高中化学 3.2.2《有机化合物结构式的确定》学案鲁科版选修5

1、第2课时有机化合物结构式的确定学习目标定位1.能利用官能团的化学检验方法鉴定单官能团化合物分子中是否存在碳碳双键、碳碳叁键、卤素原子、醇羟基、酚羟基、醛基、羧基等，初步了解测定有机物结构的现代方法。2.能根据有机化合物官能团的定性鉴定结果及相关图谱提供的分析结果判断和确定某种有机化合物样品的组成和结构。 1常见官能团的化学检验方法官能团种类试剂判断依据碳碳双键或碳碳叁键溴的四氯化碳溶液红棕色褪去酸性KMnO4溶液紫色褪去卤素原子NaOH水溶液、稀HNO3和AgNO3溶液有沉淀产生醇羟基钠有氢气放出酚羟基FeCl3溶液显紫色溴水有白色沉淀生成醛基银氨溶液有银镜产生新制Cu(OH)2悬浊液有砖红色

2、沉淀产生羧基NaHCO3溶液有CO2气体放出2.有机化合物的结构测定广泛应用于有机合成、分子生物学、医药学以及石油化工、环境科学、材料科学和国防科学等领域。根据所学知识，回答下列问题：(1)分子式为C4H6的烃分子中可能含有的碳碳键类型是。(2)分子式为C3H6O的有机物可能的结构简式是CH2=CHCH2OH等。(3)由分子式确定有机物的结构，一是要判断分子中的碳链结构和碳键类型，二是要确定官能团的种类及所处的位置。探究点一不饱和度的计算1不饱和度又名“缺氢指数”。是反映有机物分子不饱和程度的量化标志，可以为测定分子结构提供分子中是否含有双键、叁键或碳环等不饱和结构单元的信息。(1)不饱和度的

3、计算公式不饱和度n(C)1式中n(C)表示碳原子数目，n(H)表示氢原子数目，有机物中所含氧原子数与不饱和度无关，若含N原子则用氢原子数减去氮原子数，若含X原子，则将其视为氢原子进行计算。(2)烷烃分子饱和程度最大，规定其不饱和度为0，而其他有机物，如烃可以这样推算：烃分子中每增加一个碳碳双键或一个环，氢原子数就减少2个，其不饱和度就增加1；每增加一个碳碳叁键，氢原子数就减少4个，其不饱和度就增加2。2试计算下列化学式所表示的有机化合物的不饱和度，并分析可能存在的结构单元。(1)C2H4_；(2)C3H5Cl_；(3)C7H14O2_。答案(1)不饱和度为1，分子中含有一个碳碳双键(2)不饱和

4、度为1，分子中含有一个碳碳双键或一个碳环(3)不饱和度为1，分子中可能含有一个羧基或一个酯基，也可能含有一个碳碳双键，氧原子形成的是醇羟基或醚键解析根据不饱和度的计算公式：分子的不饱和度n(C)1，卤素原子当成氢原子看待，氧原子不予考虑，有氮原子时，在氢原子数中减去氮原子数即可。(1)不饱和度为1，分子中含有一个碳碳双键。(2)不饱和度为1，分子中含有一个碳碳双键或一个碳环。(3)不饱和度为1，分子中可能含有一个羧基或一个酯基，也可能含有一个碳碳双键，氧原子形成的是醇羟基或醚键。归纳总结几种官能团的不饱和度：化学键不饱和度化学键不饱和度一个碳碳双键1一个碳碳叁键2一个羰基1一个苯环4一个脂环1

5、一个氰基2活学活用1某链烃的化学式为C200H202，已知该分子中叁键数与双键数之比为21，则其双键数目为()A50 B40 C30 D20答案D解析可利用链烃的不饱和度等于叁键和双键的不饱和度之和来计算，设双键数目为x，则叁键数目为2x，依不饱和度计算公式有：20011x22x解得x20。2某驱虫药的结构简式为则它的分子式为_，它所含的官能团有_。答案C14H16O3酯基、羰基(或酮羰基)、碳碳双键解析本题求分子式的常规解法是逐一数出各种原子的个数，再写出分子式，既麻烦又易出错，若用不饱和度公式求解，则只需先数出氢原子以外的其他原子数，再数出不饱和度，进而求出氢原子数即可。其具体做法：先数出

