2018-2019學(xué)年高中化學(xué) 第三章 有機(jī)合成及其應(yīng)用 合成高分子化合物 第2節(jié) 有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的測(cè)定學(xué)案 魯科版選修5.doc

第2節(jié)有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的測(cè)定1掌握有機(jī)物分子式的確定方法。(重點(diǎn))2掌握簡(jiǎn)單有機(jī)物分子不飽和度的確定方法。(重點(diǎn))3熟練掌握各種官能團(tuán)的檢驗(yàn)方法。(重難點(diǎn))有 機(jī) 化 合 物 分 子 式 的 確 定基礎(chǔ)初探1測(cè)定有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的流程(1)核心步驟：測(cè)定有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的核心步驟是確定分子式，檢測(cè)分子中所含的官能團(tuán)及其在碳骨架上的位置。(2)流程示意圖2有機(jī)化合物分子式的確定(1)要確定有機(jī)化合物的分子式，首先要知道該物質(zhì)由哪些元素組成，各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，必要時(shí)還要測(cè)量其相對(duì)分子質(zhì)量。(2)元素組成的測(cè)定方法碳、氫元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定燃燒分析法氮元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定鹵素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定氧元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計(jì)算氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)100%其他元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和(3)有機(jī)化合物相對(duì)分子質(zhì)量的測(cè)定通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定有關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算相對(duì)分子質(zhì)量。用質(zhì)譜儀測(cè)定有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量。(1)只要通過(guò)定性分析得到有機(jī)物的元素組成，即可確定有機(jī)物的分子式。 ()(2)只根據(jù)有機(jī)物完全燃燒生成CO2和H2O，不能確定該有機(jī)物一定為烴。()(3)可用質(zhì)譜儀測(cè)定有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量。()(4)含氯有機(jī)物樣品中加入硝酸酸化的硝酸銀溶液后，會(huì)有白色沉淀產(chǎn)生。 ()【提示】(1)(2)(3)(4)核心突破1確定有機(jī)物分子式的基本方法2.確定有機(jī)物分子式的其他方法(1)通式法類(lèi)別通式相對(duì)分子質(zhì)量烷烴CnH2n2Mr14n2(n1)烯烴、環(huán)烷烴CnH2nMr14n(烯烴，n2)，Mr14n(環(huán)烷烴，n3)炔烴、二烯烴CnH2n2Mr14n2(炔烴，n2；二烯烴，n4)苯及其同系物CnH2n6Mr14n6(n6)飽和一元醇CnH2n2OMr14n216飽和一元醛CnH2nOMr14n16飽和一元酸及酯CnH2nO2Mr14n32(2)商余法用烴(CxHy)的相對(duì)分子質(zhì)量除以14，看商數(shù)和余數(shù)。n2，該烴分子式為CnH2n2。n0，該烴分子式為CnH2n。n12，該烴分子式為CnH2n2。n8，該烴分子式為CnH2n6。(Mr：相對(duì)分子質(zhì)量n：分子式中碳原子的數(shù)目)(3)化學(xué)方程式法利用有機(jī)反應(yīng)中反應(yīng)物、生成物之間“量”的關(guān)系求分子式的方法。