【高中化學】有機化合物實驗式、分子式、分子結(jié)構(gòu)的確定 2022-2023學年高二化學課件（人教版2019選擇性必修3）

第2課時

有機物實驗式、分子式和分子結(jié)構(gòu)的確定1.2.2研究有機化合物的一般方法【教學目標】1.掌握李比希提出的燃燒有機物對產(chǎn)物的定量測定確定實驗式；2.了解質(zhì)譜法確定分子式的原理與方法；3.知道紅外光譜、核磁共振等現(xiàn)代儀器分析方法在有機物分子結(jié)構(gòu)測定中的應用。經(jīng)過分離、提純，得到純凈的有機物后，如何確定它的分子式，如何測定其結(jié)構(gòu)，了解其化學性質(zhì)的呢？任務(wù)一：確定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。實驗式(也稱最簡式)：1、元素分析

定性分析：鑒定有機物由哪些元素組成。

定量分析：鑒定分子內(nèi)各元素原子的質(zhì)量分數(shù)。

定量分析方法：①李比希元素分析法②現(xiàn)代元素分析儀“李比希法”的原理：取一定量含C、H(O)的有機物加CuO

做氧化劑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H2OCO2有機物CuO定量測定有機物中C、H和O元素含量的一種分析方法。如何計算

定量分析方法一：燃燒法

有機物

CO2→m(C）H2O→m(H）氧化

若m(C)+m(H)＝

m(有機物）m(有機物）若m(C)+m(H)＜

只含C、H

含C、H、O

[李比希元素分析法]任務(wù)一：確定實驗式

最簡式(實驗式)的求法：

3g某有機化合物在足量氧氣中完全燃燒，生成4.4gCO2和1.8gH2O。下列說法不正確的是A．該有機化合物中只含有碳元素和氫元素B．該有機化合物中一定含有氧元素C．該有機化合物的分子式可能是C2H4O2D．該有機化合物分子中碳原子數(shù)與氫原子數(shù)之比一定是1∶2A同步練習該有機物中C、H兩種元素質(zhì)量和并不等于有機物總質(zhì)量，說明該有機物中還含有O元素:可以直接測出有機物中各元素原子的質(zhì)量分數(shù)現(xiàn)代元素分析儀“快、狠、準”

元素定量分析方法二：求有機物的實驗式：【例題】某含C、H、O三種元素的未知物A，經(jīng)燃燒分析實驗測定A中碳的質(zhì)量分數(shù)為52.16%，氫的質(zhì)量分數(shù)為13.14%，求A的實驗式。解：(1)氧的質(zhì)量分數(shù)為:1－52.16%－13.14%＝34.70%(2)各元素原子個數(shù)比N(C)：N(H)：N(O)＝＝2：6：1A的實驗式為：C2H6O[課本P15]1.已知某有機物9.2g與足量氧氣在密閉容器中完全燃燒后，將反應生成的氣體依次通過濃硫酸和堿石灰．濃硫酸增重10.8g，堿石灰增重17.6g，該有機物的化學式是A．C2H6O B．C2H4O C．CH4O D．C2H6O2A同步練習2.有機物X是一種重要的有機合成中間體，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。該有機物X的實驗式為_________。C5H8O2同步練習(1)產(chǎn)生的O2按從左到右方向流動,所選裝置各導管的連接

順序是____________________________________________；(2)C裝置中濃硫酸的作用是________________________；(3)D裝置中MnO2的作用是__________________________；(4)燃燒管中CuO的作用是_______________________________；g、f、e、h、i、c(或d)、d(或c)、a(或b)、b(或a)吸收水分，得到干燥的O2催化劑，加快生成O2的速率使有機物充分氧化生成CO2和H2O練3、電爐加熱時用純O2氧化管內(nèi)樣品，根據(jù)產(chǎn)物的質(zhì)量確定有機物組成，如圖裝置是用燃燒法確定有機物分子式的常用裝置。

(5)樣品經(jīng)充分反應后，測得A管質(zhì)量增加8.8g，B管質(zhì)量增加5.4g，消耗氧氣6.72L(標準狀況下)，則該有機物分子的實驗式為_______；(6)要確定該有機物的分子式，還要知道_____________。C2H6O相對分子質(zhì)量練3、電爐加熱時用純O2氧化管內(nèi)樣品，根據(jù)產(chǎn)物的質(zhì)量確定有機物組成，如圖裝置是用燃燒法確定有機物分子式的常用裝置。

