《2018年高中化学 第3章 有机合成及其应用 合成高分子化合物 第2节 有机化合物结构的测定学案 鲁科版选修5》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2018年高中化学 第3章 有机合成及其应用 合成高分子化合物 第2节 有机化合物结构的测定学案 鲁科版选修5（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1第第 2 2 节节 有机化合物结构的测定有机化合物结构的测定答案：答案：物理性质 化学性质 分子式 官能团 分子式 分子结构 元素组成 质量分数 燃烧法 实验式 相对分子质量 CO2 H2O N2 卤化银 11有机化合物分子式的确定 (1)测定有机化合物的元素组成 组成有机化合物的元素主要有：C、H、O、N、X 等元素。首先需要知道该物质是由哪 些元素组成、各元素的质量分数是多少。通常需要借助有机化合物的可燃性等化学性质进 行定量测定。 燃烧分析法确定元素种类及各元素质量分数：测定出 C、H、N、X 等元素的质量分数后，它们的质量分数总和若小于 100%时，其差 值就是氧元素的质量分数。 (
2、2)测定有机化合物的相对分子质量 测定有机化合物的相对分子质量的方法很多。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。 质谱法的原理：用高能电子流轰击样品，使分子失去电子变成带正电荷的分子离子和 碎片离子，在磁场的作用下，由于它们的相对质量不同而使其到达检测器的时间也先后不 同，其结果被记录为质谱图。乙醇的质谱图如下：2质谱图最右边的分子离子峰表示的就是乙醇的相对分子质量。 【例 1】 150 时 1 L 混合烃和 9 L O2混合置于密闭容器中充分燃烧，完全反应后恢 复至 150 ，容器内压强增大 8%，则该混合烃的组成是( ) AV(CH4)V(C2H6)11 BV(C
3、2H4)V(C4H10)14 CV(C2H4)V(C4H8)12 DV(C3H4)V(C4H8)14 解析：解析：同温同压下，体积比可看成物质的量比。压强增大 8%，可看成物质的量增大 8%，增加量为：108%0.8，设混合烃的平均分子式为 CxHy，利用差量法求解如下：CxHy(x )O2xCO2 H2O 增加量y 4y 21 1y 41 0.8则 10.8，y7.2，即混合烃平均含 7.2 个氢原子，再用十字交叉法逐项验证可求y 4 得答案。 答案：答案：D 2有机化合物分子不饱和度的计算 (1)烃 CaHb及烃的衍生物 CaHbOc的不饱和度的计算公式： 不饱和度a1b/2 (2)烃的衍
4、生物 CaHbOcXdNe的不饱和度的计算公式： 不饱和度a1(bde)/2 通常用另一种表达式更容易记住：不饱和度N41(N1N3) /2 其中：N4表示的是四价原子数也就是碳原子的数目，N1表示的是一价原子数也就是氢 原子和卤原子的总数，N3表示的是三价原子数也就是氮原子的数目。 分子不饱和度和分子结构的关系：若不饱和度为： 0，说明分子是饱和链状结构 1，说明分子中有一个双键或一个环 2，说明分子中有两个双键或一个叁键或一个双键和一个环或两个环 4，分子中很可能有苯环 【例 2】 (1)某链烃的分子式为 C200H202，则分子中含有的碳碳叁键最多为多少个？ (2)试计算下列化学式所表示
5、的有机化合物的不饱和度，并分析可能存在的官能团。 C2H4 C3H5Cl C7H14O2 C8H10 解析：解析：(1)该链烃的不饱和度为：2001202/2100 一个碳碳叁键的不饱和度为 2，所以最多可以有 50 个碳碳叁键。(2)根据不饱和度的计算公式：分子的不饱和度N(C)1，卤素原子当成氢原N(H) 2 子看待，氧原子不予考虑，有氮原子时，在氢原子数中减去氮原子数即可。 答案：答案：(1)50 个 (2)不饱和度为 1，分子中有一个碳碳双键。 不饱和度为 1，分子中含有一个碳碳双键。 不饱和度为 1，分子中可能含有一个羧基或一个酯基，也可能含有一个碳碳双键，3氧原子形成的是醇羟基或醚