利用燃燒反應(yīng)的化學(xué)方程式，由題給條件并依據(jù)下列燃燒通式所得CO2和H2O的量求解x、y、z。CxHy(x)O2xCO2H2O、CxHyOz(x)O2xCO2H2O?！咎貏e提醒】有些有機(jī)物的實(shí)驗(yàn)式中，氫原子已達(dá)到飽和，則該有機(jī)物的實(shí)驗(yàn)式即為分子式。如CH4、CH3Cl、C2H6O。題組沖關(guān)題組1有機(jī)物最簡(jiǎn)式(或?qū)嶒?yàn)式)的確定1某有機(jī)物在氧氣中充分燃燒，生成的CO2和H2O的物質(zhì)的量之比為12，則下列說(shuō)法中正確的是 ()A分子中C、H、O個(gè)數(shù)比為123B分子中C、H個(gè)數(shù)比為14C分子中含有氧元素D此有機(jī)物的最簡(jiǎn)式為CH4【解析】由n(CO2)n(H2O)12僅能得出n(C)n(H)14，不能確定是否含O。【答案】B2某氣態(tài)有機(jī)物X含C、H、O三種元素，已知下列條件，現(xiàn)欲確定X的分子式，所需的最少條件是()X中含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)X中含氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)X在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積質(zhì)譜法確定X的相對(duì)分子質(zhì)量X的質(zhì)量ABC D【解析】由C、H質(zhì)量分?jǐn)?shù)可推出O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，由各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可確定X的實(shí)驗(yàn)式，由相對(duì)分子質(zhì)量和實(shí)驗(yàn)式即可確定X的分子式。【答案】B3A是一種含碳、氫、氧三種元素的有機(jī)化合物。已知：A中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為44.1%，氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.82%，那么A的實(shí)驗(yàn)式是()AC5H12O4BC5H12O3CC4H10O4 DC5H10O4【解析】n(C)n(H)n(O)5124，所以實(shí)驗(yàn)式為C5H12O4。【答案】A題組2有機(jī)物分子式的確定4某化合物由碳?xì)鋬煞N元素組成，其中含碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85.7%，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，11.2 L此氣態(tài)化合物的質(zhì)量為14 g，則該化合物的分子式為 ()AC2H4BC2H6CC3H6DC4H8【解析】由已知條件可以求出該化合物的摩爾質(zhì)量：M28 gmol1，由含碳量及含氫量可知：N(C)2，N(H)4，所以分子式為C2H4?！敬鸢浮緼5若1 mol某氣態(tài)烴CxHy完全燃燒，需消耗3 mol O2，則()Ax2，y2Bx2，y4Cx3，y6 Dx3，y8【解析】由烴CxHy燃燒通式CxHyO2xCO2H2O知，1 mol烴燃燒需 mol O2，將各選項(xiàng)代入即可求得。【答案】B6將有機(jī)物完全燃燒，生成CO2和H2O。將12 g該有機(jī)物的完全燃燒產(chǎn)物通過(guò)濃H2SO4，濃H2SO4增重14.4 g，再通過(guò)堿石灰，堿石灰增重26.4 g。則該有機(jī)物的分子式為()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：04290055】AC4H10 BC2H6OCC3H8O DC2H4O2【解析】n(H2O)0.8 mol，n(CO2)0.6 mol，該有機(jī)物中m(H)20.8 mol1 g/mol1.6 g，m(C)0.6 mol12 g/mol7.2 g，因m(H)m(C)<12 g，所以該有機(jī)物中含有氧元素，則有機(jī)物中氧元素的物質(zhì)的量為：n(O)0.2 mol。則n(C)n(H)n(O)0.6(0.82)0.2381，因此看出氫原子已飽和，故有機(jī)物的分子式為C3H8O?！