K12学习高考化学 第11章有机化学基础第1节 认识有机化合物 考点4研究有机物.docx
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K12学习高考化学第11章有机化学基础第1节认识有机化合物考点4研究有机物
第十一章 有机化学基础
李仕才
考点四 研究有机物的一般步骤和方法
1.研究有机化合物的基本步骤
2.分离、提纯有机化合物的常用方法
(1)蒸馏和重结晶
(2)萃取分液
①常用的萃取剂:
苯、CCl4、乙醚、石油醚、二氯甲烷等。
②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中的过程。
③固—液萃取:
用有机溶剂从固体物质中溶解出有机物的过程。
3.有机物分子式的确定
(1)元素分析
(2)相对分子质量的测定——质谱法
质荷比(分子离子、碎片离子的相对质量与其电荷的比值)最大值即为该有机物的相对分子质量。
4.有机物分子结构的鉴定
(1)化学方法:
利用特征反应鉴定出官能团,再制备它的衍生物进一步确认。
(2)物理方法
①红外光谱
分子中化学键或官能团可对红外线发生振动吸收,不同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的信息。
②核磁共振氢谱
判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
1.蒸馏分离液态有机物时,在蒸馏烧瓶中应加少量碎瓷片。
( √ )
2.某有机物中碳、氢原子个数比为1∶4,则该有机物一定是CH4。
( × )
3.根据物质的沸点利用蒸馏法提纯液态有机物时,沸点相差大于30℃为宜。
( √ )
4.乙醇是良好的有机溶剂,根据相似相溶原理用乙醇从水溶液中萃取有机物。
( × )
5.混合物经萃取、分液后可以得到提纯,获得纯净物。
( × )
6.有机物完全燃烧后仅生成CO2和H2O,则该有机物中一定含有C、H、O、三种元素。
( × )
7.质谱法可以测定有机物的摩尔质量,而红外光谱和核磁共振氢谱图可以确定有机物的官能团类型。
( × )
1.实验式中氢原子已经达到饱和,则该物质的实验式就是分子式,如实验式为CH4O,则分子式为CH4O,结构简式为CH3OH。
2.实验式通过扩大整数倍时,氢原子数达到饱和,则该式即为分子式,如实验式为CH3O的有机物,扩大2倍,可得C2H6O2,此时氢原子数已达到饱和,则分子式为C2H6O2。
一、有机物的分离提纯
1.在实验室中,下列除杂的方法正确的是( )
A.溴苯中混有溴,加入KI溶液,振荡,用汽油萃取出溴
B.乙烷中混有乙烯,通H2在一定条件下反应,使乙烯转化为乙烷
C.硝基苯中混有浓硫酸和浓硝酸,将其倒入NaOH溶液中,静置,分液
D.乙烯中混有CO2和SO2,将其通过盛有NaHCO3溶液的洗气瓶
解析:
溴和KI发生反应生成I2,虽然除去了溴,但是引进了杂质I2,且溴苯和汽油互溶,无法萃取,A错误;通入H2的量不好控制,少量时,不能将乙烯全部除去,过量时,就会使乙烷中混有H2,而且反应条件要求高,B错误;因为浓硫酸、浓硝酸与NaOH溶液反应可生成易溶于水而不溶于硝基苯的盐,C正确;NaHCO3溶液只能除去SO2,不能除去CO2,D错误。
答案:
C
2.实验室回收废水中苯酚的过程如图所示。
下列分析错误的是( )
A.操作Ⅰ中苯作萃取剂
B.苯酚钠在苯中的溶解度比在水中的大
C.通过操作Ⅱ苯可循环使用
D.三步操作均需要分液漏斗
答案:
B
3.工业上或实验室提纯以下物质的方法中不合理的是(括号内为杂质)( )
A.溴苯(溴):
加NaOH溶液,分液
B.MgCl2溶液(Fe3+):
加MgO固体,过滤
C.乙酸(水):
加新制生石灰,蒸馏
D.乙酸乙酯(乙酸、乙醇):
加饱和碳酸钠溶液,分液
解析:
溴与NaOH反应生成易溶于水的NaBr、NaBrO,然后分液,A正确;加入MgO使Fe3++3H2O3H++Fe(OH)3右移,生成Fe(OH)3沉淀除去,B正确;乙酸与CaO反应,C错误;乙酸与Na2CO3反应、乙醇溶于水,D正确。
答案:
C
4.为了提纯下列物质(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( )
解析:
A中己烯与Br2反应的产物与己烷仍互溶,用分液法不能将己烷提纯;B中除去淀粉中的NaCl可用渗析的方法;D中用KMnO4酸性溶液除去甲烷中的乙烯,又引入杂质CO2气体。
答案:
C
二、核磁共振氢谱确定分子结构
5.下列说法中正确的是( )
A.
