1、2022 高中化学新教材同步讲义资料 第第 2 课课 时时有机化合物分子式和分子结构的确定有机化合物分子式和分子结构的确定 核心素养发展目标1.学会测定有机化合物元素含量、相对分子质量的一般方法，并能据此确定有 机化合物的分子式。2.能够根据化学分析和波谱分析确定有机化合物的结构。 一、有机化合物实验式和分子式的确定一、有机化合物实验式和分子式的确定 1确定实验式 (1)相关概念 实验式： 有机化合物分子内各元素原子的最简整数比， 又称为最简式。 例如， 乙酸的分子式为 C2H4O2， 实验式为 CH2O。 元素分析 分 类 定性分析定量分析 含 义 用化学方 法测定有机化 合物的元素组 成
2、将一定量的有机化合物燃烧，转化为简单的无机化合物 (如 CCO2，HH2O)，并定量测定各产物的质量，从而推 算出有机物中各组成元素的质量分数，然后计算出该有机化 合物分子内各元素原子的最简整数比，确定其实验式 (2)实验式的测定步骤(李比希法) (3)实验式(最简式)与分子式的关系：分子式(最简式)n。 2022 高中化学新教材同步讲义资料 2确定分子式 (1)原理 质谱仪用高能电子流等轰击样品，使有机分子失去电子，形成带正电荷的分子离子和碎片离子等。这 些离子因质量不同、电荷不同，在电场和磁场中的运动行为不同。计算机对其分析后，得到它们的相对质 量与电荷数的比值，即质荷比。 (2)质谱图：
3、以质荷比为横坐标，以各类离子的相对丰度为纵坐标，根据记录结果所建立的坐标图。如 下图为某有机物的质谱图： 从图中可知，该有机物的相对分子质量为 46，即质荷比最大的数据就是样品分子的相对分子质量。 (1)验证有机物属于烃时只需测定产物中的 CO2和 H2O 的物质的量之比() (2)有机物燃烧后只生成 CO2和 H2O 的物质不一定只含有碳、氢两种元素() (3)有机物的实验式、分子式一定不同() (4)元素分析法和质谱法能分别确定有机物的实验式和相对分子质量() (5)质谱图中最右边的谱线表示的数值为该有机物的相对分子质量() 答案(1)(2)(3)(4)(5) 1某有机物的结构确定： (1
4、)测定实验式：某含 C、H、O 三种元素的有机物，经燃烧分析实验测定其碳的质量分数是 64.86%， 氢的质量分数是 13.51%，则其实验式是_。 (2)确定分子式：如图是该有机物的质谱图，则其相对分子质量为_；分子式为_。 答案(1)C4H10O(2)74C4H10O 2022 高中化学新教材同步讲义资料 解析(1)该物质中碳、氢、氧原子个数之比为64.86% 12 13.51% 1 21.63% 16 4101，其实验式为 C4H10O。 (2)由质谱图知其相对分子质量为 74，而其实验式的相对分子质量为 1241101674，故其分 子式为 C4H10O。 2某烃 A 蒸气的密度是相同
5、状况下氢气密度的 36 倍，已知该烃中的碳、氢元素质量比为 51，则： (1)该烃的相对分子质量为_。 (2)确定该烃的分子式为_。 (3)该烃的同分异构体有_种。 答案(1)72(2)C5H12(3)3 解析(1)已知烃 A 蒸气的密度是相同状况下氢气密度的 36 倍，则烃 A 的摩尔质量为 36 2 gmol 172 gmol1，所以该烃的相对分子质量为 72。 (2)已知烃 A 分子中碳氢两元素的质量比为 51,1 mol 烃 A 的质量为 72 g，则 1 mol 烃 A 分子中含 C 原子数为 5 672 12 5，含 H 原子数为 1 672 1 12，则烃 A 的分子式为 C5H
