学年高中化学第三章有机合成及其应用合成高分子化合物第2节有机化合物的测定教学案鲁科版选修5.docx

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学年高中化学第三章有机合成及其应用合成高分子化合物第2节有机化合物的测定教学案鲁科版选修5

第2节　有机化合物的测定

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[课标要求]

1．了解有机化合物结构测定的一般步骤和程序，能进行确定有机化合物分子式的简单计算。

2．能利用化学检验方法鉴定官能团。

3．初步了解一些测定有机化合物结构的现代手段。

4．懂得有机化合物结构测定是有机化合物合成的重要环节。

　1．有机化合物中碳、氢元素的测定方法是燃烧法，卤素是沉淀法。

2．利用质谱法测定有机化合物的相对分子质量。

3．利用紫外光谱法、红外光谱法及核磁共振谱，可确定有机化合物

的官能团和碳骨架。

4．常见官能团的不饱和度

一个碳碳双键或碳氧双键、一个脂环，Ω＝1；一个碳碳叁键或

碳氮叁键，其Ω＝2；一个苯环，Ω＝4。

1．有机化合物结构的测定流程

测定有机化合物结构的核心步骤是确定分子式，检测分子中所含有的官能团及其在碳骨架上的位置。

2．确定有机化合物的元素组成

要确定有机化合物的分子式，首先要知道该物质的组成元素，各元素的质量分数，必要时还要测量其相对分子质量。

1．如何确定卤代烃中卤素原子的种类？

提示：

卤代烃在NaOH水溶液中共热后，加入稀HNO3和AgNO3溶液，由不溶性AgX的颜色不同，可由此判断卤素原子的种类。

若AgX为白色沉淀，则X为Cl；若AgX为浅黄色沉淀，则X为Br；若AgX为黄色沉淀，则X为I。

2．2.3g某有机物完全燃烧后生成4.4g二氧化碳和2.7g水，该有机物的组成元素有哪些？

提示：

该有机物中含C：

×12g·mol－1＝1.2g

含H：

×2×1g·mol－1＝0.3g

因2.3g>（1.2g＋0.3g），故该有机物中还含有氧元素。

因此，该有机物是由C、H、O三种元素组成的。

1．确定有机化合物分子式的一般途径

2．确定有机物相对分子质量的方法

（1）公式法

①M＝m/n（M表示摩尔质量，m表示质量，n表示物质的量）。

②已知有机物蒸气在标准状况下的密度：

M＝22.4ρ（注意密度的单位）。

③已知有机物蒸气与某气体物质（相对分子质量为M′）在相同状况下的相对密度D，则M＝M′D。

④

＝M（A）×A%＋M（B）×B%＋…[

表示平均摩尔质量，M（A）、M（B）分别表示A、B物质的摩尔质量，A%、B%分别表示A、B物质的物质的量分数或体积分数]。

（2）其他方法

①根据化学方程式计算确定。

②利用质谱法测定。

3．确定有机化合物分子式的方法

（1）实验式法

由各元素的质量分数→求各元素的原子个数之比（实验式）→相对分子质量→求分子式。

（2）物质的量关系法

由密度或其他条件→求摩尔质量→求1mol分子中所含各元素原子的物质的量→求分子式。

（3）化学方程式法

利用化学方程式求分子式。

（4）燃烧通式法

利用通式和相对分子质量求分子式。

CxHy＋（x＋

）O2―→xCO2＋

H2O

CxHyOz＋（x＋

－

）O2―→xCO2＋

H2O

由于x、y、z相对独立，借助通式进行计算，解出x、y、z，最后求出分子式。

（5）利用各类有机物的分子式通式和相对分子质量确定

类别

通式

相对分子质量

烷烃

CnH2n＋2

Mr＝14n＋2（n≥1）

环烷烃，烯烃

CnH2n

Mr＝14n（烯烃n≥2，环烷烃n≥3）

二烯烃，炔烃

CnH2n－2

Mr＝14n－2（炔烃n≥2）

苯及苯的同系物

CnH2n－6

Mr＝14n－6（n≥6）

饱和醇

CnH2n＋2Ox

Mr＝14n＋2＋16x

饱和一元醛

CnH2nO

Mr＝14n＋16

饱和一元羧酸及酯

CnH2nO2

Mr＝14n＋32

（6）商余法（只适用于烃，n为正整数）：

＝n＋2（烷烃），

＝n（烯烃、环烷烃），

＝n－2（炔烃、二烯烃），

＝n－6（苯或苯的同系物）。

1．正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）只要通过定性定量分析得到有机物的元素组成，即可确定有机物的分子式（　　）

