1.2.2有機(jī)化合物分子式和分子結(jié)構(gòu)的確定（原卷版）

1.2.2有機(jī)化合物分子式和分子結(jié)構(gòu)的確定【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1、學(xué)會(huì)測(cè)定有機(jī)化合物元素含量、相對(duì)分子質(zhì)量的一般方法，并能據(jù)此確定有機(jī)化合物的分子式2、能夠根據(jù)化學(xué)分析和波譜分析確定有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)【主干知識(shí)梳理】一、有機(jī)化合物實(shí)驗(yàn)式和分子式的確定 1、確定實(shí)驗(yàn)式——元素分析(1)相關(guān)概念①實(shí)驗(yàn)式：有機(jī)化合物分子內(nèi)各元素原子的，又稱為。如：乙酸的分子式為，實(shí)驗(yàn)式為。②元素分析分類定性分析——確定有機(jī)物的元素組成定量分析——確定有機(jī)物的實(shí)驗(yàn)式含義用化學(xué)方法測(cè)定有機(jī)物分子的元素組成。如：燃燒后，一般C生成CO2、H生成H2O、N生成N2、S生成SO2、Cl生成HCl將一定量的有機(jī)化合物燃燒，轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)化合物，并定量測(cè)定各產(chǎn)物的質(zhì)量，從而推算出有機(jī)物中各組成元素的，然后計(jì)算出該有機(jī)化合物分子內(nèi)各元素原子的，確定其實(shí)驗(yàn)式(2)實(shí)驗(yàn)式的測(cè)定步驟(李比希法)(3)實(shí)驗(yàn)式(最簡(jiǎn)式)與分子式的關(guān)系：分子式＝(最簡(jiǎn)式)n【例題】某種含C、H、O三種元素的未知物A，經(jīng)燃燒分析實(shí)驗(yàn)測(cè)得其中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52.2%，氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.1%。則：①計(jì)算該有機(jī)化合物中氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：②計(jì)算該有機(jī)化合物分子內(nèi)各元素原子的個(gè)數(shù)比：③該未知物A的實(shí)驗(yàn)式為2、確定分子式——質(zhì)譜法(1)原理：質(zhì)譜儀用高能電子流等轟擊樣品，使有機(jī)分子失去電子，形成帶正電荷的和碎片離子等。這些離子因質(zhì)量不同、電荷不同，在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)行為不同。計(jì)算機(jī)對(duì)其分析后，得到它們的的比值，即。以為橫坐標(biāo)，以為縱坐標(biāo)，根據(jù)記錄結(jié)果所建立的坐標(biāo)圖。如下圖為某有機(jī)物的質(zhì)譜圖：(2)相對(duì)分子質(zhì)量確定：質(zhì)譜圖中的分子離子峰或質(zhì)荷比表示樣品中分子的相對(duì)分子質(zhì)量(3)示例說(shuō)明：下圖是某未知物A(實(shí)驗(yàn)式為C2H6O)的質(zhì)譜圖，由此可確定該未知物的相對(duì)分子質(zhì)量為463、有機(jī)物相對(duì)分子質(zhì)量的求算方法(1)標(biāo)態(tài)密度法：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體的密度，求算該氣體的相對(duì)分子質(zhì)量：(2)相對(duì)密度法：根據(jù)氣體A相對(duì)于氣體B的相對(duì)密度D，求算該氣體的相對(duì)分子質(zhì)量：(3)混合物的平均相對(duì)分子質(zhì)量：(4)讀圖法：質(zhì)譜圖中，質(zhì)荷比最大值即為該有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量4、有機(jī)物分子式的確定方法(1)實(shí)驗(yàn)式法：由各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)→各元素的原子個(gè)數(shù)之比(實(shí)驗(yàn)式)分子式(2)直接法：根據(jù)有機(jī)物各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和有機(jī)物的摩爾質(zhì)量(相對(duì)分子質(zhì)量)直接求出1mol有機(jī)物中各元素原子的物質(zhì)的量(3)方程式法：根據(jù)有機(jī)物的燃燒通式及消耗O2的量(或生成產(chǎn)物的量)，通過(guò)計(jì)算確定出有機(jī)物的分子式利用燃燒反應(yīng)方程式時(shí)，要抓住以下關(guān)鍵：①氣體體積變化；②氣體壓強(qiáng)變化；③氣體密度變化；④混合物平均相對(duì)分子質(zhì)量等。