蘇教版高中化學(xué)選修5學(xué)案設(shè)計-科學(xué)家怎樣研究有機(jī)物

第二單元科學(xué)家怎樣研究有機(jī)物

??卜激趣導(dǎo)讀

研究有機(jī)物過去曾是一項(xiàng)十分復(fù)雜的技術(shù)工作。1805年從鴉片中

提得嗎啡后，到1925年僅提出了一個結(jié)構(gòu)設(shè)想的草案，又經(jīng)過了37

年后

才確定了它的空間結(jié)構(gòu)，前后共經(jīng)過150多年。1928年，弗萊明

發(fā)現(xiàn)青霉素，直到1943年，化學(xué)家們才確定了青霉素的成分，1949

年測定出了青霉素的結(jié)構(gòu)，青霉素才得到大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。而在上

世紀(jì)60年代研究抗癌藥長春花生物堿時，僅花了3年時間就完成了分

離和測定30種以上長春花生物堿結(jié)構(gòu)的工作。目前在一個裝備比較完

善的實(shí)驗(yàn)室，在比較有經(jīng)

驗(yàn)的專家手中，天然產(chǎn)品的一個新的有效成分，一般在幾個星期

內(nèi)就可以完成全套分離和測定工作。

學(xué)圓哥標(biāo)

1.知道有機(jī)物與無機(jī)物在結(jié)構(gòu)、組成、性質(zhì)等方面的差異，知道

有機(jī)物研究的發(fā)展過程，知道如何確定有機(jī)化合物的最簡式，了解元

素分析儀的工作原理。

2.了解李比希提出的基團(tuán)理論，體會其對有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)研究的

影響。

3.能用用核磁共振波譜圖分析簡單的同分異構(gòu)體，知道核磁共

振波譜法、紅外光譜法、質(zhì)譜法和紫外光譜法等用來研究有機(jī)化合物

的結(jié)構(gòu)的方法。

4.了解手性化合物，能區(qū)分出手性分子。

m課前自主學(xué)?KEQIANZIZHUXUEXI-----------------------------------------------------------------------------------------------自主學(xué)習(xí)?打基礎(chǔ)

一'有機(jī)化合物組成的研究

1.組成有機(jī)化合物的元素種類：最常見的是C、旦、Q、N、X等。

2.確定元素組成的步驟：①先借助有機(jī)化合物的可燃性等化學(xué)性

質(zhì)，測C、H、N、X等元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。②當(dāng)C、H、N、X等元素

質(zhì)量分?jǐn)?shù)的總和小于100%，并且在元素定性分析中又沒有分析出其他

元素，那么，質(zhì)量分?jǐn)?shù)的差值應(yīng)為氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。也就是說氧的

質(zhì)量分?jǐn)?shù)不是測定出來而是用減差法計算出來的。若等于100%,則不

含氧元素。

3.各元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測定

測定有機(jī)化合物中碳和氫的百分含量最常用的方法是燃燒分析

法。一般來說，有機(jī)物完全燃燒后，各元素對應(yīng)的產(chǎn)物為C-CO2,

H-H2OO某有機(jī)物完全燃燒后，若產(chǎn)物只有CO2和H2。，其組成元

素為C、H或C、H、O。

鹵素、氮、硫等元素的確定可用鈉融法。將有機(jī)物樣品與金屬鈉

混合加熱至熔融，鹵素、氮、硫等元素將以鹵化鈉、氧化鈉、硫化鈉

的形式存在，再用無機(jī)分析法確定其是否存在并測定其質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

現(xiàn)在，人們常借助元素分析儀來確定有機(jī)化合物元素的組成。

4.實(shí)驗(yàn)式的確定

通過元素的定量分析，求出各元素的質(zhì)量比（或元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)），

通過計算就能得出它的實(shí)驗(yàn)式。實(shí)驗(yàn)式也叫最簡式,它不能確切表明

分子中的原子個數(shù)，它是表示化合物分子中各元素原子的相對數(shù)目的

最簡單的式子。

二、有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的研究

1.有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)

(1)在有機(jī)化合物分子中，原子主要通過共價鍵結(jié)合在一起。原子

之間結(jié)合方式或連接順序的不同導(dǎo)致了所形成物質(zhì)在性質(zhì)上的差異。

(2)1831年，德國化學(xué)家李比希提出了“基團(tuán)理論”。

常見的基團(tuán)有：羥基(一OH),醛基(一CHO),竣基(一COOH),

氨基(NH2),煌基(1)等，它們有不同的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)特點(diǎn)。

