人教版高中化学《有机化学基础》1.4研究有机化合物的一般步骤和方法教案 选修5.doc

1、第四节第四节 研究有机化合物的一般步骤研究有机化合物的一般步骤 和方法和方法 【教学重点】 蒸馏、重结晶等分离提纯有机物的实验操作 通过具体实例了解某些物理方法如何确定有机化合物的相对 分子质量和分子结构 确定有机化合物实验式、相对分子质量、分子式的有关计算 【教学难点】 确定有机物相对分子质量和鉴定有机物分子结构的 物理方法的介绍 第一课时 【引入】从天然资源中提取有机物成分或者是工业生产、实验室 合成的有机化合物不可能直接得到纯净物，因此，必须对所得到的产 品进行分离提纯，如果要鉴定和研究未知有机物的结构与性质，必须 得到更纯净的有机物。今天我们就来学习研究有机化合物的一般步 骤。 【学生

2、】阅读课文 【归纳】 1 （1）分离、提纯（蒸馏、重结晶、升华、色谱分离） ； （2）元素分析（元素定性分析、元素定量分析）确定实验 式； （3）相对分子质量的测定（质谱法）确定分子式； （4）分子结构的鉴定（化学法、物理法） 。 2 分离、提纯 1蒸馏 完成演示【实验 1-1】 【实验 1-1】注意事项： （1）安装蒸馏仪器时要注意先从蒸馏烧瓶装起，根据加热器的 高低确定蒸馏瓶的位置。 然后， 再接水冷凝管、 尾接管、 接受容器 （锥 形瓶） ，即“先上后下” “先头后尾” ；拆卸蒸馏装置时顺序相反，即 “先尾后头” 。 （2）若是非磨口仪器，要注意温度计插入蒸馏烧瓶的位置、蒸 馏烧瓶接入水

3、冷凝器的位置等。 （3） 蒸馏烧瓶装入工业乙醇的量以 1/2 容积为宜， 不能超过 2/3。 不要忘记在蒸馏前加入沸石。如忘记加入沸石应停止加热，并冷却至 室温后再加入沸石，千万不可在热的溶液中加入沸石，以免发生暴沸 引起事故。 （4）乙醇易燃，实验中应注意安全。如用酒精灯、煤气灯等有 明火的加热设备时，需垫石棉网加热，千万不可直接加热蒸馏烧瓶！ 物质的提纯的基本原理是利用被提纯物质与杂质的物理性质的 差异，选择适当的实验手段将杂质除去。去除杂质时要求在操作过程 中不能引进新杂质，也不能与被提纯物质发生化学反应。 2重结晶 【思考和交流】 P18“学与问” 温度过低，杂质的溶解度也会降低，部分

4、杂质也会析出，达不到 提纯苯甲酸的目的；温度极低时，溶剂（水）也会结晶，给实验操作 带来麻烦。 为何要热过滤？ 【实验 1-2】注意事项： 苯甲酸的重结晶 1）为了减少趁热过滤过程中的损失苯甲酸，一般再加入少量水。 2）结晶苯甲酸的滤出应采用抽滤装置，没有抽滤装置可以玻璃 漏斗代替。 第二课时 【补充学生实验】山东版山东版实验化学第 6 页“硝酸钾粗 品的提纯” 3萃取 注：该法可以用复习的形式进行，主要是复习萃取剂的选择。 4色谱法 【学生】阅读“科学视野” 【补充学生实验 1】看人教版实验化学第 17 页“纸上层析 分离甲基橙和酚酞” 【补充学生实验 2】看山东版实验化学第 14 页“菠菜

