高中化學選擇性必修三 1.2.2有機化合物分子式與分子結構的確定 講義

1、 1.2.2有機物分子式與分子結構的確定一、確定實驗式元素分析通過定性、定量分析等過程，確定有機化合物的實驗式（也稱最簡式）。元素定量分析的原理元素定量分析的方法步驟【注】實驗式(最簡式)與分子式的關系：分子式(最簡式)n。 若有機物的實驗式中，碳原子已達到飽和，則該物質(zhì)的實驗式與分子式相同，如實驗式為CH4、C2H6O的物質(zhì)，則對應的分子式為CH4、C2H6O。例1.已知由C、H、O元素組成的某化合物9.2 g完全燃燒后可以得到17.6 g CO2和10.8 g H2O，通過計算確定該化合物的分子式。(寫出解題過程)解n(C)eq f(17.6 g,44 gmol1)0.4 mol，n(H)

2、eq f(10.8 g,18 gmol1)21.2 mol，n(O)eq f(9.2 gmCmH,16 gmol1)eq f(9.2 g4.8 g1.2 g,16 gmol1)0.2 mol故n(C)n(H)n(O)N(C)N(H)N(O)261該化合物的實驗式為C2H6O，分子式也為C2H6O。答：該化合物的分子式為C2H6O。二、確定分子式質(zhì)譜法1原理 2.質(zhì)荷比有機分子離子或碎片離子的相對質(zhì)量與電荷的比值，即質(zhì)荷比。質(zhì)譜圖中質(zhì)荷比的最大值等于該有機物的相對分子質(zhì)量，與相對豐度無關。質(zhì)譜圖：以質(zhì)荷比為橫坐標，以各類離子的相對豐度為縱坐標，根據(jù)記錄結果所建立的坐標圖。如下圖為某有機物的質(zhì)譜圖

3、：從圖中可知，該有機物的相對分子質(zhì)量為46，即質(zhì)荷比最大的數(shù)據(jù)就是樣品分子的相對分子質(zhì)量。3.分子式的確定確定物質(zhì)的實驗式（最簡式）和相對分子質(zhì)量之后，可以進一步確定其分子式。依據(jù)：分子式是實驗式的整數(shù)倍。例2.測出苯的分子式為(CH)x，則M(CH)x=78，求其分子式。解設苯的分子式為(CH)x，則M(CH)x=78，即13x=78,得x=6。所以苯的分子式為C6H6。三、確定分子結構波譜分析1.確定有機化合物結構的方法確定有機化合物結構的方法有化學方法和物理方法?；瘜W方法以官能團的特征反應為基礎，確定出官能團；物理方法主要有紅外光譜法、核磁共振氫譜法。X射線衍射法等。2.紅外光譜(1)原

4、理：不同官能團或化學鍵吸收頻率不同，在紅外光譜圖上將處于不同的位置。(2)作用：初步判斷有機物中含有的官能團或化學鍵。如分子式為C2H6O的有機物A有如下兩種可能的結構：CH3CH2OH或CH3OCH3，利用紅外光譜來測定，分子中有OH或OH可確定A的結構簡式為CH3CH2OH。3核磁共振氫譜(1)原理：處于不同化學環(huán)境中的氫原子因產(chǎn)生共振時吸收電磁波的頻率不同，相應的信號在譜圖上出現(xiàn)的位置不同，具有不同的化學位移，而且吸收峰的面積與氫原子數(shù)成正比。(2)作用：測定有機物分子中氫原子的 類型和數(shù)目 。(3)分析：吸收峰數(shù)目 氫原子的種類 ，吸收峰面積比 氫原子個數(shù)比 。例3. 分子式為C2H6

