微專題02-研究有機化合物的一般方法高二化學期中期末復習微專題(人教版2019選擇性必修3)

微專題02研究有機化合物的一般方法考點1有機化合物的分離、提純[典例1]已知：苯甲醛在空氣中易被氧化；苯甲醇的沸點為205.7℃；苯甲酸的熔點為122℃，沸點為249℃，在水中的溶解度為0.34g(25℃)；乙醚的沸點為34.8℃，微溶于水。實驗室制備苯甲醇和苯甲酸的化學原理：2制備苯甲醇和苯甲酸的主要過程如下所示：(1)操作Ⅰ的名稱是什么？乙醚溶液中所溶解的主要成分是什么？(2)操作Ⅱ的名稱是什么？有什么判斷依據(jù)？產(chǎn)品甲是什么？(3)操作Ⅲ的名稱是什么？有什么判斷依據(jù)？產(chǎn)品乙是什么？[提示](1)由題意可知，白色糊狀物主要成分為苯甲醇和苯甲酸鉀，加入水和乙醚后，根據(jù)相似相溶原理，乙醚中主要溶有苯甲醇，水中主要溶有苯甲酸鉀，兩種液體可用分液法分離。(2)溶解在乙醚中的苯甲醇沸點與乙醚沸點相差較大，可采用蒸餾法分離二者，所以操作Ⅱ是蒸餾，產(chǎn)品甲是苯甲醇。(3)水溶液中含有苯甲酸鉀，加入鹽酸后生成的苯甲酸為微溶于水的晶體，可過濾分離，所以操作Ⅲ是過濾，產(chǎn)品乙是苯甲酸。[答案](1)分液苯甲醇(2)蒸餾苯甲醇(3)過濾苯甲酸[歸納總結(jié)]1．“固-固”混合物的分離、提純方法分離、提純方法實例固-固混合物加水溶解法均易溶——重結(jié)晶法氯化鈉和苯甲酸易溶＋難溶——過濾法苯甲酸和泥沙加熱升華法苯甲酸和碘2．“固-液”混合物的分離、提純方法分離、提純方法實例固-液混合物互溶重結(jié)晶法從苯甲酸溶液中得到固體溶質(zhì)萃取法從碘水中提取碘蒸餾法從海水中獲取蒸餾水不互溶——過濾法從苯甲酸懸濁液中得到固體3．“液-液”混合物的分離、提純方法分離、提純方法實例液-液混合物互溶——蒸餾法分離39%酒精中的乙醇和水不互溶——分液法分離油和水4．常見有機物的分離提純方法(括號內(nèi)為雜質(zhì))混合物試劑分離提純的方法主要儀器乙酸乙酯(乙酸)飽和Na2CO3溶液分液分液漏斗、燒杯溴苯(溴)NaOH溶液苯(乙苯)酸性KMnO4、NaOH溶液乙醇(水)CaO蒸餾蒸餾燒瓶、冷凝管肥皂(甘油)NaCl鹽析漏斗、燒杯淀粉(純堿)H2O滲析半透膜、燒杯甲烷(乙烯)溴水洗氣洗氣瓶[練1]下列實驗中，所采取的分離方法與對應原理都正確的是()選項目的分離方法原理A除去KCl中的MnO2蒸發(fā)結(jié)晶溶解度不同B除去碘中的NaCl加熱、升華NaCl的熔點高，碘易升華C分離KNO3和NaCl重結(jié)晶KNO3的溶解度大于NaClD分離食用油和汽油分液食用油和汽油的密度不同[答案]B[解析]MnO2不溶于水，KCl溶于水，則溶于水、過濾、蒸發(fā)可除去KCl中的MnO2，分離方法不正確，故A錯誤；加熱碘易升華，NaCl無變化，則加熱、升華可除去碘中的NaCl，故B正確；利用重結(jié)晶法是因為二者溶解度受溫度影響不同，原理不合理，故C錯誤；二者互溶，但沸點不同，選擇蒸餾法分離，原理不合理，故D錯誤。[練2]現(xiàn)有一瓶甲和乙的混合液，已知甲和乙的某些性質(zhì)如下：物質(zhì)分子式熔點/℃沸點/℃密度/(gcm－3)水溶性甲C3H6O2－241410.99可溶乙C4H8O2－84770.90可溶由此推知分離甲和乙的最佳方法是()A．萃取B．結(jié)晶C．蒸餾D．分液[答案]C[解析]觀察表中數(shù)據(jù)，得知甲、乙兩種物質(zhì)都是有機物，都溶于水，不能用萃取或分液方法進行分離；它們的熔點都比較低，常溫下為液體，不能用結(jié)晶方法析出；它們的沸點相差較大，故可以用蒸餾的方法將甲、乙分離?？键c2有機化合物分子式和分子結(jié)構的確定[典例2]有機物X是一種重要的有機合成中間體，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，進行了如下實驗：(1)有機物X的質(zhì)譜圖為(1)有機物X的相對分子質(zhì)量為____________________(2)將10.0gX在足量O2中充分燃燒，燃燒后只生成CO2和H2O，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(2)有機物X的分子式為_______________________(3)經(jīng)紅外光譜測定，有機物X中含有醛基；有機物X的核磁共振氫譜圖中有2組吸收峰，峰面積之比是3∶1(3)有機物X的結(jié)構簡式為_______________________[解析](1)質(zhì)譜圖中質(zhì)荷比的最大值即為有機物的相對分子質(zhì)量，由質(zhì)譜圖可知，有機物X的相對分子質(zhì)量為100。