5、中色 素的提取与分离” 第三课时 【引入】 从公元八世纪起，人们就已开始使用不同的手段制备有机物，但 由于化学理论和技术条件的限制， 其元素组成及结构长期没有得到解 决。直到 19 世纪中叶，李比希在拉瓦锡推翻了燃素学说，在建立燃 烧理论的基础上， 提出了用燃烧法进行有机化合物中碳和氢元素定量 分析的方法。准确的碳氢分析是有机化学史上的重大事件，对有机化 学的发展起着不可估量的作用。随后，物理科学技术的发展，推动了 化学分析的进步，才有了今天的快速、准确的元素分析仪和各种波谱 方法。 【设问】 定性检测物质的元素组成是 化学研究中常见的问题之一， 如何用实验 的方法探讨物质的元素组成？ 元素分

6、析与相对原子质量的测定 1元素分析 例如：实验探究：葡萄糖分子中碳、氢元素的检验 图 1-1 碳和氢的鉴定 方法而检出。例如： C12H22O11+24CuO12CO2+11H2O+24Cu 实验：取干燥的试样蔗糖 0.2 g 和干燥氧化铜粉末 1 g，在 研钵中混匀，装入干燥的硬质试管中。如图 1-1 所示，试管口稍微向 下倾斜，导气管插入盛有饱和石灰水的试管中。用酒精灯加热试样， 观察现象。 结论：若导出气体使石灰水变浑浊，说明有二氧化碳生成，表明 试样中有碳元素；试管口壁出现水滴（让学生思考：如何证明其为水 滴？） ，则表明试样中有氢元素。 【教师】讲解或引导学生看书上例题，这里适当补充

7、一些有机物 燃烧的规律的专题练习。 补充：有机物燃烧的规律归纳 烃完全燃烧前后气体体积的变化 完全燃烧的通式：CxHy (x+ 4 y )O2xCO2 2 y H2O 燃烧后温度高于 100时，水为气态： 1 4 y VVV 后前 y4 时，V0，体积不变； y4 时，V0，体积增大； y4 时，V0，体积减小。 燃烧后温度低于 100时，水为液态： 1 4 y VVV 后前 无论水为气态还是液态， 燃烧前后气体体积的变化都只与烃分子 中的氢原子个数有关，而与氢分子中的碳原子数无关。 例：盛有 CH4和空气的混和气的试管，其中 CH4占 1/5 体积。在 密闭条件下，用电火花点燃，冷却后倒置在

8、盛满水的水槽中（去掉试 管塞）此时试管中 A水面上升到试管的 1/5 体积处； B水面上升到试管的一半以上； C水面无变化； D水面上升。 答案：D 2烃类完全燃烧时所耗氧气量的规律 完全燃烧的通式：CxHy (x+ 4 y )O2xCO2 2 y H2O 相同条件下等物质的量的烃完全燃烧时，(x+ 4 y )值越大，则耗氧 量越多； 质量相同的有机物，其含氢百分率（或 y x 值）越大，则耗氧量越 多； 1mol 有机物每增加一个 CH2，耗氧量多 1.5mol； 1mol 含相同碳原子数的烷烃、烯烃、炔烃耗氧量依次减小 0.5mol； 质量相同的 CxHy，x y 值越大，则生成的 CO2

9、越多；若两种烃的 x y 值 相等，质量相同，则生成的 CO2和 H2O 均相等。 3碳的质量百分含量 c相同的有机物（最简式可以相同也可 以不同） ，只要总质量一定，以任意比混合，完全燃烧后产生的 CO2 的量总是一个定值。 4不同的有机物完全燃烧时，若生成的 CO2和 H2O 的物质的量之 比相等，则它们分子中的碳原子和氢原子的原子个数比相等。 2质谱法 注：该法中主要引导学生会从质谱图中“质荷比”代表待测物质 的相对原子质量以及认识质谱仪。 第四课时 三、分子结构的测定 红外光谱 注：该法不需要学生记忆某些官能团对应的波长范围，主要让学 生知道通过红外光谱可以知道有机物含有哪些官能团。