6、有机物含有的C、O原子数，可设有机物的分子式为C14HxO2，而该有机物的不饱和度为7(含4个双键和3个碳环)，其氢原子数2n(C)22不饱和度21422716，故所得分子式为C14H16O3。探究点二有机物官能团的确定1根据题给条件，确定有机物的结构(1)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CH3CH=CH2。(2)实验测得某醇1 mol与足量钠反应可得1 mol气体，该醇分子中含羟基的个数是2。(3)烃B的分子式为C8H18，其一氯代烃只有一种，其结构简式是(4)化学式为C2H8N2的有机物经实验测定知，其分子中有一个氮原子不与氢原子相连，则确定其结构简式为2阅读下

7、列材料，回答问题：红外光谱(infrared spectroscopy)中不同频率的吸收峰反映的是有机物分子中不同的化学键或官能团的吸收频率，因此从红外光谱可以获得有机物分子中含有何种化学键或官能团的信息。核磁共振氢谱(nuclear magnetic resonance spectra)中有多少个峰，有机物分子中就有多少种处于不同化学环境中的氢原子；峰的面积比就是对应的处于不同化学环境的氢原子的数目比。(1)红外光谱在确定有机物分子结构中的作用是推知有机物分子含有的化学键和官能团。(2)核磁共振氢谱在确定有机物分子结构中的作用是推知有机物分子中氢原子的个数及在碳骨架上的位置。(3)分析乙醇和

8、甲醚的核磁共振氢谱，填写下表：乙醇甲醚核磁共振氢谱结论氢原子类型吸收峰数目3，不同氢原子的个数之比不同吸收峰的面积之比213氢原子类型吸收峰数目1，只有一种类型的氢原子归纳总结有机物分子结构的确定方法(1)物理方法红外光谱法：初步判断有机物中含有的官能团或化学键。核磁共振氢谱：测定有机物分子中氢原子的类型和数目。氢原子的类型吸收峰数目不同氢原子个数比不同吸收峰面积比(2)化学方法根据价键规律，某些有机物只存在一种结构，可直接由分子式确定结构。官能团的特征反应定性实验确定有机物中可能存在的官能团。通过定量实验，确定有机物中的官能团及其数目。活学活用3下列化合物分子，在核磁共振氢谱图中能给出三种信

9、号峰的是()答案C解析有机物中含有几种不同类型的氢原子，在核磁共振氢谱上就能出现几种信号峰，现题给有机物在核磁共振氢谱图中有三种信号峰，这表明有机物分子中含有三种不同类型的氢原子。4某有机物X由C、H、O三种元素组成，它的红外吸收光谱表明有羟基OH键、CO键的烃基上CH键的红外吸收峰。X的核磁共振氢谱有四个峰，峰面积之比是4112(其中羟基氢原子数为3)，X的相对分子质量为92，试写出X的结构简式_。答案解析由红外吸收光谱判断X应属于含有羟基的化合物。由核磁共振氢谱判断X分子中有四种不同类型的氢原子，若羟基氢原子数为3(两种类型氢原子)，则烃基氢原子数为5且有两种类型。由相对分子质量减去已知原

10、子的相对原子质量就可求出碳原子的个数：3。故分子式为C3H8O3。羟基氢原子有两种类型，判断三个羟基应分别连在三个碳原子上，推知结构简式为。有机物结构的确定方法思路1鲨鱼是世界上惟一不患癌症的动物，科学研究表明，鲨鱼体内含有一种角鲨烯，具有抗癌性。已知角鲨烯分子中含有30个碳原子，其中有6个碳碳双键且不含环状结构，则其分子式为()AC30H60 BC30H56 CC30H52 DC30H50答案D解析由题意，角鲨烯分子不饱和度为6，分子中的氢原子数应该比C30H62少12个。2科学家最近在100 的低温下合成了一种烃X，红外光谱和核磁共振氢谱表明其分子中的氢原子所处的化学环境没有区别，根据分析

11、，绘制了该分子的球棍模型如图所示。下列说法中不正确的是()A该分子的分子式为C5H4B该分子中碳原子的化学环境有2种C该分子中的氢原子分布在两个相互垂直的平面上答案D解析由题图所示可知该烃的分子式为C5H4，碳原子化学环境有2种(中间和上下碳原子不同)，碳原子所成化学键数目(以单键算)为4，但上下碳原子只和3个原子相连，所以碳和碳中间应该有双键。3某含碳、氢、氧三种元素的有机物X质谱图如图所示。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%，该有机物的分子式是_。答案C4H10O解析常用实验式和相对分子质量来确定有机物的分子式。本题可以根据题目中所给各元素的质量分数