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。列式計算下列有機物的相對分子質(zhì)量：試歸納求有機物相對分子質(zhì)量的方法。思考：回顧所學知識，有哪些方法可以求相對分子質(zhì)量？28(4)3.2g某飽和一元醇與足量金屬鈉反應得到1.12L(標況)氫氣。(1)標準狀況下0.56g某氣態(tài)烴的體積為448ml;(2)某有機物在相同狀況下對空氣的相對密度為4；(3)某有機物的蒸氣密度是相同狀況下氫氣密度的14倍；29×4=11614×2=282R—OH+2Na→2R—ONa+H2↑32任務(wù)二：確定分子式（1）定義法：M=m/n(5)質(zhì)譜法——測定相對分子質(zhì)量。

（3）標況下有機物蒸氣的密度為ρ

g/L（2）根據(jù)有機物蒸氣的相對密度D

M=22.4L/mol×ρ

g/L(4)利用各類有機物的分子通式及相應的化學反應方程式思考：回顧所學知識，有哪些方法可以求相對分子質(zhì)量？任務(wù)二：確定分子式質(zhì)譜儀——確定相對分子質(zhì)量的利器閱讀課本P16-17相關(guān)內(nèi)容思考下列問題：1、有機物分子被高能電子流轟擊后形成什么？2、什么叫質(zhì)荷比？3、如何根據(jù)質(zhì)譜圖確定有機物的相對分子質(zhì)量？任務(wù)二：確定分子式質(zhì)譜法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。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。

原理：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，因此譜圖中的質(zhì)荷比最大的就是未知物的相對分子質(zhì)量）2.質(zhì)荷比是什么？3.如何確定有機物的相對分子質(zhì)量？分子離子(或碎片離子)的相對質(zhì)量與其電荷的比值質(zhì)荷比=電荷相對分子質(zhì)量質(zhì)譜儀——確定相對分子質(zhì)量的利器有機物分子高能電子流轟擊帶電的“碎片”確定相對式量碎片的質(zhì)荷比1.質(zhì)譜儀工作原理相對豐度質(zhì)荷比縱軸：信號強度，與相應碎片離子的多少有關(guān)。橫軸：最右邊離子峰就是未知物的相對分子質(zhì)量怎樣讀圖？相對分子質(zhì)量質(zhì)荷比最大的就是其相對分子質(zhì)量練習1、某有機物的結(jié)構(gòu)確定：①測定實驗式：某含C、H、O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64.86%，氫的質(zhì)量分數(shù)是13.51%,則其實驗式是

。

②確定分子式：右圖是該有機物的質(zhì)譜圖，則其相對分子質(zhì)量為

，分子式為

.。C4H10O74C4H10O測定方法化學方法：看是否與Na反應物理方法：紅外光譜法等【方法導引】當化合物結(jié)構(gòu)比較復雜時，若用化學方法，時間長、浪費試劑，因此科學上常常需要采取一些物理方法。與鑒定有機物結(jié)構(gòu)有關(guān)的物理方法有質(zhì)譜、紅外光譜、核磁共振譜、X射線衍射等。二甲醚乙醇

思考：

有機物A的分子式為C2H6O，你怎樣確定有機物A是乙醇，還是二甲醚？有哪些方法可以區(qū)分它們？任務(wù)三：確定分子的結(jié)構(gòu)(2)紅外光譜圖分析紅外光譜圖，可判斷分子中含有的

或

的信息。如分子式為C2H6O的有機物A有如下兩種可能的結(jié)構(gòu)：

或

，利用紅外光譜來測定，分子中有O—H(或—OH)可確定A的結(jié)構(gòu)簡式為

。紅外光譜法：（3）作用：

測定①化學鍵②官能團(1)原理：不同官能團或化學鍵吸收頻率不同，在紅外光譜圖上將處于不同的位置?；瘜W鍵官能團CH3CH2OHCH3OCH3CH3CH2OH任務(wù)三：確定分子的結(jié)構(gòu)未知物A的紅外光譜圖[例].下圖是分子式為C3H6O2的有機物的紅外光譜圖,推測其結(jié)構(gòu)。CH3—C—O—CH3O有一有機物的相對分子質(zhì)量為74，確定分子結(jié)構(gòu)，請寫出該分子的結(jié)構(gòu)簡式

C―O―C對稱CH3對稱CH2CH3CH2OCH2CH3同步練習練習：有機物Y的分子式為C4H8O2，其紅外光譜如圖所示，則該有機物可能的結(jié)構(gòu)簡式為

