研究有機(jī)化合物的一般方法+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【教學(xué)目標(biāo)】1.掌握李比希提出的燃燒有機(jī)物對(duì)產(chǎn)物的定量測(cè)定確定實(shí)驗(yàn)式；2.了解質(zhì)譜法確定分子式的原理與方法；3.知道紅外光譜、核磁共振等現(xiàn)代儀器分析方法在有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)測(cè)定中的應(yīng)用。創(chuàng)設(shè)情境確定比較復(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)行分析，那么有哪些分析方法？萃取液-液萃取固-液萃取利用待分離組分在兩種互不相溶的溶劑中的溶解性不同，將其從一種溶劑轉(zhuǎn)移到另一種溶劑的過(guò)程利用溶劑從固體物質(zhì)中溶解出待分離組分的過(guò)程一、有機(jī)化合物的分離、提純萃取劑的選擇依據(jù)（筆記）常用萃取劑乙醚、乙酸乙酯、二氯甲烷、苯、四氯化碳等萃取劑和原溶劑互不相溶溶質(zhì)在萃取劑中的溶解度大于在原溶劑中的溶解度萃取劑與原溶液不反應(yīng)主要實(shí)驗(yàn)儀器：分液漏斗燒杯鐵架臺(tái)液-液萃取主要實(shí)驗(yàn)步驟：萃取液-液萃取有機(jī)化合物的分離、提純用CCl4萃取碘水中的碘單質(zhì)碘水分液：將萃取后兩種互不相溶的液體分開(kāi)的操作檢漏：分液漏斗使用前需檢漏（分液漏斗內(nèi)液體不超過(guò)容積的2/3）振蕩、放氣：雙手托住分液漏斗，右手按住玻璃塞，平放用力振蕩（振蕩后注意放氣）靜置分層：打開(kāi)上端玻璃塞（有利于分層），靜置（下端尖嘴部分緊靠燒杯內(nèi)壁）分液：密度大的液體從下面放出，密度相對(duì)小的液體從上面倒出（打開(kāi)上方的玻璃塞）重結(jié)晶所得的晶體純度不能達(dá)到要求，可以再次進(jìn)行重結(jié)晶以提高產(chǎn)物的純度不與被提純物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)雜質(zhì)在此溶劑中溶解度很小或者很大，易于除去被提純的有機(jī)化合物在此溶劑中的溶解度受溫度影響較大，高溫時(shí)，溶解度大，低溫時(shí)，溶解度小，冷卻后易于結(jié)晶析出

利用被提純物質(zhì)與雜質(zhì)在同一溶劑中的溶解度不同適用范圍提純固體有機(jī)化合物的常用方法提純?cè)?/p>

溶劑要求有機(jī)化合物的分離、提純重結(jié)晶【探究實(shí)驗(yàn)】重結(jié)晶法提純苯甲酸【問(wèn)題】某粗苯甲酸樣品中含有少量氯化鈉和泥沙，提純苯甲酸需要經(jīng)過(guò)哪些步驟？其結(jié)構(gòu)可表示為

苯甲酸微溶于水，易溶于乙醇等有機(jī)溶劑苯甲酸在水中的溶解度如下溫度25℃50℃95℃苯甲酸0.34g0.85g6.8gNaCl36.037.039.1有機(jī)化合物的分離、提純【探究實(shí)驗(yàn)】重結(jié)晶法提純苯甲酸【資料】《教材》P14中【討論】（1）溶解粗苯甲酸時(shí)加熱的作用是什么？趁熱過(guò)濾的目的是什么？（2）實(shí)驗(yàn)操作中多次使用了玻璃棒，分別起到了哪些作用？（3）如何檢驗(yàn)提純后的苯甲酸中氯化鈉已經(jīng)被除凈？加熱：使苯甲酸溶解；趁熱過(guò)濾：除去泥沙，并防止苯甲酸晶體低溫析出

加熱溶解——攪拌，加速苯甲酸溶解過(guò)濾——引流取少量晶體溶于水，加入硝酸酸化的硝酸銀溶液，若無(wú)白色沉淀生成，證明已被除凈色譜法P16色譜法起源于20世紀(jì)初，1903年俄國(guó)植物學(xué)家米哈伊爾·茨維特用碳酸鈣填充豎立的玻璃管，以石油醚洗脫植物色素的提取液，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間洗脫之后，植物色素在碳酸鈣柱中實(shí)現(xiàn)分離，由一條色帶分散為數(shù)條平行的色帶,從而分離得到了三種色素。茨維特將這種分離、提純有機(jī)物的方法命名為色譜法。25年后德國(guó)化學(xué)家?guī)於髟俜蛛x、提純胡蘿卜素異構(gòu)體和維生素結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用色譜法，獲得了1938年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

此后，色譜法成為分離、提純有機(jī)物必不可少的方法。并發(fā)展出了紙上色譜法、薄層色譜法、氣相色譜法和液相色譜法等。有機(jī)化合物的分離、提純有機(jī)物（純凈）

