2024-2025學(xué)年高中化學(xué)專題1認(rèn)識(shí)有機(jī)化合物2科學(xué)家怎樣研究有機(jī)物學(xué)案蘇教版選修5

PAGE19-其次單元科學(xué)家怎樣探討有機(jī)物探討有機(jī)物過去曾是一項(xiàng)非常困難的技術(shù)工作。1805年從鴉片中提得嗎啡后，到1925年僅提出了一個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)想的草案，又經(jīng)過了37年后才確定了它的空間結(jié)構(gòu)，前后共經(jīng)過150多年。1928年，弗萊明發(fā)覺青霉素，直到1943年，化學(xué)家們才確定了青霉素的成分，1949年測定出了青霉素的結(jié)構(gòu)，青霉素才得到大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。而在上世紀(jì)60年頭探討抗癌藥長春花生物堿時(shí)，僅花了3年時(shí)間就完成了分別和測定30種以上長春花生物堿結(jié)構(gòu)的工作。目前在一個(gè)裝備比較完善的試驗(yàn)室，在比較有經(jīng)驗(yàn)的專家手中，自然產(chǎn)品的一個(gè)新的有效成分，一般在幾個(gè)星期內(nèi)就可以完成全套分別和測定工作。1．知道有機(jī)物與無機(jī)物在結(jié)構(gòu)、組成、性質(zhì)等方面的差異，知道有機(jī)物探討的發(fā)展過程，知道如何確定有機(jī)化合物的最簡式，了解元素分析儀的工作原理。2．了解李比希提出的基團(tuán)理論，體會(huì)其對(duì)有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)探討的影響。3．能用1H核磁共振波譜圖分析簡潔的同分異構(gòu)體，知道核磁共振波譜法、紅外光譜法、質(zhì)譜法和紫外光譜法等用來探討有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)的方法。4．了解手性化合物，能區(qū)分出手性分子。一、有機(jī)化合物組成的探討1．組成有機(jī)化合物的元素種類：最常見的是C、H、O、N、X等。2．確定元素組成的步驟：①先借助有機(jī)化合物的可燃性等化學(xué)性質(zhì)，測C、H、N、X等元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。②當(dāng)C、H、N、X等元素養(yǎng)量分?jǐn)?shù)的總和小于100%，并且在元素定性分析中又沒有分析出其他元素，那么，質(zhì)量分?jǐn)?shù)的差值應(yīng)為氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。也就是說氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不是測定出來而是用減差法計(jì)算出來的。若等于100%，則不含氧元素。3．各元素養(yǎng)量分?jǐn)?shù)的測定測定有機(jī)化合物中碳和氫的百分含量最常用的方法是燃燒分析法。一般來說，有機(jī)物完全燃燒后，各元素對(duì)應(yīng)的產(chǎn)物為C→CO2，H→H2O。某有機(jī)物完全燃燒后，若產(chǎn)物只有CO2和H2O，其組成元素為C、H或C、H、O。鹵素、氮、硫等元素的確定可用鈉融法。將有機(jī)物樣品與金屬鈉混合加熱至熔融，鹵素、氮、硫等元素將以鹵化鈉、氰化鈉、硫化鈉的形式存在，再用無機(jī)分析法確定其是否存在并測定其質(zhì)量分?jǐn)?shù)?，F(xiàn)在，人們常借助元素分析儀來確定有機(jī)化合物元素的組成。4．試驗(yàn)式的確定通過元素的定量分析，求出各元素的質(zhì)量比(或元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù))，通過計(jì)算就能得出它的試驗(yàn)式。試驗(yàn)式也叫最簡式，它不能準(zhǔn)確表明分子中的原子個(gè)數(shù)，它是表示化合物分子中各元素原子的相對(duì)數(shù)目的最簡潔的式子。二、有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的探討1．有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)(1)在有機(jī)化合物分子中，原子主要通過共價(jià)鍵結(jié)合在一起。