第二單元科學家怎樣研究有機物 (3)

1、專題1 認識有機化合物研究有機化合物的一般步驟和方法第二單元 第一課時有機物的分離和提純有機化合物的混合物分離、提純元素定量分析確定實驗式 波譜分析確定結構式測定相對分子質(zhì)量確定分子式研究有機物一般經(jīng)歷的步驟：（一）物質(zhì)分離和提純的區(qū)別一、物質(zhì)分離和提純分離是把混合物分成幾種純凈物，提純是除去雜質(zhì)。（三）物質(zhì)分離提純的一般方法：蒸餾重結晶萃取分液色譜法（液態(tài)有機物）（固態(tài)有機物）（固態(tài)或液態(tài)）（固態(tài)或液態(tài)）（二）物質(zhì)提純的原則：不增、不減、易分“雜轉純，雜變沉，化為氣，溶劑分”的思想核磁共振儀 質(zhì)譜儀二、分離、提純1、蒸餾：利用混合物中各種成分的沸點不同而使其分離的方法。如石油的分餾。常用于分

2、離提純液態(tài)有機物。條件：有機物熱穩(wěn)定性較強、含少量雜質(zhì)、與雜質(zhì)沸點相差較大（30左右）課本P.17實驗1-1工業(yè)乙醇的蒸餾含雜工業(yè)乙醇工業(yè)乙醇(95.6%)無水乙醇（99.5%以上）蒸餾加CaO蒸餾核磁共振儀 質(zhì)譜儀蒸餾燒瓶冷凝管溫度計尾接管冷水熱水使用前要檢查裝置的氣密性！主要儀器：蒸餾燒瓶、冷凝管、接收器、 溫度計、鐵架臺（鐵圈、鐵夾）、 石棉網(wǎng)、錐形瓶等注意要點：1. 加入碎瓷片2. 溫度計位置3. 冷凝水流向：下進上出(與蒸氣流向相反)核磁共振儀 質(zhì)譜儀2、重結晶： 利用被提純物質(zhì)與雜質(zhì)在同一溶劑中的溶解度不同而將其雜質(zhì)除去的方法。 關鍵：選擇適當?shù)娜軇┤軇┑臈l件：（1）雜質(zhì)在溶劑中的

3、溶解度很小或很大；（2）被提純的有機物在此溶劑中的溶解度受溫度的影響較大。例如：苯甲酸的重結晶粗產(chǎn)品熱溶解熱過濾冷卻結晶提純產(chǎn)品核磁共振儀 質(zhì)譜儀3、萃取：原理：利用混合物中一種溶質(zhì)在互不相溶的兩種溶劑中的溶解性不同，用一種溶劑把溶質(zhì)從它與另一種溶劑組成的溶液中提取出來的方法。主要儀器：分液漏斗操作過程：質(zhì)譜儀萃取包括： (1)液液萃?。菏抢糜袡C物在兩種互不相溶的溶劑中的溶解性不同，將有機物從一種溶劑轉移到另一種溶劑的過程。 (2)固液萃?。菏怯糜袡C溶劑從固體物質(zhì)中溶解出有機物的過程。（專用儀器設備）思考：如何分離下列混合物？1. NaCl和KCl3.4. Br2和H2ONO2和2. CCl

4、4和H2O重結晶、過濾分液蒸餾萃取練習1下列每組中各有三對物質(zhì)，它們都能用分液漏斗分離的是A 乙酸乙酯和水，酒精和水，植物油和水B 四氯化碳和水，溴苯和水，苯和水C 甘油和水，乙酸和水，乙酸和乙醇D 汽油和水，苯和水，己烷和水練習2可以用分液漏斗分離的一組液體混和物是A 溴和四氯化碳 B 苯和甲苯 C 汽油和苯 D 硝基苯和水B DD質(zhì)譜儀4、色譜法：閱讀P.19 利用吸附劑對不同有機物吸附作用的不同，分離、提純有機物的方法叫色譜法。俄國植物學家茨衛(wèi)特1906年，茨衛(wèi)特在一根玻璃管的細端塞上一小團綿花，在管中充填碳酸鈣粉末，讓溶有綠色植物葉子色素的石油醚溶液自上而下地通過。結果植物色素便被碳酸