12、求出该有机物的实验式，再分析该有机物的质谱图找出相对分子质量，进而求出分子式。由题意可知，氧的质量分数为164.86%13.51%21.63%。各元素原子个数比：N(C)N(H)N(O)4101。故该有机物的实验式为C4H10O，实验式的相对分子质量为74。观察该有机物的质谱图，质荷比最大的数值为74，即其相对分子质量为74，所以该有机物的分子式为C4H10O。4质子核磁共振谱(PMR)是研究有机化合物结构的有力手段之一，在所研究化合物的分子中，每一结构中的等效氢原子，在PMR谱中都给出了相应的峰(信号)，谱中峰的强度与结构中的氢原子数成正比。化学式为C3H6O2的二元混合物，如果在PMR谱上

13、观察氢原子给出的峰有两种情况：第一种情况峰的给出强度为33；第二种情况峰的给出强度为321。由此可推断混合物的组成可能是(写结构简式)_。答案CH3COOCH3CH3CH2COOH解析C3H6O2当峰强度为33时，我们可以知道有两种类型的氢，而且两种类型的氢的数目相等，因此该物质是CH3COOCH3。第二种情况峰强度为321，可知共有三种类型的氢，氢的个数比为321，由此我们写出了CH3CH2COOH的化学式。5为测定某有机物A的结构，设计了如下实验：将2.3 g该有机物完全燃烧，生成了0.1 mol CO2和2.7 g H2O；用质谱仪实验得质谱图；用核磁共振仪处理该化合物得核磁共振氢谱图，

14、图中三个峰的面积比为123。试回答下列问题：(1)有机物A的相对分子质量为_。(2)有机物A的实验式为_。(3)根据A的实验式_(填“能”或“不能”)确定A的分子式。(4)A的分子式为_，结构简式为_。答案(1)46(2)C2H6O(3)能(4)C2H6OCH3CH2OH解析质谱图中最大质荷比即为有机物的相对分子质量，所以根据质谱图可知A的相对分子质量为46。2.3 g A完全燃烧生成0.1 mol CO2和2.7 g H2O，则可计算出A的分子式为(C2H6O)n，即A的实验式为C2H6O。由于H原子已经饱和，所以该实验式就是分子式。根据核磁共振氢谱图可知，A中有三种化学环境不同的H原子且数

15、目之比为123，又因为A的通式符合饱和一元醇的通式，所以A的结构简式为CH3CH2OH。 基础过关一、确定有机物的不饱和度1下列说法不正确的是()A有机分子中插入O原子对不饱和度没有影响B有机分子中去掉H原子对不饱和度没有影响C用CH原子团代替有机分子中的N原子对有机分子的不饱和度没有影响D烷烃和饱和一元醇的不饱和度都为0答案B2有机物的不饱和度为()A8 B7 C6 D5答案C解析该有机化合物的分子式为C14H18，由计算公式： 不饱和度n(C)11416。二、由化学特性确定有机物的结构3把1 mol饱和醇分成两等份，其中一份充分燃烧生成1.5 mol CO2，另一份与金属钠充分作用，在标准

16、状况下生成11.2 L H2，该醇可能是()答案B解析由生成的CO2的物质的量可推知醇分子中含三个碳原子，由生成的氢气的体积可推算出醇分子中含两个OH。4化学式为C4H8O3的有机物，在浓硫酸存在并加热时，有如下性质：能分别与CH3CH2OH和CH3COOH反应；脱水生成能使溴水褪色的物质，该物质只存在一种结构简式；能生成一种分子式为C4H6O2的五元环状化合物。则C4H8O3的结构简式为()AHOCH2COOCH2CH3BCH3CH(OH)CH2COOHCHOCH2CH2CH2COOHDCH3CH2CH(OH)COOH答案C解析说明其分子中含有羧基和羟基两种官能团，可排除A选项；根据可排除B

17、选项，因为B脱水生成的能使溴水褪色的物质存在两种结构简式；根据可知选项C正确，排除选项D，因为D不能生成分子式为C4H6O2的五元环状化合物。5标准状况下1 mol某烃完全燃烧时，生成89.6 L CO2，又知 0.1 mol此烃能与标准状况下4.48 L H2加成，则此烃的结构简式是()ACH3CH2CH2CH3BCH3CCCH3CCH3CH2CH=CH2DCH2=CHCH=CHCH3答案B解析由题意知：n(CO2)4 mol，该烃含4个碳原子；由0.1 mol该烃可与0.2 mol H2加成可知结构中有一个叁键或两个碳碳双键，可排除选项A、C，根据碳原子数排除D项。6燃烧0.1 mol某有

