第四節(jié)研究有機化合物的一般步驟和方法(第2課時)

1、*九江縣一中高二化學(xué)備課組1第一章第一章 認識有機化合物認識有機化合物第四節(jié)第四節(jié) 研究有機化合物的一般步驟和方法研究有機化合物的一般步驟和方法第第2 2課時課時新課標(biāo)人教版高中化學(xué)課件系列新課標(biāo)人教版高中化學(xué)課件系列選修選修5 5 有機化學(xué)基礎(chǔ)有機化學(xué)基礎(chǔ)*九江縣一中高二化學(xué)備課組21.元素分析：元素分析：李比希法李比希法現(xiàn)代元素分析法現(xiàn)代元素分析法元素分析儀元素分析儀三、元素分析與相對分子質(zhì)量的測定三、元素分析與相對分子質(zhì)量的測定元素分析與相對分子質(zhì)量的測定元素分析與相對分子質(zhì)量的測定*九江縣一中高二化學(xué)備課組3德國化學(xué)家李比希德國化學(xué)家李比希（1803180318731873）化學(xué)史話化

2、學(xué)史話李比希對有機化合物結(jié)構(gòu)的研究有什么貢獻？李比希對有機化合物結(jié)構(gòu)的研究有什么貢獻？定量測定有機物中碳和氫元素含量的一種分析方法定量測定有機物中碳和氫元素含量的一種分析方法 將準(zhǔn)確稱量的樣品置于一燃燒管中，再將準(zhǔn)確稱量的樣品置于一燃燒管中，再將其徹底燃燒成二氧化碳和水，用純的氧氣將其徹底燃燒成二氧化碳和水，用純的氧氣流把它們分別趕入燒堿石棉劑（附在石棉上流把它們分別趕入燒堿石棉劑（附在石棉上粉碎的氫氧化鈉）及高氯酸鎂的吸收管內(nèi)，粉碎的氫氧化鈉）及高氯酸鎂的吸收管內(nèi)，前者將排出的二氧化碳變?yōu)樘妓徕c，后者吸前者將排出的二氧化碳變?yōu)樘妓徕c，后者吸收水變?yōu)楹薪Y(jié)晶水的高氯酸鎂，這兩個吸收水變?yōu)楹薪Y(jié)

3、晶水的高氯酸鎂，這兩個吸收管增重量分別表示生成的二氧化碳和水的收管增重量分別表示生成的二氧化碳和水的重量，由此即可計算樣品中的碳和氫的含量重量，由此即可計算樣品中的碳和氫的含量。如果碳與氫的百分含量相加達不到。如果碳與氫的百分含量相加達不到100%100%，而又檢測不出其他元素，則差數(shù)就是氧的百而又檢測不出其他元素，則差數(shù)就是氧的百分含量。本法的特點是碳氫分析在同一樣品分含量。本法的特點是碳氫分析在同一樣品中進行，且對儀器裝置稍加改裝后，即能連中進行，且對儀器裝置稍加改裝后，即能連續(xù)檢測其他元素。續(xù)檢測其他元素。元素分析與相對分子質(zhì)量的測定元素分析與相對分子質(zhì)量的測定*九江縣一中高二化學(xué)備課組

4、4“李比希元素分析法李比希元素分析法”的原理：的原理：取定量含取定量含C C、H H（O O）的）的有機物有機物加氧化銅加氧化銅 氧化氧化H2OCO2用無水用無水CaClCaCl2 2吸收吸收用用KOHKOH濃濃溶液吸收溶液吸收得前后得前后質(zhì)量差質(zhì)量差得前后得前后質(zhì)量差質(zhì)量差計算計算C C、H H含量含量計算計算O含量含量得出實驗式得出實驗式 將將一定量一定量的有機物燃燒，的有機物燃燒，分解分解為簡單的無機物，并作為簡單的無機物，并作定量測定定量測定，通過無機物的質(zhì)量通過無機物的質(zhì)量推算推算出組成該有機物元素原子的出組成該有機物元素原子的質(zhì)量分數(shù)質(zhì)量分數(shù)，然，然后計算出該有機物分子所含元素后計

