1、认识有机化合物认识有机化合物 第一章第一章 第四节第四节 研究有机化合物的研究有机化合物的 一般步骤和方法一般步骤和方法 第一章第一章 第一章第一章 第第2课时课时 有机物分子式与分子有机物分子式与分子 结构的确定结构的确定 新情境新情境 激趣入题激趣入题 有机化合物结构测定方法的发展对有机化学 的发展起了非常重要的作用。例如，19世纪 上半叶，盖一吕萨克(j.L.GayLussac)、贝 采里乌斯(J.J.Berzelius)、李比希(J. Liebig) 等先驱者创建了有机元素定量分析方法，使 有机化学正式成为一门新的科学；20世纪初， 普瑞格(F.Pregl)创立了有机微量分析方法， 使
2、对于一些含量极微的天然有机化合物的研 究成为可能；20世纪50年代马丁 (AT.P.Martin)和辛吉(P.L.M. Synge)创建了 纸上色谱和气相色谱等方法，为分析氨基酸 和蛋白质结构提供了有力的工具，使得蛋白 质化学取得了突破性的进展。近40年来，X 射线衍射技术已经成为测定有机化合物分子 三维空间结构的有效方法，不仅大大促进了 有机合成的发展，也为结构化学的发展提供 了技术保证。 德国Elementar元素分析系统公司生产元素分 析仪、总有机碳(TOC)分析仪，是历史最悠 久的有机元素分析仪器的研究和开发者，至 今已有100多年的历史。Elementar公司始终 是有机元素分析仪器
3、的领导者和前驱者，那 么现代化的元素分析仪有什么作用吗？ 新知识新知识 导学探究导学探究 新知导学 1元素分析 将一定量有机物燃烧后转化为简单无机物， 并定量测定各产物的质量，从而推算出有机 物分子中所含元素原子个数的 _，即_式。 最简的整数比最简的整数比 实验实验 2相对分子质量的测定质谱法 (1)质谱法是近代发展起来的_、 _、_测定_的方法， 它用_等轰击样品_，使该 分子_变成 _。 (2)质荷比：指分子离子或碎片离子的 _与其_的比值。 (3)原理 质谱图中_就是样品分子的 相对分子质量。 快速快速 微量微量 精确精确 相对分子质量相对分子质量 高能电子流高能电子流 分子分子 失去
4、电子失去电子 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 相对质量相对质量 电荷电荷 质荷比最大值质荷比最大值 3红外光谱法 (1)作用：初步判断某有机物中含有何种 _或_。 (2)原理：不同的官能团或化学键 _不同，在红外光谱图中处于不同 的位置。 4核磁共振氢谱 (1)作用：测定有机物分子中氢原子的_ 和_。 (2)原理：处于不同化学环境中的氢原子在谱 图上出现的_，而且吸收峰的面积 与_成正比。 (3)分析：吸收峰数目_， 吸收峰面积比_。 化学键化学键 官能团官能团 吸收频率吸收频率 类型类型 数目数目 位置不同位置不同 氢原子个数氢原子个数 氢原子种类氢原子种类 氢原子
5、数目比氢原子数目比 自主探究 某有机物燃烧产物只有CO2和H2O，如何判 断该有机物中是否含有氧元素？ 提示：根据燃烧产物CO2和H2O的质量计算 出碳元素和氢元素质量，若碳元素和氢元素 质量之和等于原有机物的质量，则不含有氧 元素；若二者质量之和小于原有机物的质量， 说明含有氧元素。 新思维新思维 名师讲堂名师讲堂 教材点拨 1有机物组成元素的推断 一般来说，某有机物完全燃烧后若产物只有 CO2和H2O，其组成元素可能为C、H和C、H、 O。 欲判断该有机物是否含氧元素，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C、H的质量之和与原来有机物 质量比较，若两者相等，则
6、原有机物中不含 氧；否则，原有机物的组成中含氧。 有机物分子式的确定 图示如下： 2. 确定分子式的方法确定分子式的方法 (1)直接直接法法 有机物的密度有机物的密度(或相对密度或相对密度)摩尔质量摩尔质量1 mol 有机物中有机物中 各原子的物质的量各原子的物质的量分子式。分子式。 (2)最简式法最简式法 各元素的质量分数各元素的质量分数最简式最简式 摩尔质量摩尔质量分子式。 分子式。 (3)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 14，看商数和余数。，看商数和余数。 M CxHy M CH2 M 14 A 余余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
