【高中化學(xué)】有機(jī)化合物分子式和分子結(jié)構(gòu)的確定 2022-2023學(xué)年高二化學(xué)人教版（2019）選擇性必修3

有機(jī)化合物分子式和分子結(jié)構(gòu)的確定第一章

第二節(jié)第2課時情境導(dǎo)入黃花蒿分離提純確定結(jié)構(gòu)蒸餾、萃取、重結(jié)晶……

？目標(biāo)一確定實(shí)驗式和分子式有機(jī)物（純凈）

確定實(shí)驗式我們需要知道哪些數(shù)據(jù)才能確定呢？有機(jī)物元素組成各元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)元素的定性、定量分析1.確定實(shí)驗式定量分析的原理：有機(jī)化合物燃燒簡單的無機(jī)物定量測定計算推算各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)計算實(shí)驗式(最簡式）定量分析的方法：李比希法原理：一定量有機(jī)物[含C、H、(O)]CuO氧化H2OCO2無水CaCl2吸收濃KOH吸收用C、H、O元素原子個數(shù)比確定實(shí)驗式剩余的為O元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)圖1李比希法設(shè)備圖圖2李比希簡易裝置圖反應(yīng)前后裝置質(zhì)量差計算C、H元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)現(xiàn)代化的元素分析儀現(xiàn)代化的元素分析儀李比希不僅建立了可以定量測定碳、氫、氧元素的分析方法，還建立了含氮、硫、鹵素等有機(jī)化合物的元素定量分析方法，為現(xiàn)代元素定量分析奠定了基礎(chǔ)?，F(xiàn)在，元素定量分析使用現(xiàn)代化的元素分析儀，分析的精確度和速率都達(dá)到了很高的水平。例

含C、H、O三元素的未知物A，經(jīng)燃燒分析實(shí)驗測定該未知物中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52.2%，氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.5%。試求該未知物A的實(shí)驗式。(2)計算該有機(jī)化合物分子內(nèi)各元素原子的個數(shù)比：解：(1)計算該有機(jī)化合物中氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：

ω(O)＝100%－52.2%－13.5%＝34.7%N(C)：N(H)：N(O)＝52.2%12.0113.1%1.00834.7%16.00：：=2：6：1答：該未知物A的實(shí)驗式為C2H6O。要確定分子式至少還需知道哪個物理量呢？相對分子質(zhì)量2．確定相對分子質(zhì)量(1)計算法②相對密度法：根據(jù)氣體A相對于氣體B(已知)的相對密度d。MA＝d×MB。相對分子質(zhì)量數(shù)值上等于摩爾質(zhì)量(以g·mol－1為單位時)的值。①標(biāo)準(zhǔn)狀況密度法：已知標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體的密度ρ，求算摩爾質(zhì)量。M＝ρ×22.4L·mol－1。(2)儀器測定測定相對分子質(zhì)量的方法很多，質(zhì)譜法是最精確、最快捷的方法。質(zhì)譜儀工作原理示意圖相對分子質(zhì)量的測定——

質(zhì)譜法有機(jī)物分子確定相對分子質(zhì)量離子的質(zhì)荷比高能電子流轟擊帶正電荷的分子離子和碎片離子磁場作用下先后到達(dá)檢測儀質(zhì)譜圖質(zhì)譜儀質(zhì)譜圖相對質(zhì)量與電荷數(shù)的比值質(zhì)譜圖：以質(zhì)荷比為橫坐標(biāo)，以各類離子的相對豐度為縱坐標(biāo)，根據(jù)記錄測試結(jié)果所建立的坐標(biāo)圖。從圖中可知，該有機(jī)物的相對分子質(zhì)量為46。某有機(jī)化合物A的質(zhì)譜圖質(zhì)荷比最大的數(shù)據(jù)就是樣品分子的相對分子質(zhì)量實(shí)驗式(最簡式)與分子式的關(guān)系：分子式=(最簡式)n。①有機(jī)化合物A的相對分子質(zhì)量為46，A的分子式：C2H6O結(jié)合下圖求有機(jī)化合物A的分子式。(已知A的實(shí)驗式為C2H6O)