原子之間結(jié)合方式或連接依次的不同導(dǎo)致了所形成物質(zhì)在性質(zhì)上的差異。(2)1831年，德國化學(xué)家李比希提出了“基團(tuán)理論”。常見的基團(tuán)有：羥基(—OH)，醛基(—CHO)，羧基(—COOH)，氨基(—NH2)，烴基(—R)等，它們有不同的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)特點(diǎn)。2．測定有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的分析方法(1)核磁共振法在1H核磁共振譜中：①特征峰的個(gè)數(shù)就是有機(jī)物中不同化學(xué)環(huán)境的氫原子的種類；②特征峰的面積之比就是不同化學(xué)環(huán)境的氫原子的個(gè)數(shù)比。如乙醚(CH3CH2OCH2CH3)分子中有10個(gè)氫原子，在1H核磁共振譜中會(huì)出現(xiàn)2個(gè)峰，峰的面積之比為3∶2。(2)紅外光譜法①原理：不同基團(tuán)的特征汲取頻率不同，對(duì)紅外光汲取的波長不同。②應(yīng)用：初步判定有機(jī)物中基團(tuán)的種類。(3)質(zhì)譜法用高能電子束轟擊有機(jī)物分子，使之分別成帶電的“碎片”，分析帶電“碎片”的特征譜，從而分析有機(jī)物的結(jié)構(gòu)。三、有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的探討1．甲烷與氯氣取代反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理(1)反應(yīng)機(jī)理：自由基型鏈反應(yīng)eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(Cl2\o(→,\s\up17(光照))·Cl＋·Cl,·Cl＋CH4→·CH3＋HCl,·CH3＋Cl2→·Cl＋CH3Cl))eq\a\vs4\al(Cl2、CH4為反應(yīng)物,·Cl、·CH3為自由基,HCl、CH3Cl為生成物)(2)反應(yīng)產(chǎn)物：共有CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl五種。2．同位素示蹤法探討酯的水解反應(yīng)(1)方法：將乙酸乙酯與Heq\o\al(18,2)O在H2SO4催化下加熱水解，檢測18O的分布狀況，推斷酯水解時(shí)的斷鍵狀況。(2)反應(yīng)機(jī)理因此可以推斷，酯在水解過程中斷開的是酯中的①鍵，水中的—18OH連接在①鍵上。思索：CH3CH2OH和在濃硫酸作用下反應(yīng)一段時(shí)間后，能夠檢測出18O的物質(zhì)有哪些？提示：依據(jù)酯的水解反應(yīng)可知，酸和醇的酯化反應(yīng)的機(jī)理是酸脫羥基、醇脫氫，所以能夠檢測出18O的物質(zhì)有和Heq\o\al(18,2)O。探究點(diǎn)一有機(jī)物分子式的確定1．確定有機(jī)物分子式的一般思路2．有機(jī)物組成元素的推斷一般來說，某有機(jī)物完全燃燒后，若生成物中只有CO2和H2O，則其組成元素可能為C、H或C、H、O。推斷該有機(jī)物中是否含氧元素，首先應(yīng)求誕生成物CO2中碳元素的質(zhì)量及H2O中氫元素的質(zhì)量，然后將兩種元素的質(zhì)量之和與原有機(jī)物的質(zhì)量相比較，若二者相等，則原有機(jī)物中不含氧元素；若二者不相等，則原有機(jī)物中含有氧元素。3．確定有機(jī)物相對(duì)分子質(zhì)量的方法(1)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體的密度ρ，求算該氣體的摩爾質(zhì)量，即數(shù)值上等于該氣體的相對(duì)分子質(zhì)量：M＝22.4ρ(限于標(biāo)準(zhǔn)狀況下)。(2)依據(jù)氣體的相對(duì)密度D，求氣體的相對(duì)分子質(zhì)量：MA＝D·MB。(3)求混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量：M＝MA·φA＋MB·φB＋MC·φC＋…(φA、φB、φC…為A、B、C氣體的體積分?jǐn)?shù)或物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。(4)求混合物的平均相對(duì)分子質(zhì)量：eq\x\to(M)＝eq\f(m總,n總)。