確定實(shí)驗(yàn)式我們需要知道哪些數(shù)據(jù)才能確定呢？有機(jī)物元素組成各元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)元素的定性、定量分析1.確定實(shí)驗(yàn)式定量分析的原理：有機(jī)化合物燃燒簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物定量測(cè)定計(jì)算推算各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算實(shí)驗(yàn)式(最簡(jiǎn)式）定量分析的方法：李比希法原理：一定量有機(jī)物[含C、H、(O)]CuO氧化H2OCO2無(wú)水CaCl2吸收濃KOH吸收用C、H、O元素原子個(gè)數(shù)比確定實(shí)驗(yàn)式剩余的為O元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)圖1李比希法設(shè)備圖圖2李比希簡(jiǎn)易裝置圖反應(yīng)前后裝置質(zhì)量差計(jì)算C、H元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)現(xiàn)代化的元素分析儀現(xiàn)代化的元素分析儀李比希不僅建立了可以定量測(cè)定碳、氫、氧元素的分析方法，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，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，分析的精確度和速率都達(dá)到了很高的水平。例

含C、H、O三元素的未知物A，經(jīng)燃燒分析實(shí)驗(yàn)測(cè)定該未知物中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52.2%，氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.5%。試求該未知物A的實(shí)驗(yàn)式。(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：解：(1)計(jì)算該有機(jī)化合物中氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：

ω(O)＝100%－52.2%－13.5%＝34.7%N(C)：N(H)：N(O)＝52.2%12.0113.1%1.00834.7%16.00：：=2：6：1答：該未知物A的實(shí)驗(yàn)式為C2H6O。要確定分子式至少還需知道哪個(gè)物理量呢？相對(duì)分子質(zhì)量2．確定相對(duì)分子質(zhì)量(1)計(jì)算法②相對(duì)密度法：根據(jù)氣體A相對(duì)于氣體B(已知)的相對(duì)密度d。MA＝d×MB。相對(duì)分子質(zhì)量數(shù)值上等于摩爾質(zhì)量(以g·mol－1為單位時(shí))的值。①標(biāo)準(zhǔn)狀況密度法：已知標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體的密度ρ，求算摩爾質(zhì)量。M＝ρ×22.4L·mol－1。(2)儀器測(cè)定測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量的方法很多，質(zhì)譜法是最精確、最快捷的方法。質(zhì)譜儀工作原理示意圖二、相對(duì)分子質(zhì)量的測(cè)定——

質(zhì)譜法有機(jī)物分子確定相對(duì)分子質(zhì)量離子的質(zhì)荷比高能電子流轟擊帶正電荷的分子離子和碎片離子磁場(chǎng)作用下先后到達(dá)檢測(cè)儀質(zhì)譜圖質(zhì)譜儀質(zhì)譜圖相對(duì)質(zhì)量與電荷數(shù)的比值質(zhì)譜圖：以質(zhì)荷比為橫坐標(biāo)，以各類離子的相對(duì)豐度為縱坐標(biāo)，根據(jù)記錄測(cè)試結(jié)果所建立的坐標(biāo)圖。從圖中可知，該有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量為46。某有機(jī)化合物A的質(zhì)譜圖質(zhì)荷比最大的數(shù)據(jù)就是樣品分子的相對(duì)分子質(zhì)量17三、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，形成帶正電荷的分子離子和碎片離子等。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)其進(jìn)行分析后，得到它們的相對(duì)質(zhì)量與電荷數(shù)的比值，即質(zhì)荷比。以質(zhì)荷比為橫坐標(biāo)，以各類離子的相對(duì)豐度為縱坐標(biāo)記錄測(cè)試結(jié)果，就得到有機(jī)化合物的質(zhì)譜圖。2．相對(duì)分子質(zhì)量確定質(zhì)譜圖中最右側(cè)的分子離子峰或質(zhì)荷比最大值表示樣品中分子的相對(duì)分子質(zhì)量。183．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46

。四、質(zhì)譜儀——確定相對(duì)分子質(zhì)量的利器2、質(zhì)荷比碎片離子或分子離子的相對(duì)質(zhì)量與電荷的比值有機(jī)物分子高能電子流轟擊帶電的“碎片”確定相對(duì)式量碎片的質(zhì)荷比1、質(zhì)譜儀工作原理3、質(zhì)譜圖質(zhì)譜圖中質(zhì)荷比最右側(cè)的質(zhì)荷比最大，等于相對(duì)分子質(zhì)量有機(jī)化合物分子式的確定(1)確定流程(2)確定分子式的方法①根據(jù)有機(jī)物中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，求出有機(jī)物的實(shí)驗(yàn)式，再根據(jù)有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量確定分子式。②根據(jù)有機(jī)物的摩爾質(zhì)量和各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，求出1mol該有機(jī)物中各元素原子的物質(zhì)的量，從而確定出該有機(jī)物的分子式。③根據(jù)有機(jī)物燃燒時(shí)消耗O2的量及產(chǎn)物的量，求出有機(jī)物的實(shí)驗(yàn)式，再通過(guò)計(jì)算確定出有機(jī)物的分子式。④化學(xué)方程式法利用有機(jī)反應(yīng)中反應(yīng)物、生成物之間“量”的關(guān)系求分子式的方法。在有機(jī)化學(xué)中，常利用有機(jī)物燃燒等方程式對(duì)分子式進(jìn)行求解。常用的化學(xué)方程式有：根據(jù)課本例題可知：未知物A的相對(duì)分子質(zhì)量為46，實(shí)驗(yàn)式C2H6O的式量是46，M={M(C2H6O)}×n；n=1所以未知物A的實(shí)驗(yàn)式和分子式都是C2H6O。試寫出C2H6O可能的結(jié)構(gòu)：五、分子結(jié)構(gòu)的鑒定——波譜分析紅外光譜儀確定官能團(tuán)和化學(xué)鍵的類型1、紅外光譜