（2）可燃有机物中碳、氢元素的质量分数可通过燃烧分析法求得（　　）

（3）含氯有机物样品中加入硝酸酸化的硝酸银溶液后，会有白色沉淀产生（　　）

（4）有机化合物分子式一定不与其最简式相同（　　）

（5）燃烧0.1mol某有机化合物得到0.2molCO2和0.3molH2O不能由此确定有机化合物的分子式（　　）

解析：

（1）要想确定有机物的分子式，除了元素组成外，还需测定其相对分子质量。

（2）有机物燃烧产生的水和二氧化碳分别用吸水剂和碱液吸收，称重后即可分别计算出碳、氢元素的质量分数。

（3）含氯有机物样品中应先加入NaOH溶液，然后再加入硝酸酸化的硝酸银溶液，才会有白色沉淀产生。

（4）有些有机化合物的分子式与其最简式相同，如甲烷CH4、甲醛CH2O、甲酸CH2O2等。

（5）仅凭此条件只能确定每个有机物分子中C、H原子个数，无法确定是否含有O原子。

答案：

（1）×　

（2）√　（3）×　（4）×　（5）√

2．某含C、H、O三种元素的有机物A经元素分析仪测定，含碳、氢的质量分数分别为52.16%、13.14%，则该有机物的分子式为（　　）

A．C2H6　　　　　　　　B．C2H6O

C．C6H6OD．C2H6O2

解析：

选B　有机物A中C、H、O的原子个数比为

∶

∶

＝2∶6∶1，则该有机物的实验式为C2H6O，其中氢原子数已达到饱和，该实验式即为A的分子式，故B选项正确。

[方法技巧]

由实验式确定分子式的几种方法

（1）一般方法：

必须已知化合物的相对分子质量[Mr（A）]，根据实验式的相对式量[Mr（实）]，可求得分子式含实验式的个数n，n＝[Mr（A）]/[Mr（实）]，即得分子式。

（2）特殊方法Ⅰ：

某些特殊组成的实验式，在不知化合物相对分子质量时，也可根据组成特点确定其分子式。

实验式为CH3O的有机化合物，当n＝2时，氢原子达到饱和，则其分子式为C2H6O2。

（3）特殊方法Ⅱ：

部分有机化合物的实验式中，氢原子已达到饱和，则该有机化合物的实验式即为其分子式，如实验式为CH4、CH3Cl、C2H6O、C4H10O等有机化合物，其实验式即为分子式。