(5)運(yùn)用質(zhì)譜法來測定有機(jī)化合物的相對(duì)分子質(zhì)量。4．確定分子式的方法(1)單位物質(zhì)的量法依據(jù)有機(jī)物的摩爾質(zhì)量(相對(duì)分子質(zhì)量)和有機(jī)物中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，推算出1mol有機(jī)物中各元素原子的物質(zhì)的量，從而確定分子中各原子的個(gè)數(shù)，最終確定有機(jī)物的分子式。(2)最簡式法依據(jù)有機(jī)物中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)求出分子中各元素的原子個(gè)數(shù)之比(最簡式)，分子式為最簡式的整數(shù)倍，利用物質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量可確定其分子式。N(C)∶N(H)∶N(O)＝eq\f(wC,12)∶eq\f(wH,1)∶eq\f(wO,16)＝a∶b∶c(最簡整數(shù)比)，最簡式為CaHbOc，則分子式為(CaHbOc)n，得n＝eq\f(Mr,12a＋b＋16c)(Mr為有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量)。李比希法是較早的一種元素定量分析法，可確定有機(jī)物的最簡式，其原理可表示為李比希還建立了對(duì)含氮、硫、鹵素等有機(jī)物的元素定量分析法，這些方法為現(xiàn)代元素定量分析奠定了基礎(chǔ)。(3)平均值法依據(jù)有機(jī)混合物中的平均碳原子數(shù)或氫原子數(shù)確定混合物的組成。常用十字交叉法使計(jì)算簡化。平均值的特征：C小≤eq\x\to(C)≤C大，H小≤eq\x\to(H)≤H大。(4)商余通式法(適用于烴類分子式的求法)依據(jù)烷烴(CnH2n＋2)、烯烴和環(huán)烷烴(CnH2n)、炔烴和二烯烴(CnH2n－2)、苯的同系物(CnH2n－6)的通式可以看出，這些烴類物質(zhì)的分子中都有一個(gè)共同的部分CnH2n，這一部分的式量為14n，因此用烴的相對(duì)分子質(zhì)量除以14就可以確定分子所含碳原子數(shù)即n值，再依據(jù)余數(shù)就可以求出烴的分子式。一般規(guī)律如下：eq\f(MrCxHy,MrCH2)＝eq\f(Mr,14)＝商……余數(shù)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(余數(shù)為2為烷烴,余數(shù)為0為烯烴或環(huán)烷烴,余數(shù)為12為炔烴或二烯烴,余數(shù)為8為苯的同系物))其中對(duì)烷烴、烯烴或環(huán)烷烴而言，商為烴分子中碳原子數(shù)，而對(duì)炔烴、二烯烴、和苯的同系物而言，碳原子數(shù)為商加1。(5)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)物燃燒的化學(xué)方程式對(duì)分子式進(jìn)行求解。常用的化學(xué)方程式：CxHy＋(x＋eq\f(y,4))O2eq\o(→,\s\up17(點(diǎn)燃))xCO2＋eq\f(y,2)H2OCxHyOz＋(x＋eq\f(y,4)－eq\f(z,2))O2eq\o(→,\s\up17(點(diǎn)燃))xCO2＋eq\f(y,2)H2O確定有機(jī)物分子式的幾條閱歷規(guī)律：①當(dāng)條件不足時(shí)，可利用已知條件列方程，進(jìn)而解不定方程，結(jié)合烴CxHy中的x、y為正整數(shù)，烴的三態(tài)與碳原子數(shù)相關(guān)規(guī)律特殊是烴為氣態(tài)時(shí)，x≤4及烴的通式和性質(zhì)，運(yùn)用化學(xué)—數(shù)學(xué)分析法，即探討法，可簡捷地確定氣態(tài)烴的分子式。②當(dāng)烴為混合物時(shí)，一般是設(shè)平均分子式，結(jié)合反應(yīng)式和體積求出平均組成，利用平均值的含義確定各種可能混合烴的分子式。有時(shí)也利用平均相對(duì)分子質(zhì)量來確定可能的組成，此時(shí)，采納十字交叉法計(jì)算較為簡捷。③兩混合烴，若其平均相對(duì)分子質(zhì)量小于26，則該烴中必含甲烷。④兩混合氣態(tài)烴，充分燃燒后，生成CO2氣體的體積小于原混合烴體積的2倍，則原混合烴中必含CH4，若生成水的物質(zhì)的量小于原混合烴的量的2倍，則必含C2H2。