3.確定分子式導(dǎo)思1.正誤判斷(1)驗證有機(jī)物屬于烴時只需測定產(chǎn)物中的CO2和H2O的物質(zhì)的量之比(

)(2)有機(jī)物燃燒后只生成CO2和H2O的物質(zhì)不一定只含有碳、氫兩種元素(

)(3)有機(jī)物的實(shí)驗式、分子式一定不同(

)(4)元素分析法和質(zhì)譜法能分別確定有機(jī)物的實(shí)驗式和相對分子質(zhì)量(

)(5)質(zhì)譜圖中最右邊的譜線表示的數(shù)值為該有機(jī)物的相對分子質(zhì)量(

)×√×√√導(dǎo)思2.下圖是李比希測定有機(jī)化合物組成的實(shí)驗裝置，在750℃左右使有機(jī)化合物在氧氣流中全部氧化為CO2和H2O，用含有氯化鈣、氫氧化鉀的吸收管分別吸收H2O和CO2。請討論下列問題：(1)氯化鈣和氫氧化鉀位置能否互換？提示不能互換，因為氫氧化鉀既可以吸收水又可以吸收二氧化碳。導(dǎo)思2.下圖是李比希測定有機(jī)化合物組成的實(shí)驗裝置，在750℃左右使有機(jī)化合物在氧氣流中全部氧化為CO2和H2O，用含有氯化鈣、氫氧化鉀的吸收管分別吸收H2O和CO2。請討論下列問題：(2)你覺得該裝置有需要改進(jìn)的地方嗎？提示

a.在吸收劑之間加一個檢驗水是否吸收完全的裝置。b.在最后再加一個裝有堿石灰的干燥管，防止空氣中的二氧化碳和水進(jìn)入。導(dǎo)練(1)測定實(shí)驗式：某含C、H、O三種元素的有機(jī)物，經(jīng)燃燒分析實(shí)驗測定其碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是64.86%，氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是13.51%，則其實(shí)驗式是________。(2)確定分子式：如圖是該有機(jī)物的質(zhì)譜圖，則其相對分子質(zhì)量為__________；分子式為__________。C4H10O74C4H10O目標(biāo)二確定分子結(jié)構(gòu)1.紅外光譜應(yīng)用：可獲得分子中所含有的化學(xué)鍵或官能團(tuán)的信息。原理：有機(jī)化合物受到紅外線照射時，能吸收與它的某些化學(xué)鍵或官能團(tuán)的振動頻率相同的紅外線，通過紅外光譜儀的記錄形成該有機(jī)化合物的紅外光譜圖。如圖所示是未知物A（化學(xué)式為C2H6O）的紅外光譜圖，從圖中可以找到C—O、C—H和O—H的吸收峰，因此，可以初步推測該未知物A是含有羥基官能團(tuán)的化合物，結(jié)構(gòu)可表示為C2H5OH。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不表示C-C單鍵的吸收峰2.核磁共振氫譜原理：應(yīng)用：測定有機(jī)物分子中氫原子的類型和數(shù)目用電磁波照射含氫元素的化合物，處于不同化學(xué)環(huán)境中的氫原子因產(chǎn)生共振時吸收電磁波的頻率不同，相應(yīng)的信號在譜圖上出現(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。吸收峰數(shù)目＝氫原子的類型數(shù)吸收峰面積之比（強(qiáng)度之比）＝氫原子個數(shù)之比分子式為C2H6O的有機(jī)物A有如下兩種可能的結(jié)構(gòu)：CH3CH2OH或CH3OCH3圖1未知物A的核磁共振氫譜圖2二甲醚的核磁共振氫譜由未知物A（分子式為C2H6O）的核磁共振氫譜圖，可以判斷:A的分子中有3中處于不同化學(xué)環(huán)境的氫原子，個數(shù)比為3:2:1。CH3OCH3（二甲醚）分子中的6個氫原子的化學(xué)環(huán)境相同，對應(yīng)的核磁共振氫譜圖中只有一個峰故A為3.X射線衍射應(yīng)用：可獲得分子結(jié)構(gòu)的有關(guān)數(shù)據(jù)，如鍵長、鍵角等，用于有機(jī)化合物晶體結(jié)構(gòu)的測定。原理：X射線是一種波長很短（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。波譜分析黃花蒿分離提純蒸餾、萃取、重結(jié)晶……確定結(jié)構(gòu)元素的定性和定量分析M=282分子式：C15H22O5歸納總結(jié)確定有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的方法導(dǎo)思正誤判斷(1)核磁共振氫譜中有幾組吸收峰就有幾個氫原子(

