1、第四节第四节 研究有机化合物的一般步骤和方法研究有机化合物的一般步骤和方法不增、不减、易分不增、不减、易分一、物质分离和提纯一、物质分离和提纯分离是把混合物分成几种纯净物，分离是把混合物分成几种纯净物，提纯是除去杂质。提纯是除去杂质。蒸馏蒸馏重结晶重结晶萃取分液萃取分液色谱法色谱法（液态有机物）（液态有机物）（固态有机物）（固态有机物）（固态或液态）（固态或液态）（固态或液态）（固态或液态）（一）物质分离和提纯的区别（一）物质分离和提纯的区别（二）物质提纯的原则：（二）物质提纯的原则：（三）物质分离提纯的一般方法：（三）物质分离提纯的一般方法：“杂转纯，杂变沉，化为气，溶剂分杂转纯，杂变沉，化
2、为气，溶剂分”的思想的思想 利用混合物中各种成分的沸点不同而使其分利用混合物中各种成分的沸点不同而使其分离的方法。离的方法。 常用于分离提纯液态有机物，如常用于分离提纯液态有机物，如石油的分馏石油的分馏 条件：条件：有机物热稳定性较强、有机物热稳定性较强、含少量杂含少量杂质、质、与杂质沸点相差较大（与杂质沸点相差较大（30左右）左右） 课本课本P.17实验实验1-1工业乙醇的蒸馏工业乙醇的蒸馏主要仪器：主要仪器：蒸馏烧瓶、冷凝管、牛角管、温度计、蒸馏烧瓶、冷凝管、牛角管、温度计、铁架台（铁圈、铁夹）、石棉网、锥形瓶等铁架台（铁圈、铁夹）、石棉网、锥形瓶等注意要点：注意要点：1. 加入碎瓷片，防
3、止暴沸加入碎瓷片，防止暴沸2. 温度计水银球与支管口相平温度计水银球与支管口相平3. 冷凝水流向：下进上出冷凝水流向：下进上出(与蒸气流向相反与蒸气流向相反)1 1、蒸馏：、蒸馏：4. 蒸馏烧瓶装液不超过蒸馏烧瓶装液不超过2/3不少于不少于1/3装置图装置图含杂含杂工业工业乙醇乙醇95.6工业工业乙醇乙醇无水乙醇无水乙醇（99.5%以上）以上）蒸馏蒸馏加吸加吸水剂水剂无水酒精的制取无水酒精的制取蒸馏蒸馏2. 2. 重结晶重结晶重结晶是将晶体用溶剂重结晶是将晶体用溶剂(蒸馏水蒸馏水)溶解，经过滤、溶解，经过滤、蒸发冷却等步骤，再次析出晶体，得到更加纯蒸发冷却等步骤，再次析出晶体，得到更加纯净的晶
4、体的方法。净的晶体的方法。1. 杂质在溶剂中溶解度很小或大，易除去。杂质在溶剂中溶解度很小或大，易除去。2. 被提纯的物质的溶解度受温度影响较大，被提纯的物质的溶解度受温度影响较大， 升温时溶解度增大，降温时溶解度减小。升温时溶解度增大，降温时溶解度减小。要求：要求：苯甲酸的重结晶实验苯甲酸的重结晶实验步骤：步骤：加热溶解加热溶解趁热过滤趁热过滤冷却结晶冷却结晶不同温度下苯甲酸在水中的溶解度不同温度下苯甲酸在水中的溶解度温度温度 0C溶解度溶解度 g2550950.170.956.8加热苯甲酸溶解，冷却则结晶析出。加热苯甲酸溶解，冷却则结晶析出。思考与交流思考与交流:(P18)温度越低，苯甲酸
5、的溶解度越小，为了得到温度越低，苯甲酸的溶解度越小，为了得到更多的苯甲酸，是不是结晶时的温度越低越更多的苯甲酸，是不是结晶时的温度越低越好？好？重结晶重结晶苯甲酸的重结晶实验苯甲酸的重结晶实验3、萃取、萃取 原理：原理：利用混合物中一种溶质在互不相溶的两利用混合物中一种溶质在互不相溶的两种溶剂中的溶解性不同，用一种溶剂把溶质从种溶剂中的溶解性不同，用一种溶剂把溶质从它与另一种溶剂组成的溶液中提取出来的方法它与另一种溶剂组成的溶液中提取出来的方法 仪器：仪器：分液漏斗、烧杯、铁架台分液漏斗、烧杯、铁架台(含铁圈含铁圈) 操作过程操作过程：振荡振荡静置静置分液分液萃取包括：萃取包括： 1）液）液液
