142元素分析相对分子质量的测定和分子结构的鉴定.docx

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142元素分析相对分子质量的测定和分子结构的鉴定

第2课时　元素分析——相对分子质量的测定和分子结构的鉴定

见学生用书P018

学习目标

练法指导

1.了解现代物理方法在测定有机物的元素组成、相对分子质量和分子结构中的重要作用。

2．了解确定有机物实验式、分子式的方法。

3．掌握某些物理方法是如何确定有机化合物的相对分子质量和分子结构的。

1.了解元素分析及相对分子质量的测定方法；掌握由有机化合物元素含量及相对分子质量确定分子式的一般方法和步骤。

2．了解红外光谱、核磁共振氢谱的原理，掌握有机化合物分子结构鉴定的方法。

———　　课/　前/　预/　习·轻/　松/　搞/　定　　———

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B．红外光谱

C．紫外光谱D．核磁共振氢谱

答案　A

解析　质谱用于测定相对分子质量，红外光谱用于测定分子中含有何种化学键或官能团，紫外光谱主要用于确定有机物中是否存在双键，或是否为共轭体系，核磁共振氢谱用于测定有机物有几种不同化学环境的氢原子及它们的数目。

2．能够测定分子结构和化学键的方法是（　　）

A．质谱B．红外光谱

C．紫外光谱D．核磁共振氢谱

答案　B

解析　质谱法是近代发展起来的快速、微量、精确测定相对分子质量的方法；紫外光谱法是用紫外分光光度法测定试样中某一组分的含量的方法；红外光谱是测定分子结构和化学键的方法；核磁共振氢谱是测定有机物分子中不同类型氢原子及其数目的一种方法。

3．在核磁共振氢谱中，只有一个吸收峰的物质是（　　）

A．CH3CH2OHB．HCOOCH3

C．CH3COCH3D．CH2===CH—CH3

答案　C

解析　核磁共振氢谱中只有一个吸收峰，说明该分子中的H原子都是等效的，只有1种H原子。

CH3CH2OH的核磁共振氢谱中有3个峰，故A项错误；HCOOCH3的核磁共振氢谱中有2个峰，故B项错误；CH3COCH3的核磁共振氢谱中有1个峰，故C项正确；CH2===CH—CH3的核磁共振氢谱中有3个峰，故D项错误。

4．二氟甲烷是性能优异的环保产品，它可替代某些会破坏臭氧层的“氟利昂”产品，用作空调、冰箱和冷冻库等中的制冷剂。

试判断二氟甲烷的核磁共振氢谱共有多少个峰（　　）

A．4　　　B．3C．2　　　D．1

答案　D

解析　二氟甲烷的结构中只有一种氢原子，故其核磁共振氢谱只有1个峰。

5．完全燃烧某可燃物2.3g，只生成4.4g二氧化碳和2.7g水，则该可燃物的组成为（　　）

A．一定属于烃

B．一定含碳、氢元素，可能含氧元素

C．一定含碳、氢、氧三种元素

D．所含元素大于三种

答案　C

解析　生成的4.4g二氧化碳中C元素的质量＝4.4g×12/44＝1.2g，生成的H元素的质量＝2.7g×2/18＝0.3g；C、H两种元素的质量之和＝1.2g＋0.3g＝1.5g；因1.5g＜2.3g，且生成物中只有CO2与H2O，故可燃物中除含C、H元素外一定还含O元素。

6．如图是一个核磁共振氢谱，请你观察图谱，分析其可能是下列物质中的（　　）

A．CH3CH2CH2CH3B．（CH3）2CHCH3

C．CH3CH2CH2OHD．CH3CH2COOH

答案　C

解析　根据核磁共振氢谱的定义，从图中可知有4种化学环境不同的氢原子。

分析选项，A项中物质有2种化学环境不同的氢原子，B项中物质有2种化学环境不同的氢原子，C项中物质有4种化学环境不同的氢原子，D项中物质有3种化学环境不同的氢原子。