2.測定有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的分析方法

⑴核磁共振法

在1H核磁共振譜中：

①特征峰的個數(shù)就是有機(jī)物中不同化學(xué)環(huán)境的氫原子的種類；

②特征峰的面積之比就是不同化學(xué)環(huán)境的氫原子的個數(shù)比。

如乙醴(CH3cH20cH2cH3)分子中有10個氫原子，在XH核磁共

振譜中會出現(xiàn)Z個峰，峰的面積之比為3：2。

⑵紅外光譜法

①原理：不同基團(tuán)的特征吸收頻率不同，對紅外光吸收的波長不

同。

②應(yīng)用：初步判定有機(jī)物中基團(tuán)的種類。

⑶質(zhì)譜法

用高能電子束轟擊有機(jī)物分子，使之分離成帶電的“碎片”，分

析帶電“碎片”的特征譜，從而分析有機(jī)物的結(jié)構(gòu)。

三、有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的研究

1.甲烷與氯氣取代反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理

⑴反應(yīng)機(jī)理：自由基型鏈反應(yīng)

光照、

C12>CH4為反應(yīng)物

Ch------*C1+C1

>?日、?CH3為自由基

-C1+CH4--CH3+HC1

HCkCH3a為生成物

-CH3+CI2--C1+CH3CL

(2)反應(yīng)產(chǎn)物：共有CH3CI、CH2a2、CHCb、CC14和HC1五種。

2.同位素示蹤法研究酯的水解反應(yīng)

⑴方法：將乙酸乙酯與旦Pd在H2s。4催化下加熱水解，檢測絲

的分布情況，判斷酯水解時的斷鍵情況。

⑵反應(yīng)機(jī)理

O

口①②H2S()4

18

CH3—c—o—CH2cH3+H2()^^^

O

II

18

CH3—c—o—H+CH3cH20H

因此可以判斷，酯在水解過程中斷開的是酯中的①鍵，水中的

—18OH連接在①鍵上。

()

11

、18

思考：CH3cH20H和CH3——C——'()H在濃硫酸作用下反

應(yīng)一段時間后，能夠檢測出18O的物質(zhì)有哪些？

提示：根據(jù)酯的水解反應(yīng)可知，酸和醇的酯化反應(yīng)的機(jī)理是酸脫

()

II

羥基、醇脫氫，所以能夠檢測出mo的物質(zhì)有CH3——C——i8()H和

Hl80o

OB課堂互動探究KETANGHUDQNGTANJIU--課堂探究?提能力

探究點(diǎn)一有機(jī)物分子式的確定

1.確定有機(jī)物分子式的一般思路

2.有機(jī)物組成元素的推斷

一般來說，某有機(jī)物完全燃燒后，若生成物中只有CO2和H2O,

則其組成元素可能為C、H或C、H、Oo

判斷該有機(jī)物中是否含氧元素，首先應(yīng)求出生成物CO2中碳元素

的質(zhì)量及H2O中氫元素的質(zhì)量，然后將兩種元素的質(zhì)量之和與原有機(jī)

物的質(zhì)量相比較，若二者相等，則原有機(jī)物中不含氧元素；若二者不

相等，則原有機(jī)物中含有氧元素。

3.確定有機(jī)物相對分子質(zhì)量的方法

(1)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體的密度p,求算該氣體的摩爾質(zhì)量，即數(shù)

值上等于該氣體的相對分子質(zhì)量："=22.4〃(限于標(biāo)準(zhǔn)狀況下)。

(2)依據(jù)氣體的相對密度O,求氣體的相對分子質(zhì)量：MA=D-MBO

(3)求混合氣體的平均相對分子質(zhì)量：M=MA-(p\+MB,(pn+Me'(pc

H■…(°A、°B、0c…為A、B、C氣體的體積分?jǐn)?shù)或物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

(4)求混合物的平均相對分子質(zhì)量：~M=~O

〃總

(5)運(yùn)用質(zhì)譜法來測定有機(jī)化合物的相對分子質(zhì)量。

4.確定分子式的方法

⑴單位物質(zhì)的量法

根據(jù)有機(jī)物的摩爾質(zhì)量(相對分子質(zhì)量)和有機(jī)物中各元素的質(zhì)量

分?jǐn)?shù)，推算出1mol有機(jī)物中各元素原子的物質(zhì)的量，從而確定分子

中各原子的個數(shù)，最后確定有機(jī)物的分子式。

(2)最簡式法

根據(jù)有機(jī)物中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)求出分子中各元素的原子個數(shù)之

比(最簡式)，分子式為最簡式的整數(shù)倍，利用物質(zhì)的相對分子質(zhì)量可確

定其分子式。

w(C)w(H)w(O)口》田皿

MC)：MH)：=：黃〃：~^=a：b：c(最簡整數(shù)

1/±.AO

比)，最簡式為GHQc,則分子式為(CJIQc)",得〃=I2G+5+I6c(跖

為有機(jī)物的相對分子質(zhì)量)。

李比希法是較早的一種元素定量分析法，可確定有機(jī)物的最簡式,

其原理可表示為

得前］

用無水

HOA后質(zhì)計算C、H含

取一定量含2CaCl吸收

加氧化銅，2里差量一計算。

C、H(O)的

氧化I得前含量一得出實(shí)

