研究有機化合物一般步驟和方法2

1、第二章 分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第4節(jié) 研究有機化合物的一般步驟和方法第二課時1有機物（純凈）確定 實驗式？首先要確定有機物中含有哪些元素如何利用實驗的方法確定有機物中C、H、O等各元素的質(zhì)量或質(zhì)量分數(shù)？(2)李比希法(3)現(xiàn)代元素分析法（一）元素分析確定實驗式(1)根據(jù)有機物燃燒產(chǎn)物判斷存在的元素：CCO2；HH2O；ClHCl；NN2二、元素分析與相對分子質(zhì)量的測定1、元素分析2“李比希元素分析法”的原理：取定量含C、H（O）的有機物加氧化銅 氧化H2OCO2用無水CaCl2吸收用KOH濃溶液吸收得前后質(zhì)量差得前后質(zhì)量差計算C、H含量計算O含量得出實驗式 利用各種精密儀器對物質(zhì)在儀器中發(fā)出的各種光進

2、行光譜分析，來確定該物質(zhì)中所含有的元素現(xiàn)代元素分析法32 、確定有機物的實驗式【例題】某含C、H、O三種元素的未知物A，經(jīng)燃燒分析實驗測定A中碳的質(zhì)量分數(shù)為52.16%，氫的質(zhì)量分數(shù)為13.14%，求A的實驗式。解：氧的質(zhì)量分數(shù)為1 52.16% 13.14%34.70%各元素原子個數(shù)比N(C)：N(H)：N(O)2：6：1A的實驗式為：C2H6O若要確定它的分子式，還需要什么條件？已測知各元素的質(zhì)量各元素的質(zhì)量分數(shù)有機物的實驗式4（1）根據(jù)標況下氣體的密度可求：M = 22.4L/mol g/L=22.4 g/mol（2）依據(jù)氣體的相對密度：M1 = DM2(D:相對密度)（3）求混合物的平

3、均摩爾質(zhì)量：（4）運用質(zhì)譜法來測定相對分子質(zhì)量（質(zhì)譜圖中最大的離子質(zhì)量就是有機物的相對分子質(zhì)量）(二)確定相對分子質(zhì)量確定分子式1、確定相對分子質(zhì)量確定相對分子質(zhì)量的方法5（1）最簡式法 根據(jù)分子式為最簡式的整數(shù)倍，因此利用相對分子質(zhì)量和最簡式可確定其分子式。2、有機物分子式的確定 有機物分子式的確定方法 例如某物質(zhì)的最簡式為CH2O，其相對分子質(zhì)量為60,設(shè)其分子式為（CH2O）n,則n=M/30=60/30=2,所以分子式為C2H4O2。6【例題】某同學(xué)為測定維生素C（可能含C、H或C、H、O）中碳、氫的質(zhì)量分數(shù)，取維生素C樣品研碎，稱取該樣品0.352 g，置于鉑舟并放入燃燒管中，不斷通

4、入氧氣流。用酒精噴燈持續(xù)加熱樣品，將生成物先后通過無水硫酸銅和堿石灰，兩者分別增重0.144g和0.528g，生成物完全被吸收。試回答以下問題：（1）維生素C中碳的質(zhì)量分數(shù)是 ，氫的質(zhì)量分數(shù)是 。（2）維生素C中是否含有氧元素？為什么？（3）試求維生素C的實驗式： （3）若維生素C的相對分子質(zhì)量為176，請寫出它的分子式C3H4O3 414.55肯定含有氧C6H8O6 7【練習(xí)】嗎啡和海洛因都是嚴格查禁的毒品。嗎啡分子含C 71.58%、H 6.67%、N 4.91%、其余為O。已知其分子量不超過300。試求：嗎啡的分子量；嗎啡的分子式。已知海洛因是嗎啡的二乙酸酯。試求：海洛因的分子量；海洛因

5、的分子式。16.84%285C17H19NO3C21H23NO53698學(xué)與問 實驗表明，許多咖啡和可樂飲料中含有興奮性物質(zhì)咖啡因。經(jīng)實驗測定，咖啡因分子中各元素的質(zhì)量分數(shù)是: 碳49.5，氫5.20，氧16.5，氮28.9，其摩爾質(zhì)量為194.1g/mol 你能確定它的分子式嗎？課本P21（2）直接求算法 密度(或相對密度)摩爾質(zhì)量1mol氣體中元素原子各為多少摩爾分子式9(3)余數(shù)法用烴的相對分子質(zhì)量除以14，視商數(shù)和余數(shù)若烴的類別不確定CxHy，可用相對分子質(zhì)量M除以12，看商和余數(shù)，即M/12x余y，分子式為CxHyM(CxHy)/M(CH2)M/14n(n為碳原子數(shù))余2為烷烴整除為