6、萃取：液萃取：是利用有机物在两种互不相溶是利用有机物在两种互不相溶的溶剂中的溶解性不同，将有机物从一种溶剂的溶剂中的溶解性不同，将有机物从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程。转移到另一种溶剂的过程。2）固）固液萃取：液萃取：是用有机溶剂从固体物质中是用有机溶剂从固体物质中溶解出有机物的过程溶解出有机物的过程 (专用仪器设备专用仪器设备)4、色谱法：阅读、色谱法：阅读P.19利用吸附剂对不同有机物吸附作用的不同，分利用吸附剂对不同有机物吸附作用的不同，分离、提纯有机物的方法。离、提纯有机物的方法。例如：粉笔分离色素例如：粉笔分离色素思考：思考：实验室用溴和苯反应制取溴苯，得实验室用溴和苯反应制取溴苯
7、，得粗溴苯后，要用如下操作精制：蒸馏，粗溴苯后，要用如下操作精制：蒸馏，水洗，用干燥剂干燥，水洗，用干燥剂干燥，10%NaOH溶液洗，水洗，正确的操作顺序是（溶液洗，水洗，正确的操作顺序是（ ）ABCDB苯的沸点苯的沸点80.1 ；溴苯沸点；溴苯沸点156.2 练习练习1下列每组中各有三对物质，它们都能下列每组中各有三对物质，它们都能用分液漏斗分离的是用分液漏斗分离的是A 乙酸乙酯和水，酒精和水，植物油和水乙酸乙酯和水，酒精和水，植物油和水B 四氯化碳和水，溴苯和水，硝基苯和水四氯化碳和水，溴苯和水，硝基苯和水C 甘油和水，乙酸和水，乙酸和乙醇甘油和水，乙酸和水，乙酸和乙醇D 汽油和水，苯和水
8、，己烷和水汽油和水，苯和水，己烷和水练习练习2可以用分液漏斗分离的一组液体混和可以用分液漏斗分离的一组液体混和物是物是A 溴和四氯化碳溴和四氯化碳 B 苯和溴苯苯和溴苯 C 汽油和苯汽油和苯 D 硝基苯和水硝基苯和水练习练习3某工厂废液经测定得知主要含有乙醇，其中还溶有丙酮、某工厂废液经测定得知主要含有乙醇，其中还溶有丙酮、乙酸和乙酸乙酯。根据各物质的性质（如下表），确定通过下乙酸和乙酸乙酯。根据各物质的性质（如下表），确定通过下列步骤回收乙醇和乙酸。列步骤回收乙醇和乙酸。 物质丙酮、乙酸乙酯、乙醇、乙酸的沸点（物质丙酮、乙酸乙酯、乙醇、乙酸的沸点（）分别是：）分别是：56.2、77.06、7
9、8、117.9向废液中加入烧碱溶液，调整溶液的向废液中加入烧碱溶液，调整溶液的pH10将混和液放入蒸馏器中缓缓加热将混和液放入蒸馏器中缓缓加热收集温度在收集温度在7085时的馏出物时的馏出物排出蒸馏器中的残液。冷却后向其中加浓硫酸（过量），然排出蒸馏器中的残液。冷却后向其中加浓硫酸（过量），然后再放入耐酸蒸馏器进行蒸馏，回收馏出物后再放入耐酸蒸馏器进行蒸馏，回收馏出物请回答下列问题：请回答下列问题：（1）加入烧使溶液的）加入烧使溶液的pH10的目的是的目的是 ；（2）在）在7085时的馏出物的主要成份是时的馏出物的主要成份是 ；（3）在步骤中，加入过量浓硫酸的目的是（用化学方程式）在步骤中，加
10、入过量浓硫酸的目的是（用化学方程式表示）表示）_ （4）当最后蒸馏的温度控制在）当最后蒸馏的温度控制在85125一段时间后，残留一段时间后，残留液中溶质的主要成份是液中溶质的主要成份是 。使乙酸转变成钠盐使乙酸转变成钠盐,使乙酸乙酯使乙酸乙酯在加热时水解成乙酸钠和乙醇在加热时水解成乙酸钠和乙醇乙醇乙醇2CH3COONa+H2SO42CH3COOH+Na2SO4Na2SO4 H2SO4有 机 物有 机 物（纯净）（纯净）确定确定 分子式分子式？首先要确定有机物首先要确定有机物中含有哪些元素中含有哪些元素如何利用实验的方法确定有机物中如何利用实验的方法确定有机物中C、H、O各元素的质量分数？各元素