5、算出該有機物分子所含元素原子最簡單的整數(shù)比原子最簡單的整數(shù)比，即，即確定其確定其實驗式實驗式（又稱為（又稱為最簡式最簡式）。）。元素分析與相對分子質(zhì)量的測定元素分析與相對分子質(zhì)量的測定*九江縣一中高二化學(xué)備課組5例例1 1、5.8 g5.8 g某有機物完全燃燒，生成某有機物完全燃燒，生成COCO2 2 13.2 g , H 13.2 g , H2 2O O 5.4 g 5.4 g 。含有哪些元素。含有哪些元素? ?思考思考：能否直接確定該有機物的分子式能否直接確定該有機物的分子式? ? 實驗式和分子式有何區(qū)別實驗式和分子式有何區(qū)別? ?n(C) n(H) n(O)13.244 5.4218 1

6、.616 0.3：0.6：0.13 6 1 實驗式為實驗式為 C3H6O元素分析與相對分子質(zhì)量的測定元素分析與相對分子質(zhì)量的測定*九江縣一中高二化學(xué)備課組6確定有機化合物的分子式的方法：確定有機化合物的分子式的方法： 方法一方法一 由物質(zhì)中各原子（元素）的由物質(zhì)中各原子（元素）的質(zhì)量分數(shù)質(zhì)量分數(shù) 各原子的各原子的個數(shù)比個數(shù)比( (實驗式實驗式)由由相對分子質(zhì)量相對分子質(zhì)量和實驗式和實驗式 有機物有機物分子式分子式 方法二方法二 1 mol1 mol物質(zhì)中各原子（元素）的物質(zhì)中各原子（元素）的質(zhì)量質(zhì)量除除以原子的以原子的摩爾質(zhì)量摩爾質(zhì)量 1 mol1 mol物質(zhì)中的各種原子物質(zhì)中的各種原子的的物

7、質(zhì)的量物質(zhì)的量知道知道一個分子一個分子中各種原子的中各種原子的個數(shù)個數(shù) 有機物有機物分子式分子式 三、元素分析與相對分子質(zhì)量的測定三、元素分析與相對分子質(zhì)量的測定元素分析與相對分子質(zhì)量的測定元素分析與相對分子質(zhì)量的測定*九江縣一中高二化學(xué)備課組7練習(xí)練習(xí)某含某含C、H、O三種元素組成的未知有機物三種元素組成的未知有機物A A，經(jīng)燃燒分析實驗測定該未知物中碳的質(zhì)量分，經(jīng)燃燒分析實驗測定該未知物中碳的質(zhì)量分數(shù)為數(shù)為52.16%，氫的質(zhì)量分數(shù)為氫的質(zhì)量分數(shù)為13.14%。（1 1）試求該未知物）試求該未知物A A的實驗式（分子中各原子的的實驗式（分子中各原子的最簡單的整數(shù)比）。最簡單的整數(shù)比）。（2

8、 2）若要確定它的分子式，還需要什么條件？）若要確定它的分子式，還需要什么條件？相對分子質(zhì)量相對分子質(zhì)量n(C) n(H) n(O)52.1612 13.141 34.716 2 6 1 實驗式為實驗式為 C2H6O元素分析與相對分子質(zhì)量的測定元素分析與相對分子質(zhì)量的測定*九江縣一中高二化學(xué)備課組8解法一解法一解法二解法二 n(C) n(H)8012 2011 3該化合物的實驗式：該化合物的實驗式：CH3設(shè)分子式為設(shè)分子式為 (CH3)n 則則 15n30 n2 分子式為分子式為 C2H61mol有機物中含有機物中含C原子原子122mol1mol有機物中含有機物中含H原子原子16mol則一個分