⑤氣體混合烴與足量的氧氣充分燃燒后，若總體積保持不變，則原混合烴中的氫原子平均數(shù)為4；若體積擴(kuò)大，則氫原子平均數(shù)大于4；若體積縮小，則氫原子平均數(shù)小于4，則必含C2H2溫度在100℃以上。有機(jī)物的試驗(yàn)式和分子式肯定不相同嗎？提示：不肯定。有機(jī)物分子式中所含元素原子最簡的整數(shù)比，即為試驗(yàn)式，也可稱為最簡式。試驗(yàn)式只說明白物質(zhì)中元素原子物質(zhì)的量之比，分子式說明白物質(zhì)分子的詳細(xì)組成。二者中各元素的百分比相同?？赡懿煌氖墙M成物質(zhì)的原子的個(gè)數(shù)，有時(shí)試驗(yàn)式和分子式是相同的，如CH4、C2H6O等。【例1】將3.24g某有機(jī)物裝入元素分析裝置，然后通入足量氧氣使之充分燃燒，將生成的氣體依次通過CaCl2管(A)和堿石灰管(B)，測得A管增重2.16g，B管增重9.24g。已知該有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量小于200，求其試驗(yàn)式并推想其分子式?！舅悸贩治觥恳罁?jù)燃燒產(chǎn)物確定有機(jī)物分子中原子個(gè)數(shù)比，從而可得其試驗(yàn)式，再結(jié)合其相對(duì)分子質(zhì)量的范圍確定其分子式?！窘馕觥縩(C)＝eq\f(9.24g,44g·mol－1)＝0.21moln(H)＝eq\f(2.16g,18g·mol－1)×2＝0.12mol×2＝0.24moln(O)＝eq\f(3.24g－0.21mol×12g·mol－1－0.24mol×1g·mol－1,16g·mol－1)＝0.03moln(C)∶n(H)∶n(O)＝7∶8∶1故試驗(yàn)式為C7H8O，式量是108。由于該有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量小于200，所以該有機(jī)物的分子式為C7H8O?！敬鸢浮吭囼?yàn)式：C7H8O，分子式：C7H8O。0．2mol有機(jī)物A和0.4molO2在密閉容器中燃燒后的產(chǎn)物為CO2、CO和H2O(g)，產(chǎn)物經(jīng)過濃H2SO4，質(zhì)量增加10.8g；再通過灼熱的CuO，充分反應(yīng)后，固體質(zhì)量減輕3.2g；最終氣體再通過堿石灰被完全汲取，質(zhì)量增加17.6g。試推斷該有機(jī)物A的分子式和相對(duì)分子質(zhì)量。若0.2mol的A恰好與9.2g金屬鈉完全反應(yīng)，試確定該有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡式并命名。答案：C2H6O2；62；；乙二醇。解析：首先可求生成CO2、CO、H2O(g)的物質(zhì)的量，依據(jù)反應(yīng)物消耗量，生成物生成的量，通過燃燒反應(yīng)方程式確定有機(jī)物的分子式，再依據(jù)醇與鈉反應(yīng)的通式，求羥基的個(gè)數(shù)，即確定有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡式。由題意知：被濃H2SO4汲取的水蒸氣n(H2O)＝eq\f(10.8g,18g·mol－1)＝0.6mol，CO＋CuOeq\o(=,\s\up17(△))Cu＋CO2減輕Δm1mol80g64g1mol16gn(CO)n(CO2)3.2gn(CO)＝0.2mol，n(CO2)＝0.2mol。被堿石灰汲取的n(CO2)＝eq\f(17.6g,44g·mol－1)＝0.4mol。則0.2molA與0.4molO2反應(yīng)生成0.6molH2O、0.2molCO和0.2molCO2，即1molA消耗2molO2生成3molH2O、1molCO和1molCO2，依據(jù)質(zhì)量守恒定律得A的分子式為C2H6O2，相對(duì)分子質(zhì)量為62。確定A的結(jié)構(gòu)簡式：n(Na)＝eq\f(9.6g,23g·mol－1)≈0.4mol。由1molA可以與2molNa反應(yīng)，則說明1個(gè)A分子中含有2個(gè)羥基，由A的分子式為C2H6O2可知，A的結(jié)構(gòu)簡式為，名稱為乙二醇。探究點(diǎn)二有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)的確定1．