有機(jī)物用KOH濃

CC)?后質(zhì)驗(yàn)式

2溶液吸收

里差J

李比希還建立了對含氮、硫、鹵素等有機(jī)物的元素定量分析法,

這些方法為現(xiàn)代元素定量分析奠定了基礎(chǔ)。

⑶平均值法

根據(jù)有機(jī)混合物中的平均碳原子數(shù)或氫原子數(shù)確定混合物的組

成。常用十字交叉法使計算簡化。平均值的特征：C小WeWC大，H小

WHWH大。

(4)商余通式法(適用于燒類分子式的求法)

根據(jù)烷煌(C"H2"+2)、烯炫和環(huán)烷煌(C"H2")、煥炫和二烯煌(C"H2"

一2)、苯的同系物(C"H2"一6)的通式可以看出，這些燒類物質(zhì)的分子中都

有一個共同的部分CH2”，這一部分的式量為14〃，因此用炫的相對分

子質(zhì)量除以14就可以確定分子所含碳原子數(shù)即n值，再根據(jù)余數(shù)就可

以求出煌的分子式。一般規(guī)律如下：

胚仁必)=垣=……

Mr(CH2)14向米奴

'余數(shù)為2為烷燒

<余數(shù)為0為烯煌或環(huán)烷燒

“余數(shù)為12為塊煌或二烯燒

、余數(shù)為8為苯的同系物

其中對烷燒、烯煌或環(huán)烷煌而言，商為煌分子中碳原子數(shù)，而對

煥崎、二烯燒、和苯的同系物而言，碳原子數(shù)為商加1。

(5)化學(xué)方程式法

利用有機(jī)反應(yīng)中反應(yīng)物、生成物之間“量”的關(guān)系求分子式的方

法。

在有機(jī)化學(xué)中，常利用有機(jī)物燃燒的化學(xué)方程式對分子式進(jìn)行求

解。常用的化學(xué)方程式：

點(diǎn)燃

H2

CxHy+(x+：)O2——>XCO2+2°

點(diǎn)燃

CHyOz+(x+；-分€>2———加+犯。

特別提醒

確定有機(jī)物分子式的幾條經(jīng)驗(yàn)規(guī)律：①當(dāng)條件不足時，可利用已

知條件列方程，進(jìn)而解不定方程，結(jié)合屋CxHy中的X、y為正整數(shù)，

煌的三態(tài)與碳原子數(shù)相關(guān)規(guī)律(特別是浸為氣態(tài)時,xW4)及涯的通式和

性質(zhì)，運(yùn)用化學(xué)一數(shù)學(xué)分析法，即討論法，可簡捷地確定氣態(tài)燒的分

子式。②當(dāng)煌為混合物時，一般是設(shè)平均分子式，結(jié)合反應(yīng)式和體積

求出平均組成，利用平均值的含義確定各種可能混合運(yùn)的分子式。有

時也利用平均相對分子質(zhì)量來確定可能的組成，此時，采用十字交叉

法計算較為簡捷。③兩混合涇，若其平均相對分子質(zhì)量小于26,則該

涯中必含甲烷。④兩混合氣態(tài)燒，充分燃燒后，生成CXh氣體的體積

小于原混合塔體積的2倍，則原混合脛中必含CH4,若生成水的物質(zhì)

的量小于原混合浸的量的2倍，則必含C2H2。⑤氣體混合燒與足量的

氧氣充分燃燒后，若總體積保持不變，則原混合屋中的氫原子平均數(shù)