6、12。 (3)根据戊烷的组成，其可能的同分异构体有 CH3CH2CH2CH2CH3、CH3CH(CH3)CH2CH3和 C(CH3)43 种。 有机物相对分子质量的求算方法 (1)标态密度法：根据标准状况下气体的密度，求算该气体的相对分子质量：Mr22.4。 (2)相对密度法：根据气体 A 相对于气体 B 的相对密度 D，求算该气体的相对分子质量：MADMB。 (3)混合物的平均相对分子质量： M m 总 n总。 (4)读图法：质谱图中，质荷比最大值即为该有机物的相对分子质量。 二、有机物分子结构的确定二、有机物分子结构的确定 1红外光谱 (1)原理：不同官能团或化学键吸收频率不同，在红外光谱
7、图上将处于不同的位置。 (2)作用：初步判断有机物中含有的官能团或化学键。 如分子式为 C2H6O 的有机物 A 有如下两种可能的结构：CH3CH2OH 或 CH3OCH3，利用红外光谱来测 定，分子中有 OH 或OH 可确定 A 的结构简式为 CH3CH2OH。 2022 高中化学新教材同步讲义资料 2核磁共振氢谱 (1)原理：处于不同化学环境中的氢原子因产生共振时吸收电磁波的频率不同，相应的信号在谱图上出 现的位置不同，具有不同的化学位移，而且吸收峰的面积与氢原子数成正比。 (2)作用：测定有机物分子中氢原子的类型和数目。 (3)分析：吸收峰数目氢原子的类型数，吸收峰面积比氢原子个数比。
8、如分子式为 C2H6O 的有机物 A 的核磁共振氢谱如图，可知 A 中有 3 种不同化学环境的氢原子且个数 比为 321，可推知该有机物的结构应为 CH3CH2OH。 3X 射线衍射 (1)原理：X 射线是一种波长很短的电磁波，它和晶体中的原子相互作用可以产生衍射图。 (2)作用：可获得分子结构的有关数据，如键长、键角等，用于有机化合物晶体结构的测定。 (1)核磁共振氢谱中有几个吸收峰就有几个氢原子() (2)质谱法、红外光谱法和核磁共振氢谱法均能确定有机化合物的分子结构() (3)CH3COOCH3在核磁共振氢谱图中只有一个吸收峰() 答案(1)(2)(3) 有机物 X 是一种重要的有机合成
9、中间体，用于制造塑料、涂料和黏合剂等高聚物。为研究 X 的组成 与结构，进行了如下实验： (1)有机物 X 的质谱图如图所示，该有机物 X 的相对分子质量为_。 (2)将 10.0 g X 在足量 O2中充分燃烧，并将其产物依次通过足量的无水 CaCl2和 KOH 浓溶液，发现无 水 CaCl2增重 7.2 g，KOH 浓溶液增重 22.0 g。该有机物 X 的分子式为_。 (3)经红外光谱测定，有机物 X 中含有醛基；有机物 X 的核磁共振氢谱图上有 2 个吸收峰，峰面积之 比为 31。该有机物 X 的结构简式为_。 2022 高中化学新教材同步讲义资料 答案(1)100(2)C5H8O2(
10、3)(CH3)2C(CHO)2 解析(1)质谱图中质荷比最大数值即为相对分子质量， 由质谱图可知有机物X的相对分子质量为100。 (2)无水 CaCl2增重的 7.2 g 是水的质量，10.0 g X 中氢元素的物质的量为 7.2 g 18 gmol 120.8 mol，KOH 浓 溶液增重的 22.0 g 是二氧化碳的质量， 10.0 g X 中碳元素的物质的量为 22.0 g 44 gmol 10.5 mol， 根据质量守恒， 氧元素的质量为 10.0 g0.8 mol1 gmol 10.5 mol 12 gmol 13.2 g，则氧元素的物质的量为 3.2 g 16 gmol 10.2
11、mol，则该分子中碳、氢、氧原子的个数 之比为 0.5 mol0.8 mol0.2 mol582，结合 X 的相对分子质量可知，有机物 X 的分子式为 C5H8O2。 (3)有机物 X 中含有醛基，有机物 X 的核磁共振氢谱图上有 2 个吸收峰，则分子中含有 2 种不同化学环境 的氢原子，其中一种是醛基中的氢原子，又峰面积之比为 31，则含两个醛基，故其结构简式为 (CH3)2C(CHO)2。 1谱图法在确定有机物分子结构中的应用 (1)核磁共振氢谱图中，峰的个数即氢原子的种类数，而峰面积之比为各类氢原子个数之比。 (2)可根据红外光谱图推知有机物分子中含有哪些化学键、官能团，从而确定有机物的
