复习题优质公开课教案

第四节

研究有机化合物的一般步骤和方法

——有机分子式的确定

【教学目标】：

初步了解测定有机化合物元素含量、相对分子质量的一般方法，并能根据其确定有机化合物的分子式。

【知识回顾】：

1．研究有机化合物的基本步骤

元素定量测定相对分分离、波谱分析确―→分析确定―→子质量确定―→

提纯定结构式实验式分子式

↑

↑

↑

↑

常用重结最早李质红外光谱晶法、蒸馏比希用

谱

法、核磁共

法、萃取分元素分法振氢谱法液法析法2．元素分析

(1)定性分析：可确定有机物的元素组成。

(2)定量分析：可确定有机物的实验式。

3．可用质谱法测定有机物的相对分子质量，进而确定分子式。

4．鉴定有机物结构的方法：化学方法和物理方法

(1)化学方法主要是初步鉴定出官能团。

(2)物理方法主要有红外光谱、核磁共振氢谱、质谱、紫外光谱等方法。

【自我检测】

1．某有机物在氧气中充分燃烧，生成等物质的量的水和二氧化碳，则该有机物必须满足的条件是(

) A．分子中的C、H、O的个数比为1∶2∶3

B．分子中C、H个数比为1∶2

C．该有机物的相对分子质量为14 D．该分子中肯定不含氧原子

解析：选B。根据生成等物质的量的H2O和CO2，只能推断出分子中C、H个数比为1∶2，不能确定是否含有氧原子，也不能推断其相对分子质量。

2．下列物质的核磁共振氢谱有三个吸收峰的是(

) A．C2H6

B．C3H8

C．CH3CH2CH2CH3 D．CH3CH2OH 答案：D 3．(教材改编题)已知某有机物A的红外光谱和核磁共振氢谱如图所示：

下列说法中不正确的是(

) A．由红外光谱可知，该有机物中至少有三种不同的化学键

B．由核磁共振氢谱可知，该有机物分子中有三种不同的氢原子

C．仅由其核磁共振氢谱无法得知其分子中的氢原子总数

D．若A的化学式为C2H6O，则其结构简式为CH3—O—CH3

答案：D

【重难解读】

1．有机物分子式的确定

(1)有机物组成元素的推断

一般来说，某有机物完全燃烧后，若产物只有CO2和H2O，其组成元素可能为C、H或C、H、O。欲判断该有机物是否含氧元素，首先应求出产物CO2中碳元素的质量及H2O中氢元素的质量，然后将C、H的质量之和与原来有机物质量比较，若两者相等，则原有机物的组成中不含氧元素；否则，原有机物的组成中含氧元素。

(2)确定分子式的方法

①直接法

有机物的密度(或相对密度)→摩尔质量→1 mol 有机物中各原子的物质的量→分子式。

②最简式法

摩尔质量各元素的质量分数→最简式――――→分子式。

③余数法

用烃的相对分子质量除以14，看商数和余数。

余2 为烷烃除尽为烯烃或环烷烃M（CH）M＝＝A……

M（CH）14差2 为炔烃或二烯烃差6 为苯或苯的同系物rxy2r其中商A为烃中的碳原子数，此法适用于具有特定通式的烃(如烷烃、烯烃、炔烃、苯和苯的同系物等)。

④化学方程式法

利用有机反应中反应物、生成物之间“量”的关系求分子式的方法。在有机化学中，常利用有机物燃烧等化学方程式对分子式进行求解。常用的化学方程式：

y点燃yCxHy＋(x＋)O2――→xCO2＋H2O 42yz点燃yCxHyOz＋(x＋－)O2――→xCO2＋H2O 4222．有机物结构式的确定

(1)根据价键规律确定

某些有机物根据价键规律只存在一种结构，则直接根据分子式确定其结构式。例如：C2H6，只能是CH3CH3。

(2)通过定性实验确定

实验→有机物表现的性质及相关结论→确定官能团→确定结构式。例如：能使溴的四氯化碳溶液褪色的有机物分子中可能含有，不能使溴的四氯化碳溶液褪色却能使酸性高锰酸钾溶液褪色的可能是苯的同系物等。

(3)通过定量实验确定

①通过定量实验确定有机物的官能团，如乙醇结构式的确定；②通过定量实验确定官能团的数目，如测得1 mol某醇与足量钠反应可得到1 mol气体，则可说明该醇分子中含2个—OH。

