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1、第二章 分子结构与性质,第4节 研究有机化合物的 一般步骤和方法 第二课时,有机物（纯净）,确定 实验式,？,首先要确定有机物中含有哪些元素,如何利用实验的方法确定有机物中C、H、O等各元素的质量或质量分数？,(2)李比希法,(3)现代元素分析法,（一）元素分析确定实验式,(1)根据有机物燃烧产物判断存在的元素：CCO2；HH2O；ClHCl；NN2,二、元素分析与相对分子质量的测定,1、元素分析,“李比希元素分析法”的原理：,用无水 CaCl2吸收,用KOH浓 溶液吸收,得前后质量差,得前后质量差,计算C、H含量,计算O含量,得出实验式,利用各种精密仪器对物质在仪器中发出的各种光进行光谱分析
2、，来确定该物质中所含有的元素,现代元素分析法,2 、确定有机物的实验式,【例题】某含C、H、O三种元素的未知物A，经燃烧分析实验测定A中碳的质量分数为52.16%，氢的质量分数为13.14%，求A的实验式。,解：,氧的质量分数为,1 52.16% 13.14%,34.70%,各元素原子个数比,N(C)：N(H)：N(O),2：6：1,A的实验式为：,C2H6O,若要确定它的分子式，还需要什么条件？,已测知,各元素的质量,各元素的质量分数,有机物的实验式,（1）根据标况下气体的密度可求：M = 22.4L/mol g/L=22.4 g/mol （2）依据气体的相对密度：M1 = DM2(D:相对
3、密度) （3）求混合物的平均摩尔质量： （4）运用质谱法来测定相对分子质量（质谱图中最大的离子质量就是有机物的相对分子质量）,(二)确定相对分子质量确定分子式,1、确定相对分子质量,确定相对分子质量的方法,（1）最简式法,根据分子式为最简式的整数倍，因此利用相对分子质量和最简式可确定其分子式。,2、有机物分子式的确定,有机物分子式的确定方法,例如某物质的最简式为CH2O，其相对分子质量为60,设其分子式为（CH2O）n,则n=M/30=60/30=2,所以分子式为C2H4O2。,【例题】某同学为测定维生素C（可能含C、H或C、H、O）中碳、氢的质量分数，取维生素C样品研碎，称取该样品0.352
4、 g，置于铂舟并放入燃烧管中，不断通入氧气流。用酒精喷灯持续加热样品，将生成物先后通过无水硫酸铜和碱石灰，两者分别增重0.144g和0.528g，生成物完全被吸收。试回答以下问题： （1）维生素C中碳的质量分数是 ，氢的质量分数是 。 （2）维生素C中是否含有氧元素？为什么？ （3）试求维生素C的实验式： （3）若维生素C的相对分子质量为176，请写出它的分子式,C3H4O3,41,4.55,肯定含有氧,C6H8O6,【练习】吗啡和海洛因都是严格查禁的毒品。吗啡分子含C 71.58%、H 6.67%、N 4.91%、其余为O。已知其分子量不超过300。试求：吗啡的分子量；吗啡的分子式。 已知海
5、洛因是吗啡的二乙酸酯。试求：海洛因的分子量；海洛因的分子式。,16.84%,285,C17H19NO3,C21H23NO5,369,学与问,实验表明，许多咖啡和可乐饮料中含有兴奋性物质咖啡因。经实验测定，咖啡因分子中各元素的质量分数是: 碳49.5，氢5.20，氧16.5，氮28.9，其摩尔质量为194.1g/mol 你能确定它的分子式吗？,课本P21,（2）直接求算法,密度(或相对密度)摩尔质量1mol气体中元素原子各为多少摩尔分子式,(3)余数法,用烃的相对分子质量除以14，视商数和余数,若烃的类别不确定CxHy，可用相对分子质量M除以12，看商和余数，即M/12x余y，分子式为CxHy,
6、M(CxHy)/M(CH2)M/14n (n为碳原子数),余2为烷烃 整除为烯烃或环烷烃 差2整除为炔烃或二烯烃 差6整除为苯或其同系物,此法用于具有确定通式的烃(如烷、烯、炔、苯的同系物等),【例题】分别写出相对分子质量为128、72的烃的分子式,(4)方程式法,1. 在同温同压下，10mL某气态烃在50mL O2里充分燃烧，得到液态水和体积为35mL的混合气体，则该烃的分子式可能为（ ） A、CH4 B、C2H6 C、C3H8 D、C3H6,BD,三、分子结构的鉴定,质谱法,（1）红外光谱,（2）核磁共振氢谱,(5)现代物理实验方法,2、现代物理实验方法-波谱分析法,寻找质谱图中相对质量最
7、大的微粒的式量既是该物质的相对分子质量。,1、化学分析法,通过化学实验确定官能团,1、测定相对分子质量最精确快捷的方法,质谱法,MS原理：利用高速电子撞击气态试样分子，使试样生成各种碎片离子，带正电荷的碎片离子在磁场及静电场的作用下，按质荷比M/Z的大小顺序分离，依次到达检测器，记录成按质荷比顺序排列的质谱图，根据质谱峰的位置可进行定性分析和结构分析，根据质谱峰的强度可进行定量分析。,相对分子质量 的测定 质谱仪,由于分子离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间最长，因此谱图中的质荷比最大的就是未知物的相对分子质量）,（1）质荷比是什么？,（2）如何确定有机物的相对分子质量？,分子离子与碎片离子
8、的相对质量与其电荷的比值,未知化合物A的质谱图,结论：A的相对分子质量为46,【例题】2002年诺贝尔化学奖获得者的贡献之一是发明了对有机物分子进行结构分析的质谱法。其方法是让极少量的（109g）化合物通过质谱仪的离子化室使样品分子大量离子化，少量分子碎裂成更小的离子。如C2H6离子化后可得到C2H6、C2H5、C2H4 ，然后测定其质荷比。某有机物样品的质荷比如右图所示（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 B 甲烷 C 丙烷 D 乙烯,【练习】某有机物的结构确定过程前两步为： 测定实验式：某含C、H、O三种元素的有机物，经燃烧分析实验测定其碳
