1、第2课时元素分析与相对分子质量的测定分子结构的鉴定学习目标1.通过质谱、红外光谱、核磁共振氢谱等现代仪器测定、探析有机物的分子组成、结构，揭示有机物结构的异同；能认识仪器分析对确定物质微观结构的作用。2.从官能团的鉴别，构建不同有机物的结构模型，结合官能团的性质，推理出各类有机物的特性。一、元素分析与相对分子质量的测定1有机物A蒸气的质量是相同状况下同体积乙醇蒸气的2倍。1.38 g A完全燃烧后，若将燃烧的产物通过碱石灰，碱石灰的质量增加3.06 g；若将燃烧的产物通过浓硫酸，浓硫酸的质量增加1.08 g，试通过计算确定A的分子式。提示水的质量m(H2O)1.08 g ，CO2的质量m(CO
2、2)3.06 g1.08 g1.98 g ，氢的质量m(H)1.08 g0.12 g ，碳的质量m(C)1.98 g0.54 g，因m(H)m(C)0.12 g0.54 g0.66 g，0.66 g1.38 g，所以，该有机物中还含有O元素，其质量m(O)1.38 g0.66 g0.72 g。因此该有机物分子中各元素原子数目比为N(C)N(H)N(O)383。则该有机物的最简式为C3H8O3，其式量为1231816392，有机物A的相对分子质量Mr46292，与最简式的式量相等，故A的最简式即为分子式。故该有机物的分子式为C3H8O3。2观察下图确定有机物的相对分子质量是多少？并总结从质谱图中
3、确定有机物分子质量的方法规律。提示46；在质谱图中，质荷比最大的离子的相对分子质量即是此有机物的相对分子质量。深度思考李比希法测定实验式的步骤如下：(1)如何通过水的质量确定m(H)?提示m(H)m(H2O)。(2)如何通过m(CO2)来确定m(C)?提示m(C)m(CO2)。练中感悟1某化合物6.4 g在氧气中完全燃烧，只生成8.8 g CO2和 7.2 g H2O。下列说法正确的是()A该化合物仅含碳、氢两种元素B该化合物中碳、氢原子个数比为12C无法确定该化合物是否含有氧元素D该化合物中一定含有氧元素答案D解析n(CO2) 0.2 mol，n(C)n(CO2)0.2 mol，m(C)0.
4、2 mol12 gmol12.4 g；n(H2O)0.4 mol，n(H)2n(H2O)0.8 mol，m(H)0.8 g；n(C)n(H)0.2 mol0.8 mol14；m(C)m(H)2.4 g0.8 g3.2 g6.4 g，所以该化合物中一定含有氧元素，其质量为6.4 g3.2 g3.2 g，其物质的量n(O)0.2 mol。n(C)n(H)n(O)N(C)N(H)N(O)141，实验式为CH4O，无法确定其分子式。2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，则下列说法正确的是()A分子中C、H、O原子个数之比为123B分子中C、H原子个数之比为14C分子中一定
5、含有氧元素D此有机物的最简式为CH4答案B解析根据CO2与H2O物质的量之比为12推知，该有机物中N(C)N(H)14，无法确定是否含氧，故A、C、D错误。3某有机物的结构确定：(1)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解析(1)该物质中碳、氢、氧原子个数之比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，
6、故其分子式为C4H10O。二、分子结构的鉴定1在分子结构鉴定中红外光谱、核磁共振氢谱各有什么作用？提示红外光谱可以初步判断有机物中含有的官能团或化学键；核磁共振氢谱用于测定有机物中分子里含氢原子的类型和数目。2有机物A的相对分子质量为74，其红外光谱图如图，请写出该分子的结构简式：_。答案CH3CH2OCH2CH3解析根据题图中所提到的对称结构及A的相对分子质量可确定A的结构简式。3化合物A和B的分子式都是C2H4Br2，A的核磁共振氢谱如图所示，A的结构简式为_，请预测B的核磁共振氢谱上有_个吸收峰。答案BrCH2CH2Br2解析由A的核磁共振氢谱图中只有一个峰可得，A的结构简式为BrCH2
7、CH2Br，而B的结构简式只能是CH3CHBr2，则其核磁共振氢谱上有2个吸收峰。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)不同化学键、官能团吸收频率不同，在红外光谱图中所处位置不同。因此，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，从而确定有机物的结构。(3)质谱图中，质荷比最大值即为有机物的相对分子质量。练中感悟1如图是某有机物核磁共振氢谱图，则该有机物的结构简式是()ACH3COOCH2CH3 BCH3CH=CHCH3CCH3CH2CH3 DCH3CHOHCH2CH3答案A解析根据图示有三种氢
8、，B选项有两种H，C项有两种H，D项有五种H，故A项符合题意。2某有机物的红外光谱如图所示：该有机物分子中有几种不同的化学键？它们分别是什么？答案有三种不同的化学键，它们分别是CH、OH、CO键。3某有机物A的质谱图、核磁共振氢谱图如下，则A的结构简式可能为()AHCOOH BCH3CHOCCH3CH2OH DCH3CH2CH2COOH答案C解析根据质谱图可知其相对分子质量为46，选项中只有HCOOH和CH3CH2OH的相对分子质量为46，而HCOOH只有两种等效氢，CH3CH2OH有三种等效氢，符合核磁共振氢谱图，故答案为C。4有机物X是一种重要的有机合成中间体，用于制造塑料、涂料和黏合剂等