12、结构。 (3)将 X 射线衍射技术用于有机化合物(特别是复杂的生物大分子)晶体结构的测定。 2确定有机物分子式(结构式)的一般思路 2022 高中化学新教材同步讲义资料 1已知某有机物 A 的红外光谱和核磁共振氢谱如图所示，下列说法中错误的是() A由红外光谱可知，该有机物中至少有三种不同的化学键 B由核磁共振氢谱可知，该有机物分子中有三种不同化学环境的氢原子 C仅由 A 的核磁共振氢谱无法得知其分子中的氢原子总数 D若 A 的化学式为 C2H6O，则其结构简式为 CH3OCH3 答案D 解析红外光谱图中给出的化学键有 CH、OH 和 CO 三种，A 正确；核磁共振氢谱图中峰的个 数即代表氢的
13、种类，B 正确；核磁共振氢谱峰的面积表示氢的数目比，在没有明确化学式的情况下，无法 得知氢原子总数，C 正确；若 A 为 CH3OCH3，则无 OH，与所给红外光谱图不符，且其核磁共振氢 谱图应只有 1 个峰，与核磁共振氢谱图不符，D 错误。 考点有机物结构式的鉴定 题点根据谱图法判断有机物的结构简式 2下列能够获得有机物所含官能团信息的方法是() A红外光谱B质谱法 C色谱法D核磁共振氢谱 答案A 解析红外光谱可测定有机物的化学键以及官能团。 考点有机物结构式的鉴定 题点谱图法的应用 3设 H 的质荷比为，某有机物样品的质荷比如图所示(假设离子均带一个单位正电荷，信号强度与 该离子的多少有关
14、)，则该有机物可能是() 2022 高中化学新教材同步讲义资料 A甲醇(CH3OH)B甲烷 C丙烷D乙烯 答案B 解析从题图中可看出其右边最高质荷比为 16，即其相对分子质量为 16，为甲烷。 考点有机物结构式的鉴定 题点根据质荷比判断有机物的结构简式 4符合下面核磁共振氢谱图的有机物是() ACH3COOCH2CH3 BCH2=CHCH2CH3 C D 答案A 解析A 中物质有 3 种不同化学环境的氢原子，个数之比为 233；B 中物质有 4 种不同化学环境 的氢原子，个数比为 2123；C 中物质有 4 种不同化学环境的氢原子，个数比为 3221；D 中物 质有 3 种不同化学环境的氢原子
15、，个数比为 311。核磁共振氢谱图中有 3 种不同化学环境的氢原子， 再由氢原子个数(吸收强度)之比可知 A 项符合。 考点有机物结构式的鉴定 题点根据核磁共振氢谱图判断有机物的结构简式 5根据研究有机物的步骤和方法填空： (1)测得 A 的蒸气密度是同状况下甲烷的 4.375 倍。则 A 的相对分子质量为_。 (2)将 5.6 g A 在足量氧气中燃烧，并将产物依次通过浓硫酸和碱石灰，分别增重 7.2 g 和 17.6 g。则 A 的实验式为_；A 的分子式为_。 (3)将 A 通入溴水，溴水褪色，说明 A 属于_，若不褪色，则 A 属于_。 (4)A 的核磁共振氢谱如图： 2022 高中化
16、学新教材同步讲义资料 综上所述，A 的结构简式为_。 答案(1)70(2)CH2C5H10(3)烯烃环烷烃(4) 解析(1)根据公式 MDM(CH4)计算该有机物的相对分子质量为 164.37570。(2)由 A 的燃烧反 应知，5.6 gA 含 m(C)17.6 g12 444.8 g，m(H)7.2 g 2 180.8 g，确定该有机物只含碳、氢两种元素， 实验式为 CH2，设分子式为(CH2)n，则 12n2n70，n5，分子式为 C5H10。(3)符合分子式为 C5H10的有 烯烃和环烷烃，若能使溴水褪色，则为烯烃，若不能，则为环烷烃。(4)该核磁共振氢谱图共有 4 个吸收峰， 吸收峰
