選修5-第1章-第4節(jié)-研究有機(jī)化合物的一 般步驟和方法

第一章

認(rèn)識(shí)有機(jī)化合物第四節(jié)研究有機(jī)化合物的一般步驟和方法研究有機(jī)物一般經(jīng)歷的步驟：1.有機(jī)物中不能有雜質(zhì)2.確定元素組成3.確定化學(xué)式4.確定結(jié)構(gòu)有機(jī)化合物的混合物分離、提純?cè)囟糠治龃_定實(shí)驗(yàn)式波譜分析確定結(jié)構(gòu)式測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量確定分子式研究有機(jī)物一般經(jīng)歷的步驟：物質(zhì)分離和提純的區(qū)別:物質(zhì)提純的原則：不增、不減、易分一、物質(zhì)分離和提純分離---把混合物分成幾種純凈物，提純---除去雜質(zhì)。物質(zhì)分離提純的一般方法：蒸餾重結(jié)晶

萃取分液色譜法（液態(tài)有機(jī)物）（固態(tài)有機(jī)物）（固態(tài)或液態(tài)）（固態(tài)或液態(tài)）主要儀器：實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)：1.碎瓷片

2.水銀球位置--支管口

3.冷凝水流向--與蒸氣相反1、蒸餾：

利用混合物中各種成分的沸點(diǎn)不同而使其分離。

常用于分離提純液態(tài)有機(jī)混合物，如石油的分餾適用范圍：①液態(tài)

②熱穩(wěn)定性較強(qiáng)

③各組分沸點(diǎn)相差較大（30℃）【實(shí)驗(yàn)1-1】工業(yè)乙醇(含雜質(zhì))的蒸餾 蒸餾燒瓶、冷凝管、接收器、溫度計(jì)、鐵架臺(tái)（鐵圈、鐵夾）、石棉網(wǎng)、錐形瓶等含雜工業(yè)乙醇工業(yè)乙醇(95.6%)無(wú)水乙醇(99.5%以上)蒸餾加CaO蒸餾無(wú)水酒精的制取2.重結(jié)晶 將固體用溶劑溶解，經(jīng)過(guò)濾、蒸發(fā)、冷卻后，再次析出晶體，在該過(guò)程中分離出一部分雜質(zhì)，使其變的更純?！緦?shí)驗(yàn)1-2】苯甲酸的重結(jié)晶苯甲酸在水中的溶解度溫度0C255095溶解度g0.170.956.8【思考】實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，苯甲酸在哪里？雜質(zhì)在哪里？濁液粉末濁液溶液沉淀溶液晶體溶液2.重結(jié)晶適用范圍：1.雜質(zhì)在溶劑中溶解度很小或很大，2.被提純的物質(zhì)的溶解度受溫度影響較大，熱溶液溶解度大，冷溶液溶解度小。步驟：加熱溶解趁熱過(guò)濾冷卻結(jié)晶粉末→濁液→沉淀（溶解度很小）溶液→溶液（溶解度很大）晶體留在濾紙上留在溶液中思考與交流:(P18)溫度越低，苯甲酸的溶解度越小，為了得到更多的苯甲酸，是不是結(jié)晶時(shí)的溫度越低越好？3、萃取原理：一種溶質(zhì)，兩種溶劑，溶質(zhì)能從溶解度小的溶劑中轉(zhuǎn)移到溶解度大的溶劑中。要求：溶解度相差較溶劑互不相溶儀器：分液漏斗、燒杯、鐵架臺(tái)(含鐵圈)操作過(guò)程：振蕩→靜置→分液【實(shí)例】：從溴水中提取溴，從碘水中提取碘【課堂練習(xí)】 可以直接用分液漏斗分離的一組液體混和物是（）

A.溴和四氯化碳B.苯和溴苯

C.汽油和苯D.硝基苯和水D分液漏斗的用途：分離兩相互不相溶的液體 如：油和水萃取包括：

1）液—液萃?。菏抢糜袡C(jī)物在兩種互不相溶的溶劑中的溶解性不同，將有機(jī)物從一種溶劑轉(zhuǎn)移到另一種溶劑的過(guò)程。

2）固—液萃?。菏怯糜袡C(jī)溶劑從固體物質(zhì)中溶解出有機(jī)物的過(guò)程(專用儀器設(shè)備)P.194、色譜法有機(jī)物（純凈）確定實(shí)驗(yàn)式？1.組成元素？2.各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)?二、元素分析→確定實(shí)驗(yàn)式“李比希元素分析法”的原理：取定量含C、H（O）的有機(jī)物m1加氧化銅氧化H2OCO2用無(wú)水CaCl2吸收用KOH濃溶液吸收質(zhì)量差m3質(zhì)量差m2計(jì)算C、H含量計(jì)算O含量得出實(shí)驗(yàn)式【例】某含C、H、O三種元素的未知物A，經(jīng)燃燒分析實(shí)驗(yàn)測(cè)定A中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52.16%，氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.14%，求A的實(shí)驗(yàn)式。氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù):1-52.16%-13.14%