6、基。 不饱和度为 4，可能含有一个苯环，也可能含有两个碳碳叁键或一个碳碳叁键和两 个碳碳双键或四个碳碳双键。 3确定有机化合物的官能团 确定有机化合物的官能团，必须熟悉有机物的性质(物理性质、化学性质)，要抓住某 些有机物的特征反应，选用合适的试剂，一一鉴别它们。 (1)常用的试剂及某些可鉴别物质种类和实验现象： 试剂名称被鉴别物质种类现象 酸性高锰 酸钾溶液含碳碳双键、叁键的物质、烷 基苯。但醇、醛有干扰酸性高锰酸钾溶液紫红色退色溴 水少量含碳碳双键、叁键的物质。但 醛有干扰溴水退色且分层过量 饱和苯酚溶液出现白色沉淀银氨溶液含醛基化合物及葡萄糖、果糖、 麦芽糖出现银镜新制 Cu(OH)2含
7、醛基化合物及葡萄糖、果糖、 麦芽糖出现红色沉淀FeCl3溶液苯酚溶液呈现紫色 碘水淀粉呈现蓝色 酸碱指示 剂羧酸(酚不能使酸碱指示剂变色)使石蕊或甲基橙变红NaHCO3羧酸放出无色无味气体 (2)卤代烃中卤素的检验 取样，滴入 NaOH 溶液，加热至分层现象消失，冷却后加入稀硝酸酸化，再滴入 AgNO3 溶液，观察沉淀的颜色，确定是何种卤素。 (3)烯醛中碳碳双键的检验 若是纯净的液态样品，则可向所取试样中加入溴的四氯化碳溶液，若退色，则证明 含有碳碳双键。 若样品为水溶液，则先向样品中加入足量的新制 Cu(OH)2悬浊液，加热煮沸，充分 反应后冷却过滤，向滤液中加入稀硝酸酸化，再加入溴水，若
8、退色，则证明含有碳碳双键。 若直接向样品水溶液中滴加溴水，则会有反应：CHOBr2H2OCOOH2HBr 而使溴 水退色。 (4)二糖或多糖水解产物的检验 若二糖或多糖是在硫酸作用下水解的，则先向冷却后的水解液中加入足量的 NaOH 溶液， 中和硫酸，然后再加入银氨溶液或新制的氢氧化铜悬浊液，(水浴)加热，观察现象，作出 判断。 【例 3】 分析并填写下表： 甲醛乙醛 核磁共振 氢谱情况有_种 H 原子，吸收峰 有_个有_种 H 原子，比例为_，吸 收峰有_个，面积比为_ 解析：解析：分子中有几种氢原子就有几种核磁共振吸收峰，这些不同氢原子的个数之比就是吸收峰的面积之比。甲醛的结构式为：，因此
9、甲醛中只有 1 种氢原子，吸收 峰只有 1 个；乙醛的结构简式为 CH3CHO，其中有 2 种氢原子，比例为 31，吸收峰为 2 个， 面积之比为 31。 答案：答案： 甲醛乙醛 核磁共振有 1 种 H 原子，吸收峰有 1 个有 2 种 H 原子，比例为 31，4氢谱情况吸收峰有 2 个，面积比为 31 4有机化合物结构测定的应用 有机化合物的结构测定不仅应用于有机合成中，也广泛应用于分子生物学、天然产物 化学、医药学和石油化工、环境科学、材料科学和国防科学等领域。为了满足这些领域的 要求，科学家们正在不断改进结构测定手段和方法。 【例 4】 (双选)下列说法中正确的是( ) A有机化合物的结
10、构测定仅可用于有机合成中 B有机化合物的结构测定可应用于多种领域 C有机化合物的结构测定方法比较成熟，不需改进 D有机化合物的结构测定方法还在进行不断地发展和改进 解析：解析：本题考查有机化合物结构测定的应用范围和发展前景。 答案：答案：BD5分子式的确定或推断的几种方法 (1)直接法：(相对密度)摩尔质量1 mol 分子中各元素原子的物质的量分子式。 (2)最简式法：元素的质量分数最简式结合Mr确定分子式。或由Mr和元素的质量 分数直接确定分子中各原子的数目，进而确定分子式。 (3)余数法(商余法)用烃的相对分子质量除以 12，视商数和余数确定分子式，若xy，则分子式为Mr 12 CxHy。