11、的质量分数？李比希法李比希法现代元素分析法现代元素分析法研究有机物的一般步骤和方法研究有机物的一般步骤和方法二、元素分析二、元素分析确定实验式确定实验式“李比希元素分析法李比希元素分析法”的原理：的原理：取定量含取定量含C、H（O）的有）的有机物机物加氧化铜加氧化铜 氧化氧化H2OCO2用无水用无水CaCl2吸收吸收用用KOH浓浓溶液吸收溶液吸收得前后得前后质量差质量差得前后得前后质量差质量差计算计算C、H含量含量计算计算O含量含量得出实验式得出实验式求有机物的实验式：求有机物的实验式：【例题例题】某含某含C、H、O三种元素的未知物三种元素的未知物A，经，经燃烧分析实验测定燃烧分析实验测定A中
12、碳的质量分数为中碳的质量分数为52.16%，氢的质量分数为氢的质量分数为13.14%，求，求A的实验式。的实验式。解：解：氧的质量分数为氧的质量分数为 1 52.16% 13.14%34.70%各元素原子个数比各元素原子个数比 N(C)：N(H)：N(O)00.16%70.34008.1%14.1301.12%16.52：2：6：1A的实验式为：的实验式为： C2H6O若要确定它的分子式，还需要什么条件？若要确定它的分子式，还需要什么条件？（1）根据标况下气体的密度可求：）根据标况下气体的密度可求：M = 22.4L/mol g/L=22.4 g/mol（2）依据气体的相对密度：）依据气体的相
13、对密度：M1 = DM2(D:相对相对密度密度)（3）求混合物的平均式量：）求混合物的平均式量：（4）运用质谱法来测定相对分子质量）运用质谱法来测定相对分子质量总总nmM 三、确定相对分子质量三、确定相对分子质量确定分子式确定分子式2、测定相对分子质量最精确快捷的方法、测定相对分子质量最精确快捷的方法用高能电子流轰击分子，使其失去电子变成用高能电子流轰击分子，使其失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子，带正电荷带正电荷的分子离子和碎片离子，带正电荷的分子离子和碎片离子具有不同质量，它们的分子离子和碎片离子具有不同质量，它们在磁场下达到检测器的时间不同，结果被记在磁场下达到检测器的时间不同，结
14、果被记录为质谱图。录为质谱图。 由于分子离子的质荷比越大，达到检测器由于分子离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间最长，因此谱图中的质荷比最大的需要的时间最长，因此谱图中的质荷比最大的就是未知物的相对分子质量）就是未知物的相对分子质量）（1 1）质荷比是什么？）质荷比是什么？（2）如何确定有机物的相对分子质量？）如何确定有机物的相对分子质量？ 分子离子与碎片离子的相对质量与其分子离子与碎片离子的相对质量与其电荷的比值电荷的比值未知化合物未知化合物A的质谱图的质谱图结论：结论：A的相对分子质量为的相对分子质量为46【例题例题】2002年诺贝尔化学奖获得者的贡献之一是发年诺贝尔化学奖获得者的贡献之
15、一是发明了对有机物分子进行结构分析的质谱法。其方法是明了对有机物分子进行结构分析的质谱法。其方法是让极少量的（让极少量的（109g）化合物通过质谱仪的离子化室）化合物通过质谱仪的离子化室使样品分子大量离子化，少量分子碎裂成更小的离子。使样品分子大量离子化，少量分子碎裂成更小的离子。如如C2H6离子化后可得到离子化后可得到C2H6、C2H5、C2H4 ，然后测定其质荷比。某有机物样品的质荷比如，然后测定其质荷比。某有机物样品的质荷比如右图所示（假设离子均带一个单位正电荷，信号强度右图所示（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），则该有机物可能是与该离子的多少有关），则该有机物可