7．充分燃烧0.1mol气态烃A，在标准状况下生成4.48LCO2和5.4gH2O，则烃A是（　　）

A．C2H6B．C2H4

C．C2H2D．C4H6

答案　A

解析　n（CO2）＝＝0.2mol，

n（H2O）＝＝0.3mol，

n（烃A）∶n（C）∶n（H）＝0.1mol∶0.2mol∶0.6mol＝1∶2∶6。

———　　课/　堂/　效/　果·题/　组/　检/　测　　———

题组一元素分析

1.验证某有机物属于烃，应完成的实验内容是（　　）

A．只测定它的C、H比

B．只要证明它完全燃烧后产物只有H2O和CO2

C．只测定其燃烧产物中H2O与CO2的物质的量的比值

D．测定该试样的质量及试样完全燃烧后生成CO2和H2O的质量

答案　D

解析　当CO2和H2O中m（C）＋m（H）＝m（有机物）时，说明有机物中不含氧元素。

题组二分子式的确定

2.某烃中碳和氢的质量比是24∶5，该烃在标准状况下的密度为2.59g/L，其分子式为（　　）

A．C2H6B．C4H10

C．C5H8D．C7H8

答案　B

解析　先求最简式，N（C）∶N（H）＝∶＝2∶5，所以该烃的最简式为C2H5；再求摩尔质量，22.4L/mol×2.59g/L≈58g/mol，故该有机物的分子式为C4H10。

3．某有机物完全燃烧，生成CO2和H2O。

将12g该有机物完全燃烧的产物通过浓硫酸，浓硫酸质量增加14.4g，再通过碱石灰，碱石灰质量增加26.4g。

则该有机物的分子式为（　　）

A．C4H10B．C2H6O

C．C3H8OD．C2H4O2

答案　C

解析　由题意知，该有机物完全燃烧生成14.4gH2O、26.4gCO2，则n（H2O）＝＝0.8mol，n（H）＝2n（H2O）＝2×0.8mol＝1.6mol，n（C）＝n（CO2）＝＝0.6mol，则该有机物中n（O）＝＝0.2mol。

故n（C）∶n（H）∶n（O）＝0.6mol∶1.6mol∶0.2mol＝3∶8∶1，只有C项符合题意。

4．（双选）某有机物的蒸气完全燃烧时，需要三倍于其体积的O2，产生二倍于其体积的CO2，则该有机物可能是（体积在同温同压下测定）（　　）

A．C2H4B．C2H5OH

C．CH3CHOD．CH3COOH

答案　AB

解析　产生的CO2与耗氧量的体积比为2∶3，设该有机物为1mol，则含2mol的C原子，完全燃烧时只能消耗2mol的氧气，剩余的1mol氧气必须由氢原子消耗，所以氢原子为4mol，即该有机物可以是A，从耗氧量相当的原则可知B也正确。