9、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_。答案(1)100(2)C5H8O2(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CaCl
10、2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20.8 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0.5 mol，根据质量守恒，氧元素的质量为10.0 g0.8 mol1 gmol10.5 mol12 gmol13.2 g，则氧元素的物质的量为0.2 mol，则该分子中碳、氢、氧元素的原子个数之比为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种类型的氢原子，其中一种是醛基中的氢原子，
11、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。有机物结构确定的方法思路课时对点练题组一元素分析与相对分子质量的测定1某有机物蒸气完全燃烧需三倍于其体积的氧气，产生于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()AC3H7OH BCH3CHOCCH3COCH3 DC2H4答案D解析设有机物分子式为CxHyOz，燃烧的通式为CxHyOz(x)O2xCO2H2O，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。2下列有关说法错误的是()A李比希法是定量研究有机物中元素组成的方法B元素分析仪可用于分
12、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最简式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。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A B C D答案B解析由可得有机物的实验式，由可知有机物的分子式。4某烃中碳和氢的质量比是245，该烃在标准状况下的密度是2.59 gL1，其分子式为()AC2H6 BC4H10 CC5H8 DC7H8答案B解析N(C)N(H)25，得其实验式为C2
13、H5，MVm2.59 gL122.4 Lmol158 gmol1，设分子式为(C2H5)n，(245)n58，n2，故其分子式为C4H10。5下列实验式中，不用相对分子质量就可以确定分子式的是()CH3CHCH2C2H5A B C D答案D解析实验式乘以整数倍，即可得到有机物的分子式。根据烷烃通式，当碳原子数为n时，则氢原子数最多为2n2。符合实验式CH3的只有C2H6；符合实验式CH的有C2H2、C6H6等；符合实验式CH2的有C2H4、C3H6等；符合实验式C2H5的只有C4H10。6两种气态烃组成的混合气体0.1 mol完全燃烧得0.16 mol CO2和3.6 g H2O，下列说法正确
14、的()A一定有乙烯 B一定是甲烷和乙烯C一定有乙炔 D一定有甲烷答案D解析n(H2O)0.2 mol，即0.1 mol混合烃完全燃烧生成0.16 mol CO2和0.2 mol H2O，根据元素守恒，混合烃的平均分子式为C1.6H4；烃中C原子数小于1.6的只有CH4，则混合气体中一定含有CH4，由于CH4分子中含4个H原子，则另一种烃分子中一定含4个H原子，且其C原子数大于1.6，故可能是C2H4或C3H4。题组二分子结构的鉴定7图1和图2分别是A、B两种物质的核磁共振氢谱图。已知A、B两种物质都是烃类，都含有6个氢原子。请根据图1和图2两种物质的核磁共振氢谱图选择出可能属于图1和图2的两种
15、物质是()AA是C3H6；B是C6H6 BA是C3H6；B是C2H6CA是C2H6；B是C6H6 DA是C2H6；B是C3H6答案D解析A、B两种物质都是烃类，都含有6个氢原子，选项中C6H6只有一种H，C3H6若为环丙烷，只含1种H，若为CH3CH=CH2，含3种H，符合，而C2H6中含1种H。8某化合物由碳、氢、氧三种元素组成，其红外光谱图有CH键、OH键、CO键的振动吸收，该有机物的相对分子质量是60，其核磁共振氢谱只有3组峰，则该有机物的结构简式是()ACH3CH2OCH3 BCH3CH(OH)CH3CCH3CH2CH2OH DCH3CH2CHO答案B解析由红外光谱图知，该有机物的分子
16、中含CH键、OH键、CO键，A项中无OH键，D项中无OH键、CO键，B、C项含有三种化学键且相对分子质量都是60，但B项核磁共振氢谱有3组峰，C项有4组峰，故B项正确。9为测定某有机物的结构，用核磁共振仪处理后得到如图所示的核磁共振氢谱，则该有机物可能是()AC2H5OH BC D答案A解析根据有机物的核磁共振氢谱知该有机物中含有3种氢原子，且峰面积之比为321，根据等效氢的概念判断。乙醇分子中含有3种氢原子，峰面积之比为321，故A正确；2-甲基丙烯中含有2种氢原子，故B错误；对氨基苯酚中含有4种氢原子，故C错误；对二甲苯中含有2种氢原子，故D错误。10乙酸和甲酸甲酯互为同分异构体，其结构式
