第二節(jié)研究有機(jī)化合物的一般方法第2課時(shí)（課件）高二化學(xué)（人教版2019選擇性必修3）

第二節(jié)研究有機(jī)化合物的一般方法第2課時(shí)第一章有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與研究方法有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)的確定2有機(jī)化合物實(shí)驗(yàn)式和分子式的確定1本節(jié)重點(diǎn)本節(jié)難點(diǎn)20世紀(jì)70年代初，屠呦呦等科學(xué)家提取了青蒿素，后通過元素分析和質(zhì)譜法分析，確定其相對(duì)分子質(zhì)量為282，分子式為C15H22O5。經(jīng)紅外光譜和核磁共振譜分析，確定其分子中含有酯基和甲基等結(jié)構(gòu)片段。通過化學(xué)反應(yīng)證明其分子中含有過氧基(—O—O—)。1975年底，我國(guó)科學(xué)家通過X射線衍射最終測(cè)定了它的分子結(jié)構(gòu)。元素分析質(zhì)譜法紅外光譜核磁共振X射線衍射燃燒法(李比希法)某有機(jī)物完全燃燒后，若產(chǎn)物只有CO2和H2O，其元素組成為_______________________。最早定量分析有機(jī)化合物的元素的科學(xué)家德國(guó)化學(xué)家李比希(J.vonLiebig，1803—1873)李比希元素分析儀如果碳與氫的百分含量相加達(dá)不到100%，而又檢測(cè)不出其他元素，則差數(shù)就是氧的百分含量肯定有C、H，可能有O實(shí)驗(yàn)裝置將一定量的有機(jī)物燃燒，分解為簡(jiǎn)單的無機(jī)物，并作定量測(cè)定，通過無機(jī)物的質(zhì)量推算出組成該有機(jī)物元素原子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，然后計(jì)算出該有機(jī)物分子所含元素原子最簡(jiǎn)單的整數(shù)比，即確定其實(shí)驗(yàn)式(又稱為最簡(jiǎn)式)確定實(shí)驗(yàn)式簡(jiǎn)單的無機(jī)物有機(jī)物點(diǎn)燃C→CO2H→H2ON→N2S→SO2Cl→HCl元素定量分析的原理表示化合物所含元素的原子種類及數(shù)目的式子，表示物質(zhì)的真實(shí)組成分子式確定實(shí)驗(yàn)式實(shí)驗(yàn)式(最簡(jiǎn)式)與分子式的關(guān)系：分子式=(最簡(jiǎn)式)n，若有機(jī)物的實(shí)驗(yàn)式中，碳原子已經(jīng)達(dá)到飽和，則該物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)式與分子式相同元素定量分析的原理實(shí)驗(yàn)式分子式CH4CH4C2H6OC2H6OCH2OC2H4O2確定實(shí)驗(yàn)式實(shí)驗(yàn)裝置吸收H2O吸收CO2根據(jù)吸收劑在吸收前后的質(zhì)量差，計(jì)算出有機(jī)化合物中碳、氫元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，剩余的就是氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，據(jù)此計(jì)算可以得到有機(jī)化合物的實(shí)驗(yàn)式m(C)＝×1244m(CO2)m(H)＝×218m(H2O)確定實(shí)驗(yàn)式若m(有機(jī)物)＝m(C)+m(H)，則說明該有機(jī)物中只含碳和氫兩種元素情況一若m(有機(jī)物)>m(C)＋m(H)且完全燃燒只生成CO2和H2O，則說明有機(jī)物中含有C、H、O三種元素，其中m(O)=m(有機(jī)物)-m(C)-m(H)情況二【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%，試求該未知物A的實(shí)驗(yàn)式?！窘狻?1)計(jì)算該有機(jī)化合物中氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：w(O)=100%-52.2%-13.1%=34.7%(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：=2:6:1答：該未知物A的實(shí)驗(yàn)式為C2H6O。N(C):N(H):N(O)=52.2%12.0113.1%1.00834.7%16.00::李比希還建立了含氮、硫、鹵素等有機(jī)化合物的元素定量分析方法，這些方法為現(xiàn)代元素定量分析奠定了基礎(chǔ)?，F(xiàn)在，元素定量分析使用現(xiàn)代化的元素分析儀，分析的精確度和分析速度都達(dá)到了很高的水平元素定量分析只能確定有機(jī)化合物分子中各組成原子的最簡(jiǎn)整數(shù)比，得到實(shí)驗(yàn)式。要確定它的分子式，還必須知道其相對(duì)分子質(zhì)量。目前有許多測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量的方法，質(zhì)譜法是其中最精確而快捷的方法質(zhì)譜儀確定分子式質(zhì)譜儀分子離子