為4；若體積擴(kuò)大，則氫原子平均數(shù)大于4；若體積縮小，則氫原子平

均數(shù)小于4,則必含C2H2(溫度在100℃以上)。

學(xué)后反思

有機(jī)物的實(shí)驗(yàn)式和分子式一定不相同嗎？

提示：不一定。有機(jī)物分子式中所含元素原子最簡的整數(shù)比，即

為實(shí)驗(yàn)式，也可稱為最簡式。實(shí)驗(yàn)式只說明了物質(zhì)中元素原子物質(zhì)的

量之比，分子式說明了物質(zhì)分子的具體組成。二者中各元素的百分比

相同。可能不同的是組成物質(zhì)的原子的個數(shù)，有時實(shí)驗(yàn)式和分子式是

相同的，如CH4、C2H6。等。

典例講練

【例1】將3.24g某有機(jī)物裝入元素分析裝置，然后通入足量氧

氣使之充分燃燒，將生成的氣體依次通過CaCL管(A)和堿石灰管(B),

測得A管增重2.16g,B管增重9.24g。已知該有機(jī)物的相對分子質(zhì)量

小于200,求其實(shí)驗(yàn)式并推測其分子式。

【思路分析】根據(jù)燃燒產(chǎn)物確定有機(jī)物分子中原子個數(shù)比，從

而可得其實(shí)驗(yàn)式，再結(jié)合其相對分子質(zhì)量的范圍確定其分子式。

9242

【解析】W(C)=44g-mor1=0,21m01

n(H)=2，16g.-iX2=0.12molX2=0.24mol

i18Og.mol

w(O)=

3.24g—0.21molX12g.mol1—0.24molX1g?mol1

16g,mol1

=0.03mol

n(C)：n(H)：n(O)=7：8：1

故實(shí)驗(yàn)式為C7H8O,式量是108o由于該有機(jī)物的相對分子質(zhì)量

小于200,所以該有機(jī)物的分子式為C7H80。

【答案】實(shí)驗(yàn)式：C7H8O,分子式：C7H80。

針冠訓(xùn)：M

0.2mol有機(jī)物A和0.4molO2在密閉容器中燃燒后的產(chǎn)物為

CO2>CO和H2O(g),產(chǎn)物經(jīng)過濃H2so4,質(zhì)量增加10.8g；再通過灼

熱的CuO,充分反應(yīng)后，固體質(zhì)量減輕3.2g；最后氣體再通過堿石灰

被完全吸收，質(zhì)量增加17.6go試推斷該有機(jī)物A的分子式和相對分

子質(zhì)量。若0.2mol的A恰好與9.2g金屬鈉完全反應(yīng)，試確定該有機(jī)

物的結(jié)構(gòu)簡式并命名。

CH2OH

；

答案：C2H6。262;CH2OH.乙二醇。

解析：首先可求生成CO2、CO、H2O(g)的物質(zhì)的量，根據(jù)反應(yīng)物

消耗量，生成物生成的量，通過燃燒反應(yīng)方程式確定有機(jī)物的分子式,

再依據(jù)醇與鈉反應(yīng)的通式，求羥基的個數(shù)，即確定有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡式。

由題意知：被濃112so4吸收的水蒸氣

10.8gA.

n(H2O)=18g?nw「i6m°l，

△

減輕

CO+CuO-------Cu+CO2Am

1mol80g64g1mol16g

(

HCO)H(CO2)3.2g

n(CO)=0.2mol,n(CO2)=0.2moL

被石灰吸收的〃(CC)2)=44g刁=°，4mol°

則0.2molA與0.4molO2反應(yīng)生成0.6molH2O、0.2molCO和

0.2molCO2,即1molA消耗2molO2生成3molH2O、1molCO和

1molCO2,根據(jù)質(zhì)量守恒定律得A的分子式為C2H6。2,相對分子質(zhì)