1．有机化合物分子不饱和度的计算

（1）几种常见官能团的不饱和度

化学键

不饱和度

化学键

不饱和度

一个碳碳双键

1

一个碳碳叁键

2

一个羰基

1

一个苯环

4

一个脂环

1

一个氰基

2

（2）有机化合物分子不饱和度的计算公式

Ω＝n（C）＋1－

。

其中n（C）为碳原子数；n（H）为氢原子数。

在计算不饱和度时，若有机化合物分子中含有卤素原子，可将其视为氢原子；若含有氧、硫原子，可不予考虑；若含有氮、磷原子，就在氢原子总数中减去氮、磷原子数。

例如，分子式为C6H5NO2的分子的不饱和度为：

6＋1－

＝5。

2．确定有机化合物的官能团

（1）实验确定法

官能团种类

试剂

判断依据

碳碳双键或

碳碳叁键

溴的四氯化碳溶液

红棕色退去

酸性KMnO4溶液

紫色退去

卤素原子

NaOH溶液（加热）、稀硝酸、AgNO3溶液

有沉淀生成

醇羟基

钠

有氢气放出

酚羟基

FeCl3溶液

显紫色

溴水

有白色沉

淀生成

醛基

银氨溶液（水浴）

有银镜生成

新制氢氧化铜悬浊液（加热）

有砖红色沉淀生成

羧基

NaHCO3溶液

有二氧化碳气体放出

（2）仪器确定法

现代物理方法能快速准确地确定有机化合物分子的结构。

1．与金属钠反应生成氢气的官能团可能有哪些？

与Na2CO3溶液反应的官能团有哪些？

其中能生成CO2气体的官能团有哪些？

提示：

能与金属钠反应生成H2的官能团有酚—OH、醇—OH、羧基（—COOH）及磺酸基（—SO3H），能与Na2CO3溶液反应的官能团有酚—OH和羧基，其中可生成CO2气体的为羧基。

2．如何确定未知有机化合物的结构式？

提示：

一般的做法是先确定有机物的分子式，再进一步确定官能团的种类、数目及位置，最后写出有机物的结构式。

1．由分子式确定有机物结构式的一般步骤

2．由分子式确定结构式的方法

（1）化学法确定有机化合物的官能团

官能团决定有机化合物的特殊化学性质，通过一些特殊的化学反应和反应的实验现象，我们可以确定有机化合物中含有何种官能团。

（2）仪器法测定有机化合物的碳骨架和官能团

①核磁共振谱（NMR）。

核磁共振谱分为氢谱（1H核磁共振谱）和碳谱两类，其中比较常用的是氢谱。

氢谱能够测定有机化合物分子中氢原子在碳骨架上的位置和数目，进而推断出有机化合物的碳骨架结构。

②红外光谱（IR）。

每种官能团在红外光谱中都有一个特定的吸收区域，因此从一未知物的红外光谱就可以准确判断该有机化合物中含有哪些官能团。

红外光谱不仅可以用于定性鉴定，还可以定量算出样品的浓度。

③紫外光谱（UV）。

紫外光谱可以确定分子中有无共轭双键。

1．确定有机化合物的不饱和度是判断有机物结构的重要内容之一，现有如下4种物质，其中不饱和度为4的是（　　）

解析：

选D　根据不饱和度公式进行计算，即不饱和度＝n（C）＋1－

，A的不饱和度为5，B为2，C为1，D为4。

2．某化合物分子由碳、氢、氧三种元素组成，其红外光谱只有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．CH3CH2OHD．CH3COOH

解析：

选B　A中不存在O—H键；C中相对分子质量不是60；D中存在C===O键。

[三级训练·节节过关]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

1．燃烧0.2mol某有机物，得到0.4molCO2和0.6molH2O，由此可得出的结论是（　　）

A．该有机物中含有2个碳原子和6个氢原子

B．该有机物中碳和氢的原子个数比为3∶1

C．该有机物中含有2个CO2和3个H2O

D．1mol该有机物中含有2mol碳原子和6mol氢原子，还可能含有氧原子

解析：

选D　该有机物的1个分子中含有2个碳原子和6个氢原子，A项错误；该有机物中碳、氢原子的个数比为1∶3，B项错误；该有机物中不含二氧化碳，也不含水，C项错误。

2．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．C5H12O4　　　　　　　　B．C5H12O3

C．C4H10O4D．C5H10O4

解析：

选A　由于A中n（C）∶n（H）∶n（O）＝

∶

∶

＝5∶12∶4，所以A的实验式为C5H12O4。

3．有机物

的不饱和度为（　　）

A．8B．7

C．6D．5

解析：

选C　该有机化合物有分子式为C14H18，由计算公式：

不饱和度＝n（C）＋1－

＝14＋1－

＝6。

4．某有机物A3.0g，完全燃烧后生成3.6g水和3.36LCO2（标准状况），已知该有机物的蒸气对氢气的相对密度为30。

（1）该有机物的分子式为________________。

（2）若该有机物A能与金属钠反应放出H2，该有机物的结构简式为________________________________________________________________________。