10、核磁共振氢谱 注：了解通过该谱图确定了 某有机物分子结构中有几种不同环境的氢原子 有核磁共振氢谱的峰面积之比可以确定不同环境的氢原子的个 数比。 有机物分子式的确定 1有机物组成元素的判断 一般来说，有机物完全燃烧后，各元素对应产物为：CCO2， HH2O，ClHCl。某有机物完全燃烧后若产物只有 CO2和 H2O，则其 组成元素可能为 C、H 或 C、H、O。欲判定该有机物中是否含氧元素， 首先应求出产物 CO2中碳元素的质量及 H2O 中氢元素的质量，然后将 碳、氢元素的质量之和与原有机物质量比较，若两者相等，则原有机 物的组成中不含氧；否则，原有机物的组成含氧。 2实验式(最简式)和分子

11、式的区别与联系 (1)最简式是表示化合物分子所含各元素的原子数目最简单整数 比的式子。不能确切表明分子中的原子个数。 注意： 最简式是一种表示物质组成的化学用语； 无机物的最简式一般就是化学式； 有机物的元素组成简单，种类繁多，具有同一最简式的物质往 往不止一种； 最简式相同的物质，所含各元素的质量分数是相同的，若相对 分子质量不同，其分子式就不同。例如，苯(C6H6)和乙炔(C2H2)的最简 式相同，均为 CH，故它们所含 C、H 元素的质量分数是相同的。 (2)分子式是表示化合物分子所含元素的原子种类及数目的式 子。 注意： 分子式是表示物质组成的化学用语； 无机物的分子式一般就是化学式；

12、 由于有机物中存在同分异构现象，故分子式相同的有机物，其 代表的物质可能有多种； 分子式(最简式)n。即分子式是在实验式基础上扩大 n 倍， 。 3确定分子式的方法 (1)实验式法 由各元素的质量分数求各元素的原子个数之 比(实验式)相对分子质量求分子式。 (2)物质的量关系法 由密度或其他条件求摩尔质量求1mol 分子中所含各元素原子的物质的量求分子式。 （标况下 M=dg/cm3 10 322.4L/mol） (3)化学方程式法 利用化学方程式求分子式。 (4)燃烧通式法 利用通式和相对分子质量求分子式。 由于 x、y、z 相对独立，借助通式进行计算，解出 x、y、z，最 后求出分子式。

13、例 1 3.26g 样品燃烧后，得到 4.74gCO2和 1.92gH2O，实验测 得其相对分子质量为 60，求该样品的实验式和分子式。 (1)求各元素的质量分数 （2）求样品分子中各元素原子的数目（N）之比 （3）求分子式 通过实验测得其相对分子质量为 60，这个样品的分子式=（实验式） n。 例 2 实验测得某烃 A 中含碳 85.7%，含氢 14.3%。在标准状 况下 11.2L 此化合物气体的质量为 14g。求此烃的分子式。 解： （1）求该化合物的摩尔质量 （2）求 1mol 该物质中碳和氢原子的物质的量 例 3 6.0g 某饱和一元醇跟足量的金属钠反应， 让生成的氢气 通过 5g

14、灼热的氧化铜，氧化铜固体的质量变成 4.36g。这时氢气的 利用率是 80%。求该一元醇的分子。 例 4 有机物 A 是烃的含氧衍生物，在同温同压下，A 蒸气与 乙醇蒸气的相对密度是 2。1.38gA 完全燃烧后，若将燃烧的产物通过 碱石灰，碱石灰的质量会增加 3.06g；若将燃烧产物通过浓硫酸，浓 硫酸的质量会增加 1.08g；取 4.6gA 与足量的金属钠反应，生成的气 体在标准状况下的体积为 1.68L；A 不与纯碱反应。通过计算确定 A 的分子式和结构简式。 说明：由上述几种计算方法，可得出确定有机物分子式的基本途 径： 【练习】 某烃 0.1mol，在氧气中完全燃烧，生成 13.2g

