第04講實(shí)驗(yàn)式分子式分子結(jié)構(gòu)的確定（學(xué)生版）高二化學(xué)講義（人教2019選擇性必修3）

第0第04講實(shí)驗(yàn)式、分子式、分子結(jié)構(gòu)的確定知識(shí)導(dǎo)航知識(shí)導(dǎo)航知識(shí)精講知識(shí)精講一、確定實(shí)驗(yàn)式——元素分析1.元素分析（1）定性分析：確定有機(jī)物的元素組成。（2）定量分析：確定有機(jī)物的實(shí)驗(yàn)式。2.李比希法確定實(shí)驗(yàn)式二、確定分子式——質(zhì)譜法1.質(zhì)譜法原理質(zhì)譜儀用高能電子流等轟擊樣品（很少量），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，在電場和磁場中的運(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)記錄測試結(jié)果，就得到有機(jī)化合物的質(zhì)譜圖。2.質(zhì)荷比有機(jī)分子離子或碎片離子的相對(duì)質(zhì)量與電荷數(shù)的比值，即質(zhì)荷比。質(zhì)譜圖中質(zhì)荷比的最大值等于樣品分子的相對(duì)分子質(zhì)量（與相對(duì)豐度無關(guān)）。三、確定分子結(jié)構(gòu)——波譜分析確定分子結(jié)構(gòu)的常用方法包括質(zhì)譜法、紅外光譜法、核磁共振氫譜法和X射線衍射等。1.紅外光譜原理：①有機(jī)化合物受到紅外線照射時(shí)，能吸收與它的某些化學(xué)鍵或官能團(tuán)的振動(dòng)頻率相同的紅外線，通過紅外光譜儀的記錄形成該有機(jī)化合物的紅外光譜圖。②譜圖中不同的化學(xué)鍵或官能團(tuán)的吸收頻率不同，因此分析有機(jī)化合物的紅外光譜圖，可獲得分子中所含有的化學(xué)鍵或官能團(tuán)的信息。2.核磁共振氫譜（1）原理：①氫原子核具有磁性，如果用電磁波照射含氫元素的化合物，其中的氫核會(huì)吸收特定頻率電磁波的能量而產(chǎn)生核磁共振現(xiàn)象，用核磁共振儀可以記錄到有關(guān)信號(hào)。②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)在譜圖中出現(xiàn)的位置也不同，具有不同的化學(xué)位移，而且吸收峰的面積與氫原子數(shù)成正比。③由核磁共振氫譜圖可以獲得該有機(jī)化合物分子中有幾種不同類型的氫原子及它們的相對(duì)數(shù)目等信息。（2）分析方法：吸收峰數(shù)目＝氫原子種類數(shù)，吸收峰面積比＝不同種類氫原子個(gè)數(shù)比3.X射線衍射（1）X射線是一種波長很短（約1010m）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。（2）經(jīng)過計(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、鍵角等分子結(jié)構(gòu)信息。（3）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)的測定，可以獲得更為直接而詳盡的結(jié)構(gòu)信息。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練題型一：實(shí)驗(yàn)式的確定【變12】3g某有機(jī)化合物在足量氧氣中完全燃燒，生成4.4gCO2和1.8gH2O。下列說法不正確的是A．該有機(jī)化合物中只含有碳元素和氫元素B．該有機(jī)化合物中一定含有氧元素C．該有機(jī)化合物的分子式可能是C2H4O2D．該有機(jī)化合物分子中碳原子數(shù)與氫原子數(shù)之比一定是1∶2【例2】咖啡和茶類飲料中都含有興奮劑咖啡因。經(jīng)元素分析測定，咖啡因中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是：碳49.5%，氫5.2%，氮28.9%，氧16.5%。(1)咖啡因的實(shí)驗(yàn)式為___________。(2)質(zhì)譜法測得咖啡因的相對(duì)分子質(zhì)量為194，則咖啡因的分子式為___________。