9、子中含則一個分子中含2個個C原子原子6個個H原子原子 分子式為分子式為 元素分析與相對分子質(zhì)量的測定元素分析與相對分子質(zhì)量的測定*九江縣一中高二化學(xué)備課組9思考：思考：確定相對分子質(zhì)量的方法有哪些？確定相對分子質(zhì)量的方法有哪些？（1）M = m/n（2）M1 = DM2 (D(D為相對密度為相對密度) )（3）M = 22.4 L/mol g/L=22.4 g/mol( (標(biāo)況下氣體標(biāo)況下氣體) )三、元素分析與相對分子質(zhì)量的確定三、元素分析與相對分子質(zhì)量的確定（4 4）質(zhì)譜法）質(zhì)譜法元素分析與相對分子質(zhì)量的測定元素分析與相對分子質(zhì)量的測定*九江縣一中高二化學(xué)備課組10相對分子質(zhì)量的確定相對分

10、子質(zhì)量的確定有機物有機物分子分子高能電子束轟擊高能電子束轟擊帶電的帶電的 “碎片碎片”確定確定結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)碎片的質(zhì)荷比碎片的質(zhì)荷比質(zhì)荷比：質(zhì)荷比：碎片的相對質(zhì)量（碎片的相對質(zhì)量（m m）和所帶電荷（）和所帶電荷（e e- -）的比值）的比值（由于分子離子的質(zhì)荷比越大，達到檢測器需要的時間最長，（由于分子離子的質(zhì)荷比越大，達到檢測器需要的時間最長，因此因此譜圖中的質(zhì)荷比最大的就是未知物的相對分子質(zhì)量譜圖中的質(zhì)荷比最大的就是未知物的相對分子質(zhì)量）質(zhì)譜法作用：測定相對分子質(zhì)量質(zhì)譜法作用：測定相對分子質(zhì)量 測定相對分子質(zhì)量的方法很多，質(zhì)譜法是最精確、最測定相對分子質(zhì)量的方法很多，質(zhì)譜法是最精確、最快捷的方

11、法。它是用高能電子流等轟擊樣品分子，使該快捷的方法。它是用高能電子流等轟擊樣品分子，使該分子失去電子變成帶正電荷的分子離子和碎片離子。這分子失去電子變成帶正電荷的分子離子和碎片離子。這些不同離子具有不同的質(zhì)量，質(zhì)量不同的離子在磁場作些不同離子具有不同的質(zhì)量，質(zhì)量不同的離子在磁場作用下達到檢測器的時間有差異，其結(jié)果被記錄為質(zhì)譜圖用下達到檢測器的時間有差異，其結(jié)果被記錄為質(zhì)譜圖。2.2.質(zhì)譜法質(zhì)譜法元素分析與相對分子質(zhì)量的測定元素分析與相對分子質(zhì)量的測定*九江縣一中高二化學(xué)備課組11質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀元素分析與相對分子質(zhì)量的測定元素分析與相對分子質(zhì)量的測定*九江縣一中高二化學(xué)備課組12CH3CH2OH+

12、質(zhì)荷比質(zhì)荷比311008060402002030405027294546CH3CH2+CH2=OH+CH3CH=OH+相對豐度相對豐度/ /%乙醇的質(zhì)譜圖乙醇的質(zhì)譜圖 最大分子、離子最大分子、離子的質(zhì)荷比越大，的質(zhì)荷比越大，達到檢測器需要達到檢測器需要的時間越長，因的時間越長，因此此質(zhì)譜圖中的質(zhì)質(zhì)譜圖中的質(zhì)荷比最大的就是荷比最大的就是未知物的相對分未知物的相對分子質(zhì)量。子質(zhì)量。三、元素分析與相對分子質(zhì)量的測定三、元素分析與相對分子質(zhì)量的測定元素分析與相對分子質(zhì)量的測定元素分析與相對分子質(zhì)量的測定*九江縣一中高二化學(xué)備課組13例例3 320022002年諾貝爾化學(xué)獎獲得者的貢獻之一是發(fā)明了年諾貝

