学年高中化学 第一章 认识有机化合物 第四节 研究有机化合物的一般步骤和方法精.docx
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学年高中化学第一章认识有机化合物第四节研究有机化合物的一般步骤和方法精
第四节 研究有机化合物的一般步骤和方法
1.了解研究有机物的基本步骤。
2.初步学会分离、提纯有机物的常规方法。
3.知道通过化学实验和某些物理方法可以确定有机化合物的结构。
4.初步了解测定有机化合物元素含量、相对分子质量的一般方法，并能根据其确定有机化合物的分子式。
有机化合物的分离、提纯[学生用书P14]
1．研究有机物的一般步骤
―→
―→
―→
注意：
由于有机物普遍存在同分异构现象，因此在确定有机物的分子式以后，还不能确定有机物的结构式。
2．蒸馏
3．重结晶
（1）原理
利用有机物和杂质在同一溶剂中溶解度随温度的变化相差较大，采用冷却或蒸发将有机物分离出来，是提纯固态有机物的常用方法。
（2）溶剂的选择
①杂质在所选溶剂中溶解度很小或很大，易于除去。
②被提纯的有机物在所选溶剂中的溶解度，受温度的影响较大。
该有机物在热溶液中的溶解度较大，在冷溶液中的溶解度较小，冷却后易于结晶析出。
（3）实验仪器与操作步骤（以粗苯甲酸的提纯为例）
4．萃取
（1）萃取原理
①液 液萃取
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转移到另一种溶剂的过程。
②固 液萃取
用有机溶剂从固体物质中溶解出有机物的过程。
（2）主要仪器：
分液漏斗、烧杯、铁架台（带铁夹）。
（3）操作要求
加萃取剂后充分振荡，静置分层后，打开分液漏斗活塞，从下口将下层液体放出，并及时关闭活塞，上层液体从上口倒出。
1．分离下列混合物，应选用蒸馏操作的是（ ）
A．汽油和柴油 B．溴水
C．硝酸钾和氯化钠的混合物D．四氯化碳和水
解析：
选A。
B中应用萃取法；C中应用重结晶法；D中应用分液法。
2．将等体积的苯、汽油和水在试管中充分混合后静置。
下列图示现象正确的是（ ）
解析：
选D。
苯和汽油密度皆小于水且混溶，二者与水共分两层，有机层总体积是水的2倍。
3．下列分离或除杂的方法不正确的是（ ）
A．用分液法分离水和酒精
B．用蒸馏法分离苯和溴苯
C．用重结晶方法提纯苯甲酸
D．用饱和碳酸氢钠溶液除去二氧化碳中混有的少量氯化氢气体
答案：
A
有机物分离与提纯的常用方法总结
分离、提纯
的方法
目的
主要仪器
实例
分液
分离、提纯互不相溶的液体混合物
分液漏斗
分离硝基苯与水
蒸馏
分离、提纯沸点相差较大的混合溶液
蒸馏烧瓶、冷凝管、接收器
分离乙醛与乙醇
洗气
分离、提纯气体混合物
洗气装置
除去甲烷中的乙烯
过滤
分离不溶性的固体和液体
过滤器
除去氯化钠溶液中的泥沙
渗析
除去胶体中的小分子、离子
半透膜、
烧杯
除去淀粉
中的氯化
钠、葡萄糖
盐析
降低某种物质的溶解度使其析出
——
分离硬脂酸钠和甘油
上述方法中，最常用的是分液（萃取）、蒸馏和洗气。
最常用的仪器是分液漏斗、蒸馏烧瓶和洗气瓶。
在分离和提纯物质时，应依据被提纯物质的性质，选择适当的物理方法和化学方法，同时还应注意以下几个方面：
（1）除杂试剂需过量。
（2）过量试剂需除尽。
（3）除去多种杂质时要考虑加入试剂的顺序。
（4）选择最佳的除杂路径。
下列实验中，所采取的分离方法与对应原理都正确的是（ ）
选项
目的
分离方法
原理
A
分离溶于水的碘
乙醇萃取
碘在乙醇中的溶解度较大
B
分离乙酸乙酯和乙醇
分液
乙酸乙酯和乙醇的密度不同
C
除去KNO3固体中混杂的NaCl
重结晶
NaCl在水中的溶解度很大
D
除去丁醇中的乙醚
蒸馏
丁醇与乙醚的沸点相差较大
[解析] 分离溶于水的碘用萃取方法，但不能用乙醇作萃取剂，因乙醇和水互溶，A项错误。
分离互不相溶的液体混合物用分液法，乙酸乙酯和乙醇是相溶的，不能用分液法分离，B项错误。
除去KNO3固体中混杂的NaCl，用重结晶的方法，原理是硝酸钾的溶解度随温度的变化较大，题中所述原理有误，C项错误。
除去丁醇中的乙醚，利用沸点不同用蒸馏法进行分离，D项正确。
[答案] D
分液、蒸馏、萃取三种操作在分离依据上有什么区别？
答案：
（1）分液：
利用互不相溶的液体密度的不同，用分液漏斗将它们一一分离出来。
（2）蒸馏：
分离或提纯沸点不同的液体混合物可采取蒸馏的方法。
（3）萃取：
