无水乙醇？提示：先加生石灰，将水转化为氢氧化钙再蒸馏。[评价活动]1．乙酰苯胺是一种具有解热镇痛作用的白色晶体，某种乙酰苯胺样品中混入了少量氯化钠杂质。已知：①20℃时乙酰苯胺在乙醇中的溶解度为36.9g。②氯化钠可分散在乙醇中形成胶体。③乙酰苯胺在水中的溶解度如下表所示：温度/℃255080100溶解度/g0.560.843.55.5下列提纯乙酰苯胺使用的溶剂和操作方法都正确的是(

)A．水；分液 B．乙醇；过滤C．水；重结晶 D．乙醇；重结晶C

解析：乙酰苯胺和氯化钠均可以溶于水中，不会出现分层，故不能通过分液分离，A错误；乙酰苯胺可以溶于乙醇中，但乙酰苯胺和乙醇不能通过过滤分离，B错误；乙酰苯胺在水中的溶解度随温度变化较大，而氯化钠的溶解度随温度变化较小，故采用重结晶法提纯乙酰苯胺，C正确；乙酰苯胺在乙醇中溶解度大，不能通过重结晶分离提纯，D错误。√12342．下列各项操作错误的是(

)A．用酒精萃取溴水中溴单质的操作可选用分液漏斗B．进行分液时，分液漏斗中的下层液体从下口流出，上层液体从上口倒出C．萃取、分液前需对分液漏斗检漏D．为保证分液漏斗内的液体顺利流出，需将上面的塞子拿下1234A

解析：酒精易溶于水，与水不能分层，不能达到萃取溴单质的目的，A项错误；分液漏斗中的下层液体通过下口放出，上层液体要从上口倒出，B项正确；由于分液漏斗有活塞，故使用前首先检查活塞处是否漏水，由于萃取操作时，还要将分液漏斗倒转振荡，故还应检验分液漏斗上口处是否漏水，C项正确；放出下层液体时，将漏斗上面的塞子拿掉使漏斗内与大气相通，便于液体顺利流出，D项正确。12343．下列实验中，所采取的分离方法与对应原理都正确的是(

)选项目的分离方法原理A分离溶于水中的碘乙醇萃取碘在乙醇中的溶解度较大B分离乙酸乙酯和乙醇分液乙酸乙酯和乙醇的密度不同C除去KNO3固体中混有的NaCl重结晶NaCl在水中的溶解度很大

D除去丁醇中的乙醚蒸馏丁醇与乙醚的沸点相差较大1234D

解析：乙醇与水互溶，不能作萃取剂，A错误；乙酸乙酯与乙醇互溶，不能用分液的方法分离，B错误；除去硝酸钾中的氯化钠可用重结晶的方法，是由于氯化钠在水中的溶解度受温度变化的影响较小，C错误；乙醚和丁醇互溶，但沸点相差较大，可用蒸馏的方法进行分离，D正确。4．正丁醛经催化加氢可制备正丁醇。为提纯含少量正丁醛杂质的正丁醇，现设计下列路线：已知：①正丁醛与饱和NaHSO3溶液反应可生成沉淀；②乙醚的沸点是34.5℃，微溶于水，与正丁醇互溶；③正丁醇的沸点是118℃。则操作1～4分别是(