未知物A的紅外光譜

寫出C2H6O可能的結(jié)構(gòu)：例題2、下圖是分子式為C3H6O2的有機(jī)物的紅外光譜譜圖，推測(cè)其結(jié)構(gòu)。CH3—C—O—CH3O2、核磁共振氫譜（HNMR）（1）原理：

處在不同化學(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，在圖譜上的位置也不同，而且吸收峰的面積與氫原子數(shù)成正比。（2）用途:

吸收峰數(shù)目＝

，吸收峰面積比＝

。氫原子數(shù)之比氫原子類型種類測(cè)定有機(jī)物分子中氫原子的類型和它們的相對(duì)數(shù)目未知物A的核磁共振氫譜二甲醚的核磁共振氫譜由未知物A（分子式為C2H6O）的核磁共振氫譜圖，可以判斷:A的分子中有3中處于不同化學(xué)環(huán)境的氫原子，個(gè)數(shù)比為3:2:1。CH3OCH3（二甲醚）分子中的6個(gè)氫原子的化學(xué)環(huán)境相同，對(duì)應(yīng)的核磁共振氫譜圖中只有一個(gè)峰例題3、在化學(xué)上經(jīng)常使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(hào)不同來(lái)確定有機(jī)物分子中的不同的氫原子。下列有機(jī)物分子在核磁共振氫譜中只給出一種信號(hào)的是

A、HCHOB、CH3OHC、HCOOHD、CH3COOCH3√例4、有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量為70，紅外光譜表征到碳碳雙鍵和羰基的存在，該有機(jī)物的分子式

。核磁共振譜列如下圖，寫出可能的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式

。C4H6OCH2=CHCOCH33種氫原子吸收峰數(shù)目3種官能團(tuán)：C=C，C=OCH2=C(CH3)CHO圖譜題解題1.首先應(yīng)掌握好三種譜圖的作用、讀譜方法。2.必須盡快熟悉有機(jī)物的類別及其官能團(tuán)。3.根據(jù)圖譜獲取的信息，按碳四價(jià)的原則對(duì)官能團(tuán)、基團(tuán)進(jìn)行合理的拼接4.得出結(jié)構(gòu)（簡(jiǎn)）式后，再與譜圖提供信息對(duì)照檢查，主要是相對(duì)分子質(zhì)量、官能團(tuán)、基團(tuán)、氫原子的類別是否吻合。3、X射線衍射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)生衍射譜圖。原理：

經(jīng)過(guò)計(jì)算可以從中獲得分子結(jié)構(gòu)的有關(guān)數(shù)據(jù)，包括鍵長(zhǎng)、鍵角等分子結(jié)構(gòu)信息。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。應(yīng)用：BDD練習(xí)：1．下列關(guān)于蒸餾的實(shí)驗(yàn)操作說(shuō)法正確的是(

)A．蒸餾的原理是利用混合物中各組分的沸點(diǎn)不同實(shí)現(xiàn)分離B．蒸餾燒瓶可以用酒精燈直接加熱C．開(kāi)始蒸餾時(shí)，應(yīng)該先加熱，再通冷凝水；蒸餾完畢，應(yīng)該先關(guān)冷凝水，再撤酒精燈D．苯和水的混合物最好用蒸餾的方法進(jìn)行分離A2．下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是(

)A．用酒精萃取溴水中的溴的操作可選用分液漏斗，而后靜置分液B．進(jìn)行分液時(shí)，分液漏斗中的下層液體從下口放出，上層液體則從上口倒出C．密度不同、不互溶的液體混合物，可采用分液的方法將它們分離D．對(duì)于熱穩(wěn)定性較高、沸點(diǎn)較高的液態(tài)有機(jī)化合物和沸點(diǎn)較低的雜質(zhì)可用蒸餾法除雜3．可以用分液漏斗分離的一組物質(zhì)是(

)A．溴和四氯化碳B．苯和溴苯C．酒精和水 D．硝基苯和水AD4．(雙選)某同學(xué)擬用重結(jié)晶的方法除去某產(chǎn)品中的雜質(zhì)，為此需要選用合適的溶劑。具有下列特點(diǎn)的溶劑中，不可取的溶劑是(

)A．產(chǎn)品在溶劑中的溶解度隨溫度的