5、鈣吸附，分成三段不同顏色：綠色、黃色、黃綠色。再將碳酸鈣吸附柱取出，并用乙醇洗脫，即得色素的溶液：葉綠素、葉黃素、胡蘿卜素。德國化學家?guī)於鞔男l(wèi)特的色譜實驗當時并未引起人們的注意。直到25年后的1931年，德國化學家?guī)於髟诜蛛x、提純、確定胡蘿卜素異構體和維生素的結構中，應用了色譜法，并獲得1938年諾貝爾化學獎。 根據(jù)物質(zhì)在兩相(氣液、液液等)間溶解性或吸附能力不同，分為紙上色譜法、薄層色譜法、氣相色譜法、液相色譜法等。常用的吸附劑：碳酸鈣、硅膠、氧化鋁、活性炭等。色譜法是化學家分離、提純有機物不可缺少的方法。 第二課時有機物的分離和提純有機物（純凈）確定 分子式？首先要確定有機物中含有哪些元素

6、如何利用實驗的方法確定有機物中C、H、O各元素的質(zhì)量分數(shù)？李比希法現(xiàn)代元素分析法如何用實驗的方法確定葡萄糖中的元素組成？思考：2元素分析與相對分子質(zhì)量的測定(1)元素分析定性分析用化學方法鑒定有機物分子的元素組成，如燃燒后C ，H ，S ，N .定量分析將一定量有機物燃燒后分解為簡單無機物，并測定各產(chǎn)物的量從而推算出有機物分子中所含元素原子的最簡單整數(shù)比，即 CO2H2OSO2N2實驗式“李比希元素分析法”的原理：取定量含C、H（O）的有機物加氧化銅 氧化H2OCO2用無水CaCl2吸收用KOH濃溶液吸收得前后質(zhì)量差得前后質(zhì)量差計算C、H含量計算O含量得出實驗式 將一定量的有機物燃燒，分解為簡

7、單的無機物，并作定量測定，通過無機物的質(zhì)量推算出組成該有機物元素原子的質(zhì)量分數(shù)，然后計算出該有機物分子所含元素原子最簡單的整數(shù)比，即確定其實驗式（又稱為最簡式）。例1、5.8 g某有機物完全燃燒，生成CO2 13.2 g , H2O 5.4 g 。含有哪些元素?思考：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?C3H6O實驗式和分子式的區(qū)別;實驗式：表示化合物分子中所含元素的原子數(shù)目最 簡整數(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)的真實組成。例2、實驗測得某碳氫化合物A中，含碳80%、含氫 20%，求該化合物的實驗式。又測得該化合物的相對分子質(zhì)量是3

8、0，求該化合物的分子式。答案：實驗式是CH3，分子式是C2H6確定有機化合物的分子式的方法：方法一 由物質(zhì)中各原子（元素）的質(zhì)量分數(shù) 各原子的個數(shù)比(實驗式)由相對分子質(zhì)量和實驗式 有機物分子式 方法二 1 mol物質(zhì)中各原子（元素）的質(zhì)量除以原子的摩爾質(zhì)量 1 mol物質(zhì)中的各種原子的物質(zhì)的量知道一個分子中各種原子的個數(shù) 有機物分子式 練習2嗎啡和海洛因都是嚴格查禁的毒品。嗎啡分子含C 71.58%、H 6.67%、N 4.91%、其余為O。已知其分子量不超過300。試求： 嗎啡的分子量； 嗎啡的分子式。分析：可先假設分子中只含1個氮原子，可通過N的百分含量和N的原子量，計算出嗎啡的最小分子

9、量。解：嗎啡最小分子量 ，而又知嗎啡分子量不超過300，故可知嗎啡分子量即為285。一個嗎啡分子中碳原子數(shù)為 氫原子數(shù)為 氮原子數(shù)為1氧原子數(shù)為 故嗎啡的分子式為 1、確定相對分子質(zhì)量的常見方法：（1）根據(jù)標況下氣體的密度可求：M = 22.4L/mol g/L=22.4 g/mol（2）依據(jù)氣體的相對密度：M1 = DM2(D:相對密度)（3）求混合物的平均式量：（4）運用質(zhì)譜法來測定相對分子質(zhì)量三、確定相對分子質(zhì)量確定分子式核磁共振儀 相對分子質(zhì)量的確定質(zhì)譜法有機物分子高能電子束轟擊帶電的 “碎片”確定結構碎片的質(zhì)荷比質(zhì)荷比：碎片的相對質(zhì)量（m）和所帶電荷（e-）的比值（由于分子離子的質(zhì)荷