)A．萃取、过滤、蒸馏、蒸馏B．过滤、分液、蒸馏、萃取C．过滤、蒸馏、过滤、蒸馏D．过滤、分液、过滤、蒸馏√D

解析：正丁醛与饱和NaHSO3溶液反应生成沉淀，且经操作1可得到滤液，故操作1为过滤；操作2是萃取后的步骤，故为分液；加固体干燥剂后，要把干燥剂分离出来，故操作3为过滤；根据乙醚与正丁醇的沸点相差较大可知，操作4为蒸馏，故D正确。有机物的分离与提纯1．分离与提纯的区别(1)分离指通过物理或化学方法将混合物各组分分开，其目的是得到混合物中的每一种纯净物质。(2)提纯将被提纯物质中的杂质除去，其目的是净化主体物质，不考虑提纯后杂质的化学成分和物理状态的改变。2．分液与萃取的区别与联系(1)分液和萃取是两个不同的概念，分液可以单独进行，但萃取之后一般要进行分液。(2)分液是将两种互不相溶的液体组成的混合物进行分离的操作。3．常见有机物的分离提纯方法(括号内为杂质)混合物试剂分离提纯的方法主要仪器乙酸乙酯(乙酸)饱和Na2CO3溶液分液分液漏斗、烧杯溴苯(溴)NaOH溶液苯(乙苯)酸性KMnO4溶液、NaOH溶液乙醇(水)CaO蒸馏蒸馏烧瓶、冷凝管混合物试剂分离提纯的方法主要仪器肥皂(甘油)NaCl盐析漏斗、烧杯淀粉(纯碱)H2O渗析半透膜、烧杯甲烷(乙烯)溴水洗气洗气瓶任务二有机物分子式和结构式的确定[探究活动]材料1晚香玉是提取香精的原料。晚香玉浸膏用于食品，能赋予食品独特的晚香玉气味。有机物A是配制依兰、晚香玉香型的常用香料。经元素定量分析和质谱法分析得知其相对分子质量为136。材料2咖啡、可可与茶为世界三大饮料，同为流行于世界的主要饮品。咖啡、茶中含有咖啡因，咖啡因是一种中枢神经兴奋剂，能够暂时驱走睡意并使人恢复精力，临床上用于治疗神经衰弱。活动1已知A分子中只含一个苯环且苯环上只有一个取代基，其核磁共振氢谱与红外光谱如图所示。(1)由核磁共振氢谱我们可以得到A分子中的什么信息？提示：由核磁共振氢谱，推测A分子中有4种化学环境不同的氢原子且个数比为3∶2∶2∶1。(2)结合两种谱图，确定有机物A的结构简式。提示：

。由红外光谱图知，A中至少存在8个C原子、2个O原子，再结合相对分子质量为136，可推测其分子式为C8H8O2，显然A分子中含有一个“

”、一个“

”和一个“C—O—C”

，再结合核磁共振氢谱可得A的结构简式为

活动2经实验测定，咖啡因分子中各元素的质量分数约是：碳49.5%，氢5.20%，氧16.5%，氮28.9%，其摩尔质量为194g·mol-1，请写出确定咖啡因分子式的过程。

活动3咖啡因的结构简式如下所示：它的核磁共振氢谱有几组峰？峰面积之比是多少？提示：4组，比值为3∶3∶3∶1。[评价活动]1．屠呦呦等科学家使用乙醚从中药中提取并分离得到青蒿素(相对分子质量为282，分子式为C15H22O5)，并测定了青蒿素的分子结构。下列说法正确的是(

)A．青蒿素属于烃B．“使用乙醚从中药中提取青蒿素”利用了萃取原理C．利用元素分析和红外光谱法能确定青蒿素的分子式D．仅利用核磁共振氢谱能确定青蒿素的相对分子质量√B

解析：烃是指只由C和H两种元素构成的有机物，青蒿素分子式为C15H22O5，含有O，不属于烃，A项错误；乙醚提取青蒿素是根据溶解性不同进行提取，利用了萃取原理，B项正确；元素分析只能确定元素种类，而红外光谱确定分子结构，两种方法无法确定分子式，C项错误；由核磁共振氢谱可以获得分子中氢原子的种数及它们的相对数目，但无法确定相对分子质量，相对分子质量需要借助质谱仪进行测定，D项错误。213452．乙酸和甲酸甲酯互为同分异构体，其结构式分别为

和

。上述两种物质在下列检测仪上显示出的信号完全相同的是(

)A．李比希元素分析仪 B．红外光谱仪C．核磁共振仪 D．质谱仪21345A

解析：李比希元素分析仪检测的是元素的种类和含量，乙酸和甲酸甲酯的分子式相同，信号相同，A正确；红外光谱仪检测的是化学键和官能团的结构特征，乙酸中含有羧基，甲酸甲酯中含有酯基，信号不完全相同，B错误；核磁共振仪检测的是氢原子的种类，乙酸中含有2种氢原子，有2组峰且峰面积之比为3∶1，甲酸甲酯中含有2种氢原子，有2组峰且峰面积之比为3∶1，但峰的位置不完全相同，C错误；质谱仪检测的是分子的相对分子质量，二者的相对分子质量相同，但分子碎片的相对质量不完全相同，D错误。312453．某含氧元素有机物A可以作为无铅汽油的抗爆震剂，它的相对分子质量为88.0，其中碳元素的质量分数为68.2%，氢元素的质量分数为13.6%，经红外光谱和核磁共振氢谱显示该分子中有4个甲基，则A的结构简式为(

)

412354．已知某有机物A的红外光谱和核磁共振氢谱如图所示，下列说法错误的是(

)41235A．由红外光谱图可知，该有机物中至少含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且个数比为1∶2∶3C．若A的化学式为C2H6O，则其结构简式为CH3OCH