2024高中化學(xué)專題1認(rèn)識(shí)有機(jī)化合物第二單元科學(xué)家怎樣研究有機(jī)物教案蘇教版選修5

PAGE10-其次單元科學(xué)家怎樣探討有機(jī)物[明確學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.知道有機(jī)化合物組成的探討方法，學(xué)會(huì)如何確定最簡(jiǎn)式。2.知道有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的探討方法及李比希提出的“基團(tuán)理論”。3.知道探討有機(jī)反應(yīng)機(jī)理的基本方法和有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的探討內(nèi)容。一、有機(jī)化合物元素組成的探討1．常見方法(1)李比希燃燒法①將某有機(jī)物在O2中充分燃燒后，各元素對(duì)應(yīng)的燃燒產(chǎn)物：C→eq\o(□,\s\up4(01))CO2；H→eq\o(□,\s\up4(02))H2O；N→N2；S→eq\o(□,\s\up4(03))SO2。②若將有機(jī)物完全燃燒，生成物只有eq\o(□,\s\up4(04))H2O(使無水CuSO4變藍(lán))和CO2(使澄清石灰水變渾濁)，則該有機(jī)物中肯定含有的元素是eq\o(□,\s\up4(05))C、H，可能含有的元素是eq\o(□,\s\up4(06))O。③推斷是否含氧元素，可先求出產(chǎn)物CO2和H2O中C、H兩種元素的質(zhì)量和，再與有機(jī)物的質(zhì)量比較，若二者相等，則說明原有機(jī)物中不含氧元素，否則有機(jī)物中含有氧元素。(2)鈉融法：確定有機(jī)物中是否存在eq\o(□,\s\up4(07))氮、eq\o(□,\s\up4(08))氯、eq\o(□,\s\up4(09))溴、eq\o(□,\s\up4(10))硫等元素。(3)銅絲燃燒法：定性確定有機(jī)物中是否存在eq\o(□,\s\up4(11))鹵素。用紅熱的銅絲蘸上試樣灼燒時(shí)，若含鹵素則火焰為eq\o(□,\s\up4(12))綠色。2．元素分析儀(1)工作原理：使有機(jī)化合物充分燃燒，再對(duì)eq\o(□,\s\up4(13))燃燒產(chǎn)物進(jìn)行自動(dòng)分析。(2)特點(diǎn)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eq\o(□,\s\up4(01))共價(jià)鍵結(jié)合在一起。原子之間eq\o(□,\s\up4(02))結(jié)合方式或eq\o(□,\s\up4(03))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(guó)化學(xué)家eq\o(□,\s\up4(04))李比希提出了“基團(tuán)理論”。常見的基團(tuán)有：羥基(eq\o(□,\s\up4(05))—OH)，醛基(eq\o(□,\s\up4(06))—CHO)，羧基(eq\o(□,\s\up4(07))—COOH)，氨基(eq\o(□,\s\up4(08))—NH2)，烴基(eq\o(□,\s\up4(09))—R)等，它們有不同的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)特點(diǎn)。2．測(cè)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eq\o(□,\s\up4(10))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eq\o(□,\s\up4(11))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)eq\o(□,\s\up4(12))2個(gè)峰，峰的面積之比為eq\o(□,\s\up4(13))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(zhǎng)不同。②應(yīng)用：初步判定有機(jī)物中eq\o(□,\s\up4(14))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)。其最大值表示有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量。