=

34.70%各元素原子個(gè)數(shù)比--N(C)：N(H)：N(O)==2：6：1實(shí)驗(yàn)式為：C2H6O若要確定它的分子式，還需要什么條件？分子式為：(C2H6O)n用高能電子流轟擊分子，使其失去電子變成帶正電荷的分子離子和碎片離子，帶正電荷的分子離子和碎片離子具有不同質(zhì)量，它們?cè)诖艌?chǎng)下達(dá)到檢測(cè)器的時(shí)間不同，結(jié)果被記錄為質(zhì)譜圖。——質(zhì)譜法三、相對(duì)分子質(zhì)量→確定分子式結(jié)論：A的相對(duì)分子質(zhì)量為46n=1質(zhì)荷比:粒子的相對(duì)質(zhì)量與其電荷數(shù)的比值分子式為：(C2H6O)nC2H6O學(xué)與問(wèn)

實(shí)驗(yàn)表明，許多咖啡和可樂(lè)飲料中含有興奮性物質(zhì)咖啡因。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，咖啡因分子中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是:碳49.5％，氫5.20％，氧16.5％，氮28.9％，其摩爾質(zhì)量為194.1g/mol，你能確定它的分子式嗎？課本P21=4:5:1:2分子式：(C4H5ON2)nC8H10O2N497n=194.1n=2有機(jī)物A的分子式為C2H6O，可能的結(jié)構(gòu)有哪些？

H

H

H

HH－C－C－O－H或H－C－O－C－H

HH

H

H三、波譜分析——確定結(jié)構(gòu)式1.官能團(tuán)不同2.化學(xué)鍵不同3.H的化學(xué)環(huán)境不同1、紅外光譜紅外光譜法確定有機(jī)物結(jié)構(gòu)的原理是：由于有機(jī)物中組成化學(xué)鍵、官能團(tuán)的原子處于不斷振動(dòng)狀態(tài)，且振動(dòng)頻率與紅外光的振動(dòng)頻譜相當(dāng)。所以，當(dāng)用紅外線照射有機(jī)物分子時(shí)，分子中的化學(xué)鍵、官能團(tuán)可發(fā)生震動(dòng)吸收，不同的化學(xué)鍵、官能團(tuán)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(jī)物含有哪些化學(xué)鍵、官能團(tuán)，以確定有機(jī)物的結(jié)構(gòu)。CH3CH2OH的紅外光譜結(jié)論：A中含有O-H、C-O、C-H

H

H

H

HH－C－C－O－H或H－C－O－C－H

HH

H

H結(jié)論：A中含有O-H、C-O、C-H2、核磁共振氫譜對(duì)于CH3CH2OH、CH3—O—CH3這兩種物質(zhì)來(lái)說(shuō)，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、所處的環(huán)境不同，即等效碳、等效氫的種數(shù)不同。處在不同化學(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，在譜圖上出現(xiàn)的位置也不同，這種差異叫化學(xué)位移δ。從核磁共振氫圖譜上可推知該有機(jī)物分子有幾種不同類型的氫原子（波峰數(shù)）及它們的數(shù)目比（波峰面積比）。2、核磁共振氫譜用電磁波照射氫原子，處在不同化學(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，在譜圖上出現(xiàn)的位置也不同，這種差異叫化學(xué)位移δ。根據(jù)氫譜上吸收峰的數(shù)目可推知有幾種類型的氫原子，根據(jù)峰面積的比值可推知?dú)湓拥膫€(gè)數(shù)比。等效氫： 處于相同化學(xué)環(huán)境的H稱為等效氫，為同一種氫。

同一個(gè)C上的H等效

同一個(gè)C上多個(gè)甲基的H等效

對(duì)稱位置C上的H等效CH3CH2OH的紅外光譜可以推知有機(jī)物A分子有3種不同類型的氫原子及它們的數(shù)目比為2：1：3A分子有3種不同類型的氫原子；它們的數(shù)目比為2：1：3

H

H

H

HH－C－C－O－H或H－C－O－C－H

HH

H

H3種H3:2:11種H【練習(xí)】有一有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量為74，確定分子結(jié)構(gòu)，請(qǐng)寫出該分子的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式

C—O—C對(duì)稱CH3對(duì)稱CH2CH3CH2OCH2CH3【練習(xí)】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(qiáng)度為1︰1；第二種情況峰給出的強(qiáng)度為3︰2︰1。由此推斷混合物的組成可能是（寫結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式）