15、 CO2、7.2gH2O， 则该烃的分子式为 。 已知某烃 A 含碳 85.7%，含氢 14.3%，该烃对氮气的相对密度 为 2，求该烃的分子式。 125时，1L 某气态烃在 9L 氧气中充分燃烧反应后的混合气 体体积仍为 10L（相同条件下） ，则该烃可能是 A. CH4 B. C2H4 C. C2H2 D.C6H6 一种气态烷烃和气态烯烃组成的混合物共 10g，混合气密度是 相同状况下 H2密度的 12.5 倍， 该混合气体通过装有溴水的试剂瓶时， 试剂瓶总质量增加了 8.4g，组成该混合气体的可能是 A. 乙烯和乙烷 B. 乙烷和丙烯 C. 甲烷和乙烯 D. 丙稀和丙烷 室温下，一气态烃

16、与过量氧气混合完全燃烧，恢复到室温，使 燃烧产物通过浓硫酸，体积比反应前减少 50mL，再通过 NaOH 溶液， 体积又减少了 40mL，原烃的分子式是 A. CH4 B. C2H4 C. C2H6 D.C3H8 A、B 两种烃通常状况下均为气态，它们在同状况下的密度之 比为 13.5。 若 A 完全燃烧， 生成 CO2和 H2O 的物质的量之比为 12， 试通过计算求出 A、B 的分子式。 使乙烷和丙烷的混合气体完全燃烧后，可得 CO2 3.52 g，H2O 1.92 g，则该混合气体中乙烷和丙烷的物质的量之比为 A.12 B.11 C.23 D.34 两种气态烃的混合气共 1mol，在空气

17、中燃烧得到 1.5molCO2 和 2molH2O。关于该混合气的说法合理的是 A一定含甲烷，不含乙烷 B一定含乙烷，不 含甲烷 C一定是甲烷和乙烯的混合物 D一定含甲烷，但 不含乙烯 925某气态烃与 O2混合充入密闭容器中，点燃爆炸后又恢复 至 25，此时容器内压强为原来的一半，再经 NaOH 溶液处理，容器 内几乎成为真空。该烃的分子式可能为 A. C2H4 B. C2H2 C. C3H6 D. C3H8 10某烃 7.2g 进行氯代反应完全转化为一氯化物时，放出的气 体通入 500mL0.2mol/L 的烧碱溶液中，恰好完全反应，此烃不能使溴 水或酸性高锰酸钾溶液褪色，试求该烃的分子式

18、。 11常温下某气态烷烃 10mL 与过量 O285mL 充分混合，点燃后生 成液态水，在相同条件下测得气体体积变为 70mL，求烃的分子式。 12由两种气态烃组成的混合烃 20mL，跟过量 O2完全燃烧。同 温同压条件下当燃烧产物通过浓 H2SO4后体积减少了 30mL，然后通过 碱石灰又减少 40mL。这种混合气的组成可能有几种？ 有机物分子式的确定参考答案 例 1 3.26g 样品燃烧后，得到 4.74gCO2和 1.92gH2O，实验测 得其相对分子质量为 60，求该样品的实验式和分子式。 解：(1)求各元素的质量分数 样品 CO2 H2O 3.26g 4.74g 1.92g （2）求

19、样品分子中各元素原子的数目（N）之比 这个样品的实验式为 CH2O。 （3）求分子式 通过实验测得其相对分子质量为 60，这个样品的分子式=（实验 式）n。 故这个样品的分子式为 C2H4O2。 答：这个样品的实验式为 CH2O，分子式为 C2H4O2。 例 2 实验测得某烃 A 中含碳 85.7%，含氢 14.3%。在标准状 况下 11.2L 此化合物气体的质量为 14g。求此烃的分子式。 解： （1）求该化合物的摩尔质量 根据 得 （2）求 1mol 该物质中碳和氢原子的物质的量 即1mol该化合物中含2molC原子和4molH原子， 故分子式为C2H4。 例 3 6.0g 某饱和一元醇跟

