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1、第二章第二章 分子结构与性分子结构与性质质第第4节节 研究有机化合物的研究有机化合物的一般步骤和方法一般步骤和方法第二课时第二课时1有有机机物物（纯净）（纯净）确定确定 实验式实验式？首先要确定有机物首先要确定有机物中含有哪些元素中含有哪些元素如何利用实验的方法确定有机物中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？等各元素的质量或质量分数？(2)李比希李比希法法(3)现代元素分析法现代元素分析法（一）元素分析（一）元素分析确定实验式确定实验式(1)根据有机物燃烧产物判断存根据有机物燃烧产物判断存在的元素：在的元素：CCO2；HH2O；ClHCl；NN2二、元素分析与相对
2、分子质量的测定二、元素分析与相对分子质量的测定1 1、元素分析、元素分析2“李比希元素分析法李比希元素分析法”的原理：的原理：取定量含取定量含C、H（O）的有）的有机物机物加氧化铜加氧化铜 氧化氧化H2OCO2用无水用无水CaCl2吸收吸收用用KOH浓浓溶液吸收溶液吸收得前后得前后质量差质量差得前后得前后质量差质量差计算计算C、H含量含量计算计算O含量含量得出实验式得出实验式 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，来确定该物质中所含有的元素光谱分析，来确定该物质中所含有的元素现代元素分析法现代元素分析法32 、确定有机物的实验式确
3、定有机物的实验式【例题】某含【例题】某含C、H、O三种元素的未知物三种元素的未知物A，经燃烧分，经燃烧分析实验测定析实验测定A中碳的质量分数为中碳的质量分数为52.16%，氢的质量分数，氢的质量分数为为13.14%，求，求A的实验式。的实验式。解：解： 氧的质量分数为氧的质量分数为1 52.16% 13.14% 34.70%各元素原子个数比各元素原子个数比N(C)：N(H)：N(O)2：6：1A的实验式为：的实验式为：C2H6O若要确定它的分子式，还需要什么条件？若要确定它的分子式，还需要什么条件？已测知已测知各元素的质量各元素的质量各元素的质量分数各元素的质量分数有机物的实验式有机物的实验式
4、4（1）根据标况下气体的密度可求：）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：）依据气体的相对密度：M1 = DM2(D:相对相对密度密度)（3）求混合物的平均摩尔质量：）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）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）中最大的离子质量就是有机物的相对分子质量）(二二)确定相对分子质量确定相对分子质量确定分子式确定分子式1、确定相对分子质量、确定相对分子质量确定相对分子质量的方法确定相对分子质量的方法5（1）最简式法）最简式法 根据
5、分子式为最简式的整数倍，因此利用相对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。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 有机物分子式的确定方法有机物分子式的确定方法 例如某物质的最简式为例如某物质的最简式为CH2O，其相对分子质量，其相对分子质量为为60,设其分子式为（设其分子式为（CH2O）n,则则n=M/30=60/30=2,所以分子式为所以分子式为C2H4O2。6【例题】某同学为测定维生素【例题】某同学为测定维生素C（可能含（可能含C、H或或C、H、O）中碳、氢的质量分数，取维生素）中碳、氢的质量分数，取维生素C样品研碎，样
6、品研碎，称取该样品称取该样品0.352 g，置于铂舟并放入燃烧管中，不断，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，两者分别增重后通过无水硫酸铜和碱石灰，两者分别增重0.144g和和0.528g，生成物完全被吸收。试回答以下问题：，生成物完全被吸收。试回答以下问题：（1）维生素）维生素C中碳的质量分数是中碳的质量分数是 ，氢的质量分，氢的质量分数是数是 。（2）维生素）维生素C中是否含有氧元素？为什么？中是否含有氧元素？为什么？（3）试求维生素）试求维生素C的实验式：的实验式： （3）若维生
7、素）若维生素C的相对分子质量为的相对分子质量为176，请写出它的，请写出它的分子式分子式C3H4O3 414.55肯定含有氧肯定含有氧C6H8O6 7【练习】吗啡和海洛因都是严格查禁的毒品。【练习】吗啡和海洛因都是严格查禁的毒品。吗啡分子含吗啡分子含C 71.58%、H 6.67%、N 4.91%、其余为其余为O。已知其分子量不超过。已知其分子量不超过300。试求：。试求：吗啡的分子量；吗啡的分子量；吗啡的分子式。吗啡的分子式。已知海洛因是吗啡的二乙酸酯。试求：已知海洛因是吗啡的二乙酸酯。试求：海洛海洛因的分子量；因的分子量；海洛因的分子式。海洛因的分子式。16.84%285C17H19NO3