A．CH3COOCH2CH3B．OHCCH2CH2OCH3C．HCOOCH2CH2CH3D．(CH3)2CHCOOHA2.核磁共振氫譜(1)原理：處于不同化學環(huán)境中的氫原子因產(chǎn)生共振時吸收電磁波的頻率不同，在譜圖上出現(xiàn)的位置也不同。各類氫原子的這種差異被稱作化學位移δ；而且吸收峰的面積(或強度)與氫原子數(shù)成正比。任務(wù)三：確定分子的結(jié)構(gòu)(NMR)[課本P18]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。吸收峰數(shù)目＝氫原子類型,2.核磁共振氫譜CH3CH2OH任務(wù)三：確定分子的結(jié)構(gòu)思考2：對于CH3CH2OH、CH3—O—CH3這兩種物質(zhì)來說，除了氧原子的位置、連接方式不同外，碳原子、氫原子的連接方式也不同(即等效氫的種數(shù)不同)。這兩種物質(zhì)的等效氫分別是多少種？它們在核磁共振氫譜中如何體現(xiàn)？(NMR)[課本P18]3種氫原子3:2:1不同氫原子的個數(shù)之比

未知物A：二甲醚

:吸收峰數(shù)目1種CH3—O—CH3測定有機物中H原子的種類和數(shù)目信號個數(shù)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)之比讀譜要點2.核磁共振氫譜任務(wù)三：確定分子的結(jié)構(gòu)(NMR)練習⑴具有下列結(jié)構(gòu)的化合物，其核磁共振氫譜中有2個峰的是A．CH3CH2OH B．CH3CH3 C．CH3OCH3 D．HOCH2CH2OHD

CH2-CH2

BrBr⑵化合物A和B的分子式都是C2H4Br2，A的NMR譜上只有1個峰，則A的結(jié)構(gòu)簡式為

.

(3)已知1-丙醇和2-丙醇的結(jié)構(gòu)簡式如下：

1-丙醇：2-丙醇：下圖是這兩種物質(zhì)的其中一種的核磁共振譜，并且峰面積比分別為1:1:6，該有機物屬于哪一種？2-丙醇練習2.下列有機物中有幾種H原子以及個數(shù)之比？CH3-CH-CH3CH3２種；９∶１CH3-C-CH3CH3CH3１種CH3-CH2-CH-CH3CH3４種；３∶２∶１∶６(2)X射線衍射圖經(jīng)過計算可獲得分子結(jié)構(gòu)的有關(guān)數(shù)據(jù)，如

、

等，用于有機化合物

的測定。(1)原理X射線是一種波長很短的

，它和晶體中的原子相互作用可以產(chǎn)生

。電磁波衍射圖鍵長鍵角晶體結(jié)構(gòu)3.

X射線衍射任務(wù)三：確定分子的結(jié)構(gòu)目前，X射線衍射已成為物質(zhì)結(jié)構(gòu)測定的一種重要技術(shù)。中國科學院上海有機化學研究所和中國中醫(yī)研究院中藥研究所等單位的科學家們通過元素分析和質(zhì)譜法分析，確定青蒿素的相對分子質(zhì)量為282，分子式為C15H22O5。經(jīng)紅外光譜和核磁共振譜分析，確定青嵩素分子中含有酯基和甲基等結(jié)構(gòu)片段。通過化學反應證明其分子中含有過氧基(—O—O—)。1975年底，我國科學家通過X射線衍射最終測定了青蒿素的分子結(jié)構(gòu)。青蒿素分子結(jié)構(gòu)的確定【科學?技術(shù)?社會】分離、提純步驟方法蒸餾、萃取、分液、重結(jié)晶測定相對分子質(zhì)量確定分子式質(zhì)譜法

波譜分析確定結(jié)構(gòu)式紅外光譜核磁共振氫譜X射線衍射元素定量分析確定實驗式李比希法現(xiàn)代元素分析儀小結(jié)研究有機化合物的一般步驟和方法→確定相對分子質(zhì)量→確定化學鍵、官能團→確定等效氫原子的類型和數(shù)目→確定鍵長、鍵角等結(jié)構(gòu)信息知識導航有機物分子式的推算例：已知某烴w(C)=80%,相對分子質(zhì)量為30，求分子式。N(C)N(H)=80%1220%1:13=該分子實驗式為CH3結(jié)合其相對分子質(zhì)量30，可知其分子式為：C2H6特殊方法：若有機物的實驗式中H已達飽和，則該有機物的實驗式就是分子式。（如：CH4、CH3Cl、C2H6O等）部分特殊組成的實驗式如：CH3當n=2時即達飽和，在不知相對分子質(zhì)量時也可求得——實驗式法[例1]某烴含氫元素的質(zhì)量分數(shù)為17.2%，求此烴的實驗式。你能推測該烴的分子式嗎？【問題解決實例】