16、能是 A 甲醇甲醇 B 甲烷甲烷 C 丙烷丙烷 D 乙烯乙烯【练习练习】某有机物的结构确定过程前两步为：某有机物的结构确定过程前两步为：测定实验式：某含测定实验式：某含C、H、O三种元素的有机物，经三种元素的有机物，经燃烧分析实验测定其碳的质量分数是燃烧分析实验测定其碳的质量分数是64.86%，氢的质，氢的质量分数是量分数是13.51%, 则其实验式是（则其实验式是（ ）。）。 确定分子式：下图是该有机物的质谱图，则其相对确定分子式：下图是该有机物的质谱图，则其相对分子质量为（分子质量为（ ），分子式为（），分子式为（ ）。）。C4H10O74C4H10O例：未知物例：未知物A的分子式为的分子
17、式为C2H6O，其结构可能，其结构可能是什么？是什么？ HHH HHCCOH或或HCOCH H HH H三、波谱分析三、波谱分析确定结构式确定结构式确定有机物结构式的一般步骤是：确定有机物结构式的一般步骤是：（1）根据分子式写出可能的同分异构体）根据分子式写出可能的同分异构体（2）利用该物质的性质推测可能含有的官能）利用该物质的性质推测可能含有的官能团，最后确定正确的结构团，最后确定正确的结构1、核磁共振氢谱、核磁共振氢谱对于对于CH3CH2OH、CH3OCH3这两种物质来说，这两种物质来说，除了氧原子的位置、连接方式不同外，碳原子、除了氧原子的位置、连接方式不同外，碳原子、氢原子氢原子的连接
18、方式也不同、所处的环境不同，即的连接方式也不同、所处的环境不同，即等效碳、等效碳、等效氢等效氢的种数不同。的种数不同。分析、观察核磁共振氢谱的谱图，然后与其它同分析、观察核磁共振氢谱的谱图，然后与其它同学交流如何根据核磁共振氢谱确定有机物的结构。学交流如何根据核磁共振氢谱确定有机物的结构。通过交流明确：不同化学环境的氢原子（等效氢通过交流明确：不同化学环境的氢原子（等效氢原子）因产生共振时吸收的频率不同，被核磁共原子）因产生共振时吸收的频率不同，被核磁共振仪记录下来的振仪记录下来的吸收峰的面积吸收峰的面积不同。所以，可以不同。所以，可以从核磁共振谱图上推知氢原子的从核磁共振谱图上推知氢原子的类
19、型类型及及数目数目。核磁共振CH3CH2OH的红外光谱可以推知未知物可以推知未知物A分子有分子有3种不同类型的氢原子种不同类型的氢原子及它们的数目比为及它们的数目比为3：2：1因此，因此，A的结构为：的结构为： H HHCCOH H H【练习练习】2002年诺贝尔化学奖表彰了两项成果，年诺贝尔化学奖表彰了两项成果，其中一项是瑞士科学家库尔特其中一项是瑞士科学家库尔特维特里希发明了维特里希发明了“利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法维结构的方法”。在化学上经常使用的是氢核。在化学上经常使用的是氢核磁共振谱，它是根据不同化学环境的氢原子在磁共振谱
20、，它是根据不同化学环境的氢原子在氢核磁共振谱中给出的信号不同来确定有机物氢核磁共振谱中给出的信号不同来确定有机物分子中的不同的氢原子。下列有机物分子在核分子中的不同的氢原子。下列有机物分子在核磁共振氢谱中只给出一种信号的是磁共振氢谱中只给出一种信号的是A HCHO B CH3OH C HCOOH D CH3COOCH3【练习练习】 分子式为分子式为C3H6O2的二元混合物，分离的二元混合物，分离后后,在核磁共振氢谱上观察到氢原子给出的峰有在核磁共振氢谱上观察到氢原子给出的峰有两种情况。第一种情况峰给出的强度为两种情况。第一种情况峰给出的强度为11；第二种情况峰给出的强度为第二种情况峰给出的强度
