研究有机化合物结构的一般方法课件高二下学期化学人教版选择性必修3

第二节

研究有机化合物的一般方法第一章有机化合物的结构特点与研究方法1.通过对蒸馏、萃取、重结晶实验原理和基本操作的学习，认识科学探究过程的步骤，学会设计科学探究方案，培养严谨的科学态度和科学的思维方式。2.通过苯甲酸重结晶的实验探究，感受科学研究的方法。3.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。4.能够根据化学分析和波谱分析确定有机化合物的结构核心素养

发展目标粗品分离和提纯的方法

一一、研究有机物的基本步骤二、有机化学中常用的分离、提纯方法1.蒸馏(1)原理：利用沸点差异分离和提纯液态有机化合物。(2)适用条件：①液态有机物中含有少量杂质；②有机物热稳定性较高；③有机物与杂质的沸点相差较大(一般约大于30℃)。(3)蒸馏的实验装置及注意事项①实验装置：在横线上写出相应仪器的名称温度计蒸馏烧瓶(直形)冷凝管尾接管(牛角管)锥形瓶直形冷凝管球形冷凝管蛇形冷凝管

直形冷凝管，一根直形空气冷凝管作为内芯管；球形冷凝管，球泡状管作内芯管，与直形冷凝管相比，球泡状的内芯管的冷却面积大，冷凝效果好；蛇形冷凝管，内芯管为螺旋形，增加了玻璃管的长度，冷却面较球形冷凝管更大。②注意事项a.蒸馏烧瓶底部要垫

，烧瓶内液体体积约为其容积的

；b.温度计水银球位置：

；c.加碎瓷片的目的：

；d.冷凝管中水的流向：

；e.实验开始时，先通冷水后加热；实验结束时，先停止加热，后停止通冷水。陶土网蒸馏烧瓶的支管口处防止液体暴沸下口流入，上口流出当互溶的两种液态有机物中各组分的沸点相差较小时如何处理？比如乙醇中混有乙酸，可先加生石灰，将乙酸转化为乙酸钙再蒸馏。2.萃取(1)原理①液-液萃取：利用待分离组分在

的溶剂中的

不同，将其从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程。②固-液萃取：用溶剂从

中溶解出待分离组分的过程。两种不互溶溶解度固体物质

固—液萃取：是用有机溶剂从固体物质中溶解出有机物的过程(专用仪器设备)(2)萃取剂及其选择条件①萃取用的溶剂称为萃取剂，常用的萃取剂有____________________

等。②萃取剂的选择条件a.萃取剂与原溶剂不互溶；b.溶质在萃取剂中的溶解度

在原溶剂中的溶解度；c.萃取剂与原溶液中的成分不反应。乙醚、乙酸乙酯、二氯甲烷、苯、四氯化碳远大于(3)装置及操作要求装置(写出相应仪器的名称)操作要求

加萃取剂后充分振荡，静置分层后，将漏斗上口的玻璃塞打开或使塞上的凹槽对准漏斗口上的小孔。注意漏斗下端管口尖嘴部分紧靠烧杯内壁。打开分液漏斗活塞，下层液体从

，并及时关闭活塞，上层液体从_________分液漏斗烧杯下口放出上口倒出3.重结晶(1)原理：重结晶的核心在于利用“温差”或“溶剂差异”，让目标物质与杂质在溶解度上表现出巨大差异。通过控制温度，使目标物质结晶析出，而杂质则留在溶液中（或反之），从而实现分离。(2)选择溶剂的条件①理想的重结晶溶剂需满足杂质要么“极难溶”（趁热过滤直接除去不溶杂质），要么“极易溶”（冷却结晶时仍留在母液中不析出）。②被提纯的有机物的溶解度必须随温度降低而显著下降，这样才能在降温时高效、大量地析出纯净晶体。实验：重结晶法提纯苯甲酸①实验流程及装置②问题讨论a.重结晶法提纯苯甲酸的原理是什么？有哪些主要操作步骤？提示

原理：苯甲酸在不同温度的蒸馏水中溶解度不同。主要操作步骤：加热溶解、趁热过滤、冷却结晶、过滤洗涤、干燥称量。b.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？提示

加热是为了增大苯甲酸的溶解度，使苯甲酸充分溶解。趁热过滤是为了防止苯甲酸提前结晶析出。c.实验操作中多次用到了玻璃棒，分别起到了哪些作用？提示

①溶解时搅拌，加快溶解速率；②过滤、洗涤时引流。

色谱法

当样品随着流动相经过固定相时，因样品中不同组分在两相间的分配不同而实现分离，这样的一类分离分析方法被称为色谱法。色谱法又称层析法或色层法。目前常用的固定相有硅胶、氧化铝等。