三、手性碳原子和手性分子當(dāng)有機(jī)物分子中的一個(gè)碳原子所連四個(gè)原子或原子團(tuán)均不相同時(shí)，此碳原子就是“eq\o(□,\s\up4(01))手性碳原子”。含有手性碳原子的分子為eq\o(□,\s\up4(02))手性分子。屬于互為鏡像且不能重疊的異構(gòu)體，稱為eq\o(□,\s\up4(03))對(duì)映異構(gòu)體。手性分子具有特別的光學(xué)性質(zhì)，光通過時(shí)會(huì)發(fā)生eq\o(□,\s\up4(04))旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生eq\o(□,\s\up4(05))旋光性。四、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Cl2eq\o(→,\s\up17(光照))eq\a\vs4\al\co1(·)Cl＋eq\a\vs4\al\co1(·)Cl；eq\a\vs4\al\co1(·)Cl＋CH4→eq\a\vs4\al\co1(·)CH3＋HCl；eq\a\vs4\al\co1(·)CH3＋Cl2→eq\a\vs4\al\co1(·)Cl＋CH3Cl；其中Cl2、CH4為反應(yīng)物，eq\a\vs4\al\co1(·)Cl、eq\a\vs4\al\co1(·)CH3為自由基，HCl、CH3Cl為生成物。(2)反應(yīng)產(chǎn)物：共有eq\o(□,\s\up4(01))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eq\o(□,\s\up4(02))Heq\o\al(18,2)O在H2SO4催化下加熱水解，檢測(cè)eq\o(□,\s\up4(03))18O的分布狀況，推斷酯水解時(shí)的斷鍵狀況。(2)反應(yīng)機(jī)理由此可以推斷，酯在水解過程中斷開的是酯中的eq\o(□,\s\up4(04))①鍵，水中的—18OH連接在eq\o(□,\s\up4(05))①鍵上形成羧酸。1．有機(jī)物的最簡(jiǎn)式(試驗(yàn)式)與分子式有哪些區(qū)分與聯(lián)系？提示：(1)最簡(jiǎn)式是表示化合物分子中所含各元素原子個(gè)數(shù)的最簡(jiǎn)整數(shù)比的式子。(2)分子式是表示化合物分子所含元素的原子種類及數(shù)目的式子。(3)二者中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相等，可能不同的是原子個(gè)數(shù)。2．如何推斷有機(jī)物分子中不同化學(xué)環(huán)境的氫原子種類？提示：(1)依據(jù)1H核磁共振譜。(2)可利用等效氫法確定不同化學(xué)環(huán)境的氫原子。①在同一個(gè)C上的氫等效。②對(duì)稱C上的氫等效。③在同一個(gè)C上相同取代基上的氫等效。若為等效氫，則屬于同種化學(xué)環(huán)境的氫。如：①CH3CHCH3②CH2CH3，共有4種不同化學(xué)環(huán)境的氫原子，其中①、②C上的氫等效，并且其1H核磁共振譜有4種波峰，其波峰的面積比為6∶1∶2∶3。一、有機(jī)物分子式的確定確定有機(jī)物分子式的方法1．干脆求算法假如給出肯定條件下的密度(或相對(duì)密度)及各元素的質(zhì)量比(或質(zhì)量分?jǐn)?shù))，可干脆求算出1mol氣體中各元素原子的物質(zhì)的量，從而得出其分子式。密度(或相對(duì)密度)→摩爾質(zhì)量→1mol氣體中各元素原子的物質(zhì)的量→分子式例如，相同條件下，某有機(jī)物蒸氣對(duì)H2的相對(duì)密度為23，其中C、H、O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為52.17%、13.05%、34.78%，則該有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量為2×23＝46，則該有機(jī)物分子中所含C原子數(shù)為eq\f(46×52.17%,12)≈2，所含H原子數(shù)為eq\f(46×13.05%,1)≈6，所含O原子數(shù)為eq\f(46×34.78%,16)≈1，則該有機(jī)物的分子式為C2H6O。2．最簡(jiǎn)式法分子式為最簡(jiǎn)式(也叫試驗(yàn)式)的整數(shù)倍，因此利用相對(duì)分子質(zhì)量及求得的最簡(jiǎn)式可確定其分子式。