17、面积之比为 1126，则符合题意。 考点研究有机化合物的基本步骤 题点确定有机化合物结构方法的综合应用 题组一元素分析与相对分子质量的测定 1某有机物在氧气中充分燃烧，生成 CO2和 H2O 的物质的量之比为 12，则下列说法中正确的是 () A分子中 C、H、O 原子个数之比为 123 B分子中 C、H 原子个数之比为 14 C该有机物中一定含有氧元素 D该有机物的最简式为 CH4 答案B 解析只根据生成物 CO2和 H2O 无法确定该有机物中是否含有氧元素。 由题意知 N(C)N(H)14。 考点有机物分子式的确定 题点有机物分子式的确定方法 2下列有关说法错误的是() A李比希法是定量研
18、究有机物中元素组成的方法 B元素分析仪可用于分析有机物中的元素组成 C利用李比希法可以确定有机物分子的实验式 2022 高中化学新教材同步讲义资料 D元素分析可以确定未知物的分子式 答案D 解析元素分析只能确定组成分子的各原子最简单的整数比，不能确定未知物的分子式。 考点有机物分子式的确定 题点有机物分子式的确定方法 3 某气态有机物 X 含 C、 H、 O 三种元素。 现欲确定 X 的分子式， 下列条件中所需的最少条件是() X 中碳的质量分数X 中氢的质量分数X 在标准状况下的体积质谱图确定 X 的相对分子 质量X 的质量 AB CD 答案B 解析由可得有机物的实验式，由可得有机物的分子式
19、。 考点有机物分子式的确定 题点有机物分子式的确定方法 4某有机物蒸气完全燃烧需三倍于其体积的氧气，产生二倍于其体积的二氧化碳(体积均在相同状况 下测定)，该有机物可能是() AC3H7OHBCH3CHO CCH3COCH3DC2H4 答案D 解析设有机物分子式为 CxHyOz， 燃烧的通式为 CxHyOz(xy 4 z 2)O 2 点燃 xCO2y 2H 2O， 解得 x2， y2z4。由 x2 知 A、C 项不合题意；B 项，把 y4，z1 代入 y2z4 知不合题意，故答案选 D。 考点有机物分子式的确定 题点有机物分子式的确定方法 题组二波谱法确定有机物的分子结构式 5乙酸和甲酸甲酯互
20、为同分异构体，其结构式分别如下：和。 在下列哪种检测仪上显示出的信号是完全相同的() A李比希元素分析仪B红外光谱仪 C核磁共振仪D质谱仪 答案A 解析李比希元素分析仪检测的是元素的种类，乙酸和甲酸甲酯的元素种类相同，都含有 C、H、O 三种元素，A 正确；红外光谱仪检测的是化学键和官能团的结构特征，乙酸中含有羧基、甲酸甲酯中含有 2022 高中化学新教材同步讲义资料 酯基，信号不完全相同，B 错误；核磁共振仪检测的是氢原子的种类，乙酸中含有 2 种处于不同化学环境 的氢原子，有 2 个峰且峰面积之比为 31，甲酸甲酯中含有 2 种处于不同化学环境的氢原子，有 2 个峰且 峰面积之比为 13，
21、峰的位置不完全相同，C 错误；质谱仪检测的是分子的相对分子质量，二者的相对分 子质量相同，但分子碎片的相对质量不完全相同，D 错误。 考点有机物结构式的鉴定方法 题点有机物结构式的鉴定方法 6如图分别是 A、B 两种有机物的核磁共振氢谱图，已知 A、B 两种有机物都是烃类，都含有 6 个氢 原子，根据两种有机物的核磁共振氢谱可推测出() AA 是 C3H6，B 是 C6H6 BA 是 C2H6，B 是 C3H6 CA 是 C2H6，B 是 C6H6 DA 是 C3H6，B 是 C2H6 答案B 解析A 的核磁共振氢谱只有一个峰，说明 A 分子中只有 1 种化学环境的氢原子，对照选项判断 A 为
22、 CH3CH3(C2H6)； 同理 B 中有 3 种不同类型的氢原子， 且个数比为 123， 故 B 为 CH3CH=CH2(C3H6)。 考点有机物结构式的鉴定 题点有机物结构式的鉴定 7下列有机物分子中，在核磁共振氢谱中信号强度(个数比)为 13 的是() A丙烷B C异丙醇D 答案A 解析丙烷的结构简式为 CH3CH2CH3，分子中在核磁共振氢谱中信号强度(个数比)是 2613，A 正确；分子中在核磁共振氢谱中信号强度(个数比)是 6321，B 错误；异丙醇分子中在核 2022 高中化学新教材同步讲义资料 磁共振氢谱中信号强度(个数比)是 611， C 错误；分子在核磁共振氢谱中信号强度