5、O的有機物A的核磁共振氫譜如圖，可知A中有3種不同化學環(huán)境的氫原子且個數(shù)比為321，可推知該有機物的結構應為CH3CH2OH。3X射線衍射(1)原理：X射線是一種波長很短的電磁波，它和晶體中的原子相互作用可以產(chǎn)生衍射圖。(2)作用：可獲得分子結構的有關數(shù)據(jù)，如鍵長、鍵角等，用于有機化合物晶體結構的測定。例4. 為測定某有機化合物A的結構，進行如下實驗：第一步，分子式的確定。(1)將有機物A置于氧氣流中充分燃燒，實驗測得：生成5.4 g H2O和8.8 g CO2，消耗氧氣6.72 L(標準狀況下)，則該有機物的實驗式是_。(2)用質(zhì)譜儀測定該有機化合物的相對分子質(zhì)量，得到如圖所示質(zhì)譜圖，則其相

6、對分子質(zhì)量為_，該物質(zhì)的分子式是_。第二步，結構簡式的確定。(3)根據(jù)價鍵理論，預測A的可能結構并寫出結構簡式：_。(4)經(jīng)測定，有機物A的核磁共振氫譜如圖所示，則A的結構簡式為_?！窘馕觥?(1)根據(jù)題意，n(H2O)0.3 mol，則n(H)0.6 mol；n(CO2)0.2 mol，則n(C)0.2 mol；根據(jù)氧原子守恒有n(O)n(H2O)2n(CO2)2n(O2)0.3 mol20.2 mol2eq f(6.72 L,22.4 Lmol1)0.1 mol，則該物質(zhì)分子中各元素原子個數(shù)比N(C)N(H)N(O)n(C)n(H)n(O)261，該有機物的實驗式為C2H6O。(2)假設該

7、有機物的分子式為(C2H6O)m，由質(zhì)譜圖知其相對分子質(zhì)量為46，則46m46，即m1，故其分子式為C2H6O。(3)由A的分子式為C2H6O可知，A為飽和有機化合物，可推測其結構為CH3CH2OH或CH3OCH3。(4)分析A的核磁共振氫譜圖可知：A有三種不同化學環(huán)境的氫原子，CH3OCH3只有一種化學環(huán)境的氫原子，故A的結構簡式為CH3CH2OH?！敬鸢浮?(1)C2H6O(2)46C2H6O(3)CH3CH2OH(或CH3OCH3)(4)CH3CH2OH【拓展】確定有機物分子式的其它方法1確定分子式的方法(1)根據(jù)有機物中各元素的質(zhì)量分數(shù)，求出有機物的實驗式，再根據(jù)有機物的相對分子質(zhì)量確

8、定分子式。(2)根據(jù)有機物的摩爾質(zhì)量和各元素的質(zhì)量分數(shù)，求出1 mol 該有機物中各元素原子的物質(zhì)的量，從而確定出該有機物的分子式。(3)根據(jù)有機物燃燒時消耗O2的量及產(chǎn)物的量，求出有機物的實驗式，再通過計算確定出有機物的分子式。(4)化學方程式法利用有機反應中反應物、生成物之間“量”的關系求分子式的方法。在有機化學中，常利用有機物燃燒等方程式對分子式進行求解。常用的化學方程式有：CxHy(xeq f(y,4)O2eq o(,sup8(點燃)xCO2eq f(y,2)H2O；CxHyOz(xeq f(y,4)eq f(z,2)O2eq o(,sup8(點燃)xCO2eq f(y,2)H2O。(

9、5)余數(shù)法用烴的相對分子質(zhì)量除以14，看商數(shù)和余數(shù)。eq f(MrCxHy,MrCH2)eq f(M,14)Aeq blcrc (avs4alco1(余2為烷烴,除盡為烯烴或環(huán)烷烴,差2為炔烴或二烯烴等,差6為苯或苯的同系物等)其中商數(shù)A為烴中的碳原子數(shù)，此法適用于具有特定通式的烴(如烷烴、烯烴、炔烴、苯和苯的同系物等)。2有機物分子結構的確定(物理方法)練習1某有機物質(zhì)量為8.80 g，完全燃燒后得到CO2 22.0 g、H2O 10.8 g，該有機物的蒸氣密度是相同狀況下H2密度的44倍，則該有機物的分子式為 ()AC5H6OBC5H12CC5H12O2 DC5H12O答案 D該有機物的蒸