利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同，用一种溶剂把溶质从它与另一种溶剂所组成的溶液中提取出来。
有机化合物的分离、提纯
1．用96%的工业酒精制取无水乙醇时，可选用的方法是（ ）
A．加入无水CuSO4，再过滤
B．加入生石灰，再蒸馏
C．加入浓硫酸，再加热，蒸出乙醇
D．将96%的乙醇溶液直接加热蒸馏
答案：
B
2．下列说法中错误的是（ ）
A．用酒精萃取甲苯水溶液中的甲苯的操作可选用分液漏斗，而后静置分液
B．进行分液时，分液漏斗中的下层液体从下口放出，上层液体则从上口倒出
C．密度不同、互不相溶的液体混合物，可采用分液的方法将它们分离
D．对于热稳定性较强、沸点较高的液态有机化合物和沸点较低的杂质可用蒸馏法进行除杂
解析：
选A。
酒精易溶于水，与水互溶不能分层，不符合萃取剂的条件，不能达到萃取的目的，A项错误；分液漏斗中的下层液体只能从下口放出，若从上口倒出，则下层液体与上层液体相混而不纯，同样上层液体从下口放出时也会使上层液体与下层液体相混而不纯，B项正确；根据萃取分液和蒸馏的实验原理可知C、D项均正确。
3．现拟分离乙酸乙酯、乙酸、乙醇的混合物，如图是分离操作步骤流程图。
（1）写出圆括号内的适当的试剂：
a．______________，b.______________；
（2）写出方括号内的适当的分离方法：
①____________，②____________，③________________________________________________________________________；
（3）写出方框内所分离的有关物质的结构简式：
A．____________，B.____________，C.________________________________________________________________________，
D．____________，E.____________。
解析：
题目所给三种物质为互溶的液体，CH3COOCH2CH3不溶于饱和Na2CO3溶液，CH3COOH、CH3CH2OH均易溶，故可先用饱和Na2CO3溶液分离出CH3COOCH2CH3；此时CH3COOH转化为CH3COONa，然后利用蒸馏法得到CH3CH2OH，最后加入强酸将乙酸钠再转化为CH3COOH，蒸馏得到即可。
答案：
（1）饱和Na2CO3溶液 浓H2SO4
（2）分液 蒸馏 蒸馏
（3）CH3COOCH2CH3 CH3CH2OH、CH3COONa
CH3COONa CH3COOH、Na2SO4 CH3CH2OH
元素分析与相对分子质量的测定[学生用书P16]
1．研究有机化合物的基本步骤
―→
―→
―→
↑ ↑ ↑ ↑
2．元素分析
（1）定性分析：
可确定有机物的元素组成。
（2）定量分析：
可确定有机物的实验式。
3．可用质谱法测定有机物的相对分子质量，进而确定分子式。
4．鉴定有机物结构的方法：
化学方法和物理方法
（1）化学方法主要是初步鉴定出官能团。
（2）物理方法主要有红外光谱、核磁共振氢谱、质谱、紫外光谱等方法。
1．某有机物在氧气中充分燃烧，生成等物质的量的水和二氧化碳，则该有机物必须满足的条件是（ ）
A．分子中的C、H、O的个数比为1∶2∶3
B．分子中C、H个数比为1∶2
C．该有机物的相对分子质量为14
D．该分子中肯定不含氧原子
解析：
选B。
根据生成等物质的量的H2O和CO2，只能推断出分子中C、H个数比为1∶2，不能确定是否含有氧原子，也不能推断其相对分子质量。
2．下列物质的核磁共振氢谱有三个吸收峰的是（ ）
A．C2H6 B．C3H8
C．CH3CH2CH2CH3D．CH3CH2OH
答案：
D
3．（教材改编题）已知某有机物A的红外光谱和核磁共振氢谱如图所示：
下列说法中不正确的是（ ）
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．仅由其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
1．有机物分子式的确定
（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或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，则原有机物的组成中不含氧元素；否则，原有机物的组成中含氧元素。