(2)無水CaCl2增重的7.2g是H2O的質(zhì)量，則10.0g有機物X中氫原子的物質(zhì)的量為eq\f(7.2g,18g/mol)×2＝0.8mol；KOH濃溶液增重的22.0g是CO2的質(zhì)量，則10.0g有機物X中碳原子的物質(zhì)的量為eq\f(22.0g,44g/mol)＝0.5mol；根據(jù)質(zhì)量守恒，氧元素的質(zhì)量為10.0g－0.8mol×1g/mol－0.5mol×12g/mol＝3.2g，則10.0g有機物X中氧原子的物質(zhì)的量為eq\f(3.2g,16g/mol)＝0.2mol，則該分子中碳、氫、氧元素原子的個數(shù)之比為0.5mol∶0.8mol∶0.2mol＝5∶8∶2，結(jié)合有機物X的相對分子質(zhì)量可知，有機物X的分子式為C5H8O2。(3)有機物X中含有醛基，有機物X的核磁共振氫譜圖中有2組吸收峰，則分子中含有2種不同化學環(huán)境的氫原子，其中一種是醛基中的氫原子，又峰面積之比為3∶1，則含有兩個醛基、兩個甲基，故其結(jié)構簡式為(CH3)2C(CHO)2。[答案](1)100(2)C5H8O2(3)(CH3)2C(CHO)2[典例3]有機物A可由葡萄糖發(fā)酵得到，也可從酸牛奶中提取。純凈的A為無色黏稠液體，易溶于水。為研究A的組成與結(jié)構，進行了如下實驗：實驗步驟解釋或?qū)嶒灲Y(jié)論(1)稱取A9.0g，升溫使其汽化，測得其密度是相同條件下H2的45倍試通過計算填空：(1)A的相對分子質(zhì)量為：________(2)將此9.0gA在足量純O2中充分燃燒，并使其產(chǎn)物依次緩緩通過濃硫酸、堿石灰，發(fā)現(xiàn)二者質(zhì)量分別增加5.4g和13.2g(2)A的分子式為________(3)另取A9.0g，跟足量的NaHCO3粉末反應，生成2.24LCO2(標準狀況)，若與足量金屬鈉反應則生成2.24LH2(標準狀況)(3)用結(jié)構簡式表示A中含有的官能團是________(4)A的核磁共振氫譜如下圖：(4)A中含有________種氫原子(5)綜上所述，A的結(jié)構簡式為________解析：(1)Mr(A)＝D(H2)·Mr(H2)＝45×2＝90。(2)由m(H2O)＝5.4g，m(CO2)＝13.2g，知A中m(H)＝0.6g，m(C)＝3.6g，故A中還應有O，m(O)＝9.0g－0.6g－3.6g＝4.8g。則A中n(C):n(H):n(O)＝eq\f(3.6g,12g/mol):eq\f(0.6g,1g/mol):eq\f(4.8g,16g/mol)＝0.3mol:0.6mol:0.3mol＝1:2:1，故A的實驗式應為CH2O。又因A的相對分子質(zhì)量為90，將A的分子式為C3H6O3。(3)A能與NaHCO3反應放出0.1molCO2，與Na反應放出0.1molH2，故0.1molA中有0.1mol—COOH和0.1mol—OH。(4)由核磁共振氫譜可知，A有4種氫原子。(5)A的結(jié)構簡式應為。答案：(1)90(2)C3H6O3(3)—COOH、—OH(4)4(5)[歸納總結(jié)]1．確定分子式的方法：(1)直接法：有機物的密度(或相對密度)→摩爾質(zhì)量→1mol有機物中各原子的物質(zhì)的量→分子式。(2)最簡式法：各元素的質(zhì)量分數(shù)→最簡式eq\o(→,\s\up15(摩爾質(zhì)量))分子式。(3)余數(shù)法：用烴的相對分子質(zhì)量除以14，看商數(shù)和余數(shù)。