。CH3COOCH3CH3CH2COOH【例題】一個(gè)有機(jī)物的分子量為70,紅外光譜表征到碳碳雙鍵和C＝O的存在，核磁共振氫譜列如下圖：②寫出該有機(jī)物的可能的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：①寫出該有機(jī)物的分子式：C4H6OCH3CH=CHCHO說(shuō)明：這四種峰的面積比是：1：1：1：3【例題】下圖是一種分子式為C4H8O2的有機(jī)物的紅外光譜譜圖,則該有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為：C—O—CC=O不對(duì)稱CH3CH3COOCH2CH3【練習(xí)】2002年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)表彰了兩項(xiàng)成果，其中一項(xiàng)是瑞士科學(xué)家?guī)鞝柼亍ぞS特里希發(fā)明了“利用核磁共振技術(shù)測(cè)定溶液中生物大分子三維結(jié)構(gòu)的方法”。在化學(xué)上經(jīng)常使用的是氫核磁共振譜，它是根據(jù)不同化學(xué)環(huán)境的氫原子在氫核磁共振譜中給出的信號(hào)不同來(lái)確定有機(jī)物分子中的不同的氫原子。下列有機(jī)物分子在核磁共振氫譜中只給出一種信號(hào)的是AHCHOBCH3OHCHCOOHDCH3COOCH3

研究有機(jī)化合物的一般步驟和方法結(jié)構(gòu)相對(duì)分子質(zhì)量組成小結(jié)分離、提純?cè)囟糠治龃_定實(shí)驗(yàn)式測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量確定分子式波譜分析確定結(jié)構(gòu)式步驟方法蒸餾、重結(jié)晶、萃取紅外光譜核磁共振氫譜質(zhì)譜法元素分析無(wú)水酒精的制取普通酒精含乙醇95.57%(質(zhì)量)和水4.43%，這是恒沸點(diǎn)混合物，它的沸點(diǎn)是78.15℃，比純乙醇的沸點(diǎn)(78.5℃)低。把這種混合物蒸餾時(shí)，氣相和液相的組成是相同的，即乙醇和水始終以這個(gè)混合比率蒸出，不能用蒸餾法制得無(wú)水酒精。實(shí)驗(yàn)室制備無(wú)水酒精時(shí)，在95.57%酒精中加入生石灰(CaO)加熱回流，使酒精中的水跟氧化鈣反應(yīng)，生成不揮發(fā)的氫氧化鈣來(lái)除去水分，然后再蒸餾，這樣可得99.5%的無(wú)水酒精。如果還要去掉這殘留的少量的水，可以加入金屬鎂來(lái)處理，可得100%乙醇，叫做絕對(duì)酒精。工業(yè)上制備無(wú)水酒精的方法是在普通酒精中加入一定量的苯，再進(jìn)行蒸餾。于64.9℃沸騰，蒸出苯、乙醇和水的三元恒沸混合物(比率為74∶18.5∶7.5)，這樣可將水全部蒸出。繼續(xù)升高溫度，于68.3℃蒸出苯和乙醇的二元混合物(比率為67.6∶32.4)，可將苯(80.1℃)全部蒸出。最后升高溫度到78.5℃，蒸出的是無(wú)水乙醇。近年來(lái)，工業(yè)上也使用強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂(具有極性基團(tuán)，能強(qiáng)烈吸水)來(lái)制取無(wú)水酒精.【練習(xí)】通式法的應(yīng)用常溫下為氣態(tài)的烷烴A和炔烴B的混合氣體，其密度是H2的27.5倍，已知A、B分子中含碳原子數(shù)相同。求：(1)A、B的分子式；(2)A與B的體積比。【練習(xí)】商余法的應(yīng)用某有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量為180，則：(1)該有機(jī)物_______(填“可能”或“不可能”)是飽和烴(2)若該有機(jī)物含氧元素，且烴基飽和，則可能是_________或___________(寫名稱)混合物的平均相對(duì)分子質(zhì)量M=27.5*2=55g/mol（A，B的相對(duì)分子質(zhì)量一定是B的小于55，A的大于55）

因?yàn)锳、B分子中含碳原子數(shù)同

所以設(shè)A:CnH2n+2,B:CnH2n-2

只有當(dāng)n=4時(shí)，符合。

所以A：C4H10，B：C4H6

（2）設(shè)A的體積分?jǐn)?shù)是x

那么58x+54(1-x)=55

得x=0.25

所以VA:VB=0.25:0.75=1:3

其密度是同條件下的H2的27.5倍

平均分子量為2*27.5＝55

用商余法（55/12）得平均分子式

A、B的分子式：C4H10,C4H6

A、B體積比(十字交叉法)1：3

【方法指導(dǎo)】實(shí)驗(yàn)式的確定：實(shí)驗(yàn)式是表示化合物分子所含各元素的原子數(shù)目最簡(jiǎn)單整數(shù)比的式子。實(shí)驗(yàn)式又叫最簡(jiǎn)式。方法：①若已知有機(jī)物分子中C、H等元素的質(zhì)量或已知C、H等元素的質(zhì)量比或已知C、H等元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，則N(C):N(H):N(O)==______②若有機(jī)物燃燒產(chǎn)生的二氧化碳和水的物質(zhì)的量分別為n(CO2)和n(H2O),則N(C):N(H)==__________2．確定相對(duì)分子質(zhì)量的方法：①M(fèi)==m/n(M表示摩爾質(zhì)量m表示質(zhì)量n表示物質(zhì)的量)②已知有機(jī)物蒸氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的密度：Mr==22.4*密度（注意密度的單位）③已知有機(jī)物蒸氣與某物質(zhì)（相對(duì)分子質(zhì)量為M’）在