解析：

（1）有机物A的相对分子质量：

M（A）＝30×2＝60。

有机物A中各元素的质量分别是：

m（C）＝

×12g·mol－1＝1.8g，

m（H）＝

×2×1g·mol－1＝0.4g，因m（C）＋m（H）＝2.2g<3.0g，则有机物A中含有氧元素，其质量为m（O）＝3.0g－2.2g＝0.8g。

N（C）∶N（H）∶N（O）＝

∶

∶

＝3∶8∶1，则该有机物A的实验式为C3H8O。

由M[（C3H8O）n]＝60，得n＝1，故有机物A的分子式为C3H8O。

（2）该有机物A能与金属钠反应生成H2，说明其分子结构中含—OH，故其结构简式可能为CH3CH2CH2OH或

。

答案：

（1）C3H8O

（2）CH3CH2CH2OH或

1．下列化合物中核磁共振氢谱上只出现三个峰且峰面积之比为3∶2∶2的是（　　）

解析：

选B　A、D项的核磁共振氢谱中均有2个峰，且峰面积之比均为2∶3；C项的核磁共振氢谱中有2个峰，峰面积之比是1∶3。

2．某有机化合物在氧气中充分燃烧，生成水蒸气和CO2的物质的量之比为1∶1，由此可以得出的结论是（　　）

A．该有机化合物分子中C、H、O原子个数比为1∶2∶3

B．分子中C、H原子个数比为1∶2

C．有机化合物中必定含有氧

D．有机化合物中一定不含氧

解析：

选B　因生成CO2和H2O的物质的量比为1∶1则n（C）∶n（H）＝1∶（1×2）＝1∶2，不能判断有机物中是否含有氧元素。

3．下列说法不正确的是（　　）

A．有机分子中插入O原子对不饱和度没有影响

B．有机分子中去掉H原子对不饱和度没有影响

C．用CH原子团代替有机分子中的N原子对有机分子的不饱和度没有影响

D．烷烃和饱和一元醇的不饱和度都为0

解析：

选B　分子的不饱和度为n（C）＋1－

，可知去掉H原子不饱和度增大，B不正确；分子中含有氧原子时不予考虑，A、D正确；分子中含有氮原子时，在氢原子总数中减去氮原子数：

不饱和度＝n（C）＋1－

，若用CH代替N原子则多1个C和1个H，少一个N，不饱和度不变，C正确。

4．某气态有机化合物X含C、H、O三种元素，已知下列条件，现欲确定X的分子式，至少需知的条件是（　　）

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　④X对氢气的相对密度　⑤X的质量

A．①②B．①②④

C．①②⑤D．③④⑤

解析：

选B　已知C、H的质量分数可求得有机物X的最简式，再根据相对分子质量可确定其分子式。

5．某芳香族有机物的分子式为C8H6O2，它的分子（除苯环外不含其他环）中不可能有（　　）

A．两个羟基B．一个醛基

C．两个醛基D．一个羧基

解析：

选D　由该有机物的分子式可求出不饱和度Ω＝6，分子中有一个苯环，其不饱和度Ω＝4，余下2个不饱和度、2个碳原子和2个氧原子。

具有2个不饱和度的基团组合可能有三种情况：

①两个碳原子形成1个—C≡C—、两个氧原子形成2个羟基，均分别连在苯环上；②两个碳原子形成1个羰基、1个醛基，相互连接；③两个碳原子形成2个醛基，分别连在苯环上。

三种情况中氧原子数目都为2；而选项D中，1个羧基的不饱和度仅为1，氧原子数目已为2，羧基和苯环上的C的价键已饱和，都不能与剩下的1个碳原子以C===C键结合，故选D。

6．某有机化合物的蒸气完全燃烧时，所需氧气体积为相同状况下该有机化合物的蒸气体积的3倍，产生二氧化碳的体积是自身体积的2倍，该有机化合物可能是（　　）

①乙烯　　②乙醇　　③乙醚　　④乙烷

A．①②B．②③

C．③④D．①④

解析：

选A　燃烧后CO2的体积是本身的2倍，说明该有机化合物含碳原子数为2。

烃完全燃烧时消耗氧气的物质的量＝碳的物质的量＋氢的物质的量/4，因此乙烯燃烧时耗氧量是它本身体积的2＋4/4＝3倍，乙烷的耗氧量是它本身体积的2＋6/4＝3.5倍，若为烃的含氧衍生物，则需适当转化，如将乙醇转化为C2H4·H2O，则耗氧量与C2H4相同；乙醚可转化为C4H8·H2O，耗氧量与C4H8相同。