21、为321。由此推断。由此推断混合物的组成可能是（写结构简式）混合物的组成可能是（写结构简式） 。CH3COOCH3CH3CH2COOHHOCH2COCH32、红外光谱、红外光谱由于有机物中组成由于有机物中组成化学键化学键、官能团官能团的的原子原子处于不断振动状态，且振动频率与红外光处于不断振动状态，且振动频率与红外光的振动频谱相当。所以，当用红外线照射的振动频谱相当。所以，当用红外线照射有机物分子时，分子中的有机物分子时，分子中的化学键、官能团化学键、官能团可发生震动吸收，可发生震动吸收，不同的化学键、官能团不同的化学键、官能团吸收频率不同吸收频率不同，在红外光谱图中将，在红外光谱图中将处于不
22、处于不同位置同位置。因此，我们就可以根据红外光谱。因此，我们就可以根据红外光谱图，推知有机物含有哪些化学键、官能团，图，推知有机物含有哪些化学键、官能团，以确定有机物的结构。以确定有机物的结构。【例题例题】下图是一种分子式为下图是一种分子式为C4H8O2的有机的有机物的红外光谱谱图物的红外光谱谱图,则该有机物的结构简式为：则该有机物的结构简式为：COCC=O不对称不对称CH3CH3COOCH2CH3【练习练习】有一有机物的相对分子质量为有一有机物的相对分子质量为74，确，确定分子结构，请写出该分子的结构简式定分子结构，请写出该分子的结构简式 COC对称对称CH3对称对称CH2CH3CH2OCH
23、2CH3【例题例题】一个有机物的分子量为一个有机物的分子量为70,红外光谱表红外光谱表征到碳碳双键和征到碳碳双键和CO的存在，核磁共振氢谱列的存在，核磁共振氢谱列如下图：如下图：写出该有机写出该有机物的可能的结物的可能的结构简式：构简式：写出该有机写出该有机物的分子式：物的分子式：C4H6OCH3CH=CHCHO说明：这四种峰的面积比是：说明：这四种峰的面积比是：1：1：1：3【方法一方法一】最简式法最简式法 根据分子式为最简式的整数倍，因根据分子式为最简式的整数倍，因此利用相对分子质量的最简式可确定其此利用相对分子质量的最简式可确定其分子式。分子式。【例题例题】某同学为测定维生素某同学为测定
24、维生素C（可能含（可能含C、H或或C、H、O）中碳、氢的质量分数，取维生素）中碳、氢的质量分数，取维生素C样品研碎，样品研碎，称取该样品称取该样品0.352 g，置于铂舟并放入燃烧管中，不，置于铂舟并放入燃烧管中，不断通入氧气流。用酒精喷灯持续加热样品，将生成物断通入氧气流。用酒精喷灯持续加热样品，将生成物先后通过无水硫酸铜和碱石灰，两者分别增重先后通过无水硫酸铜和碱石灰，两者分别增重0.144g和和0.528g，生成物完全被吸收。试回答以下问题：，生成物完全被吸收。试回答以下问题：（1）维生素）维生素C中碳的质量分数是中碳的质量分数是 ，氢的质量分，氢的质量分数是数是 。（2）维生素）维生素
25、C中是否含有氧元素？为什么？中是否含有氧元素？为什么？（3）试求维生素）试求维生素C的实验式：的实验式： （3）若维生素）若维生素C的相对分子质量为的相对分子质量为176，请写出它的，请写出它的分子式分子式C3H4O3 414.55肯定含有氧肯定含有氧C6H8O6 【练习练习】吗啡和海洛因都是严格查禁的毒品。吗啡和海洛因都是严格查禁的毒品。吗啡分子含吗啡分子含C 71.58%、H 6.67%、N 4.91%、其余为其余为O。已知其分子量不超过。已知其分子量不超过300。试求：。试求：吗啡的分子量；吗啡的分子式。吗啡的分子量；吗啡的分子式。已知海洛因是吗啡的二乙酸酯。试求：海洛已知海洛因是吗啡的