量為62o

96g

確定A的結(jié)構(gòu)簡式：〃西尸近舟心0.4moL

由1molA可以與2moiNa反應(yīng)，則說明1個A分子中含有2個

CH20H

I

羥基，由A的分子式為C2H6。2可知，A的結(jié)構(gòu)簡式為CH2°H,

名稱為乙二醇。

探究點(diǎn)二有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)的確定

1.根據(jù)價鍵規(guī)律確定

某些有機(jī)物根據(jù)價鍵規(guī)律只存在一種結(jié)構(gòu)，則直接根據(jù)分子式確

定其結(jié)構(gòu)簡式。例如C2H6,只能是CH3cH3。

2.通過定性實(shí)驗(yàn)確定

實(shí)驗(yàn)一有機(jī)物表現(xiàn)的性質(zhì)及相關(guān)結(jié)論一官能團(tuán)一確定結(jié)構(gòu)簡式。

如能使漠的四氯化碳溶液褪色的有機(jī)物分子中可能含有

\/

c=c或一c=c一

/\，與NaHCO3溶液反應(yīng)放出CO2

氣體的官能團(tuán)為一COOH。

3.通過定量實(shí)驗(yàn)確定

(1)通過定量實(shí)驗(yàn)確定有機(jī)物的官能團(tuán)，如乙醇結(jié)構(gòu)簡式的確定。

(2)通過定量實(shí)驗(yàn)確定官能團(tuán)的數(shù)目，如測得1mol某醇與足量鈉

反應(yīng)可得到1mol氣體，則可說明1個該醇分子中含2個一OH。

4.根據(jù)實(shí)驗(yàn)測定的有機(jī)物的結(jié)構(gòu)片段“組裝”有機(jī)物

實(shí)驗(yàn)測得的往往不是完整的有機(jī)物，這就需要我們根據(jù)有機(jī)物的

結(jié)構(gòu)規(guī)律如價鍵規(guī)律、性質(zhì)和量的規(guī)律等來對其進(jìn)行“組裝”和“拼

湊”。

5.確定有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)式的物理方法

紅外光譜核磁共振氫譜

在有機(jī)物分子中，組成化學(xué)鍵氫原子核有磁性，如用電磁波

或官能團(tuán)的原子處于不斷振動照射氫原子核，它能通過共振

的狀態(tài)，其振動頻率與紅外光吸收電磁波能量，發(fā)生躍遷，

的振動頻率相當(dāng)，所以當(dāng)用紅用核磁共振儀可記錄到有關(guān)信

原理外線照射有機(jī)物分子時，分子號，處于不同化學(xué)環(huán)境中的氫

中的化學(xué)鍵或官能團(tuán)可發(fā)生振原子因產(chǎn)生共振時吸收電磁波

動吸收，不同的化學(xué)鍵或官能的頻率不同，在譜圖上出現(xiàn)的

團(tuán)吸收頻率不同，在紅外光譜位置也不同，且吸收峰的面積

上將處于不同的位置與氫原子數(shù)成正比

初步判斷某有機(jī)化合物中含有測定有機(jī)物分子中氫原子的數(shù)

作用

何種化學(xué)鍵或官能團(tuán)目及種類

紅外光譜可以確定有機(jī)物中化學(xué)鍵的具體存在情況，核磁共振

區(qū)別

氫譜的峰面積之比等于各種不同化學(xué)環(huán)境的氫原子的數(shù)目比

6.有機(jī)分子結(jié)構(gòu)圖例

(1)紅外光譜：

從某未知物A(C2H6。)的紅外光譜圖上發(fā)現(xiàn)有O—H鍵、C—H鍵

和C—O鍵的振動吸收。

透

過

率

/

%

波長/gm

因此，可以初步推測該未知物是含羥基的化合物，結(jié)構(gòu)簡式可寫

為C2H5—OHo

⑵乙醇和甲醛的核磁共振氫譜:

乙醇甲醛

-，

我

忱

核磁忙

典

海

L

蔗

共振匿

1!1111??I1------1-------------1------------1-------------1-------------1------------1--------------

氫譜4321043210

85

氫原子類型=吸收峰數(shù)目=3氫原子類型=吸收峰數(shù)目=1

結(jié)論不同氫原子的個數(shù)之比=不同

只有一種類型的氫原子

吸收峰的面積之比=2：1：3

結(jié)構(gòu)

CH3cH20HCH—O—CH3

簡式3

?學(xué)后反思

1.某有機(jī)物的最簡式為CH4O,則該有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡式如何表示？

提示：根據(jù)價鍵規(guī)律確定，該有機(jī)物的最簡式就是它的分子式，

結(jié)構(gòu)簡式為CH3OHO

2.分子式為C3H6。2的有機(jī)物，如果在核磁共振氫譜圖上觀察到

的氫原子給出的峰有兩種強(qiáng)度。一種強(qiáng)度比為3：3,另一種強(qiáng)度比為

3：2：lo請寫出該有機(jī)物可能的結(jié)構(gòu)簡式。

提示：第一種峰強(qiáng)度比為3：3,說明有2個一CH3,但2

個一CH3的性質(zhì)不同，且連接方式有別，化合物的結(jié)構(gòu)簡式為

O

II

CH3—C—O—CH3。第二種峰強(qiáng)度比為3：2：1,說明結(jié)

構(gòu)中含有3種不同性質(zhì)的氫，其個數(shù)分別為3、2、1,有機(jī)物的結(jié)

O()

IIII

構(gòu)簡式為CH3—CH2—c—OH或CH3—CH2—o—c—H

O

II

或CH3—C—CH2—OHo

?典例講練

【例2]通常將一定量的有機(jī)物充分燃燒轉(zhuǎn)化為簡單的無機(jī)物,

根據(jù)產(chǎn)物的質(zhì)量確定有機(jī)物的組成。如圖所示是用燃燒法確定有機(jī)物

分子式的常用裝置。

(1)使產(chǎn)生的02按從左到右的方向流動，則所選裝置中各導(dǎo)管的正

確連接順序是o

⑵裝置C中濃硫酸的作用是___________________________。

⑶燃燒管中CuO的作用是o

(4)若準(zhǔn)確稱取0.69g樣品(只含C、H、O三種元素中的兩種或三

種)，充分燃燒后，A管質(zhì)量增加L32g,B管質(zhì)量增加0.81g,則該有

機(jī)物的實(shí)驗(yàn)式為o

(5)要確定該有機(jī)物的分子式，還要知道該有機(jī)物的,經(jīng)

測定其蒸氣密度為2.054g/L(已換算為標(biāo)準(zhǔn)狀況)，則其分子式為

⑹該物質(zhì)的核磁共振氫譜如圖所示，則其結(jié)構(gòu)簡式為

吸

收

強(qiáng)

度

43210

8

【思路分析】通過計算確定有機(jī)物的分子式一由有機(jī)物的結(jié)構(gòu)