23、(个 数比)是 91，D 错误。 考点有机物结构式的鉴定 题点根据核磁共振氢谱判断有机物的结构式 8某有机物 A 的分子式为 C4H10O，红外光谱图如图所示，则 A 的结构简式为() ACH3CH2OCH2CH3BCH3OCH2CH2CH3 CCH3CH2CH2CH2OHD( CH3)2CHOCH3 答案A 解析红外光谱图中显示存在对称的甲基、对称的亚甲基和醚键可得分子的结构简式为 CH3CH2OCH2CH3。 考点有机物结构式的鉴定 题点根据红外光谱判断有机物的结构简式 9某化合物由碳、氢、氧三种元素组成，其红外光谱图有 CH、OH、CO 的振动吸收，该有机 物的相对分子质量是 60，其核
24、磁共振氢谱只有 3 组峰，则该有机物的结构简式是() ACH3CH2OCH3BCH3CH(OH)CH3 CCH3CH2CH2OHDCH3CH2CHO 答案B 解析由红外光谱图知该有机物的分子中含 CH、OH、CO，A 项中无 OH，D 项中无 OH、 CO，B、C 项含有三种化学键且相对分子质量都是 60，B 项核磁共振氢谱有 3 组峰，C 项有 4 组峰，故 B 项正确。 考点研究有机化合物的基本步骤 题点确定有机化合物结构方法的综合应用 10某有机物 A 用质谱仪测定如图，核磁共振氢谱示意图如图，则 A 的结构简式可能为() 2022 高中化学新教材同步讲义资料 AHCOOHBCH3CHO
25、 CCH3CH2OHDCH3CH2CH2COOH 答案C 解析根据图示可知，该有机物的最大质荷比为 46，则 A 的相对分子质量为 46，故 B、D 错误；根 据图示核磁共振氢谱可知，A 分子的核磁共振氢谱有 3 组吸收峰，则其分子中有 3 种处于不同化学环境的 氢原子，且峰面积之比为 321，HCOOH 分子中含有 2 种处于不同化学环境的氢原子，CH3CH2OH 分 子中含有 3 种处于不同化学环境的氢原子，且峰面积之比为 321，故 C 正确。 考点研究有机化合物的基本步骤 题点确定有机化合物结构方法的综合应用 11某化合物的结构(键线式)及球棍模型如下： 该有机分子的核磁共振氢谱图如下
26、： 下列关于该有机物的叙述正确的是() A该有机物不同化学环境的氢原子有 6 种 B该有机物属于芳香族化合物 C键线式中的 Et 代表的基团为CH3 D该有机物在一定条件下能完全燃烧生成 CO2和 H2O 答案D 解析A 项，由核磁共振氢谱图可知有 8 种不同化学环境的氢原子，错误；B 项，由键线式可看出， 该物质中无苯环，不属于芳香族化合物，错误；C 项，由键线式和球棍模型对照可知 Et 为CH2CH3，错 误；D 项，该有机化合物分子中含有碳、氢、氧三种元素，完全燃烧生成 CO2和 H2O，正确。 考点有机物结构式的鉴定 题点根据核磁共振氢谱图判断有机物的结构简式 12某芳香烃 A 的质谱
27、图如图所示： 2022 高中化学新教材同步讲义资料 (1)A 的名称为_。 (2)A 的一氯代物共有_种。 (3)A 中最多有_个原子共平面。 (4)9.2 g A 在足量 O2中充分燃烧，混合气体依次通过足量的浓硫酸和碱石灰，分别增重_ g 和 _ g。 (5)A 分子的核磁共振氢谱有_个峰，峰面积之比为_。 答案(1)甲苯(2)4(3)13(4)7.230.8(5)41223 解析(1)根据“芳香烃”知必含苯环， 根据质荷比为 92 可知 A 的相对分子质量为 92， 可得 A 为甲苯。 (2)甲苯中苯环上的一氯代物有 3 种，分别为与甲基相邻、相间和相对，甲基上还有一种，共 4 种。(3