同時(shí)可結(jié)合適當(dāng)方法，如：平均值法、十字交叉法、討論法等技巧來(lái)速解有機(jī)物的分子式。常用的化學(xué)方程式有：CxHy＋(x＋eq\f(y,4))O2xCO2＋eq\f(y,2)H2O；CxHyOz＋(x＋eq\f(y,4)－eq\f(z,2))O2xCO2＋eq\f(y,2)H2O。(4)通式法：物質(zhì)的性質(zhì)等→類別及組成通式(如CnH2n)n值→分子式。(5)商余法：對(duì)于烴(CxHy)，可用相對(duì)分子質(zhì)量除以12，看商和余數(shù)。即：=x…y，所得商的整數(shù)部分就是烴分子中所含碳原子的最大值，余數(shù)則為所含氫原子的最小值二、有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)的確定——波譜分析1、紅外光譜(1)原理：當(dāng)用紅外線照射有機(jī)物分子時(shí)，分子中的化學(xué)鍵或官能團(tuán)可發(fā)生振動(dòng)吸收，不同的化學(xué)鍵或官能團(tuán)吸收頻率不同，在紅外光譜圖上將處于不同的位置(2)作用：可以初步判斷有機(jī)物中含有何種化學(xué)鍵或官能團(tuán)(3)實(shí)例：分子式為C2H6O的有機(jī)物A有如下兩種可能的結(jié)構(gòu)：或3，利用紅外光譜來(lái)測(cè)定，分子中有O—H或—OH可確定A的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為。2、核磁共振氫譜(1)原理：處于不同化學(xué)環(huán)境中的氫原子因產(chǎn)生共振時(shí)吸收電磁波的頻率不同，相應(yīng)的信號(hào)在譜圖上出現(xiàn)的位置不同，具有不同的化學(xué)位移，而且吸收峰的面積與成正比(2)作用：測(cè)定有機(jī)物分子中氫原子的。(3)分析：吸收峰數(shù)目＝，吸收峰面積比＝。(4)實(shí)例：分子式為C2H6O的有機(jī)物A的核磁共振氫譜如圖，可知A中有種不同化學(xué)環(huán)境的氫原子且個(gè)數(shù)比為，可推知該有機(jī)物的結(jié)構(gòu)應(yīng)為。3、X射線衍射(1)原理：X射線是一種波長(zhǎng)很短(約10－10m)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(jié)構(gòu)的有關(guān)數(shù)據(jù)，如鍵長(zhǎng)、鍵角等，將X射線衍射技術(shù)用于有機(jī)化合物(特別是復(fù)雜的生物大分子)晶體結(jié)構(gòu)的測(cè)定，可以獲得更為直接而詳盡的結(jié)構(gòu)信息【微點(diǎn)撥】①紅外光譜可以測(cè)量出化學(xué)鍵或官能團(tuán)的種類，但不能測(cè)出化學(xué)鍵或官能團(tuán)的個(gè)數(shù)②核磁共振氫譜中吸收峰的數(shù)目代表的是而非氫原子的個(gè)數(shù)4、確定有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)的方法(1)根據(jù)價(jià)鍵規(guī)律確定：某些有機(jī)物根據(jù)價(jià)鍵規(guī)律只存在一種結(jié)構(gòu)，則直接根據(jù)分子式確定其結(jié)構(gòu)式如：C2H6，只能是CH3CH3(2)通過(guò)定性實(shí)驗(yàn)確定：根據(jù)分子式寫(xiě)出其可能的同分異構(gòu)體→根據(jù)定性實(shí)驗(yàn)確定其可能存在的官能團(tuán)→確定結(jié)構(gòu)式如：能使溴的四氯化碳溶液褪色的有機(jī)物分子中可能含有，烴A分子式為C3H6且能使溴的四氯化碳溶液褪色，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為。