9、的质量分数是64.86%，氢的质量分数是13.51%, 则其实验式是（ ）。 确定分子式：下图是该有机物的质谱图，则其相对分子质量为（ ），分子式为（ ）。,C4H10O,74,C4H10O,2、红外光谱,红外光谱法确定有机物结构的原理是：,红外光谱鉴定分子结构,可以获得化学键和官能团的信息,CH3CH2OH的红外光谱,结论：A中含有O-H、C-O、C-H,2、核磁共振氢谱,如何根据核磁共振氢谱确定有机物的结构？,核磁共振,CH3CH2OH的红外光谱,可以推知未知物A分子有3种不同类型的氢原子及它们的数目比为3：2：1,因此，A的结构为：,【例题】下图是一种分子式为C4H8O2的有机物的红外光
10、谱谱图,则该有机物的结构简式为：,COC,C=O,不对称CH3,CH3COOCH2CH3,【练习】有一有机物的相对分子质量为74，确定分子结构，请写出该分子的结构简式,COC,对称CH3,对称CH2,CH3CH2OCH2CH3,【例题】一个有机物的分子量为70,红外光谱表征到碳碳双键和CO的存在，核磁共振氢谱列如下图：,写出该有机物的可能的结构简式：,写出该有机物的分子式：,C4H6O,CH3CH=CHCHO,说明：这四种峰的面积比是：1：1：1：3,【练习】2002年诺贝尔化学奖表彰了两项成果，其中一项是瑞士科学家库尔特维特里希发明了“利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法”。在
11、化学上经常使用的是氢核磁共振谱，它是根据不同化学环境的氢原子在氢核磁共振谱中给出的信号不同来确定有机物分子中的不同的氢原子。下列有机物分子在核磁共振氢谱中只给出一种信号的是 A HCHO B CH3OH C HCOOH D CH3COOCH3,【练习】 分子式为C3H6O2的二元混合物，分离后,在核磁共振氢谱上观察到氢原子给出的峰有两种情况。第一种情况峰给出的强度为11；第二种情况峰给出的强度为321。由此推断混合物的组成可能是（写结构简式） 。,HOCH2COCH3,研究有机化合物的一般步骤和方法,结构,相对分子 质量,组成,小 结,【练习】 通式法的应用 常温下为气态的烷烃A和炔烃B的混合
12、气体，其密度是H2的27.5倍，已知A、B分子中含碳原子数相同。求：(1)A、B的分子式；(2)A与B的体积比。,【练习】 商余法的应用 某有机物的相对分子质量为180，则： (1)该有机物_(填“可能”或“不可能”)是饱和烃 (2)若该有机物含氧元素，且烃基饱和，则可能是_或_(写名称),混合物的平均相对分子质量M=27.5*2=55g/mol （A，B的相对分子质量一定是B的小于55，A的大于55） 因为A、B分子中含碳原子数同 所以设A:CnH2n+2, B:CnH2n-2 只有当n=4时，符合。 所以A：C4H10，B：C4H6 （2）设A的体积分数是x 那么58x + 54(1-x)
13、=55 得x=0.25 所以VA:VB=0.25:0.75=1:3,其密度是同条件下的H2的27.5倍 平均分子量为2*27.555 用商余法（55/12）得平均分子式 A、B的分子式：C4H10,C4H6 A、B体积比(十字交叉法) 1：3,【方法指导】 1、实验式的确定： 实验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。实验式又叫最简式。 方法： 若已知有机物分子中C、H等元素的质量或已知C 、H等元素的质量比或已知C、H等元素的质量分数，则N(C):N(H):N(O)=_ 若有机物燃烧产生的二氧化碳和水的物质的量分别为n(CO2)和n(H2O), 则N(C):N(H)=_,
14、2确定相对分子质量的方法： M=m/n(M表示摩尔质量 m表示质量 n表示物质的量) 已知有机物蒸气在标准状况下的密度：Mr= 22.4* 密度（注意密度的单位） 已知有机物蒸气与某物质（相对分子质量为M）在相同状况下的相对密度D：则Mr=M* D M= M(A)* X(A) + M(B)*X(B)（M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，X(A)、X(B)分别表示A B 物质的物质的量分数或体积分数） 根据化学方程式计算确定。,3.有机物分子式的确定： 直接法 密度（相对密度）摩尔质量1摩尔分子中各元素原子的物质的量分子式 最简式法 最简式为CaHbOc，则分子式
15、为（CaHbOc）n， n=Mr/(12a+b+16c)（Mr为相对分子质量）. 余数法： a)用烃的相对分子质量除14，视商和余数。M(CxHy)/M(CH2)=M/14=A 若余2，为烷烃 ;若除尽 ,为烯烃或环烷烃; 若差2，为炔烃或二烯烃;若差为6，为苯或其同系物. 其中商为烃中的碳原子数。（此法运用于具有通式的烃） b)若烃的类别不确定：CxHy，可用相对分子质量除以12，看商和余数。即M/12=x余，分子式为CxHy,方程式法： 利用燃烧的化学方程式或其他有关反应的化学方程式进行计算确定。 平均分子式法： 当烃为混合物时，可先求出平均分子式，然后利用平均值的含义确定各种可能混合烃的分子式。 4.结构式的确定： 通过有机物的性质分析判断其结构,