题组三研究有机物的一般步骤

5.研究有机物一般经过以下几个基本步骤：

分离、提纯→确定实验式→确定分子式→确定结构式。

以下用于研究有机物的方法错误的是（　　）

A．蒸馏常用于分离提纯液态有机混合物

B．核磁共振氢谱通常用于分析有机物的相对分子质量

C．燃烧法是研究确定有机物元素组成的有效方法之一

D．对有机物分子红外光谱图的研究有助于确定有机物分子中的官能团

答案　B

解析　核磁共振氢谱主要用于分析有机物中不同化学环境的氢原子及它们的数目。

用于分析相对分子质量的是质谱，故B项错误。

题组四红外光谱

6.利用红外光谱对有机化合物分子进行测试并记录，可以初步判断该有机物的分子拥有的（　　）

A．同分异构体数B．原子个数

C．基团种类D．共价键种类

答案　C

解析　红外光谱主要用于判断分子结构中的化学键或官能团的信息，即答案是C。

7．（双选）以下关于红外光谱的说法中正确的是（　　）

A．在有机物分子中，组成化学键或官能团的原子处于不断振动的状态，其振动频率与红外光的振动频率相当

B．不同的化学键或官能团吸收频率不同，在红外光谱图上将处于不同的位置，从而可以获得分子中含有何种化学键或官能团信息

C．通过红外光谱图的分析可以知道有机物的相对分子质量

D．通过红外光谱图的分析可以知道有机物中氢原子所处的化学环境

答案　AB

解析　根据红外光谱只能知道含有的官能团，根据质谱仪可以知道相对分子质量，根据核磁共振氢谱可以知道有机物中氢原子所处的环境。

题组五核磁共振氢谱

8.通过核磁共振氢谱可以推知（CH3）2CHCH2CH2OH中不同化学环境的氢原子有（　　）

A．6种　　B．5种C．4种　　D．3种

答案　B

解析　两个—CH3上的氢原子化学环境相同。

9．下列化合物中，在核磁共振氢谱中能给出三种信号的是（　　）

答案　B

解析　B项的分子中有三种不同化学环境的氢原子，A项中有2种，C项中有1种，D项中有2种。

———　　课/　后/　巩/　固·快/　速/　提/　能　　———

1．下列说法正确的是（　　）

A．通过核磁共振氢谱可以推知有机物分子中有几种不同类型的氢原子及它们的数目

B．红外光谱是用高能电子流等轰击样品分子，使分子失去电子变成分子离子或碎片离子

C．质谱法具有慢速、微量、精确的特点

D．利用紫外光谱可以确定有机物中的化学键和官能团

答案　A

解析　B项应是质谱法的特点；C项，质谱法具有快速、微量、精确的特点；D项，利用紫外光谱可以测知有机物所含的共轭结构，但不能确定有机物的化学键和官能团。

2．（双选）某化合物由碳、氢、氧三种元素组成，其红外光谱图中有C—H键、O—H键、C—O键的振动吸收，该有机物的相对分子质量是60，则该有机物的结构简式是（　　）

A．CH3CH2OCH3

B．CH3CH（OH）CH3

C．CH3CH2CH2OH

D．CH3CH2CHO

答案　BC

解析　A项，分子中不含O—H键；D项，相对分子质量是58。

3．1L（标准状况下）某烃，完全燃烧生成的CO2和水蒸气在273℃、1.01×105Pa下，混合气体体积为yL，当冷却至标准状况时气体体积为xL，下列用x、y表示的该烃的化学式中正确的是（　　）

A．CxHyB．CxHy－x

C．CxH2y－2xD．CxHy－2x

答案　D

解析　本题考查的是烃的燃烧计算。

273℃、1.01×105Pa下体积yL相当于标准状况下y/2L。

则V（CO2）＝xL，V（H2O）＝L，该烃分子组成为CxH×2，即CxHy－2x。

4．某气态有机物X只含C、H、O三种元素，已知下列条件，现欲确定X的分子式，所需的最少条件是（　　）

①X中含碳质量分数　②X中含氢质量分数　③X在标准状况下的体积　④质谱确定X的相对分子质量　⑤X的质量

A．①②B．①②④

C．①②⑤D．③④⑤

答案　B

解析　由C、H质量分数可推知O的质量分数，由各元素的质量分数可确定X的实验式，由相对分子质量和实验式可确定X的分子式。

5．A是一种含碳、氢、氧三种元素的有机化合物。

已知：

A中碳的质量分数为44.1%，氢的质量分数为8.82%。

那么A的实验式是（　　）

A．C5H12O4B．C5H12O3

C．C4H10O4D．C5H10O4

答案　A

解析　n（C）∶n（H）∶n（O）＝∶∶≈5∶12∶4。

6．设H＋的质荷比为β，其有机物样品的质荷比如下图所示（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（　　）

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峰质荷比为16，是H＋质荷比的16倍，即该有机物的相对分子质量为16，为甲烷。

7．已知某有机物A的红外光谱和核磁共振氢谱如图所示，下列说法不正确的是（　　）

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的氢原子

C．仅由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CH3—O—CH3

答案　D

解析　根据红外光谱图可以看出，该有机物分子中含有C—H、—C—O、—O—H等化学键，A正确；根据核磁共振氢谱只能判断出有机物分子中氢原子类型而无法知道氢原子总数，B、C正确；因为A