13、爾化學(xué)獎獲得者的貢獻之一是發(fā)明了對有機物分子進行結(jié)構(gòu)分析的質(zhì)譜法。其方法是讓極少對有機物分子進行結(jié)構(gòu)分析的質(zhì)譜法。其方法是讓極少量的（量的（10109 9g g）化合物通過質(zhì)譜儀的離子化室使樣品分）化合物通過質(zhì)譜儀的離子化室使樣品分子大量離子化，少量分子碎裂成更小的離子。如子大量離子化，少量分子碎裂成更小的離子。如C C2 2H H6 6離離子化后可得到子化后可得到C C2 2H H6 6、C C2 2H H5 5、C C2 2H H4 4，然后測定其質(zhì)，然后測定其質(zhì)荷比。設(shè)荷比。設(shè)H H的質(zhì)荷比為的質(zhì)荷比為，某有機物樣品的質(zhì)荷比如，某有機物樣品的質(zhì)荷比如右圖所示（假設(shè)離子均帶一個單位正電荷，

14、信號強度與右圖所示（假設(shè)離子均帶一個單位正電荷，信號強度與該離子的多少有關(guān)），則該有機物可能是（該離子的多少有關(guān)），則該有機物可能是（ ）A.A.甲醇甲醇 B.B.甲烷甲烷 C.C.丙烷丙烷 D.D.乙烯乙烯B元素分析與相對分子質(zhì)量的測定元素分析與相對分子質(zhì)量的測定*九江縣一中高二化學(xué)備課組14 練習(xí)練習(xí) 某有機物的結(jié)構(gòu)確定：某有機物的結(jié)構(gòu)確定：測定實驗式：某含測定實驗式：某含C C、H H、O O三種元素的有機物，經(jīng)燃三種元素的有機物，經(jīng)燃燒分析實驗測定其碳的質(zhì)量分數(shù)是燒分析實驗測定其碳的質(zhì)量分數(shù)是64.86%64.86%，氫的質(zhì)量，氫的質(zhì)量分數(shù)是分數(shù)是13.51%, 13.51%, 則其實

15、驗式是（則其實驗式是（ ）。）。 確定分子式：下圖是該有機物的質(zhì)譜圖，則其相對確定分子式：下圖是該有機物的質(zhì)譜圖，則其相對分子質(zhì)量為（分子質(zhì)量為（ ），分子式為），分子式為（ ）。）。C4H10O74C4H10O74n(C) n(H) n(O)64.8612 13.511 21.6316 4 10 1 實驗式為：實驗式為： C4H10O 設(shè)分子式為設(shè)分子式為； (C4H10O)n 則則 74n74 n1 分子式為分子式為 C4H10O元素分析與相對分子質(zhì)量的測定元素分析與相對分子質(zhì)量的測定*九江縣一中高二化學(xué)備課組15 練習(xí)練習(xí) 嗎啡和海洛因都是嚴格查禁的毒品。嗎啡分子含嗎啡和海洛因都是嚴格查

16、禁的毒品。嗎啡分子含C 71.58%、H 6.67%、N 4.91%、其余為、其余為O O。已知其分子量。已知其分子量不超過不超過300300。試求：。試求： 嗎啡的分子量；嗎啡的分子量； 嗎啡的分子式。嗎啡的分子式。*九江縣一中高二化學(xué)備課組16四、分子結(jié)構(gòu)的鑒定四、分子結(jié)構(gòu)的鑒定 有機物的性質(zhì)有機物的性質(zhì)結(jié)構(gòu)式結(jié)構(gòu)式（確定有機物的官能團）（確定有機物的官能團）分子式分子式計算不飽和度計算不飽和度推測可能的推測可能的官能團官能團寫出可能的寫出可能的同分異構(gòu)體同分異構(gòu)體利用官能團的特利用官能團的特征性質(zhì)，通過化征性質(zhì)，通過化學(xué)實驗確定。學(xué)實驗確定。當(dāng)化合物結(jié)構(gòu)比當(dāng)化合物結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜時，若用較復(fù)