(3)通過(guò)定量實(shí)驗(yàn)確定①通過(guò)定量實(shí)驗(yàn)確定有機(jī)物的官能團(tuán)②通過(guò)定量實(shí)驗(yàn)確定官能團(tuán)的數(shù)目。如：實(shí)驗(yàn)測(cè)得1mol某醇與足量鈉反應(yīng)可得到1mol氣體，則可說(shuō)明1個(gè)該醇分子中含2個(gè)—OH(4)根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的有機(jī)物的結(jié)構(gòu)片段“組裝”有機(jī)物實(shí)驗(yàn)測(cè)得的往往不是完整的有機(jī)物，這就需要我們根據(jù)有機(jī)物的結(jié)構(gòu)規(guī)律，如價(jià)鍵規(guī)律、性質(zhì)和量的規(guī)律等來(lái)對(duì)其進(jìn)行“組裝”和“拼合”(5)根據(jù)有機(jī)物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)判斷①烴B的分子式為C8H18，其一氯代烴只有一種，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式是②實(shí)驗(yàn)式分別為CH3、CH3O的有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式分別為CH3CH3、HOCH2CH2OH、CH3OCH2OH(6)確定有機(jī)物結(jié)構(gòu)的物理方法①紅外光譜法：初步判斷有機(jī)物中含有的官能團(tuán)或化學(xué)鍵②核磁共振氫譜法：測(cè)定有機(jī)物分子中氫原子的類型和數(shù)目，氫原子的類型＝，不同氫原子個(gè)數(shù)比＝不同吸收峰面積比【課堂練習(xí)】1、某化合物6.2g在氧氣中完全燃燒，只生成8.8gCO2和5.4gH2O。下列說(shuō)法正確的是()A．該化合物僅含碳、氫兩種元素B．該化合物中碳、氫原子個(gè)數(shù)比為1∶2C．該有機(jī)物的分子式為C2H6D．該化合物中一定含有氧元素2、能夠快速、微量、精確地測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量的物理方法是()A．質(zhì)譜法B．紅外光譜法C．元素分析法 D．核磁共振氫譜法3、某有機(jī)物質(zhì)量為8.80g，完全燃燒后得到CO222.0g、H2O10.8g，該有機(jī)物的蒸氣密度是相同狀況下H2密度的44倍，則該有機(jī)物的分子式為()A．C5H6OB．C5H12C．C5H12O2D．C5H12O4、設(shè)H＋的質(zhì)荷比為β，某有機(jī)物樣品的質(zhì)荷比如圖所示(假設(shè)離子均帶一個(gè)單位正電荷，信號(hào)強(qiáng)度與該離子的多少有關(guān))，則該有機(jī)物可能是()A．甲醇(CH3OH)B．甲烷C．丙烷 D．乙烯5、經(jīng)測(cè)定，咖啡因分子中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是：碳49.5%、氫5.1%、氧16.5%、氮28.9%，且其相對(duì)分子質(zhì)量為194，則咖啡因的分子式為_(kāi)_______6、有機(jī)物A是烴的含氧衍生物，在同溫同壓下，A蒸氣的質(zhì)量是同體積乙醇蒸氣的2倍。1.38gA完全燃燒后，將燃燒產(chǎn)物通過(guò)堿石灰，堿石灰的質(zhì)量增加3.06g。若將燃燒后的產(chǎn)物通過(guò)濃硫酸，濃硫酸的質(zhì)量增加1.08g。試通過(guò)計(jì)算確定A的分子式。7、下列能夠獲得有機(jī)物所含官能團(tuán)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8、某有機(jī)物A的分子式為C4H10O，紅外光譜圖如圖所示，則A的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為()A．CH3CH2OCH2CH3B．CH3OCH2CH2CH3C．CH3CH2CH2CH2OH D．(CH3)2CHOCH39、在核磁共振氫譜中出現(xiàn)兩組峰，且峰面積之比為3∶2的化合物是()10、已知某有機(jī)物A的紅外光譜和核磁共振氫譜如圖所示，下列說(shuō)法中不正確的是()A．由紅外光譜可知，該有機(jī)物分子中至少有三種不同的化學(xué)鍵B．由核磁共振氫譜可知，該有機(jī)物分子中有三種不同的氫原子C．僅由核磁共振氫譜無(wú)法得