敬鸢浮緾7為測(cè)定一種氣態(tài)烴的化學(xué)式，取一定量的A置于密閉容器中燃燒，定性實(shí)驗(yàn)表明產(chǎn)物是CO2、CO和水蒸氣。學(xué)生甲、乙設(shè)計(jì)了如下兩個(gè)方案，均認(rèn)為根據(jù)自己的方案能求出A的最簡(jiǎn)式。他們測(cè)得的有關(guān)數(shù)據(jù)如下(圖中的箭頭表示氣體的流向，實(shí)驗(yàn)前系統(tǒng)內(nèi)的空氣已排除)：甲方案：燃燒產(chǎn)物增重增重生成CO22.52g1.32g1.76g乙方案：燃燒產(chǎn)物增重減輕增重 5.6g0.64g4g試回答：(1)根據(jù)兩方案，你認(rèn)為能否求出A的最簡(jiǎn)式(填“能”或“不能”)?甲方案：_；乙方案：_。(2)請(qǐng)根據(jù)你選出的方案，通過(guò)計(jì)算求出A的最簡(jiǎn)式(實(shí)驗(yàn)式)：_。(3)若要確定A的化學(xué)式，是否還需要測(cè)定其他數(shù)據(jù)？如果需要，應(yīng)該測(cè)定哪些數(shù)據(jù)？如果不需要，說(shuō)出理由/【解析】(1)乙方案中將燃燒產(chǎn)物通過(guò)堿石灰時(shí)，二氧化碳和水蒸氣都被吸收，不能求出碳、氫元素的物質(zhì)的量之比，所以不能求出A的最簡(jiǎn)式。(2)甲方案中將燃燒產(chǎn)物先通過(guò)濃硫酸，水蒸氣被吸收，通過(guò)堿石灰時(shí)，二氧化碳被吸收，點(diǎn)燃時(shí)CO反應(yīng)生成二氧化碳，可以求出碳、氫元素的物質(zhì)的量之比，所以能求出A的最簡(jiǎn)式。(3)確定有機(jī)化合物的化學(xué)式時(shí)，除了知道最簡(jiǎn)式外，還應(yīng)該知道相對(duì)分子質(zhì)量。特殊的，當(dāng)有機(jī)化合物的最簡(jiǎn)式中氫原子數(shù)達(dá)到飽和時(shí)，則最簡(jiǎn)式即為分子式。【答案】(1)能不能(2)氫元素的物質(zhì)的量為n(H)20.28 mol，碳元素的物質(zhì)的量為n(C)0.07 mol，n(C)n(H)0.070.2814，所以A的最簡(jiǎn)式為CH4(3)因只有甲烷的最簡(jiǎn)式為CH4，其氫原子數(shù)已達(dá)飽和，所以不需要再測(cè)其他數(shù)據(jù)【規(guī)律總結(jié)】利用實(shí)驗(yàn)式確定分子式步驟N(C)N(H)N(O)abc(最簡(jiǎn)整數(shù)比)，則最簡(jiǎn)式為CaHbOc，分子式為(CaHbOc)n，n。有機(jī)物結(jié)構(gòu)式的確定基礎(chǔ)初探1確定有機(jī)物結(jié)構(gòu)式的流程2有機(jī)化合物分子不飽和度的計(jì)算(1)計(jì)算公式分子的不飽和度n(C)1。(2)常見(jiàn)官能團(tuán)的不飽和度化學(xué)鍵不飽和度化學(xué)鍵不飽和度一個(gè)碳碳雙鍵1一個(gè)碳碳叁鍵2一個(gè)羧基1一個(gè)苯環(huán)4一個(gè)酯基1一個(gè)氰基23.確定有機(jī)化合物的官能團(tuán)(1)常見(jiàn)官能團(tuán)的化學(xué)檢驗(yàn)方法官能團(tuán)種類(lèi)試劑判斷依據(jù)碳碳雙鍵或碳碳叁鍵溴的四氯化碳溶液紅棕色溶液退色酸性KMnO4溶液紫色溶液退色鹵素原子NaOH溶液(加熱)、AgNO3和稀硝酸混合液有沉淀產(chǎn)生醇羥基鈉有氫氣放出酚羥基FeCl3溶液顯色濃溴水有白色沉淀產(chǎn)生醛基銀氨溶液(水浴)有銀鏡生成新制Cu(OH)2懸濁液(加熱)有磚紅色沉淀產(chǎn)生羧基NaHCO3溶液有CO2放出(2)物理測(cè)試方法現(xiàn)代物理測(cè)試方法和儀器的出現(xiàn)，使人們能夠通過(guò)紫外光譜(UV)、紅外光譜(IR)和核磁共振譜(NMR)等快速準(zhǔn)確地確定有機(jī)化合物分子的結(jié)構(gòu)。(1)某有機(jī)物能和Na2CO3溶液反應(yīng)，則一定含有COOH。()(2)C6H14的不飽和度為0。()(3)有機(jī)化合物分子中插入氧原子對(duì)不飽和度沒(méi)有影響。()(4)在有機(jī)物樣品中加入酸性KMnO4溶液，紫色退去，說(shuō)明有機(jī)物中一定含有碳碳雙鍵或叁鍵。