高三化学确定有机物分子结构的一般方法.docx

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高三化学确定有机物分子结构的一般方法

第7讲确定有机物分子结构的一般方法

【知能整合】

1．有机物分子结构的确定——化学方法

由于有机化合物中存在同分异构现象，除少数的分子式只对应一种结构外，一般一种分子式对应有多种结构。

我们常从以下两方面确定其结构：

（1）根据有机物的特殊反应，确定物质分子中的官能团，从而进一步确定其结构。

常见有机物中，能使酸性高锰酸钾溶液褪色的烃类物质有烯烃、炔烃、苯的同系物；能与溴水产生白色沉淀有机物是苯酚；能发生与银氨溶液或新制Cu（OH）2反应的物质有醛类、甲酸、甲酸某酯、葡萄糖、麦芽糖等；能与碳酸钠反应产生气体的有机物是羧酸。

（2）有机物实验式的确定

①实验式（又叫最简式）是表示化合物分子所含各元素的原子数目最简单整数比的式子。

②若有机物分子中w（C）＝a%、w（H）＝b%、w（O）＝c%，则：

N（C）:

N（H）:

N（O）＝

，即可得到实验式。

实验式也可以通过燃烧产物的物质的量等方法确定。

确定实验式前必须先确定元素的组成，如某有机物完全燃烧的产物只有CO2和H2O，则其组成元素可能为C、H或C、H、O；若燃烧产物CO2中的碳元素的质量和燃烧产物H2O中氢元素的质量之和等于原有机物的质量时，则原有机物组成中不含O元素。

（3）确定有机物分子式和结构式的过程可简单归纳如下：

2．有机物分子结构的确定——物理方法（波谱法）

化学方法以官能团的特征反映为基础，鉴定出官能团，还要制备它的衍生物以进一步确认其结构。

当化合物结构比较复杂时，往往要耗费大量时间。

物理方法（波谱法）具有微量、快速、准确、信息量大等特点。

（1）质谱——可快速、准确测定有机物的相对分子质量。

（2）红外光谱——可以获得分子中含有何种化学键或官能团的信息。

⑶核磁共振氢谱——可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之比。

【典型例析】

例1：

已知某有机物A的式量为128。

（1）若A物质中只含有碳、氢、氧三种元素，且A分子中含有一个酯的结构，则A的分子式为__________，结构简式为____________（任写出一种）。

（2）若A物质中只含有碳、氢、氮三种元素，且A分子中氮原子数目最少，则A的分子式为__________，若A分子中有一个由氮原子和其他碳原子形成的六元环，则A的结构简式为__________（任写一种）。