常见的色谱法有柱色谱、纸色谱、薄层色谱、气相色谱、高效液相色谱等。知识拓展图1-10实验室常用的一种柱色谱装置示意图1.选择下列实验方法分离、提纯物质，将分离、提纯方法的字母填在横线上。A.萃取B.重结晶C.分液D.蒸馏E.过滤F.洗气(1)分离水和汽油的混合物：______。(2)分离四氯化碳(沸点为76.75℃)和甲苯(沸点为110.6℃)的混合物：______。(3)提取碘水中的碘：_____。(4)除去混在乙烷中的乙烯：_____。(5)从硝酸钾和氯化钠的混合物中获得硝酸钾：______。CDAFB观察下列模型，判断下列说法错误的是氮化石墨六方氮化硼BN石墨炔氧化镁

A．已知氮化石墨为平面结构，则氮化石墨中两种原子的杂化方式均为sp2杂化√我国科学家成功合成了世界上首个五氮阴离子盐(N5)6(W3X)3(YW4)4Z，X射线衍射测得该化合物的晶体结构局部如图所示。其中W与X、W与Y均可形成10电子化合物，Z的单质可以用于自来水消毒，图中虚线表示氢键。下列说法错误的是D．若N5－的立体结构是平面五元环，则N5－中氮原子之间的键为氮氮单键×

没有磁性(离子中无成单电子)为平面构型；

没有磁性(离子中无成单电子)为八面体构型。下列说法正确的是B．

中心原子杂化方式可能是sp3×某种钾盐具有鲜艳的颜色，其阴离子结构如图所示，X、Y、Z、W为原子序数依次增加的前四周期元素，X、Y在第二周期且未成对电子数之比为2：3，Z的最高化合价与最低化合价的代数和为4，W为日常生活中应用最广泛的过渡金属。下列说法错误的是（

）A、在该阴离子中W的化合价为+3B、第一电离能：X＞Y＞Z＞WC、该阴离子中含有配位键D、X、Y、Z均满足最外层8电子结构B确定实验式

二分离、提纯确定实验式确定分子式确定分子结构

元素定量分析的原理一般是将一定量的有机化合物燃烧，转化为简单的无机物，并通过测定无机物的质量，推算出该有机化合物所含各元素的质量分数，然后计算出该有机化合物分子内各元素原子的最简整数比，确定其实验式（也称最简式）。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、定量分析分离、提纯确定实验式确定分子式确定分子结构定量分析的方法：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李比希元素分析仪图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，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率都达到了很高的水平。确定分子式

三(1)确定相对分子质量①质谱法a.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。计算机对其进行分析后，得到它们的

的比值，即

。分子离子相对质量与电荷数质荷比b.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。如图为某有机化合物的质谱图：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。质荷比各类离子的相对丰度46质荷比最大1.质荷比2.碎片离子电荷3.相对丰度2025云南18(2)对比C和D的结构，可以推知C和D的___(填标号)不相同。a．分子式b．质谱图中的碎片峰c．官能团bCH2=CH+2026达州二诊B②计算法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。a.标况密度法：已知标准状况下气体的密度ρ，摩尔质量：M＝ρ×22.4L·mol－1。b.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。(2)确定分子式在确定了物质的实验式(最简式)和相对分子质量之后，分子式是实验式的整数倍。(1)验证有机物属于烃时只需测定产物中的CO2和H2O的物质的量之比(2)有机物燃烧后只生成CO2和H2O的物质一定只含有碳、氢两种元素(3)有机物的实验式、分子式一定不同(4)某有机物的蒸气对氢气的相对密度是16，则该有机物的相对分子质量为32(5)质谱图中最右边的谱线表示的数值为该有机物的相对分子质量正误判断×√√××确定分子结构

四红外光谱仪核磁共振仪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。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。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。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。1.红外光谱(1)原理：不同的化学键或官能团对红外线的吸收频率不同，在红外光谱图上将处于不同的位置。(2)作用：获得分子中所含

或

的信息。化学键官能团(3)实例：下图为有机物A(分子式为C2H6O)的红外光谱图。有机物A的结构简式可能为CH3CH2OH或CH3OCH3，由红外光谱图知A中含有C−H、C−O、

，故A的结构简式为

。CH3CH2OHO−H2.核磁共振氢谱(1)原理：用电磁波照射含氢元素的化合物，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：获得有机物分子中有几种处于不同化学环境的氢原子及它们的相对数目等信息，吸收峰数目＝_____________，吸收峰面积比＝______________。氢原子数氢原子种类数氢原子数目比(3)实例：下图为有机物A(分子式为C2H6O)的核磁共振氢谱。由图可知A的分子中有