10、比越大，達到檢測器需要的時間最長，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）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，其結果被記錄為質(zhì)譜圖。2.質(zhì)譜法核磁共振儀 質(zhì)譜儀核磁共振儀 質(zhì)譜儀CH3CH2OH+質(zhì)荷比311008060402002030405027294546CH3CH2+CH2=OH+CH3CH=OH+相對豐度/%乙醇的質(zhì)譜圖 最大分子、離子的質(zhì)荷比越大，達到檢測器需要的

11、時間越長，因此質(zhì)譜圖中的質(zhì)荷比最大的就是未知物的相對分子質(zhì)量。核磁共振儀 質(zhì)譜儀例32002年諾貝爾化學獎獲得者的貢獻之一是發(fā)明了對有機物分子進行結構分析的質(zhì)譜法。其方法是讓極少量的（109g）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C2H6離子化后可得到C2H6、C2H5、C2H4，然后測定其質(zhì)荷比。設H的質(zhì)荷比為，某有機物樣品的質(zhì)荷比如右圖所示（假設離子均帶一個單位正電荷，信號強度與該離子的多少有關），則該有機物可能是（ ）A 甲醇 B 甲烷 C 丙烷 D 乙烯B核磁共振儀 質(zhì)譜儀練習4某有機物的結構確定：測定實驗式：某含C、H、O三種元素的有機物，經(jīng)燃

12、燒分析實驗測定其碳的質(zhì)量分數(shù)是64.86%，氫的質(zhì)量分數(shù)是13.51%, 則其實驗式是（ ）。 確定分子式：下圖是該有機物的質(zhì)譜圖，則其相對分子質(zhì)量為（ ），分子式為（ ）。C4H10O74C4H10O核磁共振氫譜氫原子種類不同（所處的化學環(huán)境不同）特征峰也不同紅外光譜作用：獲得分子中含有何種化學鍵或官能團的信息作用：測定有機物分子中等效氫原子的類型和數(shù)目 四、分子結構的鑒定 核磁共振儀 紅外光譜法確定有機物結構的原理是：由于有機物中組成化學鍵、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。所以，當用紅外線照射有機物分子時，分子中的化學鍵、官能團可發(fā)生震動吸收，不同的化學鍵、

13、官能團吸收頻率不同，在紅外光譜圖中將處于不同位置。因此，我們就可以根據(jù)紅外光譜圖，推知有機物含有哪些化學鍵、官能團，以確定有機物的結構。1.紅外光譜(IR)核磁共振儀 2、紅外光譜的應用原理例一下圖是一種分子式為C4H8O2的有機物的紅外光譜譜圖,則該有機物的結構簡式為：COCC=O不對稱CH3CH3COOCH2CH3核磁共振儀 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信號，處于不同化學環(huán)境中的氫原子因產(chǎn)生共振時吸收的頻率不同，在譜圖上出現(xiàn)的位置也不同。且吸收峰的面積與氫原子數(shù)成正比?？梢酝浦撚袡C

14、物分子有幾種不同類型的氫原子及它們的數(shù)目多少。2.核磁共振氫譜核磁共振儀 結構分析：核磁共振法（HNMR）作用：測定有機物中H 原子的種類信號個數(shù)和數(shù)目信號強度之比峰面積吸收峰數(shù)目氫原子類型不同吸收峰的面積之比（強度之比）不同氫原子的個數(shù)之比核磁共振儀 核磁共振儀 問題探究：1.下列有機物中有幾種H原子以及個數(shù)之比？種；種種；種；CH3-CH-CH3CH3CH3-C-CH3CH3CH3CH3-CH2-CH-CH3CH3CH3-CH2-OH核磁共振儀 例5、分子式為C2H6O的兩種有機化合物的1H核磁共振譜，你能分辨出哪一幅是乙醇的1H-NMR譜圖嗎?分子式為C2H6O的兩種有機物的1H核磁共振

15、譜圖 核磁共振氫譜HCOCH HCCOH H HH HH HH H核磁共振儀 C7.下列有機物在H-NMR上只給出一組峰的是( ) A、HCHO B、CH3OH C、HCOOH D、CH3COOCH3A練習6.下圖是某有機物的1H核磁共振譜圖，則該有機物可能是 ( )A. CH3CH2OH B. CH3CH2CH2OH C. CH3OCH3 D. CH3CHO2.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強度為11；第二種情況峰給出的強度為321。由此推斷混合物的組成可能是（寫結構簡式） 。CH3COOCH3CH3CH2COOHHOCH2COCH3HCOOCH2