特點(diǎn)和題給信息確定有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡式。

【解析】根據(jù)反應(yīng)原理可知，該實(shí)驗(yàn)要成功必須滿足：①快速

制備。2供燃燒使用；②。2要純凈干燥;③保證碳元素全部轉(zhuǎn)化為CO2,

氫元素全部轉(zhuǎn)化為H2O,并在后面裝置中被完全吸收。由此可知裝置

的連接順序o(4)〃(CC)2)=”~:^.-1=0.03mol,n(H2O)=^.-i=

44g.mol18cg.mol

0.045mol,ZM(O)=0.69g—ZM(C)—zn(H)=0.69g—0.03molX12g.mol

-1—0.045molX2X1g?mol-1=0.24g,n(O)==0.015mol,

故其實(shí)驗(yàn)式為C2H6OO(5)M=%w=22.4L/molX2.054g/L^46g/mol,

即該有機(jī)物的相對分子質(zhì)量與實(shí)驗(yàn)式C2H6。的式量相等，故樣品的分

子式為C2H60。⑹由核磁共振氫譜圖可知該有機(jī)物分子中有三種類型

的氫原子，故該有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡式不是CH3—O—CH3而是

CH3CH2OHO

【答案】(l)gfffefhfc(或d)fd(或c)fa(或b)fb(或a)

⑵干燥O2

(3)確保有機(jī)物中的碳元素全部轉(zhuǎn)化為CO2

(4)C2H6。

(5)相對分子質(zhì)量C2H6。

⑹CH3cH20H

針陽啟司2

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

中錯誤的是（D）

波數(shù)/cm-i

40003000200015001000950850700

iooi\-1111

8o

透

過6o

率

\4o

%

2O

3456789101112131415

未知物A的紅外光譜波長/jim

吸

收

強(qiáng)

度

43210

8/ppm

未知物A的核磁共振氫譜

A.由紅外光譜可知，該有機(jī)物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化學(xué)環(huán)境的

氫原子

C.僅由A的核磁共振氫譜無法得知其分子中的氫原子總數(shù)

D.若A的化學(xué)式為C2H6O,則其結(jié)構(gòu)簡式為CH3—O—CH3

解析：紅外光譜圖中給出的化學(xué)鍵有C—H鍵、O—H鍵和C—O

鍵三種，A正確；核磁共振氫譜圖中峰的個數(shù)即代表氫的種類，B正

確；核磁共振氫譜峰的面積表示氫的數(shù)目比，在沒有明確化學(xué)式的情

況下，無法得知?dú)湓涌倲?shù)，C正確；若A為CH3—O—CH3,則無O—H

鍵，與所給紅外光譜圖不符，且其核磁共振氫譜圖應(yīng)只有1個峰，與

核磁共振氫譜圖不符，D錯誤。

探究點(diǎn)三有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的研究

一、有機(jī)化學(xué)反應(yīng)研究的內(nèi)容

設(shè)計并合成新的有機(jī)化合物是有機(jī)化學(xué)的重要研究內(nèi)容，包括有

機(jī)化學(xué)反應(yīng)需要什么條件、受哪些因素的影響、反應(yīng)機(jī)理如何等。

二、甲烷和氯氣反應(yīng)的機(jī)理

甲烷的氯化反應(yīng)是一個自由基鏈反應(yīng)。

這種反應(yīng)歷程一般要經(jīng)過鏈引發(fā)(即產(chǎn)生活性中間體——自由基)、

鏈增長(自由基向反應(yīng)物進(jìn)攻，并生成新的自由基)和鏈終止(活性中間

體喪失活性)等階段。甲烷的氯化反應(yīng)歷程可表示如下：

加熱或光照

鏈引發(fā)：Cl2——"2C1-

鏈增長：CH4+CI--->CH3+HCI,

-CH3+CI2―-CH3C1+C1-

依次重復(fù)鏈增長反應(yīng)，直至鏈終止。

鏈終止：2c卜一>C12,

C1+CH3--CH3cl

在鏈的引發(fā)階段，由于Cl—C1鍵鍵能(239.84kJ?mo「i)比C—H

鍵鍵能(435.24kJ?mo「)小，在光照或加熱的情況下，C1—C1較易斷裂

而成為自由基。

三'乙酸乙酯水解反應(yīng)的機(jī)理

將乙酸乙酯與口火)混合后，加入H2s04作催化劑，反應(yīng)如下：

()()

lfiH2SO4IIlfi

1818

CH3C—O—CH2cH3+H2△(H3C—()—H+CH3cH2OH

通過對產(chǎn)物的同位素(18。)分析可以得出乙酸乙酯在水解反應(yīng)中化

O

II:

CH3cH—()—CH2cH3

學(xué)鍵的斷裂位置(虛線部位)是：-0

此種研究反應(yīng)歷程的方法稱為同位素示蹤法，運(yùn)用該法能確定化

學(xué)鍵斷裂的部位以及新生成的化學(xué)鍵的連接位置，是科學(xué)家經(jīng)常使用

的研究化學(xué)反應(yīng)歷程的手段之一。

同位素示蹤法在研究化學(xué)反應(yīng)時，運(yùn)用了某些同位素的放射性，

通過該探測器隨時追蹤同位素原子所在的物質(zhì)來推測化學(xué)反應(yīng)機(jī)理。

例如乙酸和乙醇酯化反應(yīng)機(jī)理的研究也是用此方法。科學(xué)家將乙

醇的羥基上的氧用特殊的18o標(biāo)記，結(jié)果得到了含有18o的酯，這就

說明酯化反應(yīng)機(jī)理是酸脫羥基、醇脫氫的過程。即

()()

濃硫酸

II...18II188

CH3—C—：OH+H:—O—C2H5.-a-CH3—C—()—C2H5+H20

典例講練

【例3】如下圖所示，乙酸跟乙醇在濃硫酸存在并加熱的條件下

發(fā)生酯化反應(yīng)(反應(yīng)A),其逆反應(yīng)是水解反應(yīng)(反應(yīng)B)。反應(yīng)可能經(jīng)歷

了生成中間體(I)這一步。

OO

IIAII

CH3—c—OH+C2H5OH^CH3C—OC2H5+H2O

X"

7cH3-C—OH

OC2H5

(I)

(1)如果將反應(yīng)按加成、消去、取代反應(yīng)分類，則A-F六個反應(yīng)

中(將字母代號填入下列橫線上)，屬于取代反應(yīng)的是_______;屬于加

成反應(yīng)的是o

(2)中間體(I)屬于有機(jī)物的類。

18

(3)如果將原料C2H5OH中的氧原子用O標(biāo)記，則生成物乙酸乙

()

酯中是否有18o?如果將原料CH3—c—C)H中竣羥基的氧原子

1818

用o標(biāo)記，則生成物H2O中的氧原子是否有o?試簡述你作此判

斷的理由。

【解析】酯化反應(yīng)屬于取代反應(yīng)，其逆反應(yīng)也是取代反應(yīng)，從

乙酸與乙醇到中間體(I)的反應(yīng)c是加成反應(yīng)，從酯到中間體的反應(yīng)F

是加成反應(yīng)。如果原料C2H50H中的氧原子用18。標(biāo)記，根據(jù)酯化反

O

II

應(yīng)的機(jī)理，18。應(yīng)在酯中，不在水里；如果將原料(H3—C—OH

中覆羥基的氧原子用18o標(biāo)記，根據(jù)藪酸提供羥基，18。會在水中發(fā)現(xiàn)。

【答案】(I)ABCF(2)醇和醒

(3)是；是；因?yàn)檩^酸提供的羥基與醇提供的氫原子結(jié)合生成水。

錯沖I陶3

用18。標(biāo)記的叔丁醇［(CH)C—"OH］與乙酸發(fā)生酯化反應(yīng)(記為

反應(yīng)①)、用18。標(biāo)記的乙醇(C2H5—18OH)與

硝酸發(fā)生酯化反應(yīng)(記為反應(yīng)②)后，I?。都存在于水中。關(guān)于上述

兩個反應(yīng)機(jī)理有這樣兩個解釋：

I.酸提供羥基、醇提供羥基上的氫原子結(jié)合成水；

H.醇提供羥基、酸提供羥基上的氫原子結(jié)合成水。

下列敘述中正確的是(B)

A.①、②兩個反應(yīng)的機(jī)理都是I

B.①、②兩個反應(yīng)的機(jī)理都是n

c.①的機(jī)理是1,②的機(jī)理是n

D.①的機(jī)理是n,②的機(jī)理是1

解析：用18O標(biāo)記的叔丁醇［(CH3)3C—18OH］與乙酸發(fā)生酯化反應(yīng)，

反應(yīng)后18。存在于水中，說明發(fā)生酯化反應(yīng)，乙酸脫去羥基上的氫原

子，叔丁醇脫去含有18O的一81OH。用18O標(biāo)記的乙醇（C2H5—18OH）

與硝酸發(fā)生酯化反應(yīng)后，18。存在于水中，說明醇與硝酸發(fā)生酯化反應(yīng)，

酸脫去羥基上的氫原子，乙醇脫去含18O的一18OH。結(jié)論是在發(fā)生酯

化反應(yīng)時的反應(yīng)機(jī)理是酸脫羥基上的氫原子，醇脫羥基。故答案是B。

西腱墨時強(qiáng)SUITANGJICHUGONGGU---------------------------------------------------------------------------------當(dāng)堂反饋?增技能