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

。原理相對(duì)質(zhì)量與電荷數(shù)質(zhì)荷比如圖為某有機(jī)物的質(zhì)譜圖：從圖中可知，該有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量為____，即____________的數(shù)據(jù)就是樣品分子的相對(duì)分子質(zhì)量。46質(zhì)荷比最大確定分子式質(zhì)譜圖以_______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。質(zhì)荷比各類離子的相對(duì)豐度【例1】某有機(jī)物的結(jié)構(gòu)確定：(1)測(cè)定實(shí)驗(yàn)式：某含C、H、O三種元素的有機(jī)物，經(jīng)燃燒分析實(shí)驗(yàn)測(cè)定其碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是64.86%，氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是13.51%，則其實(shí)驗(yàn)式是________。C4H10O(2)確定分子式：如圖是該有機(jī)物的質(zhì)譜圖，則其相對(duì)分子質(zhì)量為______；分子式為_________。C4H10O74【例2】某烴A蒸氣的密度是相同狀況下氫氣密度的36倍，已知該烴中的碳、氫元素質(zhì)量比為5∶1，則：(1)該烴的相對(duì)分子質(zhì)量為______。72解析已知烴A蒸氣的密度是相同狀況下氫氣密度的36倍，則烴A的摩爾質(zhì)量為36×2g·mol－1＝72g·mol－1，所以該烴的相對(duì)分子質(zhì)量為72。(2)確定該烴的分子式為________。C5H12確定分子式歸納總結(jié)：有機(jī)物相對(duì)分子質(zhì)量的求算方法根據(jù)氣體A相對(duì)于氣體B的相對(duì)密度D，MA＝D×MB根據(jù)STP下氣體的密度，Mr＝22.4×ρ標(biāo)態(tài)密度法相對(duì)密度法混合物的平均相對(duì)分子質(zhì)量讀圖法質(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M＝m總/n總紅外光譜儀核磁共振波譜儀X射線衍射儀確定比較復(fù)雜的有機(jī)化合物的分子結(jié)構(gòu)，僅靠質(zhì)譜法是很難完成的，需要借助其他現(xiàn)代分析儀器，進(jìn)行紅外光譜、核磁共振氫譜和X射線衍射等分析確定分子結(jié)構(gòu)紅外光譜原理不同官能團(tuán)或化學(xué)鍵吸收頻率不同，在紅外光譜圖上將處于不同的位置初步判斷有機(jī)物中含有的

或

。作用官能團(tuán)化學(xué)鍵利用紅外光譜來測(cè)定，分子中有O—H或—OH可確定其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為______________分子式為C2H6O的有機(jī)物，可能的結(jié)構(gòu)：_____________或___________確定分子結(jié)構(gòu)紅外光譜示例CH3CH2OHCH3OCH3CH3CH2OH確定分子結(jié)構(gòu)核磁共振氫譜原理