26、二乙酸酯。试求：海洛因的分子量；海洛因的分子式。因的分子量；海洛因的分子式。16.84%285C17H19NO3C21H23NO5369学与问学与问 实验表明，许多咖啡和可乐饮料中含有兴实验表明，许多咖啡和可乐饮料中含有兴奋性物质咖啡因。经实验测定，咖啡因分子中奋性物质咖啡因。经实验测定，咖啡因分子中各元素的质量分数是各元素的质量分数是: 碳碳49.5，氢，氢5.20，氧，氧16.5，氮，氮28.9，其摩尔质量为，其摩尔质量为194.1g/mol 你能确定它的分子式吗？你能确定它的分子式吗？课本课本P21【方法二方法二】直接法直接法 密度密度(或相对密度或相对密度)摩尔质量摩尔质量1mol1m
27、ol气体中元素原子各为多少摩尔气体中元素原子各为多少摩尔分子式分子式【方法三方法三】余数法余数法用烃的相对分子质量除以用烃的相对分子质量除以1414，视商数和余数，视商数和余数若烃的类别不确定若烃的类别不确定CxHy，可用相对分子质量，可用相对分子质量M除以除以12，看商和余数，即，看商和余数，即M/12x余余y，分子式为分子式为CxHyM(CM(Cx xH Hy y)/M(CH)/M(CH2 2) )M/14M/14aa(a(a为碳原子数为碳原子数) )余余2 2为烷烃为烷烃整除为烯烃或环烷烃整除为烯烃或环烷烃差差2 2整除为炔烃或二烯烃整除为炔烃或二烯烃差差6 6整除为苯或其同系物整除为苯
28、或其同系物此法用于具有确定通式的烃此法用于具有确定通式的烃(如烷、烯、炔、苯的同系物等如烷、烯、炔、苯的同系物等)【例题例题】分别写出相对分子质量为分别写出相对分子质量为128、72的的烃的分子式烃的分子式【方法四方法四】方程式法方程式法 在同温同压下，在同温同压下，10mL某气态烃在某气态烃在50mL O2里充分燃烧，得到液态水和体积为里充分燃烧，得到液态水和体积为35mL的的混合气体，则该烃的分子式可能为（混合气体，则该烃的分子式可能为（ ）A、CH4 B、C2H6 C、C3H8 D、C3H6BD【方法五方法五】 通式法通式法常温下为气态的烷烃常温下为气态的烷烃A和炔烃和炔烃B的混合气体，
29、其密度是的混合气体，其密度是H2的的27.5倍，已知倍，已知A、B分子中含碳原子数相同。求：分子中含碳原子数相同。求：(1)A、B的分子式；的分子式；(2)A与与B的体积比。的体积比。混合物的平均相对分子质量混合物的平均相对分子质量M=27.5*2=55g/mol（A，B的相对分子质量一定是的相对分子质量一定是B的小于的小于55，A的大于的大于55） 因为因为A、B分子中含碳原子数同分子中含碳原子数同 所以设所以设A:CnH2n+2, B:CnH2n-2 只有当只有当n=4时，符合。时，符合。 所以所以A：C4H10，B：C4H6 （2）设）设A的体积分数是的体积分数是x 那么那么58x + 54(1-x)=55 得得x=0.25 所以所以VA:VB=0.25:0.75=1:3 有机化合物的有机化合物的混合物混合物分离、提纯分离、提纯元素定量分析元素定量分析确定实验式确定实验式 波谱分析波谱分析确定结构式确定结构式测定相对分子质量测定相对分子质量确定分子式确定分子式研究有机物一般经历的步骤：研究有机物一般经历的步骤：