題型二：質(zhì)譜法【變32】為了測定某有機(jī)物A的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：①將2.3g該有機(jī)物完全燃燒，生成0.1molCO2和2.7g水，②用質(zhì)譜儀測定其相對(duì)分子質(zhì)量，得到如圖所示的質(zhì)譜圖。試回答下列問題：(1)有機(jī)物A的相對(duì)分子質(zhì)量是________。(2)有機(jī)物A的實(shí)驗(yàn)式是________。(3)能否根據(jù)A的實(shí)驗(yàn)式確定其分子式?____(填“能”或“不能”，并對(duì)應(yīng)回答后面問題)。若能，則A的分子式是________，若不能，請(qǐng)說明原因：_________________。題型三：分子式的確定【例4】已知某有機(jī)物9.2g與足量氧氣在密閉容器中完全燃燒后，將反應(yīng)生成的氣體依次通過濃硫酸和堿石灰．濃硫酸增重10.8g，堿石灰增重17.6g，該有機(jī)物的化學(xué)式是A．C2H6O B．C2H4O C．CH4O D．C2H6O2題型四：紅外光譜【變5】有機(jī)物Y的分子式為C4H8O2，其紅外光譜如圖所示，則該有機(jī)物可能的結(jié)構(gòu)簡式為（）A．CH3COOCH2CH3 B．OHCCH2CH2OCH3C．HCOOCH2CH2CH3 D．（CH3）2CHCOOH題型五：核磁共振氫譜【變62】據(jù)質(zhì)譜圖分析知某烷烴的相對(duì)分子質(zhì)量為86，其核磁共振氫譜圖有4個(gè)峰，峰面積比為6：4：3：1，則其結(jié)構(gòu)簡式為A． B．C． D．【例7】有機(jī)物X是一種重要的有機(jī)合成中間體，用于制造塑料、涂料和黏合劑等高聚物。為研究X的組成與結(jié)構(gòu)，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：(1)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的實(shí)驗(yàn)式為____。(2)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____。(3)經(jīng)紅外光譜測定，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組吸收峰，峰面積之比為3∶1。該有機(jī)物X的結(jié)構(gòu)簡式為____。題型六：實(shí)驗(yàn)式、分子式、分子結(jié)構(gòu)的確定綜合【變8】下列說法不正確的是A．通過質(zhì)譜法可以確認(rèn)有機(jī)化合物的相對(duì)分子質(zhì)量B．甲苯分子的核磁共振氫譜中有4個(gè)不同的吸收峰C．紅外光譜可以幫助確定許多有機(jī)物的結(jié)構(gòu)D．某有機(jī)物完全燃燒只生成和，兩者物質(zhì)的量之比為1:2，則該有機(jī)物一定為甲烷【例11】某有機(jī)化合物經(jīng)李比希法測得其中含碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為54.5%、含氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.1%，其余為氧。用質(zhì)譜法分析知該有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量為88.請(qǐng)回答下列有關(guān)問題：(1)該有機(jī)物的分子式為_______。(2)若該有機(jī)物的水溶液呈酸性，且結(jié)構(gòu)中不含支鏈，則其核磁共振氫譜圖中的峰面積之比為_______。(3)若實(shí)驗(yàn)測得該有機(jī)物中不含結(jié)構(gòu)，利用紅外光譜儀測得該有機(jī)物的紅外光譜如圖所示。則該有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡式可能是_______、_______(寫出兩種即可)。提分特訓(xùn)提分特訓(xùn)【題1】和互為同分異構(gòu)體，將其中一種放在下列檢測儀上進(jìn)行檢測，顯示出的信號(hào)不能判斷是哪種物質(zhì)的是A．質(zhì)譜儀 B．紅外光譜儀 C．核磁共振儀 D．X射線衍射儀【題2】實(shí)驗(yàn)室常用燃燒法分析有機(jī)物的組成與結(jié)構(gòu)。某化合物樣品在足量O2中充分燃燒，生成物只有CO2和H2O。燃燒產(chǎn)物依次經(jīng)過濃硫酸和堿石灰充分吸收，濃硫酸和堿石灰依次增重7.2g和17.6g。有關(guān)該物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)推測不合理的是（