在核磁共振氢谱中有5个吸收峰
B.红外光谱图只能确定有机物中所含官能团的种类和数目
C.质谱法不能用于相对分子质量的测定
D.核磁共振氢谱、红外光谱和质谱都可用于分析有机物结构
解析:
A项在核磁共振氢谱中有3个吸收峰,错误;红外光谱图只能确定有机物中所含官能团的种类,无法确定数目,B错误;通过质谱法可测定相对分子质量,C错误;红外光谱仪用于测定有机物的官能团;核磁共振仪用于测定有机物分子中氢原子的种类和数目;质谱法用于测定有机物的相对分子质量,D正确。
答案:
D
6.下列化合物在核磁共振氢谱中能出现两组峰,且其峰面积之比为3∶1的是( )
A.乙酸异丙酯B.乙酸乙酯
C.对二甲苯D.均三甲苯
解析:
答案:
D
7.已知某有机物A的红外光谱和核磁共振氢谱如下图所示,下列说法中错误的是( )
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化学环境的氢原子
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
解析:
红外光谱给出的是化学键和官能团,从图上看出,已给出C—H、O—H和C—O三种化学键,A项正确;核磁共振氢谱图中,峰的个数即代表氢的种类数,故B项正确;核磁共振氢谱图中峰的面积表示氢的数目比例,在没有给出化学式的情况下,无法得知其H原子总数,C项正确;若A的结构简式为CH3—O—CH3,则无O—H键(与题中红外光谱图不符),其核磁共振氢谱图应只有一个峰(与题中核磁共振氢谱图不符),故D项错。
答案:
D
8.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,分子式为C8H8O2。
A的核磁共振氢谱有4个峰且面积比为1∶2∶2∶3,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图。
关于A的下列说法中,正确的是( )
A.A分子属于酯类化合物,不能在一定条件下发生水解反应
B.A在一定条件下可与4molH2发生加成反应
C.符合题中A分子结构特征的有机物只有1种
D.与A属于同类化合物的同分异构体只有2种
解析:
答案:
C
有机物分子式及结构式的确定方法
1有机物结构式的确定流程
2有机物分子式的确定规律
(1)最简式规律(实验式规律)
①最简式为“CH”——乙炔、苯;“CH2”——烯烃、环烷烃;“CH2O”——甲醛、乙酸、甲酸甲酯、葡萄糖。
②最简式相同的有机物以任意比混合,元素质量分数相同;一定质量混合物燃烧的产物相同。
(2)常见相对分子质量相同的有机物
①同分异构体相对分子质量相同;分子组成中各元素原子个数(比)完全相同。
②含有n个碳原子的醇与含(n-1)个碳原子的同类型羧酸和酯相对分子质量相同,均为14n+18。
③含有n个碳原子的烷烃与含(n-1)个碳原子的饱和一元醛(或酮)相对分子质量相同,均为14n+2。
④常见的相对分子质量相同的有机物和无机物。
(28)C2H4、N2、CO;(30)C2H6、NO、HCHO;
(44)C3H8、CH3CHO、CO2、N2O;
(46)C2H5OH、HCOOH、NO2。
(3)“商余法”推断有机物的分子式(设烃的相对分子质量为M)
余数为0或碳原子数大于或等于氢原子数时,每减少一个碳原子即增加12个氢原子,直到饱和为止。
3有机物结构式的确定方法
(1)通过价键规律确定
某些有机物根据价键规律只存在一种结构,则可直接由分子式确定其结构式。
如C2H6,根据碳元素为4价,氢元素为1价,碳碳可以直接连接,可知只有一种结构:
CH3—CH3;同理,由价键规律,CH4O也只有一种结构:
CH3—OH。
(2)通过红外光谱确定
根据红外光谱图可以确定有机物中含有何种化学键或官能团,从而确定有机物的结构。
(3)通过核磁共振氢谱确定
根据核磁共振氢谱中峰的种类数和面积比,可以确定不同化学环境下氢原子的种类数及个数比,从而确定有机物的结构。
(4)通过有机物的性质确定
根据有机物的性质推测有机物中含有的官能团,从而确定有机物结构。
1.已知化合物A中各元素的质量分数分别为C37.5%,H4.17%和O58.33%。
请填空:
(1)0.01molA在空气中充分燃烧需消耗氧气1.01L(标准状况),则A的分子式是________;
(2)实验表明:
A不能发生银镜反应,1molA与足量的碳酸氢钠溶液反应可以放出3mol二氧化碳。
在浓硫酸催化下,A与乙酸可发生酯化反应。
核磁共振氢谱表明A分子中有4个氢处于完全相同的化学环境,则A的结构简式是________;
(3)A失去1分子水后形成化合物C,写出C的两种可能的结构简式:
①______________、②______________。
解析:
(1)有机物A中N(C)∶N(H)∶N(O)=
∶
∶
≈6∶8∶7,故A的实验式为C6H8O7。
1molA在空气中充分燃烧消耗O2:
≈4.5mol,故A的分子式为C6H8O7。
答案:
2.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1所示的质谱图;③用核磁共振仪处理该化合物,得到如图2所示图谱,图中三个峰的面积之比是1∶2∶3。
完成下列问题:
(1)有机物A的相对分子质量是________。
(2)有机物A的实验式是__________。
(3)能否根据A的实验式确定A的分子式?
________(填“能”或“不能”)。
若能,则A的分子式是________(若不能,则此空不填)。
(4)写出有机物A可能的结构简式:
____________。
解析:
(1)由A的质谱图可知:
质荷比最大值为46,即为A的相对分子质量。
(2)有机物A中n(C)∶n(H)∶n(O)=0.1mol∶(
×2)∶
=0.1∶0.3∶0.05=2∶6∶1,即A的实验式为C2H6O。
(3)因为C2H6O中氢原子数已使碳原子达到“饱和”状态,故只根据实验式即可确定A的分子式为C2H6O。
(4)由A的核磁共振氢谱可知,A分子结构中有三种类型的氢原子,且其数目比为1∶2∶3,则A的结构简式为CH3CH2OH。
答案:
(1)46
(2)C2H6O (3)能 C2H6O
(4)CH3CH2OH
3.有机物A可由葡萄糖发酵得到,也可从酸牛奶中提取。
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:
解析:
(1)M(A)=2×45=90。
(2)9.0gA燃烧生成n(CO2)=
=0.3mol,n(H2O)=
=0.3mol,n(A)∶n(C)∶n(H)∶n(O)=0.1∶0.3∶0.3×2∶
=1∶3∶6∶3,所以A的分子式为C3H6O3。
(3)0.1molA与NaHCO3反应生成0.1molCO2,则A分子中含有一个—COOH,与钠反应生成0.1molH2,则还含有一个—OH。
(4)根据核磁共振氢谱图看出有机物中有4个峰值,则含有4种类型的氢原子。
(5)由(4)知含有4种类型的氢原子,且氢原子的个数比是3∶1∶1∶1,所以结构简式为
。
答案:
(1)90
(2)C3H6O3 (3)—COOH —OH
(4)4 (5)