()【提示】(1)(2)(3)(4)核心突破1由分子式確定有機(jī)物結(jié)構(gòu)式的一般步驟2確定有機(jī)物結(jié)構(gòu)式的方法(1)根據(jù)價(jià)鍵規(guī)律確定：某些有機(jī)物根據(jù)價(jià)鍵規(guī)律只存在一種結(jié)構(gòu)，則直接根據(jù)分子式確定其結(jié)構(gòu)式。例如C2H6，只能為CH3CH3。(2)通過(guò)定性實(shí)驗(yàn)確定實(shí)驗(yàn)有機(jī)物表現(xiàn)的性質(zhì)及相關(guān)結(jié)論官能團(tuán)確定結(jié)構(gòu)式。如能使溴的四氯化碳溶液退色的有機(jī)物分子中可能含有，不能使溴的四氯化碳溶液退色卻能使酸性高錳酸鉀溶液退色的可能是苯的同系物等。(3)通過(guò)定量實(shí)驗(yàn)確定通過(guò)定量實(shí)驗(yàn)確定有機(jī)物的官能團(tuán)，如乙醇結(jié)構(gòu)式的確定；通過(guò)定量實(shí)驗(yàn)確定官能團(tuán)的數(shù)目，如1 mol某醇與足量鈉反應(yīng)可得到1 mol氣體，則可說(shuō)明該醇分子中含2個(gè)OH。(4)根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的有機(jī)物的結(jié)構(gòu)片段“組裝”有機(jī)物。實(shí)驗(yàn)測(cè)得的往往不是完整的有機(jī)物，這就需要我們根據(jù)有機(jī)物的結(jié)構(gòu)規(guī)律，如價(jià)鍵規(guī)律、性質(zhì)和量的規(guī)律等來(lái)對(duì)其進(jìn)行“組裝”和“拼湊”。(5)可用紅外光譜、核磁共振氫譜確定有機(jī)物中的官能團(tuán)和各類(lèi)氫原子數(shù)目，確定結(jié)構(gòu)式。題組沖關(guān)題組1有機(jī)物不飽和度及官能團(tuán)的確定1下列化合物分子，其不飽和度為4的是()【解析】據(jù)不飽和度n(C)1可知AD四項(xiàng)分子的不飽和度分別為5、3、1、4?！敬鸢浮緿2烴分子中若含有雙鍵、叁鍵或單鍵的環(huán)，氫原子數(shù)就少，分子就不飽和，亦即具有一定的“不飽和度”。其數(shù)值可表示為：不飽和度雙鍵數(shù)環(huán)數(shù)叁鍵數(shù)2，則有機(jī)物的不飽和度為()A8B7C6 D5【解析】該有機(jī)物中含有四個(gè)雙鍵、一個(gè)叁鍵、兩個(gè)環(huán)，故不飽和度為8?！敬鸢浮緼3據(jù)報(bào)道，化學(xué)家合成了一種分子式為C200H200、含多個(gè)的鏈狀烴，該分子中含的數(shù)目最多可以是()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：04290056】A98個(gè) B102個(gè)C50個(gè) D101個(gè)【解析】飽和鏈烴通式為CnH2n2，分子中每增加一個(gè)碳碳雙鍵，則減少兩個(gè)氫原子，C200H200分子中比200個(gè)碳原子的飽和烴少202個(gè)氫原子，所有分子中最多可能有101個(gè)碳碳雙鍵?！敬鸢浮緿4分子式為C5H7Cl的有機(jī)物，其結(jié)構(gòu)不可能是()A分子中只有一個(gè)雙鍵B分子中可能有兩個(gè)雙鍵C分子中可能含有一個(gè)叁鍵D分子中可能含有一個(gè)雙鍵和一個(gè)環(huán)【解析】C5H7Cl不飽和度512。所以B、C、D均可能?！敬鸢浮緼5某芳香族有機(jī)化合物的分子式為C8H6O2，它的分子(除苯環(huán)外不含其他環(huán))中不可能有()A兩個(gè)羥基 B一個(gè)醛基C兩個(gè)醛基 D一個(gè)羧基【解析】 由該有機(jī)化合物的分子式可求出不飽和度為6，分子中有一個(gè)苯環(huán)，其不飽和度為4，余下2個(gè)不飽和度、2個(gè)碳原子和2個(gè)氧原子。具有2個(gè)不飽和度的基團(tuán)組合可能有三種情況：兩個(gè)碳原子形成1個(gè)、兩個(gè)氧原子形成2個(gè)羥基，均分別連在苯環(huán)上；兩個(gè)碳原子形成1個(gè)羰基、1個(gè)醛基，相互連接；兩個(gè)碳原子形成2個(gè)醛基，分別連在苯環(huán)上。三種情況中氧原子數(shù)目都為2；而選項(xiàng)D中，1個(gè)羧基的不飽和度僅為1，氧原子數(shù)目已為2，羧基和苯環(huán)上的C的價(jià)鍵已飽和，都不能與剩下的1個(gè)碳原子以鍵結(jié)合，故選D?！