（2）确定分子式的方法
①直接法
有机物的密度（或相对密度）→摩尔质量→1mol有机物中各原子的物质的量→分子式。
②最简式法
各元素的质量分数→最简式
分子式。
③余数法
用烃的相对分子质量除以14，看商数和余数。
＝
＝A……
其中商A为烃中的碳原子数，此法适用于具有特定通式的烃（如烷烃、烯烃、炔烃、苯和苯的同系物等）。
④化学方程式法
利用有机反应中反应物、生成物之间“量”的关系求分子式的方法。
在有机化学中，常利用有机物燃烧等化学方程式对分子式进行求解。
常用的化学方程式：
CxHy＋（x＋
）O2
xCO2＋
H2O
CxHyOz＋（x＋
－
）O2
xCO2＋
H2O
2．有机物结构式的确定
（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。
（2）通过定性实验确定
实验→有机物表现的性质及相关结论→确定官能团→确定结构式。
例如：
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溶液褪色的可能是苯的同系物等。
（3）通过定量实验确定
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，则可说明该醇分子中含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。
为了测定某有机物A的结构，做如下实验：
（1）将2.3g该有机物完全燃烧，生成0.1molCO2和2.7g水；
（2）用质谱仪测定其相对分子质量，得如图一所示的质谱图；
（3）用核磁共振仪处理该化合物，得到如图二所示图谱，图中三个峰的面积之比是1∶2∶3。
试回答下列问题：
（1）有机物A的相对分子质量是____________。
（2）有机物A的实验式是____________。
（3）A的分子式是____________。
（4）A的结构简式为____________。
[解析]
（1）在A的质谱图中，最大质荷比为46，所以其相对分子质量是46。
（2）在2.3g该有机物中，n（C）＝0.1mol，
m（C）＝0.1mol×12g·mol－1＝1.2g，
n（H）＝
×2＝0.3mol，
m（H）＝0.3mol×1g·mol－1＝0.3g，
m（O）＝2.3g－1.2g－0.3g＝0.8g，
n（O）＝
＝0.05mol，
所以n（C）∶n（H）∶n（O）＝0.1mol∶0.3mol∶0.05mol＝2∶6∶1，A的实验式是C2H6O。
（3）该有机物的相对分子质量是46，故其实验式（C2H6O）即为分子式。
（4）由A的核磁共振氢谱知A中有3种氢原子，个数比为1∶2∶3，所以A的结构简式为CH3CH2OH。
[答案]
（1）46
（2）C2H6O （3）C2H6O （4）CH3CH2OH
（1）通过元素分析法，只能求得有机物的实验式，还不能确定有机物的分子式，故测知有机物的相对分子质量是确定有机物分子式的保证。
（2）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，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）。
（1）试分析实验式和分子式有何异同？
（2）某物质的质谱图怎么去看？
怎样利用质谱图？
答案：
（1）实验式也叫最简式，即表示该有机物中各元素最简整数比的式子，因此实验式可由各元素的质量分数求得。
有些实验式就是分子式，如甲烷，其分子式和实验式都是CH4。
有些则不是，如乙酸的分子式为C2H4O2，实验式为CH2O。
一般说来，知道实验式求分子式，还需知道该有机物的相对分子质量。
（2）对于质谱图，其中纵坐标表示相对丰度，即各分子离子和碎片离子的百分含量。
当“质”为该有机物的相对分子质量、“荷”为一个单位电荷时，质荷比的最大值即为该有机物的相对分子质量。
即最右边一条谱线表示的数值为该有机物的相对分子质量。
有机物分子式的确定
1．（2017·烟台高二检测）下列实验式中，不用相对分子质量就可以确定分子式的是（ ）
①CH3 ②CH ③CH2 ④C2H5
A．①② B．③④
C．②③D．①④
解析：
选D。
实验式乘以整数倍，即可得到有机物的分子式。
据烷烃通式，当碳原子数为n时，则氢原子数最多为2n＋2。