利用最簡(jiǎn)式求烴的分子式的方法如下：n(C)∶n(H)＝eq\f(碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù),12)∶eq\f(氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù),1)＝a∶b(最簡(jiǎn)整數(shù)比)。所以最簡(jiǎn)式為CaHb，則分子式為(CaHb)n，n＝eq\f(M,12a＋b)(M為烴的相對(duì)分子質(zhì)量，12a＋b為最簡(jiǎn)式的式量)。3．商余法若已知某烴的相對(duì)分子質(zhì)量為M，可用商余法來求其分子式。用M除以12(C的相對(duì)原子質(zhì)量)，看商和余數(shù)。eq\f(M,12)＝x……y其中商x為整數(shù)，也為烴分子中的最大碳原子數(shù)；y為余數(shù)，也為烴分子中的最小氫原子數(shù)，即分子式為CxHy。若y＝0或x≥6時(shí)，則x每減小1，y增大12，但y最大不能超過2x＋2，由此可求出烴的分子式。4．化學(xué)方程式法利用有機(jī)化學(xué)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)方程式有：CxHy＋eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x＋\f(y,4)))O2eq\o(→,\s\up17(點(diǎn)燃))xCO2＋eq\f(y,2)H2OCxHyOz＋eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x＋\f(y,4)－\f(z,2)))O2eq\o(→,\s\up17(點(diǎn)燃))xCO2＋eq\f(y,2)H2O用此法進(jìn)行求算時(shí)，要抓住以下關(guān)鍵點(diǎn)：①氣體體積改變(留意水的狀態(tài))；②氣體壓強(qiáng)改變；③氣體密度改變；④混合物的平均相對(duì)分子質(zhì)量等。同時(shí)可結(jié)合差量法、平均值法、十字交叉法、探討法等技巧來求有機(jī)物的分子式。[對(duì)點(diǎn)練習(xí)]1．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．無法確定該化合物中是否含有氧元素D．該化合物中肯定含有氧元素答案D解析依據(jù)元素守恒知：m(C)＋m(H)＝8.8g×eq\f(12,44)＋7.2g×eq\f(2,18)＝3.2g<化合物的質(zhì)量(6.4g)，故化合物中含有氧元素。2．(1)氣態(tài)烴A是一種基本的有機(jī)化工原料，目前石油裂解已成為生產(chǎn)A的主要方法。A在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的密度為1.25g/L，D的分子式為C4H8O2，D在酸性條件下水解得到B和C，C的相對(duì)分子質(zhì)量比B大14。四種有機(jī)物之間存在如圖所示的轉(zhuǎn)化關(guān)系。寫出D的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：________________。(2)E是芳香化合物，相對(duì)分子質(zhì)量為180，其碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60.0%，氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.4%，其余為氧，則E的分子式是________。答案(1)CH3COOCH2CH3(2)C9H8O4解析(1)由A在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的密度為1.25g/L，可求得A的相對(duì)分子質(zhì)量是28，結(jié)合題給生產(chǎn)A的主要方法可推知，A是乙烯。D的分子式為C4H8O2，D在酸性條件下水解得到B和C，可知D是酯，B是乙醇，又由C的相對(duì)分子質(zhì)量比B大14，可知C是乙酸。(2)E中碳原子數(shù)目為eq\f(180×60.0%,12)＝9，氫原子數(shù)目為eq\f(180×4.4%,1)≈8，氧原子數(shù)目為eq\f(180×1－60%－4.4%,16)≈4，故其分子式為C9H8O4。二、有機(jī)物結(jié)構(gòu)的確定確定有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的分析思路為：1．