变式训练：

某有机物仅含C、H、N三种元素，其相对分子质量不超过200，其中氮元素的质量分数为10.85％，下列关于该有机化合物的说法正确的是

A．可能是芳香烃B．不可能是芳香族化合物

C．该物质的熔点较高D．分子结构中可能只含有单键

例2：

A是烃，B是烃的含氧衍生物，A、B均为常见的有机物。

由等物质的量A和B组成的混合物0.05mol在0.125molO2中恰好完全燃烧生成0.1molCO2和0.1molH2O。

试回答下列问题：

⑴混合物中A、B的组合可能有_________种。

⑵另有一种组合的A和B，以任意比混合，且物质的量之和为amol。

①若耗氧量一定，则A、B的分子式分别是A_________，B_________，耗氧量为_________mol（用a表示）。

②若生成的CO2和H2O的物质的量一定，则A、B的分子式分别是A_________，B_________。

③若生成CO2的量为定值，则生成物H2O的质量范围为_________（用a表示）。

变式训练：

现有0.1mol某有机物A在8.96LO2中充分燃烧后，气体体积变为6.72L，通过足量碱石灰吸收后剩余2.24L（气体体积均在标准状况下测定）。

（1）燃烧后所得混合气体中CO2的物质的量为___________，2.24L剩余气体可能是________或___________；

（2）若A是烃，其化学式可能是_______或_______；若A是烃的衍生物，其化学式可能是_______或_______。

（3）若A由丁醛（C4H8O）与气体B等物质的量混合得到，则气体B的化学式为_______。

例3：

胡椒酚A是植物挥发油中的一种成分。

某研究性学习小组对其分子组成结构的研究中发现：

A的相对分子质量不超过150；A中C、O的质量分数分别为：

w（C）＝80.60%，w（O）＝11.94%，完全燃烧后产物只有CO2和H2O。

根据以上信息，填写下列内容：

（1）A的摩尔质量为。

（2）光谱分析发现A中不含甲基（－CH3），苯环上的一氯取代只有2种；1molA与足量溴水反应，最多消耗3molBr2。

A的结构简式为。

（3）A的一种同分异构体中，苯环上含有两个取代基，取代基位置与A相同，且能发生银镜反应。

①符合条件的A的同分异构体的结构简式。

②上述A的一种同分异构体发生银镜反应的化学方程式。

变式训练：

有机物A与乙酸无论以何种比例混合，只要质量一定，完全燃烧后产生的水的质量也一定，试回答：

（1）若A与乙酸相对分子质量相等，且既能发生银镜反应又能发生酯化反应，则A的结构简式为_____________。

（2）若A由四种元素形成的两种官能团组成，相对分子质量与乙酸相等，且分子中氢原子都不与碳原子相连，则A的结构简式为_____________。

（3）若A分子中C、H元素质量分数之和为86.67%，其余为O，且A的相对分子质量小于200，则A的分子式为___________。

如果A分子每个碳原子都达到饱和，且能与金属钠反应产生氢气，则A的结构简式为________________________。

【当堂反馈】

1．1 mol仅含C、H、O三种元素的有机物A在稀硫酸中水解生成1 molB和1 molC。

B分子中N（C）∶N（H）＝4∶5，135＜Mr（B）＜140；C与B分子中C原子数相同，且Mr（B）＝Mr（C）＋2。

（1）C的分子式为，A的摩尔质量为；

（2）B的分子具有高度对称性，苯环上的一氯取代物只有一种。

B能与金属Na反应但不能与NaOH反应。

写出B的结构简式；

（3）C有多种同分异构体，其中属于酯类的同分异构体有

_____________种；

（4）C分子中苯环上有两个取代基，且苯环上的一氯取代物有两种。

写出A的结构简式。

2．A、B、C都是含C、H、O、N四种元素的有机化合物。

1molA隔绝空气经加热分解后得到1molB和1molCO2，且有机物的质量减少了29.53%，B是天然蛋白质水解的最终产物，经红外光谱分析得知，B分子结构中不含甲基，除-COOH外，还含有一个-OH。

C属于硝酸酯类化合物，又是B的同分异构体。

回答下列问题：

（1）A的相对分子质量是___________；

（2）B的结构简式是____________；

（3）C可能的几种结构简式是_______________________

_______________________________________________。

3．已知有机物分子中的烯键可发生臭氧分解反应，例如：

R－CH＝CH－CH2OH

R－CH＝O＋O＝CH－CH2OH。

A的部分性质如下图所示：

试根据上述信息结合所学知识写出A的结构简式。

4．碳、氢、氧3种元素组成的有机物A，相对分子质量为102，含氢的质量分数为9.8%，分子中氢原子个数为氧的5倍。

（1）A的分子式是。

（2）A有2个不同的含氧官能团，其名称是。

（3）一定条件下，A与氢气反应生成B，B分子的结构可视为1个碳原子上连接2个甲基和另外2个结构相同的基团。

A的结构简式是。

A不能发生的反应是（填写序号字母）。

a．取代反应b．消去反应

c．酯化反应d．还原反应

（4）写出两个与A具有相同官能团、并带有支链的同分异构体的结构简式：

。

（5）A还有另一种酯类同分异构体，该异构体在酸性条件下水解，生成两种相对分子质量相同的化合物，其中一种的分子中有2个甲基，此反应的化学方程式是。

（6）已知环氧氯丙烷可与乙二醇发生如下聚合反应：

n

＋nOHCH2CH2OH

＋nHCl

B也能与环氧氯丙烷发生类似反应生成高聚物，该高聚物的结构简式是。

5．充分燃烧一含碳、氢、氧的有机物，消耗O2和生成CO2的体积比为5∶4，则此类有机物最简化的通式可表示为____________；其中相对分子质量最小的物质的化学式为____________；这类有机物充分燃烧时生成CO2和H2O的物质的量之比为1∶1，且能发生水解反应的物质其分子式为____________，该有机物能发生水解反应的同分异构体结构简式有_______________________

_______________________________________________。

【课后巩固】

1．下列有机物的同系物中，完全燃烧产生的水和二氧化碳的物质的量之比恒定的是

①饱和一元醇，②饱和一元醛，③饱和一元羧酸，④饱和一元醇和饱和一元羧酸生成的酯，⑤乙炔的同系物，⑥苯的同系物。

A．②③　B．①④

C．②③④D．②③④⑤⑥

2．某气态化合物X含有C、H、O三种元素，现已知下列条件：

①X中碳元素的质量分数；②X中氢元素的质量分数；③X在标准状况下的体积；④X气体对氢气的相对密度；⑤X的质量。

欲确定该化合物的分子式时，所需的最少条件是

A．①②④B．②③④C．①③⑤D．①②

3．由两种有机物组成的混合物，在一定温度和压强下完全汽化为气体。

在相同的温度和压强下，只要混合气体的体积一定，那么无论混合物以何种比例混合，它在完全燃烧时所消耗的氧气体积也是一定的，符合这种情况不可能是

A．乙醇（C2H6O）和丙烯酸（C3H4O2）

B．苯（C6H6）和苯甲酸（C7H6O2）

C．丙醛（C3H6O）和甘油（C3H8O3）

D．丙酮（C3H6O）和丙二醇（C3H8O2）

4．烷烃分子可以看作由以下基团组合而成：

－CH3、－CH2－、

、

。

如某烷烃分子中同时存在这四种基团，则该烷烃最少含有的碳原子数应是

A．6B．7C．8D．10

5．已知1mol某烃X能与2molCl2完全加成得到Y，1molY能与4molCl2完全取代得到Z，则X的结构简式可能是

A．CH2＝CH2B．CH≡CH

C．CH≡CCH3D．CH2＝CHCl

6．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，该有机物中至少含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且个数比为1：

2：

3

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

7．某醇和醛的混合物0.05mol，能从足量的银氨溶液中还原出16.2g银，已知该醇为饱和一元醇，该醛的组成符合CnH2nO，下列结论正确的是

A．此混合物中的醛一定是甲醛

B．此混合物中的醛、醇可以是任意比

C．此混合物中的醇、醛的物质的量之比是1∶1

D．此混合物中的醇、醛的物质的量之比是3∶1

8．某有机化合物仅由碳、氢、氧三种元素组成，其相对分子质量小于150，若已知其中氧的质量分数为50%，则分子中碳原子的个数最多为

A．4B．5C．6D．7

9．已知丁烷在催化剂、加热、加压的条件下会以如下两种方式发生裂解：

①C4H10

CH4＋C3H6

②C4H10

C2H6＋C2H4

现有1mol丁烷，其中有36％以方式①裂解，有24％以方式②裂解，还有40％没有裂解，则最终所得混合气体的平均摩尔质量是

A．36.25g·mol－1B．29g