符合实验式为CH3的只有C2H6；符合实验式为CH的有C2H2、C6H6等；符合实验式为CH2的有C2H4、C3H6等；符合实验式为C2H5的只有C4H10。
2．6.4g某化合物在氧气中完全燃烧，只生成8.8gCO2和7.2gH2O。
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1∶4
C．无法确定该化合物是否含有氧元素
D．该化合物一定是C2H8O2
解析：
选B。
n（CO2）＝
＝0.2mol，n（H2O）＝
＝0.4mol。
m（C）＋m（H）＝0.2mol×12g·mol－1＋0.4mol×2×1g·mol－1＝3.2g＜6.4g，故n（O）＝
＝0.2mol。
则n（C）∶n（H）∶n（O）＝0.2mol∶（0.4mol×2）∶0.2mol＝1∶4∶1，该化合物的实验式为CH4O。
由于CH4O中氢原子已饱和，故实验式即为化学式。
有机物分子结构的确定
3．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：
________________________________________________________________________。
解析：
根据题目中所提到的对称结构可确定A的结构简式。
答案：
OCH3CH2CH2CH3
4．在有机物分子中，不同位置的氢原子的核磁共振氢谱中给出的峰值（信号）不同，根据峰值（信号）可以确定有机物分子中氢原子的种类和数目。
例如：
二乙醚的结构简式为CH3—CH2—O—CH2—CH3，其核磁共振氢谱中给出的峰值（信号）有两个（如图所示）。
（1）下列物质中，其核磁共振氢谱中给出的峰值（信号）只有一个的是________。
A．CH3CH3 B．CH3COOH
C．CH3COOCH3D．CH3COCH3
（2）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________个峰值（信号）。
（3）用核磁共振氢谱的方法来研究C2H6O的结构，请简要说明根据核磁共振氢谱的结果来确定C2H6O分子结构的方法是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：
（1）由题给信息可得，核磁共振氢谱反映的谱图中峰的数目是与分子中氢原子的化学环境相关的，即有几种化学环境的氢就会有几个峰，化合物中只有一个峰，即只有一种化学环境的氢原子，所以A、D都符合。
（2）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BrCH2CH2Br，而B的结构简式只能是CH3CHBr2。
（3）根据C2H6O能写出的结构简式只有两种：
CH3CH2OH和CH3OCH3，所以如果在核磁共振氢谱中存在三个峰，则为乙醇，如果在核磁共振氢谱中存在一个峰，则为甲醚。
答案：
（1）AD
（2）BrCH2CH2Br 2
（3）若图谱中给出了3个吸收峰（信号），则说明C2H6O的结构简式是CH3CH2OH；若图谱中给出了1个吸收峰（信号），则说明C2H6O的结构简式是CH3OCH3
重难易错提炼
确定有机物分子式、结构式的基本方法
课后达标检测[学生用书P82（单独成册）]
[基础巩固]
1．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．燃烧法是研究确定有机物成分的有效方法
C．核磁共振氢谱通常用于分析有机物的相对分子质量
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
解析：
选C。
核磁共振氢谱确定的是等效氢的种类和数量。
2．验证某有机物属于烃，应完成的实验内容是（ ）
A．只需测定分子中C、H原子个数之比
B．只要证明其完全燃烧的产物只有H2O和CO2
C．只需测定其燃烧产物中H2O与CO2的物质的量之比
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
解析：
选D。
要想证明该有机物为烃，只要证明该有机物燃烧后m（C）＋m（H）和有机物的质量相等即可。
3．将甲、乙两种有机混合物在常压下分离，已知它们的物理性质如下：
物质
密度/g·cm－3
沸点/℃
水溶性
溶解性
甲
0.7893
78.5
溶
溶于乙
乙
1.220
100.7
溶
溶于甲
则应采用的分离方法是（ ）