依據(jù)價(jià)鍵理論規(guī)律確定有機(jī)物的同分異構(gòu)體在有機(jī)物中C(四鍵)、O(二鍵)、N(三鍵)、H(一鍵)、X(一鍵)，利用價(jià)鍵理論書寫有機(jī)物的結(jié)構(gòu)，如C2H6O，只能寫成CH3—CH2—OH或CH3—O—CH3。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)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，不能使溴的四氯化碳溶液褪色卻能使酸性高錳酸鉀溶液褪色的可能是苯的同系物等。3．通過定量試驗(yàn)確定通過定量試驗(yàn)確定有機(jī)物的官能團(tuán)，如測(cè)得1mol某醇與足量鈉反應(yīng)可得到1mol氣體，則可說明醇分子含2個(gè)—OH。4．可用紅外光譜、1H核磁共振譜確定有機(jī)物中的官能團(tuán)和各類氫原子數(shù)目，確定結(jié)構(gòu)式利用紅外光譜可確定有機(jī)物分子中不同基團(tuán)。1H核磁共振譜可確定有機(jī)物中不同化學(xué)環(huán)境的H原子種類及個(gè)數(shù)比。[對(duì)點(diǎn)練習(xí)]3．為了測(cè)定某有機(jī)物A的結(jié)構(gòu)，做如下試驗(yàn)：①將2.3g該有機(jī)物完全燃燒，生成0.1molCO2和2.7gH2O；②用質(zhì)譜儀測(cè)得其相對(duì)分子質(zhì)量為46；③用核磁共振儀處理該化合物，得到如圖所示圖譜。試回答下列問題：(1)有機(jī)物A的試驗(yàn)式是________。(2)能否依據(jù)A的試驗(yàn)式確定A的分子式？________(填“能”或“不能”)。若能，則A的分子式是________；若不能，則此空不填。(3)寫出有機(jī)物A可能的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：_____________________________________________________________________。答案(1)C2H6O(2)能C2H6O(3)CH3CH2OH解析(1)在2.3g有機(jī)物中：n(C)＝0.1mol，m(C)＝0.1mol×12g·mol－1＝1.2g；n(H)＝eq\f(2.7g,18g·mol－1)×2＝0.3mol，m(H)＝0.3mol×1g·mol－1＝0.3g；m(O)＝2.3g－1.2g－0.3g＝0.8g，n(O)＝eq\f(0.8g,16g·mol－1)＝0.05mol。n(C)∶n(H)∶n(O)＝0.1mol∶0.3mol∶0.05mol＝2∶6∶1，所以A的試驗(yàn)式是C2H6O。(2)試驗(yàn)式是C2H6O的有機(jī)物中，氫原子數(shù)已經(jīng)達(dá)到飽和，所以其試驗(yàn)式C2H6O即為分子式。(3)A有如下兩種可能的結(jié)構(gòu)：CH3OCH3或CH3CH2OH。若為前者，則在核磁共振氫譜中應(yīng)只有一個(gè)峰；若為后者，則在核磁共振氫譜中應(yīng)有三個(gè)峰，而且三個(gè)峰的面積之比是1∶2∶3。明顯后者符合，所以A的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為CH3CH2OH。4．某探討性學(xué)習(xí)小組為確定某蠟狀有機(jī)物A的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，他們擬用傳統(tǒng)試驗(yàn)的手段與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合的方法進(jìn)行探究。請(qǐng)你參加過程探究。Ⅰ.試驗(yàn)式的確定(1)取樣品A進(jìn)行燃燒法測(cè)定，發(fā)覺燃燒后只生成CO2和H2O，某次燃燒后，經(jīng)換算得到了0.125molCO2和0.15molH2O。據(jù)此得出的結(jié)論是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)另一試驗(yàn)中，取3.4g蠟狀有機(jī)物A在3.36L(標(biāo)準(zhǔn)狀況下，下同)氧氣中完全燃燒，兩者均恰好完全反應(yīng)，生成2.8LCO2和液態(tài)水。由此得出A的試驗(yàn)式是________。Ⅱ.