依據(jù)價(jià)鍵規(guī)律確定某些有機(jī)物依據(jù)價(jià)鍵規(guī)律只存在一種結(jié)構(gòu)，則干脆依據(jù)分子式確定其結(jié)構(gòu)簡式。例如C2H6，只能是CH3CH3。2．通過定性試驗(yàn)確定試驗(yàn)→有機(jī)物表現(xiàn)的性質(zhì)及相關(guān)結(jié)論→官能團(tuán)→確定結(jié)構(gòu)簡式。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，與NaHCO3溶液反應(yīng)放出CO2氣體的官能團(tuán)為—COOH。3．通過定量試驗(yàn)確定(1)通過定量試驗(yàn)確定有機(jī)物的官能團(tuán)，如乙醇結(jié)構(gòu)簡式的確定。(2)通過定量試驗(yàn)確定官能團(tuán)的數(shù)目，如測得1mol某醇與足量鈉反應(yīng)可得到1mol氣體，則可說明1個(gè)該醇分子中含2個(gè)—OH。4．依據(jù)試驗(yàn)測定的有機(jī)物的結(jié)構(gòu)片段“組裝”有機(jī)物試驗(yàn)測得的往往不是完整的有機(jī)物，這就須要我們依據(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)律等來對(duì)其進(jìn)行“組裝”和“拼湊”。5．確定有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)式的物理方法紅外光譜核磁共振氫譜原理在有機(jī)物分子中，組成化學(xué)鍵或官能團(tuán)的原子處于不斷振動(dòng)的狀態(tài)，其振動(dòng)頻率與紅外光的振動(dòng)頻率相當(dāng)，所以當(dāng)用紅外線照耀有機(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)汲取，不同的化學(xué)鍵或官能團(tuán)汲取頻率不同，在紅外光譜上將處于不同的位置氫原子核有磁性，如用電磁波照耀氫原子核，它能通過共振汲取電磁波能量，發(fā)生躍遷，用核磁共振儀可記錄到有關(guān)信號(hào)，處于不同化學(xué)環(huán)境中的氫原子因產(chǎn)生共振時(shí)汲取電磁波的頻率不同，在譜圖上出現(xiàn)的位置也不同，且汲取峰的面積與氫原子數(shù)成正比作用初步推斷某有機(jī)化合物中含有何種化學(xué)鍵或官能團(tuán)測定有機(jī)物分子中氫原子的數(shù)目及種類區(qū)分紅外光譜可以確定有機(jī)物中化學(xué)鍵的詳細(xì)存在狀況，核磁共振氫譜的峰面積之比等于各種不同化學(xué)環(huán)境的氫原子的數(shù)目比6.有機(jī)分子結(jié)構(gòu)圖例(1)紅外光譜：從某未知物A(C2H6O)的紅外光譜圖上發(fā)覺有O—H鍵、C—H鍵和C—O鍵的振動(dòng)汲取。因此，可以初步推想該未知物是含羥基的化合物，結(jié)構(gòu)簡式可寫為C2H5—OH。(2)乙醇和甲醚的核磁共振氫譜：乙醇甲醚核磁共振氫譜結(jié)論氫原子類型＝汲取峰數(shù)目＝3氫原子類型＝汲取峰數(shù)目＝1不同氫原子的個(gè)數(shù)之比＝不同汲取峰的面積之比＝2∶1∶3只有一種類型的氫原子結(jié)構(gòu)簡式CH3CH2OHCH3—O—CH31．某有機(jī)物的最簡式為CH4O，則該有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡式如何表示？提示：依據(jù)價(jià)鍵規(guī)律確定，該有機(jī)物的最簡式就是它的分子式，結(jié)構(gòu)簡式為CH3OH。2．分子式為C3H6O2的有機(jī)物，假如在核磁共振氫譜圖上視察到的氫原子給出的峰有兩種強(qiáng)度。一種強(qiáng)度比為3∶3，另一種強(qiáng)度比為3∶2∶1。請(qǐng)寫出該有機(jī)物可能的結(jié)構(gòu)簡式。【例2】通常將肯定量的有機(jī)物充分燃燒轉(zhuǎn)化為簡潔的無機(jī)物，依據(jù)產(chǎn)物的質(zhì)量確定有機(jī)物的組成。如圖所示是用燃燒法確定有機(jī)物分子式的常用裝置。(1)使產(chǎn)生的O2按從左到右的方向流淌，則所選裝置中各導(dǎo)管的正確連接依次是__________________________________________。(2)裝置C中濃硫酸的作用是____________________________。(3)燃燒管中CuO的作用是______________________________。