1.某有機(jī)物在氧氣中充分燃燒，生成的水蒸氣和CO2的物質(zhì)的量

之比為1：1,由此可得出的結(jié)論是（D）

A.分子中碳、氫原子個數(shù)比為2：1

B.該有機(jī)物分子中C、H、O個數(shù)比為1：2：3

C.有機(jī)物中必定含氧元素

D.無法判斷有機(jī)物中是否含有氧元素

解析：生成的水蒸氣和CO2的物質(zhì)的量之比為1：1,根據(jù)原子守

恒可知，該有機(jī)物分子中碳、氫原子個數(shù)比為1：2,A錯誤；有機(jī)物

的相對分子質(zhì)量未給出，無法判斷有機(jī)物中是否含有氧元素，B、C錯

誤，D正確。

2.（雙選）已知CH4與Cb反應(yīng)的產(chǎn)物中除CH3C1夕卜，還有CH2a2、

CHC13>CC14,下列有關(guān)生成CH2CI2的過程中，可能出現(xiàn)的是（BC）

光照

A.2C1+CH4------->2HCH-CH2C1

光照

B.CH2C1+C12------->CH2C12+C1-

光照

C.CH2C1+C1-------->CH2C12

光照

D.CH3C1+HC1------->CH2C12+H2

解析：CH4與Cb反應(yīng)為自由基反應(yīng)，生成CH2c12的反應(yīng)機(jī)理包

括三個階段：

光照

鏈引發(fā)階段：C12Cl-4-C1-,

光照

C1-+CH3C1------>CH2C1+HC1

光照

鏈傳遞階段：CI2+CH2CI------>CH2C12+C1-

光照

鏈終止階段：C1-+C1---------,

光照

Cl+CH2C1------>CH2C12

綜合上述反應(yīng)歷程，可知符合題意的為B、Co

3.在核磁共振氫譜中出現(xiàn)兩個峰，其氫原子個數(shù)之比為3：2的

化合物是(D)

解析：核磁共振氫譜中出現(xiàn)兩個峰說明該物質(zhì)中有兩種環(huán)境的氫

原子。A選項(xiàng)有甲基上的氫原子和CH2上的氫原子兩種，氫原子個數(shù)

之比為3：1;B選項(xiàng)中有三種環(huán)境的氫原子，氫原子個數(shù)之比為

3：1：1;C選項(xiàng)中有三種環(huán)境的氫原子，氫原子個數(shù)之比為3：4：1;

D選項(xiàng)有兩種環(huán)境的氫原子，氫原子個數(shù)之比為3：2,所以D選項(xiàng)正

確。

4.A是一種含碳、氫、氧三種元素的有機(jī)化合物。已知：A中碳

的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為44.1%,氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.82%,那么A的實(shí)驗(yàn)式是

(A)

A.C5Hl2O4B.C5Hl2O3

C.C4H10O4D.C5H10O4

解析：由于A中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為44.1%,氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.82%,

故A中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1一44.1%—8.82%=47.08%。由此可算出

MO：MH)：M。尸昔詈：中：聯(lián)=5：12：4,故該有機(jī)

JL/J.IO

物的實(shí)驗(yàn)式為C5Hl2O4,A正確。

5.有A、B、C三種有機(jī)物，按要求回答下列問題：

⑴取有機(jī)物A3.0g,完全燃燒后生成3.6g水和3.36LCO2(標(biāo)準(zhǔn)

狀況)，已知該有機(jī)物的蒸氣對氫氣的相對密度為30,求該有機(jī)物的分

子式C3H80。

(2)有機(jī)物B的分子式為C4H8。2,其紅外光譜圖如下，

透

O-

40003000200015001000500

波數(shù)/cnr1

試推測該有機(jī)物的可能結(jié)構(gòu)：CH3coeH20cH3、

CH3cH2COOCH3、CH3COOCH2cH3（寫出三種）o

()

、II

⑶有機(jī)物c的結(jié)構(gòu)可能有cH3—C——OH和

()

II

H—C——()一CH3兩種，為對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行物理方法鑒定，可用

紅外光譜法或核磁共振氫譜法。

。

II

①有機(jī)物c若為CH3——C——OH,則紅外光譜中應(yīng)該有四個

振動吸收；核磁共振氫譜中應(yīng)有兩個峰。

O

II

②有機(jī)物C若為H——C——()—CH3,則紅外光譜中有三個

振動吸收；核磁共振氫譜中應(yīng)有兩個峰。

解析：(1)實(shí)驗(yàn)式

'推出推出、

CO2-------/n(C)=1.8g,H2O------>m(H)=0.4g

I則帆(O)=3.0g-1.8g-0.4g=0.8gjC3H80

、〃(C)：?(H)：n(O)=3：8：1,

相對分子質(zhì)量：Mr(A)=30X2=60

Mr[(C3H8O)?]=60n=l,故分子式為C3H8Oo

(2)根據(jù)譜圖所示，該有機(jī)物有下列特征基團(tuán)：不對稱一CEL、

C===O、C—O—C,結(jié)合分子式C4H8。2可知，該有機(jī)物可能為酯或

含莪基的醛。如有如下幾種結(jié)構(gòu)：