种处于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简式应为

。33∶2∶1CH3CH2OH2025云南18(2)对比C和D的结构，可以推知C和D的___(填标号)不相同。a．分子式b．质谱图中的碎片峰c．官能团bCH2=CH+1.(1)

的核磁共振氢谱图中有___组峰。

(2)

的核磁共振氢谱图有____组峰，峰面积之比为________。

(3)下列有机物分子在核磁共振氢谱中只有一组峰的是（

）A.HCHOB.CH3OHC.HCOOHD.CH3COOCH3632∶1∶3A2.有机物乙的核磁共振氢谱图有____组峰3.101kPa、100℃时，某物质相对H2的密度为21，其核磁共振氢谱如图所示，该物质可能为（

）A4.乙酸和甲酸甲酯互为同分异构体，其结构式分别如下：

和

。在下列哪种检测仪上显示出的信号是完全相同的（

）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AC.两者的氢谱峰位置、分布不同，信号不相同；D.分子断裂后产生的碎片离子峰不同(乙酸会产生羧基相关碎片，甲酸甲酯会产生酯基相关碎片)。3.X射线衍射(1)原理：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

。(2)作用：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1.有机物Y的分子式为C4H8O2，其红外光谱图如图所示，则该有机物的结构可能为（

）A.CH3COOCH2CH3B.C.HCOOCH2CH3

D.(CH3)2CHCOOHA2.有机物R的核磁共振氢谱如图所示，则R的结构简式为（

）A.CH3CH2CH3

B.HOCH2CH2OHC.CH3CH(OH)CH3

D.HOOCCH2CH2COOHC3.某化合物由碳、氢、氧三种元素组成，其红外光谱图有C−H、O−H、C−O的振动吸收，该有机物的相对分子质量是60，其核磁共振氢谱只有3组峰，则该有机物的结构简式是（

）A.CH3CH2OCH3

B.CH3CH(OH)CH3C.CH3CH2CH2OH D.CH3CH2CHOB4.8g有机物C在足量O2中充分燃烧后，将混合气体依次通过足量的浓硫酸和碱石灰，浓硫酸和碱石灰的质量分别增加7.2g和17.6g，经检验最终剩余气体为O2。已知有机物C的质谱图与红外光谱图如图所示。下列有关有机物C的说法错误的是（

）A.含有C、H、O三种元素B.分子式为C4H8O2C.可能含有酯基D.有两种可能结构C5.质谱图表明某有机物(只含C、H、O元素)的相对分子质量为70，红外光谱图显示该有机物含有C=C和C=O，核磁共振氢谱图表明其有4组峰，且峰面积之比为1∶1∶1∶3。已知

不与Br2发生加成反应，下列有关该有机物的说法正确的是（

）A.其分子中有5种不同化学环境的氢原子B.分子式为C4H8OC.结构简式为CH3CH=CHCHOD.1mol该有机物能与2molBr2发生加成反应C青蒿素

五

青蒿素是一种有机化合物（分子式为C15H22O5），是治疗疟疾的有效成分，提取于中药青蒿中。（图片来源于网络）（图片来源于网络）青蒿青蒿素分子结构萃取、蒸馏、重结晶分离、提纯确定分子式确定分子结构元素定性分析得到实验式分离、提纯确定实验式确定分子式确定分子结构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。屠呦呦2015年因青蒿素研究获得诺贝尔生理学或医学奖

青蒿一握，水二升，浸渍了千多年，直到你出现。为了一个使命，执着于千百次实验。萃取出古老文化的精华，深深植入当代世界，帮人类渡过一劫。呦呦鹿鸣，食野之蒿。今有嘉宾，德音孔昭。2016年（对应2015年度）感动中国给____________的颁奖词

屠呦呦我国屠呦呦等科学家从中药中提取青蒿素并测定其结构，实验需用到的部分仪器有：①柱色谱装置；②元素分析仪；③红外光谱仪；④核磁共振仪；⑤质谱仪。根据研究有机物的一般方法和步骤，仪器使用的顺序为()A．①②⑤③④B．②①⑤③④C．①②③④⑤D．①③④②⑤A通过X射线衍射获得的青蒿素的分子结构1.青蒿素分子中含有

个手性碳原子2.青蒿素分子中含有

种官能团3.青蒿素分子式为

。

7C15H22O5320世纪70年代初我国屠呦呦等科学家使用乙醚从中药中提取并用柱色谱分离得到抗疟有效成分青蒿素，结构如图所示下列说法不正确的是()A．青蒿素的分子式为C15H22O5B．青