6、烯烴或環(huán)烷烴差2整除為炔烴或二烯烴差6整除為苯或其同系物此法用于具有確定通式的烴(如烷、烯、炔、苯的同系物等)【例題】分別寫出相對分子質(zhì)量為128、72的烴的分子式10(4)方程式法 1. 在同溫同壓下，10mL某氣態(tài)烴在50mL O2里充分燃燒，得到液態(tài)水和體積為35mL的混合氣體，則該烴的分子式可能為（ ）A、CH4 B、C2H6 C、C3H8 D、C3H6BD三、分子結(jié)構(gòu)的鑒定質(zhì)譜法（1）紅外光譜（2）核磁共振氫譜(5)現(xiàn)代物理實驗方法2、現(xiàn)代物理實驗方法-波譜分析法 尋找質(zhì)譜圖中相對質(zhì)量最大的微粒的式量既是該物質(zhì)的相對分子質(zhì)量。1、化學(xué)分析法通過化學(xué)實驗確定官能團111、測定相對分子質(zhì)

7、量最精確快捷的方法 質(zhì)譜法MS原理：利用高速電子撞擊氣態(tài)試樣分子，使試樣生成各種碎片離子，帶正電荷的碎片離子在磁場及靜電場的作用下，按質(zhì)荷比M/Z的大小順序分離，依次到達檢測器，記錄成按質(zhì)荷比順序排列的質(zhì)譜圖，根據(jù)質(zhì)譜峰的位置可進行定性分析和結(jié)構(gòu)分析，根據(jù)質(zhì)譜峰的強度可進行定量分析。12相對分子質(zhì)量的測定質(zhì)譜儀13 由于分子離子的質(zhì)荷比越大，達到檢測器需要的時間最長，因此譜圖中的質(zhì)荷比最大的就是未知物的相對分子質(zhì)量）（1）質(zhì)荷比是什么？（2）如何確定有機物的相對分子質(zhì)量？ 分子離子與碎片離子的相對質(zhì)量與其電荷的比值14未知化合物A的質(zhì)譜圖結(jié)論：A的相對分子質(zhì)量為4615【例題】2002年諾貝爾

8、化學(xué)獎獲得者的貢獻之一是發(fā)明了對有機物分子進行結(jié)構(gòu)分析的質(zhì)譜法。其方法是讓極少量的（109g）化合物通過質(zhì)譜儀的離子化室使樣品分子大量離子化，少量分子碎裂成更小的離子。如C2H6離子化后可得到C2H6、C2H5、C2H4 ，然后測定其質(zhì)荷比。某有機物樣品的質(zhì)荷比如右圖所示（假設(shè)離子均帶一個單位正電荷，信號強度與該離子的多少有關(guān)），則該有機物可能是 A 甲醇 B 甲烷 C 丙烷 D 乙烯16【練習(xí)】某有機物的結(jié)構(gòu)確定過程前兩步為：測定實驗式：某含C、H、O三種元素的有機物，經(jīng)燃燒分析實驗測定其碳的質(zhì)量分數(shù)是64.86%，氫的質(zhì)量分數(shù)是13.51%, 則其實驗式是（ ）。 確定分子式：下圖是該有機

9、物的質(zhì)譜圖，則其相對分子質(zhì)量為（ ），分子式為（ ）。C4H10O74C4H10O172、紅外光譜紅外光譜法確定有機物結(jié)構(gòu)的原理是：由于有機物中組成化學(xué)鍵、官能團的原子處于不斷振動狀態(tài)，且振動頻率與紅外光的振動頻譜相當。所以，當用紅外線照射有機物分子時，分子中的化學(xué)鍵、官能團可發(fā)生震動吸收，不同的化學(xué)鍵、官能團吸收頻率不同，在紅外光譜圖中將處于不同位置。因此，我們就可以根據(jù)紅外光譜圖，推知有機物含有哪些化學(xué)鍵、官能團，以確定有機物的結(jié)構(gòu)。18紅外光譜鑒定分子結(jié)構(gòu)19可以獲得化學(xué)鍵和官能團的信息CH3CH2OH的紅外光譜結(jié)論：A中含有O-H、C-O、C-H202、核磁共振氫譜如何根據(jù)核磁共振氫譜

10、確定有機物的結(jié)構(gòu)？ 對于CH3CH2OH、CH3OCH3這兩種物質(zhì)來說，除了氧原子的位置、連接方式不同外，碳原子、氫原子的連接方式也不同、所處的環(huán)境不同，即等效碳、等效氫的種數(shù)不同。 處在不同化學(xué)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，在譜圖上出現(xiàn)的位置也不同，這種差異叫化學(xué)位移。 從核磁共振氫圖譜上可推知該有機物分子有幾種不同類型的氫原子（波峰數(shù)）及它們的數(shù)目比（波峰面積比）。21核磁共振22CH3CH2OH的紅外光譜可以推知未知物A分子有3種不同類型的氫原子及它們的數(shù)目比為3：2：123因此，A的結(jié)構(gòu)為： H HHCCOH H H24【例題】下圖是一種分子式為C4H8O2的有機物的