7、整除为炔烃或二烯烃整除为炔烃或二烯烃 差差6整除为苯或苯同系物整除为苯或苯同系物 其中商数其中商数 A 为烃中的碳原子数，此法用于具为烃中的碳原子数，此法用于具有确定通式的有确定通式的 烃烃(如烷、烯、炔、苯的同系物等如烷、烯、炔、苯的同系物等)。 (4)化学方程式法化学方程式法 利用有机化学反应中反应物、生成物之间利用有机化学反应中反应物、生成物之间“量量”的关系求的关系求 分子式的方法。在有机物化学中，常利用有机物燃烧方程式对分子式的方法。在有机物化学中，常利用有机物燃烧方程式对 分子式进行求解。常用的化学方程式有：分子式进行求解。常用的化学方程式有： CxHy(xy 4)O2 点燃点燃
8、xCO2y 2H2O， ， CxHyOz(xy 4 z 2)O2 点燃点燃 xCO2y 2H2O 提示： 某些特殊组成的实验式，可根据其组 成特点直接确定其分子式，如实验式为CH3 的有机物，其分子式为C2H6时，氢原子已达 到饱和；实验式为CH3O的有机物，其分子式 为C2H6O2(乙二醇)。 典例透析 (2014长沙月考)将含有C、H、O 三种元素的有机物3.24 g装入元素分析装置， 通入足量的O2使其完全燃烧，将生成的气体 依次通过无水氯化钙干燥管A和碱石灰干燥 管B，测得A管质量增加了2.16 g，B管质量 增加了9.24 g。已知该有机物的相对分子质 量为108，试计算： (1)3
9、.24 g该化合物消耗氧气的质量是多少？ (2)写出该化合物的分子式。 (3)该化合物的分子中存在1个苯环，苯环上 只有1个支链，且支链中有1个甲基。试写出 该有机物的结构简式。 【解析】【解析】 (1)由质量守恒定律可求得消耗由质量守恒定律可求得消耗 O2的质量：的质量： m(O2) 2.16 g9.24 g3.24 g8.16 g。 (2)A 管、管、B 管中增加的质量分别是管中增加的质量分别是 H2O 和和 CO2的质量，的质量， 据此可求得有机物中所含据此可求得有机物中所含 C、H 的质量：的质量： m(C) 9.24 g 44 g mol 112 g2.52 g， m(H) 2.16
10、 g 18 g mol 12 g0.24 g， 因因 m(C)m(H)2.76 g3.24 g。 故有机物所含氧元素的质量为故有机物所含氧元素的质量为 m(O)3.24 g2.52 g 0.24 g0.48 g。 则则 n(C)n(H)n(O)781。 即有机物的实验式为即有机物的实验式为 C7H8O，再由有机物的相对分子质量，再由有机物的相对分子质量 为为 108，可确定有机物的分子式为，可确定有机物的分子式为 C7H8O。 (3)从有机物中除去一个从有机物中除去一个、一个、一个CH3，剩余残基，剩余残基 只有一个只有一个 O，故该有机物的结构简式为，故该有机物的结构简式为。 【答案】【答案
11、】 (1)8.16 g (2)C7H8O (3) 变式训练 1将某有机物完全燃烧，生成CO2和H2O。 将12 g该有机物完全燃烧的产物通过浓硫酸， 浓硫酸增重14.4 g，再通过碱石灰，又增重 26.4 g。该有机物的分子式为( ) AC4H10 BC2H6O CC3H8O DC2H4O2 解析：浓硫酸增重为H2O的质量，碱石灰增 重为CO2的质量，即m(H2O)14.4 g， m(CO2)26.4 g，易求出m(C)7.2 g，m(H) 1.6 g，则m(O)3.2 g，据此易求出有机 物中C、H、O的原子个数比为381，即 该有机物的实验式为C3H8O，因氢原子数已 达到饱和，此实验式也
12、就是该有机物的分子 式。 答案：C 教材点拨 1根据价键规律确定 某些有机物根据价键规律只存在一种结构， 则直接根据分子式确定其结构式。例如C2H6， 只能是CH3CH3。 有机物结构式的确定 2通过定性实验确定通过定性实验确定 实验实验有机物表现的性质及相关结论有机物表现的性质及相关结论官能团官能团确定结确定结 构式。构式。 如能使溴的四氯化碳溶液褪色的有机物分子中可能含有如能使溴的四氯化碳溶液褪色的有机物分子中可能含有 ，不能使溴的四氯化碳溶液褪色却能使酸性高锰酸钾，不能使溴的四氯化碳溶液褪色却能使酸性高锰酸钾 溶液褪溶液褪色的可能是苯的同系物等。色的可能是苯的同系物等。 3通过定量实验确
13、定 (1)通过定量实验确定有机物的官能团，如乙 醇结构式的确定。 (2)通过定量实验确定官能团的数目，如测得 1mol某醇与足量钠反应可得到1mol气体，则 可说明醇分子含2个OH。 4根据实验测定的有机物的结构片段“组装” 有机物 实验测得的往往不是完整的有机物，这就需 要我们根据有机物的结构规律如价键规律、 性质和量的规律等来对其进行“组装”和 “拼凑”。 5可用红外光谱、核磁共振氢谱确定有机物 中的官能团和各类氢原子数目，确定结构式。 提示：测定有机化合物结构的核心步骤是确 定其分子式，检测分子中所含的官能团及其 在碳骨架上的位置。 典例透析 有机物A可由葡萄糖发酵得到，也 可从酸牛奶中