20、足量的金属钠反应， 让生成的氢气 通过 5g 灼热的氧化铜，氧化铜固体的质量变成 4.36g。这时氢气的 利用率是 80%。求该一元醇的分子。 解：设与 CuO 反应的氢气的物质的量为 x 而 这 种 一 元 醇 反 应 后 生 成 的 氢 气 的 物 质 的 量 为 。 饱和一元醇的通式为 ，该一元醇的摩尔质量为 M（A） 。 该一元醇的相对分子质量是 60。根据这一元醇的通式，有下列 等式： 则饱和一元醇的分子式是 C2H6O。 例 4 有机物 A 是烃的含氧衍生物，在同温同压下，A 蒸气与 乙醇蒸气的相对密度是 2。1.38gA 完全燃烧后，若将燃烧的产物通过 碱石灰，碱石灰的质量会增加

21、 3.06g；若将燃烧产物通过浓硫酸，浓 硫酸的质量会增加 1.08g；取 4.6gA 与足量的金属钠反应，生成的气 体在标准状况下的体积为 1.68L；A 不与纯碱反应。通过计算确定 A 的分子式和结构简式。 解：燃烧产物通过碱石灰时，CO2气体和水蒸气吸收，被吸收的 质量为 3.06g；若通过浓硫酸时，水蒸气被吸收，被吸收的质量为 1.08g。故 CO2和水蒸气被吸收的物质的量分别为： 列方程解之得 x=3 y=8 由题意知 A 与金属钠反应，不与 Na2CO3反应，可知 A 含羟基不含 羧基（COOH） 。 4.6gA 所含物质的量为 4.6gA 中取代的 H 的物质的量为 。 即 1m

22、olA 取代 H 的物质的量为 3mol，可见 1 个 A 分子中含有 3 个羟基，故 A 为丙三醇， 结构简式为： 【练习】 解析：烃 完全燃烧产物为 CO2、H2O，CO2中的 C、H2O 中的 H 全 部来自于烃。13.2g CO2物质的量为 13.2g 0.3mol 44g/mol ，7.2gH2O 物质的 量为 7.2g 0.4mol 18g/mol ， 则 0.1mol 该烃中分子含 C：0.3mol，含 H： 0.4mol20.8mol（CO2C、H2O2H） ，所以 1mol 该烃分子中含 C3mol、含 H8mol。答案：C3H8。 解析： 85.7%14.3% n(C):n

23、(H):1:2 121 ，即最简式为 CH2、化学 式为 2n (CH )，该烃的相对分子质量：Mr(A)Mr(N2)228256， r r2 M (A)56 n4 M (CH )14 ，故分子式为 C4H8。 解析：任意烃与一定量氧气充分燃烧的化学方程式： CxHy + (x + y 4 )O 2 点燃 xCO2 + y 2 H 2O 当温度高于 100时，生成的水为气体。若烃为气态烃，反应前 后气体的体积不变， 即反应消耗的烃和 O2与生成的二氧化碳和气态水 的体积相等。 1 (x + y 4 ) x y 2 y 4 就是说气态烃充分燃烧时，当烃分子中氢原子数等于 4 时（与碳 原子数多少

24、无关） ，反应前后气体的体积不变（生成物中水为气态） 。 答案：A、B。 解析：混合气体的平均摩尔质量为 12.52g/mol25 g/mol， 则混合气的物质的量为 ； 又烯烃中最简单的乙烯的 摩尔质量是 28g/mol，故烷烃的摩尔质量一定小于 25g/mol，只能是 甲烷。当混合气通过溴水时，由于只有烯烃和溴水反应，因此增重的 8.4g 为烯烃质量，则甲烷质量为 10g8.4g 1.6g，甲烷的物质的 量为 0.1mol，则烯烃的物质的量为 0.3mol，烯烃的摩尔质量为 ，根据烯烃通式 CnH2n，即 14n28，可求出 n 2，即烯烃为乙烯。答案：C。 解析：烃在过量氧气中完全燃烧产