A．分液 B．蒸馏
C．干馏D．萃取
解析：
选B。
从表中可以看出，甲乙两种有机物属于相互混溶且沸点不同的液体，故应选用蒸馏法分离。
4．如图所示是某有机物的核磁共振氢谱图，则该有机物可能是（ ）
A．CH3CH2OHB．CH3CH2CH2OH
C．CH3—O—CH3D．CH3CHO
解析：
选C。
从谱图看，只存在一个峰，说明有机物中的氢原子处于相同的化学环境中，C项中两个甲基上的6个氢是等效的，符合；A项峰面积比为3∶2∶1；B项峰面积比为3∶2∶2∶1；D项峰面积比为3∶1。
5.质谱法能够对有机分子进行结构分析。
其方法是让极少量的（10－9g）化合物通过质谱仪的离子化室，样品分子大量离子化，少量分子碎裂成更小的离子。
如C2H6离子化可得到C2H
、C2H
、C2H
……然后测定其质荷比。
某有机物样品的质荷比如图所示（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
解析：
选B。
质谱图中数值最大的就是该有机物的相对分子质量，故选B。
6．如图是一种分子式为C4H8O2的有机物的红外光谱图，则该有机物可能为（ ）
A．CH3COOCH2CH3B．CH3CH2CH2COOH
C．HCOOCH2CH2CH3D．（CH3）2CHCH2COOH
解析：
选A。
本题所给选项的结构简式分别为A项
、B项CH3CH2CH2COOH、C项
、D项
，首先排除D项，因D项的分子式为C5H10O2，与题干不符；再由图像可知有不对称—CH3、C—O—C，则排除B、C项，而A项存在不对称—CH3、C===O与C—O—C，所以有可能。
7．某烃中碳和氢的质量比是24∶5，该烃在标准状况下的密度是2.59g·L－1，其分子式为（ ）
A．C2H6B．C4H10
C．C5H8D．C7H8
解析：
选B。
N（C）∶N（H）＝
∶
＝2∶5，得其实验式为C2H5，M＝ρVm＝2.59g·L－1×22.4L·mol－1≈58g·mol－1，（24＋5）n＝58，n＝2，故其分子式为C4H10。
8．为了提纯下表所列物质（括号内为杂质），有关除杂试剂和分离方法的选择均正确的是（ ）
选项
被提纯的物质
除杂试剂
分离方法
A
己烷（己烯）
溴水
分液
B
淀粉溶液（NaCl）
水
过滤
C
CH3CH2OH
（CH3COOH）
CaO
蒸馏
D
CO2（SO2）
Na2CO3溶液
洗气
解析：
选C。
向A试样中加入溴水，己烯与Br2反应的产物与己烷仍互溶，用分液法不能将己烷提纯；B中淀粉胶体和NaCl溶液均可透过滤纸；D中除杂试剂Na2CO3既可与杂质SO2反应，又可吸收被提纯气体CO2，所以用Na2CO3试剂不行，可改用NaHCO3溶液为除杂试剂，应选C。
9．某有机化合物由碳、氢、氧三种元素组成，其红外光谱图只有C—H键、O—H键、C—O键的特征振动吸收，该有机物的相对分子质量是60，则该有机物的结构简式可能是（ ）
A．CH3CH2OCH3B．CH3CH（OH）CH3
C．CH3CH2OHD．CH3COOH
解析：
选B。
用排除法解答。
A中不存在O—H键；C中相对分子质量不是60；D中还存在C===O键。
10．分子式为C2H4O2的结构可能有
和
两种，为对其结构进行物理方法鉴定，可用______________或____________。
（1）若为
，则红外光谱图中的特征吸收峰应该有______个；核磁共振氢谱中应有________个峰。
（2）若为
，则红外光谱图中的特征吸收峰有________个；核磁共振氢谱中应有________个峰。
解析：
鉴定有机物分子结构可用红外光谱法或核磁共振氢谱法。
（1）
中有C—H键、C===O键、C—O键、O—H键四个特征振动吸收；有“—CH3”“—OH”两类氢，核磁共振氢谱应有两个峰。
（2）
中有C—H键、C===O键、C—O—C键三个特征振动吸收；核磁共振氢谱有两个峰。
答案：
红外光谱法 核磁共振氢谱法
（1）4 2
（2）3 2
11．有机物A是一种纯净的无色黏稠液体，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物质18.0g，升温使其汽化，测其密度是相同条件下H2的45倍
试通过计算填空：
A的相对分子质量为________
（2）A的核磁共振氢谱如图：
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