敬鸢浮緿題組2有機(jī)物結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式的確定6下列有機(jī)物分子在核磁共振氫譜中只給出一種信號(hào)的是()AHCHOBCH3OHCHCOOHDCH3COOCH3【解析】甲醛的結(jié)構(gòu)為，其分子中只有一種不同化學(xué)環(huán)境的氫原子，而CH3OH、HCOOH、CH3COOCH3分子中均有兩種氫原子?！敬鸢浮緼7某化合物由碳、氫、氧三種元素組成，其紅外光譜圖中有CH鍵、OH鍵、CO鍵的振動(dòng)吸收，該有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量是74，則該有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式是()ACH3CH2OCH3BCH3CH(OH)CH3CCH3CH2CH2CH2OHDCH3CH2CHO【解析】A項(xiàng)中無(wú)OH鍵，故錯(cuò)誤；B的相對(duì)分子質(zhì)量為60，故錯(cuò)誤；D選項(xiàng)中無(wú)CO鍵，故錯(cuò)誤?！敬鸢浮緾8某含氧有機(jī)化合物可以作為無(wú)鉛汽油的抗爆震劑，其相對(duì)分子質(zhì)量為88.0，含C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.682，含H的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.136，其余為O。(1)試確定該化合物的分子式。(2)經(jīng)紅外光譜和核磁共振氫譜顯示，該分子中有4個(gè)甲基。請(qǐng)寫(xiě)出其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式?！窘馕觥?1)(實(shí)驗(yàn)式法)該化合物中(O)1.0000.6820.1360.182，N(C)N(H)N(O)5121。設(shè)該化合物的分子式為(C5H12O)n，則(12511216)n88.0，解得n1該有機(jī)物的分子式為C5H12O。(2)(殘基法)由于該有機(jī)物分子中有4個(gè)甲基，除去這4個(gè)甲基外，還有1個(gè)C和1個(gè)O。所以，該有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為。【答案】(1)C5H12O(2) 9燃燒30.6 g醫(yī)用膠的單體樣品，實(shí)驗(yàn)測(cè)得生成70.4 g CO2、19.8 g H2O、2.24 L N2(已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況)。(1)確定實(shí)驗(yàn)式：計(jì)算各元素的物質(zhì)的量：n(CO2)1.6 mol，n(C)_mol；n(H2O)1.1 mol，n(H)_mol；n(N2)0.1 mol，n(N)_mol；n(O)_mol。確定實(shí)驗(yàn)式：n(C)n(H)n(N)n(O)_，則實(shí)驗(yàn)式為_(kāi)。(2)確定分子式：該化合物的分子式為(C8H11NO2)n，結(jié)合由質(zhì)譜分析法測(cè)定出該樣品的相對(duì)分子質(zhì)量為153.0，則n_，則該化合物的分子式為_(kāi)。(3)推導(dǎo)結(jié)構(gòu)式計(jì)算不飽和度：不飽和度n(C)1814。因此分子中可能有一個(gè)苯環(huán)或者是叁鍵、雙鍵等的結(jié)合。用化學(xué)方法推測(cè)分子中的官能團(tuán)：a加入溴的四氯化碳溶液，紅棕色退去，說(shuō)明可能含有_或_。b加入(NH4)2Fe(SO4)2溶液、硫酸及KOH的甲醇溶液，無(wú)明顯變化，說(shuō)明不含有NO2。c加入稀堿水溶液并加熱，有氨氣放出，說(shuō)明含有氰基。推測(cè)樣品分子的碳骨架結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)在碳鏈上的位置：樣品分子核磁共振氫譜圖和核磁共振碳譜圖提示：確定結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：綜上所述，醫(yī)用膠單體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為_(kāi)?！敬鸢浮?1)1.62.20.20.481112C8H11NO2(2)1C8H11NO2(3)CH2=C(CN)COO CH2 CH2 CH2 CH3