【高中化學(xué)】有機物實驗式、分子式和分子結(jié)構(gòu)的確定 高二化學(xué)人教版（2019）選擇性必修3

有機物實驗式、分子式和分子結(jié)構(gòu)的確定第一章

第二節(jié)第2課時

學(xué)習(xí)

目標第2課時

有機化合物實驗式、分子式、分子結(jié)構(gòu)的確定PART01PART02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；了解質(zhì)譜法確定分子式的原理與方法；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(yīng)用分離、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

波譜分析確定結(jié)構(gòu)式元素定量分析確定實驗式研究有機化合物的一般步驟和方法李比希法現(xiàn)代元素分析儀定量分析：用化學(xué)方法鑒定有機物所含元素。1.原理：將一定量的有機化合物燃燒，轉(zhuǎn)化為簡單的無機化合物（C-CO2,H-H2O）并通過測定無機物的質(zhì)量，計算出該有機化合物分子內(nèi)各元素原子的最簡整數(shù)比，確定實驗式(也稱最簡式)定性分析：鑒定分子內(nèi)各元素原子的質(zhì)量分數(shù)。元素分析一、確定實驗式—元素分析2、元素分析方法：①李比希元素分析法②現(xiàn)代元素分析儀①李比希法簡易裝置圖：原理：一定量有機物[含C、H、(O)]CuO氧化H2OCO2無水CaCl2吸收濃KOH吸收反應(yīng)前后裝置質(zhì)量差計算C、H元素質(zhì)量用C、H、O元素原子個數(shù)比確定實驗式依據(jù)總質(zhì)量減去C、H元素質(zhì)量確定是否有O元素“李比希法”的原理：定量測定有機物中C、H和O元素含量的一種分析方法。H2OCO2一、確定實驗式—元素分析

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]

最簡式(實驗式)的求法：

一、確定實驗式—元素分析一、確定實驗式—元素分析一、確定實驗式—元素分析:可以直接測出有機物中各元素原子的質(zhì)量分數(shù)②現(xiàn)代元素分析儀“快、狠、準

”

元素定量分析方法②：一、確定實驗式—元素分析求有機物的實驗式：【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:100%－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P17]一、確定實驗式—元素分析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(xí)1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元素一、確定實驗式—元素分析一、確定實驗式—元素分析練習(xí)2:5.8g某有機物完全燃燒，生成CO213.2g,H2O5.4g。（1）試求該未知物A的實驗式?（2）若要確定它的分子式，還需要什么條件？相對分子質(zhì)量一、確定實驗式—元素分析(1)產(chǎn)生的O2按從左到右方向流動,所選裝置各導(dǎo)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。

一、確定實驗式—元素分析(5)樣品經(jīng)充分反應(yīng)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。一、確定實驗式—元素分析分離、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

波譜分析確定結(jié)構(gòu)式元素定量分析確定實驗式研究有機化合物的一般步驟和方法李比希法現(xiàn)代元素分析儀質(zhì)譜法→確定相對分子質(zhì)量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(xué)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(yīng)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↑32二、確定分子式—測定相對分子質(zhì)量（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(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式思考：回顧所學(xué)知識，有哪些方法可以求相對分子質(zhì)量？二、確定分子式—測定相對分子質(zhì)量質(zhì)譜儀——確定相對分子質(zhì)量的利器閱讀課本P17-18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？二、確定分子式—測定相對分子質(zhì)量質(zhì)譜儀工作原理示意圖有機物分子確定相對分子質(zhì)量離子的質(zhì)荷比高能電子束轟擊帶正電荷的離子磁場作用下先后到達檢測儀質(zhì)譜圖（較快速、精準的方法）質(zhì)譜儀質(zhì)譜圖質(zhì)譜法原理：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。這些離子因質(zhì)量不同、電荷不同,在電場和磁場中的運動行為不同。計算機對其進行分析后,得到它們的相對質(zhì)量與電荷數(shù)的比值,即質(zhì)荷比。以質(zhì)荷比為橫坐標,以各類離子的相對豐度為縱坐標記錄測試結(jié)果,就得到有機化合物的質(zhì)譜圖。質(zhì)譜圖中最右側(cè)的分子離子峰(即質(zhì)荷比最大的峰）就是待測物的相對分子質(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：二、確定分子式—測定相對分子質(zhì)量相對豐度質(zhì)荷比橫軸：最右邊離子峰(即質(zhì)荷比最大的峰）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)量二、確定分子式—測定相對分子質(zhì)量B的相對分子質(zhì)量【練習(xí)1】下圖是某有機化合物B的質(zhì)譜圖，請問B的相對分子質(zhì)量為多少？二、確定分子式—測定相對分子質(zhì)量練習(xí)2、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二、確定分子式—測定相對分子質(zhì)量分離、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

波譜分析確定結(jié)構(gòu)式元素定量分析確定實驗式研究有機化合物的一般步驟和方法李比希法現(xiàn)代元素分析儀質(zhì)譜法→確定相對分子質(zhì)量紅外光譜核磁共振氫譜X射線衍射→確定化學(xué)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)信息測定方法化學(xué)方法：看是否與Na反應(yīng)物理方法：紅外光譜法等【方法導(dǎo)引】當(dāng)化合物結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜時，若用化學(xué)方法，時間長、浪費試劑，因此科學(xué)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？三、確定分子的結(jié)構(gòu)--波譜分析(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：只能初步判斷有機物所含化學(xué)鍵和官能團的種類，但不能確定化學(xué)鍵和基團的數(shù)目。(1)原理：不同官能團或化學(xué)鍵吸收頻率不同，在紅外光譜圖上將處于不同的位置?；瘜W(xué)鍵官能團CH3CH2OHCH3OCH3CH3CH2OH未知物A的紅外光譜圖三、確定分子的結(jié)構(gòu)--波譜分析[例1].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三、確定分子的結(jié)構(gòu)--波譜分析[例2].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CH2CH3CH2OCH2CH3三、確定分子的結(jié)構(gòu)--波譜分析2.核磁共振氫譜(1)原理：

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，在譜圖上出現(xiàn)的位置也不同，而且吸收峰的面積與氫原子數(shù)成正比,但不能確定所含氫原子的具體數(shù)目（即有幾組特征吸收峰就表明有幾種不同環(huán)境的氫原子)(NMR)[課本P19]吸收峰面積比＝氫原子個數(shù)比。吸收峰數(shù)目＝氫原子類型種類,三、確定分子的結(jié)構(gòu)--波譜分析2.核磁共振氫譜CH3CH2OH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P19]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—CH3三、確定分子的結(jié)構(gòu)--波譜分析練習(xí)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

.

三、確定分子的結(jié)構(gòu)--波譜分析(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-丙醇三、確定分子的結(jié)構(gòu)--波譜分析練習(xí)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∶６三、確定分子的結(jié)構(gòu)--波譜分析(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)。三、確定分子的結(jié)構(gòu)--波譜分析中國科學(xué)院上海有機化學(xué)研究所和中國中醫(yī)研究院中藥研究所等單位的科學(xué)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(xué)反應(yīng)證明其分子中含有過氧基(—O—O—)。1975年底，我國科學(xué)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(xué)?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(xué)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(dǎo)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(dāng)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(yīng)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(fù)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(yīng)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