7．在标准状况下，1mol某烃完全燃烧生成89.6LCO2，又知0.1mol该烃能与标准状况下4.48LH2完全加成，则该烃的结构简式是（　　）

A．CH3CH2CH2CH3B．CCH3CCH3

C．CH3CH2CH===CH2D．CHCH2CCH

解析：

选B　由题意知，1mol某烃完全燃烧生成4molCO2，即1个烃分子中含4个C原子，又因0.1mol该烃可与0.2molH2完全加成，故该烃分子中应含2个

或1个C

C。

8．某有机化合物中碳原子和氢原子的原子个数比为3∶4，不能与溴水反应却能使酸性KMnO4溶液退色。

其蒸气密度是相同状况下甲烷密度的7.5倍。

在铁存在时与溴反应，能生成两种一溴代物。

该有机化合物可能是（　　）

解析：

选B　有机化合物的最简式为C3H4，设分子式为（C3H4）n，其相对分子质量为7.5×16＝120。

12×3n＋4n＝120，故n＝3，即分子式为C9H12，不饱和度为4，因其不能与溴水反应却能使酸性KMnO4溶液退色，所以有机化合物含有苯环，苯环的不饱和度为4，故苯环上的取代基为烷基。

由于苯环上有两种一溴代物，该有机化合物可以是两取代基在苯环上处于对位，结构简式为

。

9．有机化合物A的相对分子质量大于110，小于150。

经分析得知，其中碳和氢的质量分数之和为52.24%，其余为氧。

请回答：

（1）该化合物分子中含有________个氧原子。

（2）该化合物的摩尔质量是________。

（3）该化合物的分子式为____________。

解析：

A中O的质量分数为1－52.24%＝47.76%。

若A的相对分子质量为150，则其中O原子的个数为

＝4.4775；若A的相对分子质量为110，则其中O原子的个数为

＝3.2835。

由此可知O原子的个数介于3.2835和4.4775之间，即O原子的个数为4。

A的相对分子质量为

≈134，即得A的摩尔质量为134g·mol－1。

其中C、H的相对原子质量之和为134－16×4＝70，利用商余法可得：

＝5……10，可确定有机物A的分子式为C5H10O4。

答案：

（1）4　

（2）134g·mol－1　（3）C5H10O4

10．1.06g某有机物A完全燃烧，得到1.792L（标准状况）CO2和0.90gH2O，该有机物相对于氧气的密度为3.31。

（1）该有机物的相对分子质量为__________________；分子式为_______________。

（2）该有机物有如下性质：

①能使酸性高锰酸钾溶液退色，②不能与溴水发生反应，③它发生硝化反应引入1个硝基时，只能得到1种硝基化合物。

写出该有机物可能的结构简式：

_____________________________________________。

解析：

（1）该有机物中碳元素的质量为

×12g·mol－1＝0.96g，氢元素的质量为

×2×1g·mol－1＝0.10g，又知该有机物质量为1.06g，因此该有机物只含C、H两种元素，n（C）∶n（H）＝

∶

＝8∶10，其实验式为C8H10，该有机物相对于氧气的密度为3.31，则其相对分子质量为32×3.31≈106，故其分子式为C8H10。

（2）C8H10的不饱和度Ω＝

＝4，由于不能与溴水发生反应，则不可能含碳碳双键或碳碳叁键；根据能发生硝化反应，可知分子中含有苯环，又知引入1个硝基时只能得到1种硝基化合物，则只能为。

答案：

（1）106　C8H10　

（2）

1．在20℃时，某气态烃与氧气混合，装入密闭容器中，点燃爆炸后，又恢复到20℃，此时容器内气体的压强为反应前的一半，经NaOH溶液吸收后，容器内几乎成真空，此烃的分子式可能是（　　）