17、雜時，若用化學(xué)方法，時間化學(xué)方法，時間長、浪費試劑，長、浪費試劑，因此科學(xué)上常常因此科學(xué)上常常需要采取一些物需要采取一些物理方法。與鑒定理方法。與鑒定有機物結(jié)構(gòu)有關(guān)有機物結(jié)構(gòu)有關(guān)的物理方法有質(zhì)的物理方法有質(zhì)譜、紅外光譜、譜、紅外光譜、核磁共振譜等。核磁共振譜等。分子結(jié)構(gòu)的鑒定分子結(jié)構(gòu)的鑒定*九江縣一中高二化學(xué)備課組17核磁共振氫譜核磁共振氫譜氫原子種類不同（所氫原子種類不同（所處的化學(xué)環(huán)境不同）處的化學(xué)環(huán)境不同）特征峰也不同特征峰也不同紅外光譜紅外光譜作用：作用：獲得分子中含有何種化學(xué)鍵或官能團的信息獲得分子中含有何種化學(xué)鍵或官能團的信息作用：作用：測定有機物分子中等效氫原子的類型和數(shù)目測定有

18、機物分子中等效氫原子的類型和數(shù)目 四、分子結(jié)構(gòu)的鑒定四、分子結(jié)構(gòu)的鑒定 利用特征反應(yīng)鑒定出官能團，再進一步確認分子結(jié)構(gòu)利用特征反應(yīng)鑒定出官能團，再進一步確認分子結(jié)構(gòu)2.2.物理方法：物理方法：1.1.化學(xué)方法：化學(xué)方法：分子結(jié)構(gòu)的鑒定分子結(jié)構(gòu)的鑒定*九江縣一中高二化學(xué)備課組18由于有機物中組成化學(xué)鍵、官能團的原子處于不由于有機物中組成化學(xué)鍵、官能團的原子處于不斷振動狀態(tài)，且振動頻率與紅外光的振動頻譜相當(dāng)。斷振動狀態(tài)，且振動頻率與紅外光的振動頻譜相當(dāng)。所以，當(dāng)用紅外線照射有機物分子時，分子中的化學(xué)所以，當(dāng)用紅外線照射有機物分子時，分子中的化學(xué)鍵、官能團可發(fā)生震動吸收，鍵、官能團可發(fā)生震動吸收，不

19、同的化學(xué)鍵、官能團不同的化學(xué)鍵、官能團吸收頻率不同，在紅外光譜圖中將吸收頻率不同，在紅外光譜圖中將處于不同位置處于不同位置。因。因此，我們就可以此，我們就可以根據(jù)紅外光譜圖，推知有機物含有哪根據(jù)紅外光譜圖，推知有機物含有哪些化學(xué)鍵、官能團，以確定有機物的結(jié)構(gòu)些化學(xué)鍵、官能團，以確定有機物的結(jié)構(gòu)。紅外光譜法確定有機物結(jié)構(gòu)的原理是：紅外光譜法確定有機物結(jié)構(gòu)的原理是：1.1.紅外光譜紅外光譜(IR)(IR)四、分子結(jié)構(gòu)的鑒定四、分子結(jié)構(gòu)的鑒定 分子結(jié)構(gòu)的鑒定分子結(jié)構(gòu)的鑒定*九江縣一中高二化學(xué)備課組192、紅外光譜的應(yīng)用原理、紅外光譜的應(yīng)用原理分子結(jié)構(gòu)的鑒定分子結(jié)構(gòu)的鑒定*九江縣一中高二化學(xué)備課組20

20、例例4 4、下圖是一種分子式為、下圖是一種分子式為C4H8O2的有機物的紅外光的有機物的紅外光譜譜圖譜譜圖, ,則該有機物的結(jié)構(gòu)簡式為：則該有機物的結(jié)構(gòu)簡式為：COCC=O不對稱不對稱CH3CH3CH2COOCH3或或CH3COOCH2CH3分子結(jié)構(gòu)的鑒定分子結(jié)構(gòu)的鑒定*九江縣一中高二化學(xué)備課組21練習(xí)練習(xí)5 5：有一有機物的相對分子質(zhì)量為：有一有機物的相對分子質(zhì)量為7474，確定分子結(jié)，確定分子結(jié)構(gòu)，請寫出該分子的結(jié)構(gòu)簡式構(gòu)，請寫出該分子的結(jié)構(gòu)簡式 COC對稱對稱CH3對稱對稱CH2CH3CH2OCH2CH3分子結(jié)構(gòu)的鑒定分子結(jié)構(gòu)的鑒定*九江縣一中高二化學(xué)備課組22核磁共振儀核磁共振儀 分子