17、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种氢原子，有2个峰且峰面积之比为31，甲酸甲酯中含有2种氢原子，有2个峰且峰面积之比为13，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。11符合下
18、面核磁共振氢谱图的有机物是()ACH3COOCH2CH3 BCH2=CHCH2CH3C D答案A解析分析选项中各有机物不同类型的氢原子的种数及原子个数(吸收强度)之比，再与已知核磁共振氢谱对照即可找出答案。A中物质有3种不同类型的氢原子，个数之比为233；B中物质有4种不同类型的氢原子，个数比为2123；C中物质有4种不同类型的氢原子，个数比为3221；D中物质有3种不同类型的氢原子，个数比为311。核磁共振氢谱图中有3种不同类型的氢原子，再由氢原子个数(吸收强度)之比可知A项符合。12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
19、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类型的氢原子C若A的分子式为C2H6O，则其结构简式为CH3OCH3D仅由其核磁共振氢谱无法得知其分子中的氢原子总数答案C解析由红外光谱可知，该有机物分子中含有CH键、OH键、CO键等，因此至少有三个不同的化学键，A正确；由核磁共振氢谱可知，该有机物有三个吸收峰，因此分子中有三种类型的氢原子，B正确；若A的分子式为C2H6O，则其结构简式应为CH3CH2OH，C错误；仅由其核磁共振氢谱只能确定氢原子的种类及个数比，无法得知其分子中的氢原子总数，D正确。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
20、物可能的结构为_(填字母)。ACH3COOCH2CH3 BCH3CH2COOCH3CHCOOCH2CH2CH3 D(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_。有机物Y若为，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。有机物Y若为，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键，且CH3为对称结构。(2)中，化学键有C=O、CO、OH、C
21、C、CH，所以共有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个峰。中，化学键有C=O、CO、CH，所以共有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。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、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
22、44，则该样品的化学式为_。(4)若该有机物的核磁共振氢谱如图所示，峰面积之比为13。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，试剂X可选用浓硫酸。(2)D装置中无水氯化钙是吸收生成的水；E装置中碱石灰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 g0.24 g，D装置质量增加0.36 g是水的质量，可得氢元素的质
23、量：0.36 g0.04 g，从而可推出含氧元素的质量为(0.440.240.04) g0.16 g，设最简式为CxHyOz，则xyz241，即最简式为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。(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，吸收空气中的二氧化碳和水蒸气，避免产生误差。15某有机物A 1.44 g完全燃烧生成2.16 g H2O，生成的CO2恰好与200 mL 1 molL1 KOH溶液作用生成正盐，将A试样进行检测所得质谱图如下图。(1)A的最简式为_。(2)A的分子式为_。(3)若A的一氯代物
24、只有一种，A的结构简式为_。答案(1)C5H12(2)C5H12(3)C(CH3)4解析CO2恰好与200 mL 1 molL1 KOH 溶液作用生成正盐，KOH的物质的量为0.2 mol，则CO2的物质的量为0.1 mol，m(C)1.2 g，由质谱图可知，此有机物的最大质荷比为72，即此有机物的相对分子质量为72，有机物A的质量为1.44 g，物质的量为0.02 mol，完全燃烧生成2.16 g H2O的物质的量为0.12 mol，n(H)0.24 mol，m(H)0.24 g，由此，m(C)m(H)1.44 g，不含氧元素；此有机物分子内N(C)N(H)0.1 mol0.24 mol512，即最简式为C5H12，因为C5H12的相对分子质量恰好为72，则A的分子式为C5H12。(1)有机物A的最简式为C5H12。(2)有机物A的分子式为C5H12。(3)若A的一氯代物只有一种，A的结构简式为C(CH3)4。