10、氣密度是相同條件下氫氣密度的44倍，則該有機物的相對分子質(zhì)量為24488,8.80 g有機物的物質(zhì)的量為eq f(8.80 g,88 gmol1)0.1 mol,22.0 g CO2的物質(zhì)的量為eq f(22.0 g,44 gmol1)0.5 mol,10.8 g水的物質(zhì)的量為eq f(10.8 g,18 gmol1)0.6 mol，故1個分子中C原子數(shù)目為eq f(0.5 mol,0.1 mol)5，H原子數(shù)目為eq f(0.6 mol2,0.1 mol)12，分子中C、H的相對原子質(zhì)量之和為1251272，故1個該有機物分子中還含1個氧原子，則該有機物的分子式為C5H12O，故選D。練習2

11、已知某有機物A的紅外光譜和核磁共振氫譜如圖所示，下列說法中錯誤的是()A由紅外光譜可知，該有機物中至少有三種不同的化學鍵B由核磁共振氫譜可知，該有機物分子中有三種不同化學環(huán)境的氫原子C僅由A的核磁共振氫譜無法得知其分子中的氫原子總數(shù)D若A的化學式為C2H6O，則其結構簡式為CH3OCH3答案D解析紅外光譜圖中給出的化學鍵有CH、OH和CO三種，A正確；核磁共振氫譜圖中峰的個數(shù)即代表氫的種類，B正確；核磁共振氫譜峰的面積表示氫的數(shù)目比，在沒有明確化學式的情況下，無法得知氫原子總數(shù)，C正確；若A為CH3OCH3，則無OH，與所給紅外光譜圖不符，且其核磁共振氫譜圖應只有1個峰，與核磁共振氫譜圖不符，

12、D錯誤。練習3.下列能夠獲得有機物所含官能團信息的方法是()A紅外光譜 B質(zhì)譜法C色譜法 D核磁共振氫譜答案A練習4符合下面核磁共振氫譜圖的有機物是()ACH3COOCH2CH3BCH2=CHCH2CH3CD答案A解析A中物質(zhì)有3種不同化學環(huán)境的氫原子，個數(shù)之比為233；B中物質(zhì)有4種不同化學環(huán)境的氫原子，個數(shù)比為2123；C中物質(zhì)有4種不同化學環(huán)境的氫原子，個數(shù)比為3221；D中物質(zhì)有3種不同化學環(huán)境的氫原子，個數(shù)比為311。核磁共振氫譜圖中有3種不同化學環(huán)境的氫原子，再由氫原子個數(shù)(吸收強度)之比可知A項符合。練習5.有機物A常用于食品行業(yè)，已知9.0 g A在足量O2中充分燃燒，將生成的

13、混合氣體依次通過足量的濃硫酸和堿石灰，分別增重5.4 g和13.2 g，經(jīng)檢驗剩余氣體為O2。(1)A分子的質(zhì)譜圖如圖所示，從圖中可知其相對分子質(zhì)量是_，則A的分子式是_。(2)A能與NaHCO3溶液發(fā)生反應，A一定含有的官能團名稱是_。(3)A分子的核磁共振氫譜有4個峰，峰面積之比是1113，則A的結構簡式是_。解析 (1)根據(jù)圖示可知其相對分子質(zhì)量等于其最大質(zhì)荷比，即其相對分子質(zhì)量為90；9.0 g A的物質(zhì)的量為0.1 mol，在足量O2中充分燃燒，氣體產(chǎn)物依次通過足量的濃硫酸和堿石灰，增重分別為水蒸氣和CO2的質(zhì)量，即n(H2O)0.3 mol，n(CO2)0.3 mol，則該有機物中含N(H)eq