eq\a\vs4\al\co1(\f(MrCxHy,MrCH2)＝\f(M,14)＝A……)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(余2為烷烴,除盡為烯烴或環(huán)烷烴,差2為炔烴或二烯烴,差6為苯或苯的同系物))其中商數(shù)A為烴中的碳原子數(shù)，此法適用于具有特定通式的烴(如烷烴、烯烴、炔烴、苯和苯的同系物等)。(4)化學方程式法：利用有機反應中反應物、生成物之間“量”的關系求分子式的方法。在有機化學中，常利用有機物燃燒等方程式對分子式進行求解。常用的化學方程式有：CxHy＋x＋eq\f(y,4)O2eq\o(→,\s\up15(點燃))xCO2＋eq\f(y,2)H2OCxHyOz＋x＋eq\f(y,4)－eq\f(z,2)O2eq\o(→,\s\up15(點燃))xCO2＋eq\f(y,2)H2O2．有機物結(jié)構式的確定(1)根據(jù)價鍵規(guī)律確定有些有機物根據(jù)價鍵規(guī)律只存在一種結(jié)構，根據(jù)分子式直接確定其結(jié)構式。例如：分子式C2H6eq\o(→,\s\up15(H飽和))結(jié)構簡式CH3—CH3。實驗式：CH4Oeq\o(→,\s\up15(價鍵規(guī)律))分子式CH4Oeq\o(→,\s\up15(H飽和))結(jié)構簡式CH3OH。(2)根據(jù)性質(zhì)和定量實驗確定特征反應→確定官能團eq\o(→,\s\up15(反應機理及實驗數(shù)據(jù)),\s\do5(計算分析))官能團的數(shù)目和位置→確定結(jié)構簡式。例如：測得1mol某醇與足量鈉反應可得到1mol氣體，則可說明該醇分子中含2個—OH。(3)根據(jù)物理實驗方法確定①質(zhì)譜圖→確定相對分子質(zhì)量。②紅外光譜→確定有機物中的化學鍵和官能團信息。③核磁共振氫譜→確定有機物中氫原子的類型及數(shù)目。綜合根據(jù)以上信息確定有機物的結(jié)構。[練1]驗證某有機物屬于烴，應完成的實驗內(nèi)容是()A．只測定它的C、H原子個數(shù)比B．只要證明它完全燃燒后產(chǎn)物只有H2O和CO2C．只測定其燃燒產(chǎn)物中H2O與CO2的物質(zhì)的量的比值D．測定該試樣的質(zhì)量及試樣完全燃燒后生成CO2和H2O的質(zhì)量[答案]D[解析]當CO2和H2O中m(C)＋m(H)＝m(有機物)時，說明有機物中沒有氧元素。[練2]分子式為C3H6O2的二元混合物，如果在核磁共振氫譜上觀察到氫原子給出的峰有兩種情況。第一種情況峰的給出強度為1∶1；第二種情況峰的給出強度為3∶2∶1。由此推斷混合物的組成不可能是()A．CH3COOCH3、HCOOCH2CH3 B．CH3COOCH3、CH3CH2COOHC．CH3COOCH3、CH3COCH2OH D．HCOOCH2CH3、CH3CH2COOH[答案]D[解析]在核磁共振氫譜上峰的強度之比等于不同化學環(huán)境氫原子數(shù)目之比，峰的給出強度為1∶1，說明有2種氫原子，氫原子個數(shù)之比為1∶1，結(jié)構簡式為CH3COOCH3；峰的給出強度為3∶2∶1，說明有3種氫原子，氫原子個數(shù)之比為3∶2∶1，結(jié)構簡式為CH3CH2COOH或HCOOCH2CH3或CH3COCH2OH。[練3]化合物A經(jīng)李比希法測得其中含碳元素的質(zhì)量分數(shù)為72.0%、氫元素的質(zhì)量分數(shù)為6.67%。已知乙醇(CH3CH2OH)的核磁共振氫譜有三組峰，其面積之比為3:2:1，如圖甲所示。現(xiàn)測得化合物A的核磁共振氫譜有五組峰，其面積之比為1:2:2:2:3，A的相對分子質(zhì)量為150。又測得A分子的紅外光譜如圖乙所示。已知A分子中只含一個苯環(huán)，且苯環(huán)上只有一個取代基?；卮鹣铝袉栴}。(1)A的分子式為___________________________________________________；(2)A的結(jié)構簡式為_______________________________________________。[解析](1)根據(jù)C、H、O的質(zhì)量分數(shù)及有機物的相對分子質(zhì)