21、結(jié)構(gòu)的鑒定分子結(jié)構(gòu)的鑒定*九江縣一中高二化學(xué)備課組23 核磁共振中的核指的是氫原子核。氫原子核核磁共振中的核指的是氫原子核。氫原子核具有磁性，如用電磁波照射氫原子核，它能通過具有磁性，如用電磁波照射氫原子核，它能通過共振吸收電磁波能量，發(fā)生躍遷。用核磁共振儀共振吸收電磁波能量，發(fā)生躍遷。用核磁共振儀可以記錄到有關(guān)信號，處于不同化學(xué)環(huán)境中的氫可以記錄到有關(guān)信號，處于不同化學(xué)環(huán)境中的氫原子因產(chǎn)生共振時吸收的頻率不同，在譜圖上出原子因產(chǎn)生共振時吸收的頻率不同，在譜圖上出現(xiàn)的現(xiàn)的位置也不同。且吸收峰的面積與氫原子數(shù)成位置也不同。且吸收峰的面積與氫原子數(shù)成正比?？梢哉?。可以推知該有機物分子有幾種不同類

22、型的推知該有機物分子有幾種不同類型的氫原子及它們的數(shù)目多少氫原子及它們的數(shù)目多少。2.2.核磁共振氫譜核磁共振氫譜四、分子結(jié)構(gòu)的確定四、分子結(jié)構(gòu)的確定 分子結(jié)構(gòu)的鑒定分子結(jié)構(gòu)的鑒定*九江縣一中高二化學(xué)備課組24結(jié)構(gòu)分析：結(jié)構(gòu)分析：核磁共振法核磁共振法 （HNMR）作用：作用：測定有機物中測定有機物中H 原子的原子的種類種類信信號號個個數(shù)數(shù)和和數(shù)目數(shù)目信號強度信號強度之比之比峰峰面面積積吸收峰數(shù)目氫原子類型吸收峰數(shù)目氫原子類型不同吸收峰的面積之比（強度之比）不同吸收峰的面積之比（強度之比）不同氫原子的個數(shù)之比不同氫原子的個數(shù)之比分子結(jié)構(gòu)的鑒定分子結(jié)構(gòu)的鑒定*九江縣一中高二化學(xué)備課組25核磁共振氫

23、譜核磁共振氫譜分子結(jié)構(gòu)的鑒定分子結(jié)構(gòu)的鑒定*九江縣一中高二化學(xué)備課組26例例5 5、分子式為、分子式為C2H6O的兩種有機化合物的的兩種有機化合物的1 1H H核磁共振核磁共振譜，你能分辨出哪一幅是乙醇的譜，你能分辨出哪一幅是乙醇的1 1H-NMRH-NMR譜圖嗎譜圖嗎? ?分子式為分子式為C2H6O的兩種有機物的的兩種有機物的1H核磁共振譜圖核磁共振譜圖 分子結(jié)構(gòu)的鑒定分子結(jié)構(gòu)的鑒定*九江縣一中高二化學(xué)備課組27下圖是某有機物的下圖是某有機物的1 1H H核磁共振譜圖，則該有機物核磁共振譜圖，則該有機物可能是可能是 ( )( )A. CH3CH2OH B. CH3CH2CH2OH C. CH

24、3OCH3 D. CH3CHOC下列有機物在下列有機物在H-NMRH-NMR上只給出一組峰的是上只給出一組峰的是( ) ( ) A、HCHO B、CH3OH C、HCOOH D、CH3COOCH3A分子結(jié)構(gòu)的鑒定分子結(jié)構(gòu)的鑒定*九江縣一中高二化學(xué)備課組28問題探究：問題探究：種；種；種種種；種；種；種；CHCH3 3-CH-CH-CH-CH3 3CHCH3 3CHCH3 3-C-CH-C-CH3 3CHCH3 3CHCH3 3CHCH3 3-CH-CH2 2-CH-CH-CH-CH3 3CHCH3 3CHCH3 3-CH-CH2 2-OH-OH1 1、下列有機物中有幾種、下列有機物中有幾種H H原子以及原子以及個數(shù)之比？