結(jié)構(gòu)式的確定(經(jīng)測(cè)定A的相對(duì)分子質(zhì)量為136)(3)取少量樣品熔化，加入鈉有氫氣放出，說明A分子中含有________。(4)進(jìn)行核磁共振，發(fā)覺只有兩組特征峰，且峰面積比為2∶1，再做紅外光譜，發(fā)覺與乙醇一樣透過率在同一處波數(shù)被汲取。圖譜如下：則A的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為________。答案Ⅰ.(1)分子中n(C)∶n(H)＝5∶12，分子式為C5H12Ox(x＝0,1,2……)(2)C5H12O4Ⅱ.(3)羥基(4)C(CH2OH)4解析(1)取樣品A進(jìn)行燃燒法測(cè)定，發(fā)覺燃燒后只生成CO2和H2O，某次燃燒后，經(jīng)換算得到了0.125molCO2和0.15molH2O，說明該有機(jī)物中含有C、H元素，可能含有O元素，分子中C、H元素的物質(zhì)的量之比為n(C)∶n(H)＝0.125mol∶(2×0.15)mol＝5∶12，分子式為C5H12Ox(x＝0,1,2……)。(2)生成CO2的物質(zhì)的量為eq\f(2.8L,22.4L·mol－1)＝0.125mol，則生成水的物質(zhì)的量為0.15mol,3.4g有機(jī)物中氧元素的質(zhì)量為3.4g－0.125mol×12g·mol－1－0.15mol×2×1g·mol－1＝1.6g，則氧元素的物質(zhì)的量為0.1mol，分子中n(C)∶n(H)∶n(O)＝5∶12∶4，故最簡(jiǎn)式為C5H12O4。(3)取少量樣品熔化，加入鈉有氫氣放出，A分子中不含有不飽和鍵，說明A分子中含有羥基。(4)進(jìn)行核磁共振，發(fā)覺只有兩組特征峰，且面積比為2∶1，說明結(jié)構(gòu)中含有兩種氫原子，數(shù)目分別為4和8，再做紅外光譜，發(fā)覺與乙醇一樣透過率在同一處波數(shù)被汲取，說明結(jié)構(gòu)中含有醇羥基，從紅外光譜圖可以看出分子中含有O—H、C—O、C—H鍵，該有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為C(CH2OH)4。本課歸納總結(jié)1．兩種氣態(tài)烴的混合物共1mol，在空氣中燃燒得到1.5molCO2和2molH2O。下列關(guān)于該混合物的說法，合理的是()A．肯定含甲烷，不含乙烷B．肯定含乙烷，不含甲烷C．肯定是甲烷和乙烯的混合物D．肯定含甲烷，但不含乙烯答案A解析由題意可推斷該混合物的平均組成為C1.5H4，因?yàn)樘荚訑?shù)小于1.5的烴只有CH4，故肯定含甲烷，而甲烷分子中含有4個(gè)H，則另一氣態(tài)烴分子中也應(yīng)含有4個(gè)H，可能為C2H4、C3H4或C4H4。2．在核磁共振氫譜中出現(xiàn)3組峰，且氫原子個(gè)數(shù)比為3∶1∶4的化合物是()答案C解析A項(xiàng)中的有機(jī)物有2種氫原子，個(gè)數(shù)比為3∶1；B項(xiàng)中的有機(jī)物有3種氫原子，個(gè)數(shù)比為1∶1∶3；C項(xiàng)中的有機(jī)物有3種氫原子，個(gè)數(shù)比為3∶1∶4；D項(xiàng)中的有機(jī)物有2種氫原子，個(gè)數(shù)比為3∶2，故選C。3．已知CH4與Cl2反應(yīng)的產(chǎn)物中除CH3Cl外，還有CH2Cl2、CHCl3、CCl4。下列關(guān)于生成CH2Cl2的過程中，可能出現(xiàn)的是()A．2Cleq\a\vs4\al\co1(·)＋CH4eq\o(→,\s\up17(光照))2HCl＋eq\a\vs4\al\co1(·)CH2B.eq\a\vs4\al\co1(·)CH2Cl＋Cl2eq\o(→,\s\up17(光照))CH2Cl2＋Cleq\a\vs4\al\co1(·)C.eq\a\vs4\al\co1(·)CH2Cl＋Cleq\o(→,\s\up17(光照))CH2Cl2D．CH3Cl＋HCleq\o(→,\s\up17(光照))CH2Cl2＋H2答案B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))Cleq\a\vs4\al\co1(·)＋Cleq\a\vs4\al\co1(·)，Cleq\a\vs4\al\co1(·)＋CH3Cleq\o(→,\s\up17(光照))eq\a\vs4\al\co1(·)CH2Cl＋HCl鏈傳遞階段：Cl2＋eq\a\vs4\al\co1(·)CH2Cleq\o(→,\s\up17(光照))