11、 对于烃的含氧衍生物，先用相对分子质量减去氧原子的总的相对原子质量，剩余的相 对分子质量仍按上述方法进行。 (4)设“1”讨论法：若已知全部(或部分)元素的质量分数，为避免烦琐的求算原子个 数比，可设分子中原子数最少的那种元素的原子数目为 1，确定其相对分子质量后再确定 其他元素的原子数目。如果设“1”不合题意，可再设为“2,3”至符合题意。 (5)增减法：CnHmCn1Hm12同理，增加一个氧原子必减少一个 CH4。 (6)平均分子式法：当烃为混合物时，先求出平均分子式，再利用平均值，确定各种可 能混合烃的分子式。 (7)守恒法：守恒法是指依据质量守恒、原子守恒等寻找等量关系，以此为切入点迅
12、速 确定有机物分子式进而推断其结构式的一种方法。 (8)通式法(如利用燃烧通式)：利用燃烧反应方程式时，要抓住以下关键：a.气体体积 变化；b.气体压强变化；c.气体密度变化；d.混合物平均相对分子质量等。 析规律 确定有机物分子式的途径【例 51】 实验测得某烃 A 中含碳 85.7%，含氢 14.3%。在标准状况下 11.2 L 此化 合物气体的质量为 14 g。求此烃的最简式和分子式。 解析：解析：(1)求该化合物的最简式5n(C)n(H)(85.7%/12)(14.3%/1)12 该化合物的最简式为 CH2。 (2)求该化合物的摩尔质量根据M22.4 Lmol1得M22.4 Lmol1
13、28 gmol114 g 11.2 L (3)求 1 mol 该物质中碳和氢原子的物质的量n(C)2 mol1 mol 28 gmol1 85.7% 12 gmol1n(H)4 mol1 mol 28 gmol1 14.3% 1 gmol1 即 1 mol 该化合物中含 2 mol C 原子和 4 mol H 原子。 答案：答案：最简式为 CH2，分子式为 C2H4。 【例 52】 某气态烃与 Cl2加成的产物中，含碳 31.9%，含氯 62.8%，试分析该烃的 分子式。 解析：解析：假设该烃与 Cl2的加成产物中有 2 个氯原子，则该二氯代物的相对分子质量为： 35.52/62.8%113
14、1 mol 该二氯代物中含有碳原子：11331.9%/123 mol 根据相对分子质量可以求出氢原子的数目为：11371366 所以该烃应该为 C3H6 假设该烃与氯气加成产物中有 4 个氯原子，则类似上述计算可知该烃的分子式为 C6H12，加成产物中不可能有 4 个氯原子，且 4 个以上碳原子的烃不是气体。所以该烃只能 是 C3H6。 答案：答案：分子式为 C3H6。 【例 53】 某含氧有机化合物可以作为无铅汽油的抗震剂，它的相对分子质量为 88，含碳的质量分数为 68.2%，含氢的质量分数为 13.6%，红外光谱和核磁共振氢谱显示该 分子中有 4 个甲基，请写出其结构简式：_。解析：解析
15、：首先计算碳原子个数：5，同理氢原子个数为 12，再计算分子中88 68.2% 12氧原子个数：1，故分子中只有 1 个氧原子，从相对分子质量88 (168.2%13.6%) 16 88 中减去 16 得 72,72 为 C、H 相对分子质量和，得 C5H12，C5H12减去 4 个甲基的原子数， 还剩 1 个 C，这个 C 上没有 H，只能连 3 个CH3和 1 个氧原子，即可写出其结构简式。答案：答案：6.有机物结构判断的方法 (1)一般步骤有机物的分子式写出符合分子式的各种同分异构体推断同分异构体中官能团的种类设计实验定性、定量实验确定有机物的结构式 (2)由分子式确定结构式的方法 通过价键规律确定：某些有机物根据价键规律只能存在一种结构，则可以直接由分 子式确定结构式。如：CH4、C2H6、CH4O、CH2O 等物质，根据碳元素的价键规律，它们分别 只能写出一种结构：CH4、CH3CH3、CH3OH、HCHO。 通过定性和定量实验去确定：由于有机物存在大量的同分异构现象，结构式的测定 需要认真分析特殊条件，比如分子式为 C4H10O 的饱和一元醇，如果条件中要求“经实验证 明该醇不能发生催化氧化生成醛或酮” ，那么这种醇应该是没有 -H 的，其结构简式只能6是。 总之，有机结构判断