14、提取。纯净的A为无色黏稠液 体，易溶于水。为研究A的组成与结构，进 行了如下实验： 实验步骤 解释或实验 结论 (1)称取A 9.0 g，升温使其 汽化，测得其密度是相同条 件下H2的45倍 (1)A的相对 分子质量为 ：_ (2)将此9.0 g A在足量纯O2 5.4 g 13.2 g (2)A的分子 实验步骤实验步骤 解释或实验结论解释或实验结论 (3)另取另取 A 9.0 g， 跟足量的， 跟足量的 NaHCO3粉末粉末 反应，生成反应，生成 2.24 L CO2(标准状况标准状况)，若与，若与 足量金属钠反应则生成足量金属钠反应则生成 2.24 L H2(标准标准 状况状况) (3)用
15、结构简式表示用结构简式表示 A 中含有的官能团中含有的官能团 是是_ (4)A 的核磁共振氢谱如下图：的核磁共振氢谱如下图： (4)A 中含有中含有 _种氢原子种氢原子 (5)综上所述，综上所述，A 的结构简式为的结构简式为_ 【解析】【解析】 (1)A 的密度是相同条件下的密度是相同条件下 H2密度的密度的 45 倍，相倍，相 对分子质量为对分子质量为 45290。 (2)9.0 g A 的物质的量为的物质的量为 0.1 mol，燃烧产物是水，燃烧产物是水 5.4 g 和二和二 氧化碳氧化碳 13.2 g， 说明， 说明 0.1 mol A 燃烧生成燃烧生成 0.3 mol H2O 和和 0
16、.3 mol CO2，即，即 0.1 mol A 中含有中含有 0.6 mol H、0.3 mol C，氧原子为：，氧原子为： 9.0 g0.6 mol1 g/mol0.3 mol12 g/mol 16 g/mol 0.3 mol， 所以所以 A 的最简式为的最简式为 CH2O，设分子式为，设分子式为(CH2O)n， 则则 30n90，n3，故分子式为，故分子式为 C3H6O3。 (3)0.1 mol A跟足量跟足量NaHCO3粉末反应， 生成粉末反应， 生成2.24 L CO2(标标 准状况准状况)，若与足量金属钠反应则生成，若与足量金属钠反应则生成 2.24 L H2(标准状况标准状况)，
17、说，说 明分子中含有一个明分子中含有一个COOH 和一个和一个OH。 (4)A 的核磁共振氢谱中有的核磁共振氢谱中有 4 个峰，说明分子中含有个峰，说明分子中含有 4 种处种处 于不同化学环境下的氢原子，且个数比为于不同化学环境下的氢原子，且个数比为 1113。 (5)综上所述，综上所述，A 的结构简式为的结构简式为。 【答案】【答案】 (1)90 (2)C3H6O3 (3)COOH、OH (4)4 (5) 变式训练 2(2014哈尔滨联考)化合物A经李比希法 和质谱法分析得知其相对分子质量为136，A 分子中只含一个苯环且苯环上只有一个取代 基，其核磁共振氢谱与红外光谱如下图。关 于A的下列
18、说法中正确的是( ) A符合题中A分子结构特征的有机物有多种 B1 mol A在一定条件下可与4 mol H2发生 加成反应 CA分子属于酯类化合物，在一定条件下能 发生水解反应 D与A属于同类化合物的同分异构体只有2 种 解析：解析：该化合物中苯环的相对分子质量为该化合物中苯环的相对分子质量为 77，所以苯，所以苯环上环上 取代基的相对分子质量为取代基的相对分子质量为 1367759，由红外光谱图可知该，由红外光谱图可知该 分子中含有分子中含有 2 个氧原子、个氧原子、 2 个碳原子， 故个碳原子， 故 A 的分子式为的分子式为 C8H8O2。 分子中含有分子中含有 4 种种 H，结合红外光
19、谱图可知，结合红外光谱图可知 A 的结构简式为的结构简式为 ，所以化合物，所以化合物 A 属于酯类化合物，在一定条属于酯类化合物，在一定条 件下能发生水解反应。在一定条件下可与件下能发生水解反应。在一定条件下可与 3 mol H2发生加成反发生加成反 应；除应；除 A 外与外与 A 属于同类化合物的同分异构体有属于同类化合物的同分异构体有 5 种。种。 答案：C 新考题新考题 随堂自测随堂自测 1能够快速、微量、精确地测定相对分子质 量的物理方法是( ) A质谱法 B红外光谱 C紫外光谱 D核磁共振氢谱 答案：A 2(双选)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