)(2)質(zhì)譜法、紅外光譜法和核磁共振氫譜法均能確定有機(jī)化合物的分子結(jié)構(gòu)

(

)(3)CH3COOCH3在核磁共振氫譜圖中只有一組吸收峰(

)(4)質(zhì)譜圖中，相對豐度數(shù)值最大的質(zhì)荷比等于相對分子質(zhì)量(

)(5)X射線衍射技術(shù)用于有機(jī)化合物晶體結(jié)構(gòu)的測定，可以獲得直接而詳盡的結(jié)構(gòu)信息(

)××××√A.由紅外光譜可知，該有機(jī)物分子中至少有三種不同的化學(xué)鍵B.由核磁共振氫譜可知，該有機(jī)物分子中有三種不同的氫原子C.僅由核磁共振氫譜無法得知其分子中的氫原子總數(shù)D.若A的分子式為C3H8O，則其結(jié)構(gòu)簡式可能為導(dǎo)練1.已知某有機(jī)物A的紅外光譜和核磁共振氫譜如圖所示，下列說法錯誤的是（）D

導(dǎo)練2.有機(jī)物X是一種重要的有機(jī)合成中間體，用于制造塑料、涂料和黏合劑等高聚物。為研究X的組成與結(jié)構(gòu)，進(jìn)行如下實(shí)驗：(1)將10.0gX在足量O2中充分燃燒，并將其產(chǎn)物依次通過足量的無水CaCl2和KOH濃溶液，發(fā)現(xiàn)無水CaCl2增重7.2g，KOH濃溶液增重22.0g。有機(jī)物X的實(shí)驗式為___________。C5H8O2m(H2O)=7.2g

m(CO2)=22.0g

N(C)：N(H)：N(O)＝

0.5mo：0.8mol：0.2mol＝

5：8：2導(dǎo)練2.有機(jī)物X是一種重要的有機(jī)合成中間體，用于制造塑料、涂料和黏合劑等高聚物。為研究X的組成與結(jié)構(gòu)，進(jìn)行如下實(shí)驗：(2)有機(jī)物X的質(zhì)譜圖如圖所示，則有機(jī)物X的相對分子質(zhì)量為_________。100質(zhì)譜圖中質(zhì)荷比最大數(shù)值即為相對分子質(zhì)量導(dǎo)練2.有機(jī)物X是一種重要的有機(jī)合成中間體，用于制造塑料、涂料和黏合劑等高聚物。為研究X的組成與結(jié)構(gòu)，進(jìn)行如下實(shí)驗：(3)經(jīng)紅外光譜測定，有機(jī)物X中含有醛基；有機(jī)物X的核磁共振氫譜圖上有2組吸收峰，峰面積之比為3∶1。則有機(jī)物X的結(jié)構(gòu)簡式為________________。(CH3)2C(CHO)21.設(shè)H＋的質(zhì)荷比為β，某有機(jī)物樣品的質(zhì)荷比如圖所示(假設(shè)離子均帶一個單位正電荷，信號強(qiáng)度與該離子的多少有關(guān))，則該有機(jī)物