18、机物得0.2 mol CO2和0.3 mol H2O，由此得出的结论不正确的是()A该有机物分子的结构简式为CH3CH3B该有机物中碳、氢元素原子数目之比为13C该有机物分子中不可能含有D该有机物分子中可能含有氧原子答案A解析n(有机物)n(CO2)n(H2O)0.1 mol0.2 mol0.3 mol123，所以n(有机物)n(C)n(H)126，故该有机物的分子式为C2H6Ox。三、由光谱分析确定有机物的结构7甲醚和乙醇是同分异构体，其鉴别可采用化学方法或物理方法，下列鉴别方法中不能对二者进行鉴别的是()A利用金属钠或者金属钾B利用质谱法C利用红外光谱法D利用核磁共振氢谱答案B解析质谱法是

19、用于测定相对分子质量的。8某化合物由碳、氢、氧三种元素组成，其红外光谱图中有CH键、OH键、CO键的振动吸收，该有机物的相对分子质量是74，则该有机物的结构简式是()ACH3CH2OCH3BCH3CH(OH)CH3CCH3CH2CH2CH2OH DCH3CH2CHO答案C解析A项中无OH键，故错误；B的相对分子质量为60，故错误；D选项中无CO键，故错误。9下列有机物分子在核磁共振氢谱中只给出一种信号的是()AHCHOBCH3OHCHCOOH DCH3COOCH3答案A10在核磁共振氢谱中出现两组峰，其氢原子数之比为32的化合物为()答案D解析因为在核磁共振氢谱中出现两组峰，说明该有机物分子中

20、处在不同化学环境中的氢原子有两种，且根据题意这两种氢原子个数之比为32，分析四个选项：A项中处在不同化学环境中的氢原子有2种，其个数比为62，不合题意；B项如图所示：，氢原子有3种，其个数比为311，不合题意；C项如图所示：，氢原子有3种，其个数比为628，不合题意；D项如图所示：，氢原子有2种，其个数比为32，符合题意。能力提升11合成分子量在2 0005 000范围内具有确定结构的有机物是一个新的研究领域，1993年报道合成了两种烃A和B，A的化学式为C1 134H1 146，A分子中只含有三种结构单元： (不饱和度为4)、CC(不饱和度为2)、(CH3)3C。(1)在烃A的分子中含有的上

21、述结构单元数目分别为_、_、_。(2)若另一种烃B的分子式为C1 398H1 278，则该烃的不饱和度为_；若B的结构与A相似，只是B分子中多了一些结构为的结构单元，则B的分子中多了_个这样的结构单元。答案(1)949396(2)76033解析(1)设在烃A中含单元x个，单元y个，单元z个，依题意可得如下方程：6x2y4z1 134(碳原子数守恒)3x9z1 146(氢原子数守恒)4x2y(不饱和度)联立上述三个方程解得x94，y93，z96。(2)B(C1 398H1 278)的不饱和度为760。由于在每个单元中含有8个碳原子，4个氢原子，所以B比A多出的结构单元数为33或33。12某有机物

22、A(C4H6O5)广泛存在于许多水果内，尤以苹果、葡萄、西瓜、山楂内为多。该化合物具有如下性质：在25时，电离常数K13.99104 molL1，K25.5106 molL1；ARCOOH(或ROH)有香味的产物；1 mol A慢慢产生1.5 mol气体；A在一定温度下的脱水产物(不是环状化合物)可和溴水发生加成反应。试完成下列问题：(1)根据以上信息，对A的结构可作出的判断是_。a肯定有碳碳双键 b有两个羧基c肯定有羟基 d有COOR官能团(2)有机物A的结构简式(不含CH3)为_。(3)A在一定温度下的脱水产物和溴水反应的化学方程式为_。(4)写出含CH3的A的同分异构体_(写一种即可)。答案(1)bc13三聚氰胺最早被李比希于1834年合成，它有毒，不可用于食品加工或食品添加剂。经李比希法分析得知，三聚氰胺分子中，氮元素的含量高达66.67%，氢元素的质量分数为4.76%，其余为碳元素。它的相对分子质量大于100，但小于150。试回答下列问题：(1)分子式中原子个数比N(C)N(H)N(N)_。(2)三聚氰胺分子中碳原子数为_，理由是_(写出计算式)。(3)三聚氰胺的分子式为_。(4)若核磁共振氢谱显示只有1个吸收峰，红外光谱表征有1个由碳氮两种元素组成的六元杂环。则三聚氰胺的结构简式为_。答