25、物为 CO2、H2O 及剩余 O2，由 于是恢复到室温，则通过 NaOH 溶液后气体体积减少 40mL 为生成 CO2 体积。 CxHy + (x + y 4 )O 2 点燃 xCO2 + y 2 H 2O（g） V 1 x + y 4 x 1+ y 4 0.04 0.05 列式计算得：y5x4 当： x1 y1 x2 y6 x3 y11 只有符合。 （为什么？）答案：C。 解析：烃 A 完全燃烧，CCO2 HH2O 产物中 2 CO n 2 H O n 12，即 A 中 nCnH14，只有 CH4能满足该条件，故 A 为甲烷，摩尔质量为 16g/mol； 相同状况下，不同气体密度与摩尔质量成

26、正比：MAMB13.5， MB3.5MA3.516g/mol56g/mol。 设烃 B 分子式为 CxHy ， 则： 12xy56 y5612x 只有当 x4 y8 时合理。 答案： A： CH4；B：C4H8 解析：该题已知混合气体完全燃烧后生成 CO2和 H2O 的质量， 从中可以计算出这两种物质的物质的量，n(CO2)3.52g44g/mol 0.08mol、n(H2O)1.92g18g/mol0.11mol；进而求出混合气体中 每含 1 摩 C 所含 H 的物质的量，0.11mol20.08mol11/4；而组 分气体中乙烷和丙烷的同样定义的化学量分别是，乙烷 C2H6为 3，丙 烷

27、C3H8为 8/3；将这些平均量应用于十字交叉法可得这两组分气体在 混合气体中所含 C 原子数之比。 C2H6每含1摩C所含H的物质的量： 3 11/48/3 C3H8每含 1 摩 C 所含 H 的物质的量： 8/3 311/4 C C 11/48/3 1:3 3 11/4 混合气体中乙烷所含 原子数 混合气体中丙烷所含的 原子数 即混合气体中每含 4molC 原子，其中 1molC 原子属于 C2H6（乙烷 物质的量则为 1/20.5mol） ，3molC 原子属于 C3H8（丙烷物质的量则 为 3/31mol） 。 11/4 所以混合气体中乙烷和丙烷的物质的量之比为： n(C2H6)n(C

28、3H8) (1/2)(3/3)12 答案：A A 9解析：25时生成的水为液态；生成物经 NaOH 溶液处理，容 器内几乎成为真空，说明反应后容器中无气体剩余，该气态烃与 O2 恰好完全反应。设该烃的分子式为 CxHy，则有： CxHy + (x + y 4 )O 2 点燃 xCO2 + y 2 H 2O 压强变化可知，烃和 O2的物质的量应为 CO2的 2 倍（25时生成 的水为液态） ， 即：1(x + y 4 )2x，整理得：x1 y 4 讨论：当 y4，x2；当 y6，x2.5（不合，舍） ；当 y8， x3，答案：A、D。 10解析：根据方程式：CxHy+Cl2CxH(y1)Cl+H

29、Cl HCl+NaOH NaCl+H2O 得关系式： CxHy Cl2 NaOH 1mol 1mol n 0.50.2mol/L n0.1mol 该烃的摩尔质量 m7.2g M72g/mol n0.1mol 另由该烃与氯气发生取代反应可知该烃为烷烃，通式为 CnH2n+2， 则：14n+272 n=5 故分子式为 C5H12 答案：C5H12。 11解析：根据方程式 CxHy(g) + (x+ y 4 )O2 燃烧 xCO2(g) + y 2 H2O(l) V 1 1+ y 4 10mL 25mL 解得：y=6 烷烃通式为 CnH2n+2，2n26，n=2，该烃分子式为 C2H6。答案：C2H6。 12解析：因为 V（混烃） ：V（CO2） ：V（H2O）1：2：1.5，所 以：V（混烃） ：V（C） ：V（H）1：2：3，平均组成为 C2H3， rM27。 根据平均组成 C2H3分析， 能满足平均组成的混烃只有两组， 即 C2H2 和 C2H6或 C2H2和 C2H4组成的混烃。 答案：C2H2和 C2H6或 C2H2和 C2H4