28、)苯环 上的 12 个原子肯定在一个平面上，甲基中的碳原子相当于苯环上的一个氢原子肯定在平面上，甲烷分子 中与碳原子共平面的氢原子最多有两个，将甲基的共面问题类比甲烷的共面，所以最多有 13 个原子共平 面。(4)9.2 g 甲苯完全燃烧可得 0.4 mol 水和 0.7 mol CO2，即 7.2 g 水和 30.8 g 二氧化碳。 考点研究有机化合物的基本步骤 题点确定有机化合物结构方法的综合应用 13按要求回答下列问题： (1)有机物 X 的分子式为 C4H8O2，其红外光谱如图所示： 则该有机物可能的结构为_(填字母)。 ACH3COOCH2CH3BCH3CH2COOCH3 CHCOO
29、CH2CH2CH3D(CH3)2CHCOOH (2)有机物 Y 的结构可能有和两种，要对其结构进行物理方法鉴定， 可用_。 2022 高中化学新教材同步讲义资料 若有机物 Y 为， 则红外光谱中应该有_个振动吸收； 核磁共振氢谱中应有 _个峰。 若有机物 Y 为，则红外光谱中应该有_个振动吸收；核磁共振氢谱中应有 _个峰。 答案(1)AB(2)红外光谱法5232 解析(1)A、B 项都有两个CH3，且不对称，都含有 C=O、COC，所以 A、B 项符合图示；C 项只有一个CH3，不会出现不对称的现象；D 项中没有 COC，且CH3为对称结构。 (2)中，化学键有 C=O、CO、OH、CC、CH
30、，所以红外光谱中共有 5 个振 动吸收；分子中含有 2 种氢(CH3、OH)，所以核磁共振氢谱中应有 2 个吸收峰。 中，化学键有 C=O、COC、CH，所以红外光谱中共有 3 个振动吸收；分 子中含有 2 种氢(CH3、)，所以核磁共振氢谱中应有 2 个峰。 考点研究有机化合物的基本步骤 题点确定有机化合物结构方法的综合应用 14下列装置中有机物样品在电炉中充分燃烧，通过测定生成的 CO2和 H2O 的质量，来确定有机物的 分子式。 请回答下列问题： (1)B 装置中试剂 X 可选用_。 (2)D 装置中无水氯化钙的作用是_；E 装置中碱石灰的 作用是_。 (3)若实验中所取样品只含 C、H
31、、O 三种元素中的两种或三种，准确称取 0.44 g 样品，经充分反应后， D 装置质量增加 0.36 g，E 装置质量增加 0.88 g，已知该物质的相对分子质量为 44，则该样品的化学式为 _。 (4)若该有机物的核磁共振氢谱如下图所示，峰面积之比为 13。 2022 高中化学新教材同步讲义资料 则其结构简式为_。 (5)某同学认为 E 和空气相通，会影响测定结果准确性，应在 E 后再增加一个 E 装置，其主要目的是 _。 答案(1)浓硫酸(2)吸收生成的水吸收生成的二氧化碳(3)C2H4O(4)CH3CHO(5)吸收空气中 的二氧化碳和水蒸气 解析(1)B 装置用于干燥通入 C 中的氧气
32、，试剂 X 可选用浓硫酸。 (2)D 装置中无水氯化钙的作用是吸收生成的水；E 装置中碱石灰的作用是吸收生成的二氧化碳。 (3)E 装置质量增加 0.88 g 为二氧化碳的质量，可得碳元素的质量：0.88 g12 440.24 g，D 装置质量增 加 0.36 g 是水的质量，可得氢元素的质量：0.36 g 2 180.04 g，从而可推出含氧元素的质量：(0.440.24 0.04) g0.16 g，设最简式为 CxHyOz，则 xyz0.24 12 0.04 1 0.16 16 241，即最简式为 C2H4O，又 由该物质的相对分子质量为 44，可得该物质的化学式为 C2H4O。 (4)根据该有机物的核磁共振氢谱图，峰面积之比为 13，则其结构简式为 CH3CHO。 考点研究有机化合物的基本步骤 题点确定有机化合物结构方法的综合应用