(4)若精確稱取0.69g樣品(只含C、H、O三種元素中的兩種或三種)，充分燃燒后，A管質(zhì)量增加1.32g，B管質(zhì)量增加0.81g，則該有機(jī)物的試驗(yàn)式為________。(5)要確定該有機(jī)物的分子式，還要知道該有機(jī)物的________，經(jīng)測定其蒸氣密度為2.054g/L(已換算為標(biāo)準(zhǔn)狀況)，則其分子式為________。(6)該物質(zhì)的核磁共振氫譜如圖所示，則其結(jié)構(gòu)簡式為________。【思路分析】通過計(jì)算確定有機(jī)物的分子式→由有機(jī)物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和題給信息確定有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡式。【解析】依據(jù)反應(yīng)原理可知，該試驗(yàn)要?jiǎng)倮匦铦M意：①快速制備O2供燃燒運(yùn)用；②O2要純凈干燥；③保證碳元素全部轉(zhuǎn)化為CO2，氫元素全部轉(zhuǎn)化為H2O，并在后面裝置中被完全汲取。由此可知裝置的連接依次。(4)n(CO2)＝eq\f(1.32g,44g·mol－1)＝0.03mol，n(H2O)＝eq\f(0.81g,18g·mol－1)＝0.045mol，m(O)＝0.69g－m(C)－m(H)＝0.69g－0.03mol×12g·mol－1－0.045mol×2×1g·mol－1＝0.24g，n(O)＝eq\f(0.24g,16g·mol－1)＝0.015mol，故其試驗(yàn)式為C2H6O。(5)M＝Vmρ＝22.4L/mol×2.054g/L≈46g/mol，即該有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量與試驗(yàn)式C2H6O的式量相等，故樣品的分子式為C2H6O。(6)由核磁共振氫譜圖可知該有機(jī)物分子中有三種類型的氫原子，故該有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡式不是CH3—O—CH3而是CH3CH2OH?！敬鸢浮?1)g→f→e→h→i→c(或d)→d(或c)→a(或b)→b(或a)(2)干燥O2(3)確保有機(jī)物中的碳元素全部轉(zhuǎn)化為CO2(4)C2H6O(5)相對(duì)分子質(zhì)量C2H6O(6)CH3CH2OH已知某有機(jī)物A的紅外光譜和核磁共振氫譜如圖所示，下列說法中錯(cuò)誤的是(D)A．由紅外光譜可知，該有機(jī)物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化學(xué)環(huán)境的氫原子C．僅由A的核磁共振氫譜無法得知其分子中的氫原子總數(shù)D．若A的化學(xué)式為C2H6O，則其結(jié)構(gòu)簡式為CH3—O—CH3解析：紅外光譜圖中給出的化學(xué)鍵有C—H鍵、O—H鍵和C—O鍵三種，A正確；核磁共振氫譜圖中峰的個(gè)數(shù)即代表氫的種類，B正確；核磁共振氫譜峰的面積表示氫的數(shù)目比，在沒有明確化學(xué)式的狀況下，無法得知?dú)湓涌倲?shù)，C正確；若A為CH3—O—CH3，則無O—H鍵，與所給紅外光譜圖不符，且其核磁共振氫譜圖應(yīng)只有1個(gè)峰，與核磁共振氫譜圖不符，D錯(cuò)誤。探究點(diǎn)三有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的探討一、有機(jī)化學(xué)反應(yīng)探討的內(nèi)容設(shè)計(jì)并合成新的有機(jī)化合物是有機(jī)化學(xué)的重要探討內(nèi)容，包括有機(jī)化學(xué)反應(yīng)須要什么條件、受哪些因素的影響、反應(yīng)機(jī)理如何等。二、甲烷和氯氣反應(yīng)的機(jī)理甲烷的氯化反應(yīng)是一個(gè)自由基鏈反應(yīng)。這種反應(yīng)歷程一般要經(jīng)過鏈引發(fā)(即產(chǎn)生活性中間體——自由基)、鏈增長(自由基向反應(yīng)物進(jìn)攻，并生成新的自由基)和鏈終止(活性中間體丟失活性)等階段。甲烷的氯化反應(yīng)歷程可表示如下：鏈引發(fā)：Cl2eq\o(→,\s\up17(加熱或光照))2Cl·鏈增長：CH4＋Cl·→·CH3＋HCl，·CH3＋Cl2→CH3Cl＋Cl·依次重復(fù)鏈增長反應(yīng)，直至鏈終止。