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。測(cè)定有機(jī)物分子中氫原子的___________作用氫原子數(shù)類型和數(shù)目確定分子結(jié)構(gòu)核磁共振氫譜示例氫原子的類型數(shù)氫原子個(gè)數(shù)比吸收峰數(shù)目＝_______________，吸收峰面積比＝______________由圖可知，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______________分子式為C2H6O的有機(jī)物的核磁共振氫譜圖33∶2∶1CH3CH2OH確定分子結(jié)構(gòu)X射線衍射原理作用X射線是一種波長(zhǎng)很短的_________，它和晶體中的原子相互作用可以產(chǎn)生_______?？色@得分子結(jié)構(gòu)的有關(guān)數(shù)據(jù)，如_______、______等，用于有機(jī)化合物_________的測(cè)定。電磁波衍射圖鍵長(zhǎng)鍵角晶體結(jié)構(gòu)【例1】大鹿老師為研究有機(jī)物X的組成與結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：(1)有機(jī)物X的質(zhì)譜圖如圖所示，該有機(jī)物X的相對(duì)分子質(zhì)量為_______。100(2)將10.0gX在足量O2中充分燃燒，并將其產(chǎn)物依次通過足量的無水CaCl2和KOH濃溶液，發(fā)現(xiàn)無水CaCl2增重7.2g，KOH濃溶液增重22.0g。該有機(jī)物X的分子式為_________。C5H8O2【例1】大鹿老師為研究有機(jī)物X的組成與結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：(3)經(jīng)紅外光譜測(cè)定，有機(jī)物X中含有醛基；有機(jī)物X的核磁共振氫譜圖上有2個(gè)吸收峰，峰面積之比為3∶1。該有機(jī)物X的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為_______________。(CH3)2C(CHO)2解析有機(jī)物X中含有醛基，有機(jī)物X的核磁共振氫譜圖上有2個(gè)吸收峰，則分子中含有2種不同化學(xué)環(huán)境的氫原子，其中一種是醛基中的氫原子，又峰面積之比為3∶1，則含兩個(gè)醛基，故其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為(CH3)2C(CHO)2。核磁共振氫譜圖，可知：峰的個(gè)數(shù)即氫原子的種類數(shù)，而峰面積之比為各類氫原子個(gè)數(shù)之比確定分子結(jié)構(gòu)歸納總結(jié)：譜圖法在確定有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用紅外光譜圖，可知：有機(jī)物分子中含有哪些化學(xué)鍵、官能團(tuán)，從而確定有機(jī)物的結(jié)構(gòu)X射線衍射圖，可知：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)定確定有機(jī)物分子式(結(jié)構(gòu)式)的一般思路①C、H、O元素的質(zhì)量或C、H、O元素的質(zhì)量比或C、H、O元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)②燃燒產(chǎn)物的物質(zhì)的量或質(zhì)量①M(fèi)=22.4ρ(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)②M=dMr(d為相對(duì)密度，Mr為已知?dú)怏w相對(duì)分子質(zhì)量)③質(zhì)譜圖紅外光譜核磁共振氫譜X射線衍射根據(jù)同分異構(gòu)體根據(jù)化學(xué)性質(zhì)求1mol有機(jī)物中含各種元素原子的物質(zhì)的量有機(jī)物燃燒方程式、計(jì)算、討論分子式結(jié)構(gòu)式實(shí)驗(yàn)式相對(duì)分子質(zhì)量紫外光譜有機(jī)化學(xué)中應(yīng)用最廣泛的測(cè)定分子結(jié)構(gòu)的方法就是四大光譜法：紅外光譜、紫外光譜、核磁共振和質(zhì)譜。紫外吸收光譜(UV)和可見光譜一樣，同屬于電子光譜，都是由分子中價(jià)電子的能級(jí)躍遷產(chǎn)生的。主要用于有機(jī)化合物是否存在共軛體系的測(cè)定。1．要確定某有機(jī)物的分子式，通常需要下列哪些分析方法①元素分析法②質(zhì)譜法③核磁共振氫譜法④紅外光譜法A．①② B．②③ C．③④ D．①④【答案】A【詳解】①元素分析法可用于確定有機(jī)物中的元素組成，②質(zhì)譜法可以確定有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量，③核磁共振氫譜法和④紅外光譜法用于確定有機(jī)物的結(jié)構(gòu)以及特殊的化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)，因此用于確定有機(jī)物分子式的是①②，故A正確；故選：A。2．某有機(jī)物的密度是相同條件下H2的28倍，則該有機(jī)物的鍵線式可能為A．B．C．D．【答案】A【分析】相同條件下，氣體的密度之比等于摩爾質(zhì)量之比，故該有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量為56，分子式為C4H8，據(jù)此可分析解答?！驹斀狻緼．分子式為C4H8，A選項(xiàng)正確；B．分子式為C6H8，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；C．分子式為C5H6，C選項(xiàng)錯(cuò)誤；D．分子式為C2H4，D選項(xiàng)錯(cuò)誤；答案選A。3．某化合物6.4g在氧氣中完全燃燒，只生成8.8gCO2和7.2gH2O。下列說法正確的是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1：8C．無法確定該化合物是否含有氧元素D．該化合物實(shí)驗(yàn)式為CH4O【答案】D【詳解】A．根據(jù)以上分析，該化合物含碳、氫、氧三種元素，故A錯(cuò)誤；B．6.4g該化合物中含有0.2molC、0.8molH，碳、氫原子個(gè)數(shù)比為1：4，故B錯(cuò)誤；C．根據(jù)以上分析，該化合物含碳、氫、氧三種元素，故C錯(cuò)誤；D．6.4g該化合物中含有0.2molC、0.8molH、0.2molO，該化合物實(shí)驗(yàn)式為CH4O，故D正確；選D。4．某有機(jī)物的質(zhì)譜圖如圖所示，該有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式可能是A．B．C．D．【答案】A【詳解】由質(zhì)譜圖可知相對(duì)分子質(zhì)量為78，78÷12=6??6，分子式為C6H6，為苯，故選：A。5．某有機(jī)物A的質(zhì)譜圖、核磁共振氫譜圖如下，則A的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式可能為A．HCOOHB．CH3CH2CHOC．CH3CH2OHD．CH2=CHOCH3【答案】C【分析】由圖知有機(jī)物A的相對(duì)分子質(zhì)量為46，有3種等效