）A．該物質(zhì)可能是烴類化合物B．該物質(zhì)結(jié)構(gòu)中可能含C=CC．該物質(zhì)結(jié)構(gòu)中可能含苯環(huán)D．該物質(zhì)結(jié)構(gòu)中可能含羧基【題3】核磁共振氫譜能對(duì)有機(jī)物分子中不同位置的氫原子給出不同的吸收峰(信號(hào))，根據(jù)吸收峰可以確定分子中氫原子的種類和數(shù)目。例如氯甲基甲醚(ClCH2OCH3)的核磁共振氫譜如圖甲所示，兩個(gè)吸收峰的面積之比為3：2。金剛烷的分子立體結(jié)構(gòu)如圖乙所示，它的核磁共振氫譜圖中吸收峰數(shù)目與峰面積之比分別為A．5，1：6：2：3：4 B．3，1：3：12 C．4，1：6：3：6 D．2，1：3【題5】某研究性學(xué)習(xí)小組為確定一種從煤中提取的液態(tài)烴X的結(jié)構(gòu)，對(duì)其進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)探究。步驟一：這種烴X的蒸氣通過熱的氧化銅，可被氧化成二氧化碳和水，再用無水氯化鈣吸收水，氫氧化鈉濃溶液吸收二氧化碳。實(shí)驗(yàn)測得，2.12g烴X的蒸氣通過熱的氧化銅被氧化生成7.04g二氧化碳和1.80g水。步驟二：通過儀器分析知X的相對(duì)分子質(zhì)量為106。步驟三：如圖Ⅰ，用核磁共振儀測出X的核磁共振氫譜有2組峰，其面積之比為2∶3。步驟四：利用紅外光譜儀測得X分子的紅外光譜如圖Ⅱ。試回答下列問題：(1)X的分子式為___________，名稱為___________。(2)步驟二中的儀器分析方法為___________。(3)寫出符合下列條件的X的同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡式：___________。①芳香烴②苯環(huán)上的一氯代物有三種(4)以X為原料可制得另一種重要的化工產(chǎn)品鄰苯二甲酸(PTA)，查閱資料得知PTA在水中的溶解度隨著溫度的升高明顯增大。若得到的PTA粗產(chǎn)品中有部分不溶性雜質(zhì)，請(qǐng)簡述實(shí)驗(yàn)室中提純PTA的方法：___________。提分作業(yè)提分作業(yè)【練1】驗(yàn)證某有機(jī)物是否屬于烴，應(yīng)完成的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是（

）A．只測定它的C、H原子個(gè)數(shù)比B．只要證明它完全燃燒后產(chǎn)物只有H2O和CO2C．只測定其燃燒產(chǎn)物中H2O與CO2的物質(zhì)的量的比值D．測定該試樣的質(zhì)量及試樣完全燃燒后生成CO2和H2O的質(zhì)量【練2】已知某有機(jī)物分子中H原子個(gè)數(shù)為偶數(shù)，若將2.25克該有機(jī)物在足量氧氣中完全燃燒，得到4.4克CO2和2.25克的H2O，則下列說法不正確的是A．可以確定該有機(jī)物的相對(duì)分子量為90B．可以確定該有機(jī)物的分子式為C4H10O2C．該有機(jī)物中碳、氫、氧原子個(gè)數(shù)比為2:5:1D．因?yàn)椴恢榔湎鄬?duì)分子質(zhì)量，故無法確定其分子式【練3】具有下列結(jié)構(gòu)的化合物，其核磁共振氫譜中有2個(gè)峰的是A．CH3CH2OH B．CH3CH3 C．CH3OCH3 D．HOCH2CH2OH【練4】分子式為C2H6O的有機(jī)物有兩種同分異構(gòu)體：乙醇(CH3CH2OH)和甲醚(CH3OCH3)，則通過下列方式或方法不可能將二者區(qū)別開來的是A．紅外光譜 B．核磁共振氫譜C．元素分析法 D．與鈉反應(yīng)【練6】為了測定某有機(jī)物A的結(jié)構(gòu)，做如下實(shí)驗(yàn)：①將2.3g該有機(jī)物完全燃燒，生成