(4)根据实验测定的有机物的结构片段“组装”有机物

实验测得的往往不是完整的有机物，这就需要我们根据有机物的结构规律，如价键规律、性质和量的规律等来对其进行“组装”和“拼凑”。

(5)可用红外光谱、核磁共振氢谱确定有机物中的官能团和各类氢原子数目，确定结构式。

【典型例题】

例题1：

为了测定某有机物A的结构，做如下实验：

(1)将2.3 g该有机物完全燃烧，生成0.1 mol CO2和2.7 g水；

(2)用质谱仪测定其相对分子质量，得如图一所示的质谱图；

(3)用核磁共振仪处理该化合物，得到如图二所示图谱，图中三个峰的面积之比是1∶2∶3。

试回答下列问题：

(1)有机物A的相对分子质量是____________。

(2)有机物A的实验式是____________。

(3)A的分子式是____________。

(4)A的结构简式为____________。

[解析] (1)在A的质谱图中，最大质荷比为46，所以其相对分子质量是46。

(2)在2.3 g该有机物中，n(C)＝0.1 mol，

m(C)＝0.1 mol×12 g·mol－1＝1.2 g，

n(H)＝2.7 g－1×2＝0.3 mol，

18 g·molm(H)＝0.3 mol×1 g·mol－1＝0.3 g，

m(O)＝2.3 g－1.2 g－0.3 g＝0.8 g，

n(O)＝0.8 g－1＝0.05 mol，

16 g·mol所以n(C)∶n(H)∶n(O)＝0.1 mol∶0.3 mol∶0.05 mol＝2∶6∶1，A的实验式是C2H6O。

(3)该有机物的相对分子质量是46，故其实验式(C2H6O)即为分子式。

(4)由A的核磁共振氢谱知A中有3种氢原子，个数比为1∶2∶3，所以A的结构简式为CH3CH2OH。

[答案] (1)46 (2)C2H6O (3)C2H6O (4)CH3CH2OH

【规律总结】

(1)通过元素分析法，只能求得有机物的实验式，还不能确定有机物的分子式，故测知有机物的相对分子质量是确定有机物分子式的保证。

(2)某些特殊组成的实验式，可根据其组成特点直接确定其分子式，如实验式为CH3的有机物，其分子式为C2H6，氢原子已达到饱和；实验式为CH3O的有机物，其分子式为C2H6O2(乙二醇)。

【学生互动】

(1)试分析实验式和分子式有何异同？

(2)某物质的质谱图怎么去看？怎样利用质谱图？

答案：(1)实验式也叫最简式，即表示该有机物中各元素最简整数比的式子，因此实验式可由各元素的质量分数求得。有些实验式就是分子式，如甲烷，其分子式和实验式都是CH4。有些则不是，如乙酸的分子式为C2H4O2，实验式为CH2O。一般说来，知道实验式求分子式，还需知道该有机物的相对分子质量。

(2)对于质谱图，其中纵坐标表示相对丰度，即各分子离子和碎片离子的百分含量。当“质”为该有机物的相对分子质量、“荷”为一个单位电荷时，质荷比的最大值即为该有机物的相对分子质量。即最右边一条谱线表示的数值为该有机物的相对分子质量。

【学生练习】

（一）

有机物分子式的确定

1．(2017·烟台高二检测)下列实验式中，不用相对分子质量就可以确定分子式的是(

) ①CH3

②CH

③CH2

④C2H5

A．①②

B．③④

C．②③ D．①④

解析：选D。实验式乘以整数倍，即可得到有机物的分子式。据烷烃通式，当碳原子数为n时，则氢原子数最多为2n＋2。符合实验式为CH3的只有C2H6；符合实验式为CH的有C2H2、C6H6等；符合实验式为CH2的有C2H4、C3H6等；符合实验式为C2H5的只有C4H10。

2．6.4 g某化合物在氧气中完全燃烧，只生成8.8 g CO2和7.2 g H2O。下列说法正确的是(

)

A．该化合物仅含碳、氢两种元素

B．该化合物中碳、氢原子个数比为1∶4

C．无法确定该化合物是否含有氧元素

D．该化合物一定是C2H8O2

8.8 g7.2 g解析：选B。n(CO2)＝＝0.2 mol，n(HO)＝mol。m(C)＋m(H)2－1－1＝0.4 44 g·mol18 g·mol6.4 g－3.2 g－1－1＝0.2 mol×12 g·mol＋0.4 mol×2×1 g·mol＝3.2 g＜6.4 g，故n(O)＝－1＝16 g·mol0.2 mol。则n(C)∶n(H)∶n(O)＝0.2 mol∶(0.4 mol×2)∶0.2 mol＝1∶4∶1，该化合物的实验式为CH4O。由于CH4O中氢原子已饱和，故实验式即为化学式。

（二）

有机物分子结构的确定

3．有机物A的相对分子质量为74，其红外光谱图如图，请写出该分子的结构简式：________________________________________________________________________。

解析：根据题目中所提到的对称结构可确定A的结构简式。

答案：OCH3CH2CH2CH3

4．在有机物分子中，不同位置的氢原子的核磁共振氢谱中给出的峰值(信号)不同，根据峰值(信号)可以确定有机物分子中氢原子的种类和数目。例如：二乙醚的结构简式为CH3—CH2—O—CH2—CH3，其核磁共振氢谱中给出的峰值(信号)有两个(如图所示)。

(1)下列物质中，其核磁共振氢谱中给出的峰值(信号)只有一个的是________。

A．CH3CH3

B．CH3COOH C．CH3COOCH3 D．CH3COCH3

(2)化合物A和B的分子式都是C2H4Br2，A的核磁共振氢谱如图所示，A的结构简式为________________，请预测B的核磁共振氢谱上有________个峰值(信号)。

(3)用核磁共振氢谱的方法来研究C2H6O的结构，请简要说明根据核磁共振氢谱的结果来确定C2H6O分子结构的方法是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

解析：(1)由题给信息可得，核磁共振氢谱反映的谱图中峰的数目是与分子中氢原子的化学环境相关的，即有几种化学环境的氢就会有几个峰，化合物中只有一个峰，即只有一种化学环境的氢原子，所以A、D都符合。

(2)由A的核磁共振氢谱图中只有一个峰，可得A的结构简式为BrCH2CH2Br，而B的结构简式只能是CH3CHBr2。

(3)根据C2H6O能写出的结构简式只有两种：CH3CH2OH和CH3OCH3，所以如果在核磁共振氢谱中存在三个峰，则为乙醇，如果在核磁共振氢谱中存在一个峰，则为甲醚。

答案：(1)AD (2)BrCH2CH2Br 2 (3)若图谱中给出了3个吸收峰(信号)，则说明C2H6O的结构简式是CH3CH2OH；若图谱中给出了1个吸收峰(信号)，则说明C2H6O的结构简式是CH3OCH3

重难易错提炼

确定有机物分子式、结构式的基本方法