A．CH4B．C2H6

C．C3H8D．C7H16

解析：

选C　设此烃的分子式为CxHy，则CxHy＋

O2

xCO2＋

H2O。

根据题意可知1＋

＝2x，

解得：

x＝1＋

，

当y＝4时，x＝2；y＝8时，x＝3。

2．有机物甲能发生银镜反应，甲催化加氢还原为乙，1mol乙与足量金属钠反应放出22.4LH2（标准状况），据此推断乙一定不是（　　）

A．CH2OH—CH2OHB．CH2OH—CHOH—CH3

C．HOOC—COOHD．HOOCCH2CH2OH

解析：

选C　1mol乙能跟Na反应放出1molH2，证明乙中含有两个与Na反应的官能团，甲能发生银镜反应，证明有醛基，则加氢反应后，产物中应有醇羟基，且被还原得来的羟基应在链端，C错误。

3．某有机物15g，在空气中完全燃烧生成0.5molCO2和0.5molH2O，若已知该有机物的蒸气密度为2.679g/L（已折算成标准状况），则该有机物的分子式是（　　）

A．C2H4OB．C2H4O2

C．C3H6O2D．C3H6

解析：

选B　m（有机物）＝15g，m（C）＝0.5mol×12g·mol－1＝6g，m（H）＝0.5mol×2×1g·mol－1＝1g，因为m（有机物）＞m（C）＋m（H），所以该有机物中含有氧元素。

M＝2.679g/L×22.4L·mol－1＝60g·mol－1，n（有机物）＝15g÷60g·mol－1＝0.25mol，n（C）＝0.5mol，n（H）＝1mol，n（O）＝（15－6－1）g÷16g·mol－1＝0.5mol，所以该有机物的分子式为C2H4O2。

4．某含氮有机物能溶于水，它既能和酸反应，又能和碱反应，且分子中只含一个氮原子，实验测得其含氮量为18.67%，则下列关于该含氮有机物的说法不正确的是（　　）

A．该有机物中碳原子数与氧原子数相等

B．该有机物中氢原子数等于碳、氧、氮原子个数之和

C．该有机物为氨基酸

D．该有机物中含有硝基（—NO2）

解析：

选D　由题意知该有机物为氨基酸，其相对分子质量为

＝75，可推知其结构简式为H2N—CH2—COOH，故A、B、C均正确，D不正确。

5．将有机化合物完全燃烧，生成CO2和H2O。

将12g该有机化合物的完全燃烧产物通过浓硫酸，浓硫酸增重14.4g，再通过碱石灰，碱石灰增重26.4g。

则该有机化合物的分子式为（　　）

A．C4H10B．C2H6O

C．C3H8OD．C2H4O2

解析：

选C　n（H2O）＝

＝0.8mol，

n（CO2）＝

＝0.6mol。

有机化合物中氧原子的物质的量为：

＝0.2mol。

则n（C）∶n（H）∶n（O）＝0.6∶（0.8×2）∶0.2＝3∶8∶1。

故有机物的分子式为C3H8O。

6．化学式为C4H8O3的有机物在浓硫酸存在下加热时有如下性质：

①能分别与CH3CH2OH和CH3COOH发生酯化反应；

②能脱水生成一种能使溴水退色的物质，此物质只存在一种结构简式；

③分子内能脱水生成一种分子式为C4H6O2的五元环状化合物。

则C4H8O3的结构简式为（　　）

A．HOCH2COOCH2CH3

B．CH3CH（OH）CH2COOH

C．HOCH2CH2CH2COOH

D．CH3CH2CH（OH）COOH

解析：

选C　该有机物能够和CH3CH2OH及CH3COOH发生酯化反应，说明其分子内含有—COOH和—OH。

能够脱水生成使溴水退色的物质，再结合C4H8O3的不饱和度，说

明此生成物中含有键，即和—OH相连的碳原子的邻位碳上必定有H。

该有机物能够发生分子内脱水反应生成分子式为C4H6O2的五元环状化合物，则生成的五元环的结点为四个C和一个O，所以该有机物应为直链状，即H