【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(shí)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(yàn)式和分子式有機(jī)物（純凈）

確定實(shí)驗(yàn)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(yàn)式定量分析的原理：有機(jī)化合物燃燒簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物定量測(cè)定計(jì)算推算各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算實(shí)驗(yàn)式(最簡(jiǎn)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(wú)水CaCl2吸收濃KOH吸收用C、H、O元素原子個(gè)數(shù)比確定實(shí)驗(yàn)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(jiǎn)易裝置圖反應(yīng)前后裝置質(zhì)量差計(jì)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(cè)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)。現(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(yàn)測(cè)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(yàn)式。(2)計(jì)算該有機(jī)化合物分子內(nèi)各元素原子的個(gè)數(shù)比：解：(1)計(jì)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(yàn)式為C2H6O。要確定分子式至少還需知道哪個(gè)物理量呢？相對(duì)分子質(zhì)量2．確定相對(duì)分子質(zhì)量(1)計(jì)算法②相對(duì)密度法：根據(jù)氣體A相對(duì)于氣體B(已知)的相對(duì)密度d。MA＝d×MB。相對(duì)分子質(zhì)量數(shù)值上等于摩爾質(zhì)量(以g·mol－1為單位時(shí))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(cè)定測(cè)定相對(duì)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(duì)分子質(zhì)量的測(cè)定——

質(zhì)譜法有機(jī)物分子確定相對(duì)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(chǎng)作用下先后到達(dá)檢測(cè)儀質(zhì)譜圖質(zhì)譜儀質(zhì)譜圖相對(duì)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(duì)豐度為縱坐標(biāo)，根據(jù)記錄測(cè)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(duì)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(duì)分子質(zhì)量實(shí)驗(yàn)式(最簡(jiǎn)式)與分子式的關(guān)系：分子式=(最簡(jiǎn)式)n。①有機(jī)化合物A的相對(duì)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(yàn)式為C2H6O)

3.確定分子式導(dǎo)思1.正誤判斷(1)驗(yàn)證有機(jī)物屬于烴時(shí)只需測(cè)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(yàn)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(yàn)式和相對(duì)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(duì)分子質(zhì)量(

)×√×√√導(dǎo)思2.下圖是李比希測(cè)定有機(jī)化合物組成的實(shí)驗(yàn)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(qǐng)討論下列問(wèn)題：(1)氯化鈣和氫氧化鉀位置能否互換？提示不能互換，因?yàn)闅溲趸浖瓤梢晕账挚梢晕斩趸肌?dǎo)思2.下圖是李比希測(cè)定有機(jī)化合物組成的實(shí)驗(yàn)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(qǐng)討論下列問(wèn)題：(2)你覺(jué)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(gè)檢驗(yàn)水是否吸收完全的裝置。b.在最后再加一個(gè)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(cè)定實(shí)驗(yàn)式：某含C、H、O三種元素的有機(jī)物，經(jīng)燃燒分析實(shí)驗(yàn)測(cè)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(yàn)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(duì)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(shí)，能吸收與它的某些化學(xué)鍵或官能團(tuán)的振動(dòng)頻率相同的紅外線，通過(guò)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(cè)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(cè)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(shí)吸收電磁波的頻率不同，相應(yīng)的信號(hào)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(gè)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(gè)數(shù)比為3:2:1。CH3OCH3（二甲醚）分子中的6個(gè)氫原子的化學(xué)環(huán)境相同，對(duì)應(yīng)的核磁共振氫譜圖中只有一個(gè)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(zhǎng)、鍵角等，用于有機(jī)化合物晶體結(jié)構(gòu)的測(cè)定。原理：X射線是一種波長(zhǎng)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(gè)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(duì)豐度數(shù)值最大的質(zhì)荷比等于相對(duì)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(cè)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(wú)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(jiǎn)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(shuō)法錯(cuò)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(yàn)：(1)將10.0gX在足量O2中充分燃燒，并將其產(chǎn)物依次通過(guò)足量的無(wú)水CaCl2和KOH濃溶液，發(fā)現(xiàn)無(wú)水CaCl2增重7.2g，KOH濃溶液增重22.0g。有機(jī)物X的實(shí)驗(yàn)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(yàn)：(2)有機(jī)物X的質(zhì)譜圖如圖所示，則有機(jī)物X的相對(duì)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(duì)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(yàn)：(3)經(jīng)紅外光譜測(cè)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(jiǎn)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(gè)單位正電荷，信號(hào)強(qiáng)度與該離子的多少有關(guān))，則該有機(jī)物