20、 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14 C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 解析：解析：从定性上分析：如果某化合物在氧气中完全燃烧，从定性上分析：如果某化合物在氧气中完全燃烧， 只生成只生成 CO2和和 H2O，则该化合物中一定含有碳、氢两种元素，则该化合物中一定含有碳、氢两种元素， 可能含有氧元素；要进一步确定该化合物中是否含有氧元素，可能含有氧元素；要进一步确定该化合物中是否含有氧元素， 要从定量上分析。要从定量上分析。 n(C) 8.8 g 44 g mol 10.2 mol，n(H2O) 7.2
21、 g 18 g mol 10.4 mol； 则n(C)n(H)0.2(0.42)14，即 N(C)N(H)14，所以B正确；m(C) m(H)0.2 mol12 gmol10.8 mol1 gmol13.2 g，小于6.4 g，所以该化合物 中含有氧元素，D正确。 答案：BD 3(2014经典习题选萃)某气态有机物X含C、 H、O三种元素，已知下列条件，现欲确定X 的分子式，所需最少条件是( ) X中含碳质量分数 X中含氢质量分数 X在标准状况下的体积 X对H2的相对密 度 X的质量 A B C D 解析：C、H质量分数已知，则O的质量分数 可求，从而推出实验式，结合相对分子质量 即可求出分子
22、式。 答案：B 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：解析：先求最简式先求最简式 N(C)N(H)24 12 5 1 25，故该烃的故该烃的 最简式为最简式为 C2H5，再求相对分子质量：，再求相对分子质量：22.42.5958，故该有，故该有 机物的分子式为机物的分子式为 C4H10。 5(2014长郡中学月考)下列为测定某有机 物的分子式的过程： (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.
23、51%，则其 实验式是_。 (2)下图是该有机物的质谱图，则其相对分子 质量为_，分子式为_。 解析：解析：(1)根据燃烧分根据燃烧分析可知：析可知：N(C)N(H)N(O) 64.86% 12 13.51% 1 1 64.86%13.51% 16 4101， 则该有机， 则该有机 物实验式为物实验式为 C4H10O。 (2)质谱图最右侧峰对应的质荷比为该有机物相对分子质质谱图最右侧峰对应的质荷比为该有机物相对分子质 量。量。 答案：(1)C4H10O (2)74 C4H10O 6某有机物3.0 g在足量O2中完全燃烧，只 生成2.24 L(标准状况)CO2和1.8 g H2O。 试回答下列问
24、题： (1)该有机物中C，H，O的物质的量之比为 _。 (2)若该有机物的相对分子质量为60，其水溶 液能使紫色石蕊试液变红，则它的结构简式 是_。 解析：本题考查简单有机物分子式的确定。 难度中等。由C原子守恒可确定n(C)0.1 mol，由H原子守恒可确定n(H)0.2 mol，根 据质量守恒可确定有机物中还含有O元素， 其质量为3.0 g0.1 mol12 g/mol0.2 mol1 g/mol1.6 g，故O原子的物质的量 为0.1 mol，因此C，H，O的物质的量之比为 121。M(CH2O)x60，解得x2，分 子式为C2H4O2，其水溶液能使紫色石蕊试液 变红，故该有机物为CH3
25、COOH。 答案：(1)121 (2)CH3COOH 依据理想气体状态方程测定 有机化合物的相对分子质量 在科学研究和生产中，经常要研究温度和压 强对气体体积的影响，此时可用理想气体状 态方程pVnRT来描述气体体积、压强和温 度之间的关系。该方程中，若体积(V)的单位 为m3、压强(p)的单位为Pa，温度(T)的单位 为K，物质的量(n)的单位为mol，R的取值为 8.314 Pam3mol1K1。 利用下图所示的装置，可将一定质量的待测样品注入带活利用下图所示的装置，可将一定质量的待测样品注入带活 塞的密闭容器中，在水蒸气的作用下使液态样品汽化，再测出塞的密闭容器中，在水蒸气的作用下使液态样品汽化，再测出 样品蒸气的温度、压强和体积，就可以依据理想气体状态方程样品蒸气的温度、压强和体积，就可以依据理想气体状态方程 求出样品的物质的量求出样品的物质的量 npV RT，进而求出该 ，进而求出该有机化合物的相对分有机化合物的相对分 子质量子质量 Mm n 。