11、紅外光譜譜圖,則該有機物的結(jié)構(gòu)簡式為：COCC=O不對稱CH3CH3COOCH2CH325【練習(xí)】有一有機物的相對分子質(zhì)量為74，確定分子結(jié)構(gòu)，請寫出該分子的結(jié)構(gòu)簡式 COC對稱CH3對稱CH2CH3CH2OCH2CH326【例題】一個有機物的分子量為70,紅外光譜表征到碳碳雙鍵和CO的存在，核磁共振氫譜列如下圖：寫出該有機物的可能的結(jié)構(gòu)簡式：寫出該有機物的分子式：C4H6OCH3CH=CHCHO說明：這四種峰的面積比是：1：1：1：327【練習(xí)】2002年諾貝爾化學(xué)獎表彰了兩項成果，其中一項是瑞士科學(xué)家?guī)鞝柼鼐S特里希發(fā)明了“利用核磁共振技術(shù)測定溶液中生物大分子三維結(jié)構(gòu)的方法”。在化學(xué)上經(jīng)常使

12、用的是氫核磁共振譜，它是根據(jù)不同化學(xué)環(huán)境的氫原子在氫核磁共振譜中給出的信號不同來確定有機物分子中的不同的氫原子。下列有機物分子在核磁共振氫譜中只給出一種信號的是A HCHO B CH3OH C HCOOH D CH3COOCH328【練習(xí)】 分子式為C3H6O2的二元混合物，分離后,在核磁共振氫譜上觀察到氫原子給出的峰有兩種情況。第一種情況峰給出的強度為11；第二種情況峰給出的強度為321。由此推斷混合物的組成可能是（寫結(jié)構(gòu)簡式） 。CH3COOCH3CH3CH2COOHHOCH2COCH329 研究有機化合物的一般步驟和方法結(jié)構(gòu)相對分子質(zhì)量組成小結(jié)分離、提純元素定量分析 確定實驗式測定相對分

13、子質(zhì)量 確定分子式 波譜分析確定結(jié)構(gòu)式步驟方法蒸餾、重結(jié)晶、萃取 紅外光譜核磁共振氫譜質(zhì)譜法元素分析30【練習(xí)】 通式法的應(yīng)用常溫下為氣態(tài)的烷烴A和炔烴B的混合氣體，其密度是H2的27.5倍，已知A、B分子中含碳原子數(shù)相同。求：(1)A、B的分子式；(2)A與B的體積比?！揪毩?xí)】 商余法的應(yīng)用某有機物的相對分子質(zhì)量為180，則：(1)該有機物_(填“可能”或“不可能”)是飽和烴(2)若該有機物含氧元素，且烴基飽和，則可能是_或_(寫名稱)31混合物的平均相對分子質(zhì)量M=27.5*2=55g/mol（A，B的相對分子質(zhì)量一定是B的小于55，A的大于55） 因為A、B分子中含碳原子數(shù)同 所以設(shè)A:

14、CnH2n+2, B:CnH2n-2 只有當n=4時，符合。 所以A：C4H10，B：C4H6 （2）設(shè)A的體積分數(shù)是x 那么58x + 54(1-x)=55 得x=0.25 所以VA:VB=0.25:0.75=1:3 其密度是同條件下的H2的27.5倍 平均分子量為2*27.555 用商余法（55/12）得平均分子式 A、B的分子式：C4H10,C4H6 A、B體積比(十字交叉法) 1：3 32【方法指導(dǎo)】1、實驗式的確定：實驗式是表示化合物分子所含各元素的原子數(shù)目最簡單整數(shù)比的式子。實驗式又叫最簡式。方法：若已知有機物分子中C、H等元素的質(zhì)量或已知C 、H等元素的質(zhì)量比或已知C、H等元素的

15、質(zhì)量分數(shù)，則N(C):N(H):N(O)=_若有機物燃燒產(chǎn)生的二氧化碳和水的物質(zhì)的量分別為n(CO2)和n(H2O),則N(C):N(H)=_ 332確定相對分子質(zhì)量的方法：M=m/n(M表示摩爾質(zhì)量 m表示質(zhì)量 n表示物質(zhì)的量) 已知有機物蒸氣在標準狀況下的密度：Mr= 22.4* 密度（注意密度的單位）已知有機物蒸氣與某物質(zhì)（相對分子質(zhì)量為M）在相同狀況下的相對密度D：則Mr=M* DM= M(A)* X(A) + M(B)*X(B)（M表示平均摩爾質(zhì)量，M(A)、M(B)分別表示A、B物質(zhì)的摩爾質(zhì)量，X(A)、X(B)分別表示A B 物質(zhì)的物質(zhì)的量分數(shù)或體積分數(shù)）根據(jù)化學(xué)方程式計算確定。343.有機物分子式的確定： 直接法密度（相對密度）摩爾質(zhì)量1摩爾分子中各元素原子的物質(zhì)的量分子式最簡式法最簡式為CaHbOc，則分子式為（CaHbOc）n， n=Mr/(12a+b+16c)（Mr為相對分子質(zhì)量）.余數(shù)法： a)用烴的相對分子質(zhì)量除14，視商和余數(shù)。M(CxHy)/M(CH2)=M/1