[解答]由于烴只含碳、氫兩種元素，則碳元素的質(zhì)量分數(shù)為(100－17.2)%＝82.8%。則該烴中各元素原子個數(shù)之比為：該烴的實驗式：C2H5若設(shè)該烴有n個C2H5,分子式為C4H10，達到飽和。n=2時,所以，該烴的分子式為C4H10

例.5.8g某有機物完全燃燒,生成13.2gCO2,5.4gH2O.該有機物含有哪些元素?能否求出其分子式和結(jié)構(gòu)式？[解]:先確定5.8g該有機物中各組成元素的質(zhì)量：因m(C)=13.2g×12/44=3.6g,m(H)=5.4g×2/18=0.6g,則m(O)=5.8g-3.6g-0.6g=1.6gN(C):N(H):N(O)=：：

1.6g

3.6g

0.6g12116=3：6：1則該未知物A的實驗式為C3H6O

再確定該有機物中各元素的原子數(shù)之比：有機物分子式的推算——燃燒法[例2]:燃燒某有機物A1.50g,生成1.12L(標況)CO2和0.05molH2O。該有機物的蒸氣對空氣的相對密度是1.04，求該有機物的分子式?！締栴}解決實例】

【解答】∵∴實驗式CH2O即為分子式。

又因該有機物的相對分子質(zhì)量則，實驗式為：CH2O有機物分子式的推算——燃燒通式法燃燒通式：CxHyOZ+(x+y/4-z/2)O2xCO2+y/2H2O1xy/2該有機物的相對分子質(zhì)量所以，有機物A1.50g,合0.05mol0.05mol0.05mol0.05molX=1y=2又CH2OZ分子量為30Z=1∴有機物A分子式：CH2O。

【解答】[例2]:燃燒某有機物A1.50g,生成1.12L(標況)CO2和0.05molH2O。該有機物的蒸氣對空氣的相對密度是1.04，求該有機物的分子式。1.列式計算下列有機物的相對分子質(zhì)量：(1)某有機物A的蒸氣密度是相同狀況下氫氣密度的14倍；(2)某有機物在相同狀況下對空氣的相對密度為2；(3)標準狀況下0.56g某氣態(tài)烴的體積為44.8ml;(4)3.2g某飽和一元醇與足量金屬鈉反應得到1.12L(標況)氫氣。28

58

280

32

2.常溫下，10mL某氣態(tài)烴A和80mL氧氣(過量)混合，點燃，使其充分燃燒后恢復到原狀況，殘留氣體體積為65mL。(1)若A為烷烴，則A的分子式為__________。(2)若A為烯烴，則A的分子式為__________。(3)若A為炔烴，則A的分子式為__________。C2H6C3H6C4H6課堂檢測練1：將C2H5OH與CH3OCH3樣品分別送入以下儀器進行分析，能得到相同結(jié)果的是①元素分析儀

②質(zhì)譜儀

③紅外光譜儀

④核磁共振儀A．① B．①②

C．①②③

D．①②③④A課堂檢測2.某有機化合物3.2g在氧氣中充分燃燒只生成CO2和H2O，將生成物依次通入盛有濃硫酸的洗氣瓶和盛有堿石灰的干燥管，實驗測得裝有濃硫酸的洗氣瓶增重3.6g，盛有堿石灰的干燥管增重4.4g。則下列判斷正確的是A．該有機物只含碳、氫兩種元素B．該有機化合物中碳原子數(shù)和氫原子數(shù)之比是1:2C．該有機物的分子式一定為CH4OD．根據(jù)題目條件可求出該有機物的實驗式，無法求出該有機物的分子式C課堂檢測A、B課堂檢測3.化合物

X的相對分子質(zhì)量為136，分子式為C8H8O2。X分子中只含一個苯環(huán)且苯環(huán)上只有一個取代基，其紅外光譜和核磁共振氫譜如圖。下列關(guān)于X的說法中不正確的是A．X分子屬于酯類化合物B．X在一定條件下可與3molH2發(fā)生加成反應C．符合題中X分子結(jié)構(gòu)特征的有機物有1種D．與X屬于同類化合物的同分異構(gòu)體只有2種4.下列說法不正確的是A．通過質(zhì)譜法可以確認有機化合物的相對分子質(zhì)量B．甲苯分子的核磁共振氫譜中有4個不同的吸收峰C．紅外光譜可以幫助確定許多有機物的結(jié)構(gòu)D．某有機物完全燃燒只生成CO2和H2O，兩者物質(zhì)的量之比為1:2，則該有機物一定為