有機(jī)化合物分子式和分子結(jié)構(gòu)的確定課件高二下學(xué)期化學(xué)人教版選擇性必修3

課時(shí)1.2２有機(jī)化合物實(shí)驗(yàn)式、分子式、分子結(jié)構(gòu)的確定第一章

有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與研究方法第二節(jié)研究有機(jī)化合物的一般方法

1、掌握有機(jī)化合物定性分析和定量分析的基本方法2、了解鑒定有機(jī)化合結(jié)構(gòu)的一般過程與數(shù)據(jù)處理方法3、有機(jī)化合物組成元素分析與相對(duì)分子質(zhì)量的測(cè)定方法學(xué)習(xí)目標(biāo)重難點(diǎn)：有機(jī)化合物分子式和分子結(jié)構(gòu)的確定【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)各元素原子的最簡(jiǎn)整數(shù)比，又稱為最簡(jiǎn)式如：乙酸的分子式為C2H4O2，實(shí)驗(yàn)式為CH2O②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)物中各組成元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，然后計(jì)算出該有機(jī)化合物分子內(nèi)各元素原子的最簡(jiǎn)整數(shù)比，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

一定量的有機(jī)物燃燒，分解為簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物，并作定量測(cè)定，通過無(wú)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）通過測(cè)水的質(zhì)量來測(cè)Ｈ元素的質(zhì)量通過測(cè)CO2的質(zhì)量來測(cè)C元素的質(zhì)量

歸納提升可根據(jù)最簡(jiǎn)式和有機(jī)化合物的組成特點(diǎn)直接確定分子式的情況。

最簡(jiǎn)式分子式CH3C2H6CH3OC2H6O2CH4CH4CH3ClCH3ClCH4OCH4OC2H6OC2H6O知道最簡(jiǎn)式能直接確定分子式嗎？有的可以有的不可以【例題】、5.8g某有機(jī)物完全燃燒，生成CO213.2g,H2O5.4g。含有哪些元素?并確定各元素的原子個(gè)數(shù)比，從而確定實(shí)驗(yàn)式。思考：能否直接確定該有機(jī)物的分子式?實(shí)驗(yàn)式和分子式有何區(qū)別?實(shí)驗(yàn)式：表示化合物分子中所含元素的原子數(shù)目最簡(jiǎn)整數(shù)比的式子。分子式：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。n(C)∶n(H)∶n(O)＝（13.2／44）∶（5.4×2／18）∶（1.6／16）＝0.3：0.6：0.1＝3∶6∶1∴實(shí)驗(yàn)式為：C3H6Om(C)=

=3.6gm(H)=

=0.6gm(O)=5.8–3.6–0.6=1.6g該有機(jī)物的實(shí)驗(yàn)式：【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)：?(O)=100%—52.2%—13.1%=34.70%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：N(C)∶N(H)∶N(O)==2∶6∶1③該未知物A的實(shí)驗(yàn)式為C2H6O思考：若要確定它的分子式，還需要什么條件？相對(duì)分子質(zhì)量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)，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(3)示例說明：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：Mr＝22.4×ρ(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：MA＝D×MB(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、討論法等技巧來速解有機(jī)物的分子式。常用的化學(xué)方程式有：CxHy＋(x＋4(y))O2xCO2＋

H2O；

CxHyOz＋(x＋

)O2

xCO2＋

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有機(jī)物A的分子式為C2H6O，你怎樣確定有機(jī)物A是乙醇，還是二甲醚？

寫出C2H6O可能的結(jié)構(gòu)：二甲醚乙醇有機(jī)物的性質(zhì)結(jié)構(gòu)式（確定有機(jī)物的官能團(tuán)）分子式計(jì)算不飽和度推測(cè)可能的官能團(tuán)寫出可能的同分異構(gòu)體利用官能團(tuán)的特征性質(zhì)，通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)確定。當(dāng)化合物結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜時(shí)，若用化學(xué)方法，時(shí)間長(zhǎng)、浪費(fèi)試劑，因此科學(xué)上常常需要采取一些物理方法。與鑒定有機(jī)物結(jié)構(gòu)有關(guān)的物理方法有質(zhì)譜、紅外光譜、核磁共振氫譜等。分子結(jié)構(gòu)的鑒定1.化學(xué)方法：利用特征反應(yīng)鑒定出官能團(tuán)，再進(jìn)一步確認(rèn)分子結(jié)構(gòu)2.物理方法：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)：CH3CH2OH或CH3OCH3，利用紅外光譜來測(cè)定，分子中有O—H或—OH可確定A的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為CH3CH2OHC4H10O結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為()A．CH3CH2OCH2CH3B．CH3OCH2CH2CH3C．CH3CH2CH2CH2OH D．(CH3)2CHOCH3有機(jī)物A的分子式為C2H6O，你怎樣確定有機(jī)物A是乙醇，還是二甲醚？二甲醚

乙醇根據(jù)紅外光譜如果測(cè)到有C-H、C-O、O-H鍵，說明是醇，如果只有C-O、C-H鍵，說明是醚。A的紅外光譜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氫原子數(shù)成正比(2)作用：測(cè)定有機(jī)物分子中氫原子的類型和數(shù)目(3)分析：吸收峰組數(shù)＝氫原子的類型數(shù)，吸收峰面積比＝氫原子個(gè)數(shù)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3種不同化學(xué)環(huán)境的氫原子且個(gè)數(shù)比為3∶2∶1，可推知該有機(jī)物的結(jié)構(gòu)應(yīng)為CH3CH2OH例.下列有機(jī)物在H’-NMR上只給出一組峰的是()

A、HCHO

B、CH3OHC、HCOOHD、CH3COOCH33、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)目代表的是氫原子的種類而非氫原子的個(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)通過定性實(shí)驗(yàn)確定：根據(jù)分子式寫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)物分子中可能含有雙鍵或三鍵，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CH3—CH=CH2(3)通過定量實(shí)驗(yàn)確定①通過定量實(shí)驗(yàn)確定有機(jī)物的官能團(tuán)②通過定量實(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＝吸收峰組數(shù)，不同氫原子個(gè)數(shù)比＝不同吸收峰面積比【例題】、分子式為C3H6O2的二元混合物，分離后,在核磁共振氫譜上觀察到氫原子給出的峰有兩種情況。第一種情況峰給出的峰面積比為1︰1；第二種情況峰給出的面積比為3︰2︰1。由此推斷混合物的組成可能是（寫結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式）。CH3COOCH3CH3CH2COOHHOCH2COCH3HCOOCH2CH31∶13∶2∶1分離、提純確定實(shí)驗(yàn)式確定分子式確定分子結(jié)構(gòu)蒸餾、萃取、重結(jié)晶等元素定量分析質(zhì)譜法李比希元素分析法得到相對(duì)分子質(zhì)量紅外光譜核磁共振氫譜X射線衍射得到化學(xué)鍵和官能團(tuán)得到氫的種類和比值得到鍵長(zhǎng)、鍵角等信息研究有機(jī)物的一般步驟和方法[練習(xí)]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