鏈終止：2Cl·→Cl2，Cl·＋·CH3→CH3Cl在鏈的引發(fā)階段，由于Cl—Cl鍵鍵能(239.84kJ·mol－1)比C—H鍵鍵能(435.24kJ·mol－1)小，在光照或加熱的狀況下，Cl—Cl較易斷裂而成為自由基。三、乙酸乙酯水解反應(yīng)的機(jī)理將乙酸乙酯與Heq\o\al(18,2)O混合后，加入H2SO4作催化劑，反應(yīng)如下：通過對(duì)產(chǎn)物的同位素(18O)分析可以得出乙酸乙酯在水解反應(yīng)中化學(xué)鍵的斷裂位置(虛線部位)是。此種探討反應(yīng)歷程的方法稱為同位素示蹤法，運(yùn)用該法能確定化學(xué)鍵斷裂的部位以及新生成的化學(xué)鍵的連接位置，是科學(xué)家常常運(yùn)用的探討化學(xué)反應(yīng)歷程的手段之一。同位素示蹤法在探討化學(xué)反應(yīng)時(shí)，運(yùn)用了某些同位素的放射性，通過該探測器隨時(shí)追蹤同位素原子所在的物質(zhì)來推想化學(xué)反應(yīng)機(jī)理。例如乙酸和乙醇酯化反應(yīng)機(jī)理的探討也是用此方法?？茖W(xué)家將乙醇的羥基上的氧用特殊的18O標(biāo)記，結(jié)果得到了含有18O的酯，這就說明酯化反應(yīng)機(jī)理是酸脫羥基、醇脫氫的過程。即【例3】如下圖所示，乙酸跟乙醇在濃硫酸存在并加熱的條件下發(fā)生酯化反應(yīng)(反應(yīng)A)，其逆反應(yīng)是水解反應(yīng)(反應(yīng)B)。反應(yīng)可能經(jīng)驗(yàn)了生成中間體(Ⅰ)這一步。(1)假如將反應(yīng)按加成、消去、取代反應(yīng)分類，則A—F六個(gè)反應(yīng)中(將字母代號(hào)填入下列橫線上)，屬于取代反應(yīng)的是________；屬于加成反應(yīng)的是________。(2)中間體(Ⅰ)屬于有機(jī)物的________類。(3)假如將原料C2H5OH中的氧原子用18O標(biāo)記，則生成物乙酸乙酯中是否有18O？假如將原料中羧羥基的氧原子用18O標(biāo)記，則生成物H2O中的氧原子是否有18O？試簡述你作此推斷的理由。【解析】酯化反應(yīng)屬于取代反應(yīng)，其逆反應(yīng)也是取代反應(yīng)，從乙酸與乙醇到中間體(Ⅰ)的反應(yīng)C是加成反應(yīng)，從酯到中間體的反應(yīng)F是加成反應(yīng)。假如原料C2H5OH中的氧原子用18O標(biāo)記，依據(jù)酯化反應(yīng)的機(jī)理，18O應(yīng)在酯中，不在水里；假如將原料中羧羥基的氧原子用18O標(biāo)記，依據(jù)羧酸供應(yīng)羥基，18O會(huì)在水中發(fā)覺?！敬鸢浮?1)ABCF(2)醇和醚(3)是；是；因?yàn)轸人峁?yīng)的羥基與醇供應(yīng)的氫原子結(jié)合生成水。用18O標(biāo)記的叔丁醇[(CH3)3C—18OH]與乙酸發(fā)生酯化反應(yīng)(記為反應(yīng)①)、用18O標(biāo)記的乙醇(C2H5—18硝酸發(fā)生酯化反應(yīng)(記為反應(yīng)②)后，18O都存在于水中。關(guān)于上述兩個(gè)反應(yīng)機(jī)理有這樣兩個(gè)說明：Ⅰ.酸供應(yīng)羥基、醇供應(yīng)羥基上的氫原子結(jié)合成水；Ⅱ.醇供應(yīng)羥基、酸供應(yīng)羥基上的氫原子結(jié)合成水。下列敘述中正確的是(B)A．①、②兩個(gè)反應(yīng)的機(jī)理都是ⅠB．①、②兩個(gè)反應(yīng)的機(jī)理都是ⅡC．①的機(jī)理是Ⅰ，②的機(jī)理是ⅡD．①的機(jī)理是Ⅱ，②的機(jī)理是Ⅰ解析：用18O標(biāo)記的叔丁醇[(CH3)3C—18OH]與乙酸發(fā)生酯化反應(yīng)，反應(yīng)后18O存在于水中，說明發(fā)生酯化反應(yīng)，乙酸脫去羥基上的氫原子，叔丁醇脫去含有18O的—18OH。用18O標(biāo)記的乙醇(C2H5—18OH)與硝酸發(fā)生酯化反應(yīng)后，18O存在于水中，說明醇與硝酸發(fā)生酯化反應(yīng)，酸脫去羥基上的氫原子，乙醇脫去含18O的—181．某有機(jī)物在氧氣中充分燃燒，生成的水蒸氣和CO2的物質(zhì)的量之比為1∶1，由此可得出的結(jié)論是(D)A．分子中碳、氫原子個(gè)數(shù)比為2∶1B．該有機(jī)物分子中C、H、O個(gè)數(shù)比為1∶2∶3C．有機(jī)物中必定含氧元素D．無法推斷有機(jī)物中是否含有氧元素解析：生成的水蒸氣和CO2的物質(zhì)的量之比為1∶1，依據(jù)原子守恒可知，該有機(jī)物分子中碳、氫原子個(gè)數(shù)比為1∶2，A錯(cuò)誤；有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量未給出，無法推斷有機(jī)物中是否含有氧元素，B、C錯(cuò)誤，D正確。2．(雙選)已知CH4與Cl2反應(yīng)的產(chǎn)物中除CH3Cl外，還有CH2Cl2、CHCl3、CCl4，下列有關(guān)生成CH2Cl2的過程中，可能出現(xiàn)的是(BC)A．2Cl·＋CH4eq\o(→,\s\up17(光照))2HCl＋·CH2ClB．·CH2Cl＋Cl2eq\o(→,\s\up17(光照))CH2Cl2＋Cl·C．·CH2Cl＋Cl·eq\o(→,\s\up17(光照))CH2Cl2D．CH3Cl＋HCleq\o(→,\s\up17(光照))CH2Cl2＋H2解析：CH4與Cl2反應(yīng)為自由基反應(yīng)，生成CH2Cl2的反應(yīng)機(jī)理包括三個(gè)階段：鏈引發(fā)階段：Cl2eq\o(→,\s\up17(光照))Cl·＋Cl·，Cl·＋CH3Cleq\o(→,\s\up17(光照))·CH2Cl＋HCl鏈傳遞階段：Cl2＋·CH2Cleq\o(→,\s\up17(光照))CH2Cl2＋Cl·鏈終止階段：Cl·＋Cl·eq\o(→,\s\up17(光照))ClCl，Cl·＋·CH2Cleq\o(→,\s\up17(光照))CH2Cl2綜合上述反應(yīng)歷程，可知符合題意的為B、C。3．在核磁共振氫譜中出現(xiàn)兩個(gè)峰，其氫原子個(gè)數(shù)之比為3∶2的化合物是(D)解析：核磁共振氫譜中出現(xiàn)兩個(gè)峰說明該物質(zhì)中有兩種環(huán)境的氫原子。A選項(xiàng)有甲基上的氫原子和CH2上的氫原子兩種，氫原子個(gè)數(shù)之比為3∶1；B選項(xiàng)中有三種環(huán)境的氫原子，氫原子個(gè)數(shù)之比為3∶1∶1；C選項(xiàng)中有三種環(huán)境的氫原子，氫原子個(gè)數(shù)之比為3∶4∶1；D選項(xiàng)有兩種環(huán)境的氫原子，氫原子個(gè)數(shù)之比為3∶2，所以D選項(xiàng)正確。4．A是一種含碳、氫、氧三種元素的有機(jī)化合物。已知：A中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為44.1%，氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.82%，那么A的試驗(yàn)式是(A)A．C5H12O4 B．C5H12O3C．C4H10O4 D．C5H10O4解析：由于A中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為44.1%，氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.82%，故A中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1－44.1%－8.82%＝47.08%。由此可算出N(C)∶N(H)∶N(O)＝eq\f(44.1%,12)∶eq\f(8.82%,1)∶eq\f(47.08%,16)＝5∶12∶4，故該有機(jī)物的試驗(yàn)式為C5H12O4，A正確。5．有A、B、C三種有機(jī)物，按要求回答下列問題：(1)取有機(jī)物A3.0g，完全燃燒后生成3.6g水和3.36LCO2(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，已知該有機(jī)物的蒸氣對(duì)氫氣的相對(duì)密度為30，求該有機(jī)物的分子式C3H8O。(2)有機(jī)物B的分子式為C4H8O2，其紅外光譜圖如下，試推想該有機(jī)物的可能結(jié)構(gòu)：CH3COCH2OCH3、CH3CH2COOCH3、CH3COOCH2CH3(寫出三種)。(3)有機(jī)物C的結(jié)構(gòu)可能有和兩種，為對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行物理方法鑒定，可用紅外光譜法或核磁共振氫譜法。①有機(jī)物C若為，則紅外光譜中應(yīng)當(dāng)有四個(gè)振動(dòng)汲??；核