8、C21H23NO53698学与问学与问 实验表明，许多咖啡和可乐饮料中含有兴实验表明，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各元素的质量分数是: 碳碳49.5，氢，氢5.20，氧，氧16.5，氮，氮28.9，其摩尔质量为，其摩尔质量为194.1g/mol 你能确定它的分子式吗？你能确定它的分子式吗？课本课本P21（2）直接求算法）直接求算法 密度密度(或相对密度或相对密度)摩尔质量摩尔质量1mol1mol气体中元素原子各为多少摩尔气体中元素原子各为多少摩尔分分子式子式9(3)余数法余数法用烃的相对分子质量除以
9、用烃的相对分子质量除以1414，视商数和余数，视商数和余数若烃的类别不确定若烃的类别不确定CxHy，可用相对分子质量，可用相对分子质量M除以除以12，看商和余数，即，看商和余数，即M/12x余余y，分子式为分子式为CxHyM(CM(Cx xH Hy y)/M(CH)/M(CH2 2) )M/14M/14nn(n(n为碳原子数为碳原子数) )余余2 2为烷烃为烷烃整除为烯烃或环烷烃整除为烯烃或环烷烃差差2 2整除为炔烃或二烯烃整除为炔烃或二烯烃差差6 6整除为苯或其同系物整除为苯或其同系物此法用于具有确定通式的烃此法用于具有确定通式的烃(如烷、烯、炔、苯的同系物等如烷、烯、炔、苯的同系物等)【例
10、题】分别写出相对分子质量为【例题】分别写出相对分子质量为128、72的的烃的分子式烃的分子式10(4)方程式法方程式法 1. 在同温同压下，在同温同压下，10mL某气态烃在某气态烃在50mL O2里充里充分燃烧，得到液态水和体积为分燃烧，得到液态水和体积为35mL的混合气体，则该的混合气体，则该烃的分子式可能为（烃的分子式可能为（ ）A、CH4 B、C2H6 C、C3H8 D、C3H6BD三、分子结构的鉴定三、分子结构的鉴定质谱法质谱法（1）红外光谱）红外光谱（2）核磁共振氢谱）核磁共振氢谱(5)现代物理实验方法现代物理实验方法2、现代物理实验方法、现代物理实验方法-波谱分析法波谱分析法 寻找
11、质谱图中相对质量最大的微粒的式量既是该物质寻找质谱图中相对质量最大的微粒的式量既是该物质的相对分子质量。的相对分子质量。1 1、化学分析法、化学分析法通过化学实验确定官能团通过化学实验确定官能团111、测定相对分子质量最精确快捷的方法、测定相对分子质量最精确快捷的方法 质谱法质谱法MSMS原原理理：利利用用高高速速电电子子撞撞击击气气态态试试样样分分子子，使使试试样样生生成成各各种种碎碎片片离离子子，带带正正电电荷荷的的碎碎片片离离子子在在磁磁场场及及静静电电场场的的作作用用下下，按按质质荷荷比比M/ZM/Z的的大大小小顺顺序序分分离离，依依次次到到达达检检测测器器，记记录录成成按按质质荷荷比
12、比顺顺序序排排列列的的质质谱谱图图，根根据据质质谱谱峰峰的的位位置置可可进进行行定定性性分分析析和和结结构构分分析析，根根据据质质谱谱峰的强度可进行定量分析。峰的强度可进行定量分析。12相对分子质量相对分子质量的测定的测定质谱仪质谱仪13 由于分子离子的质荷比越大，达到检测器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）就是未知物的相对分子质量）（1 1）质荷比是什么？）质荷比是什么？（2）如何确定有机物的相对分子质量？）如何确定有机物的相对分子质量？ 分子离子与碎片离子的相对质量与其分子离子与碎片
13、离子的相对质量与其电荷的比值电荷的比值14未未知知化化合合物物A的的质质谱谱图图结论：结论：A的相对分子质量为的相对分子质量为4615【例题】【例题】2002年诺贝尔化学奖获得者的贡献之一是发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（让极少量的（109g）化合物通过质谱仪的离子化室）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。使样品分子大量离子化，少量分子碎裂成更小的离子。如如C2H6离子化后可得到离子化后可得到C2H6、C2H5、C2H4 ，然后测定其质荷比。某有机物
14、样品的质荷比如，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），则该有机物可能是与该离子的多少有关），则该有机物可能是 A 甲醇甲醇 B 甲烷甲烷 C 丙烷丙烷 D 乙烯乙烯16【练习】某有机物的结构确定过程前两步为：【练习】某有机物的结构确定过程前两步为：测定实验式：某含测定实验式：某含C、H、O三种元素的有机物，经三种元素的有机物，经燃烧分析实验测定其碳的质量分数是燃烧分析实验测定其碳的质量分数是64.86%，氢的质，氢的质量分数是量分数是13.51%, 则其实验式是（则其实验式是（
15、）。）。 确定分子式：下图是该有机物的质谱图，则其相对确定分子式：下图是该有机物的质谱图，则其相对分子质量为（分子质量为（ ），分子式为（），分子式为（ ）。）。C4H10O74C4H10O172、红外光谱、红外光谱红外光谱法确定有机物结构的原理是：红外光谱法确定有机物结构的原理是：由于有机物中组成由于有机物中组成化学键化学键、官能团官能团的原子处于不断振的原子处于不断振动状态，且振动频率与红外光的振动频谱相当。所以，动状态，且振动频率与红外光的振动频谱相当。所以，当用红外线照射有机物分子时，分子中的当用红外线照射有机物分子时，分子中的化学键、官化学键、官能团能团可发生震动吸收，可发生震动吸收
16、，不同的化学键、官能团吸收频不同的化学键、官能团吸收频率不同率不同，在红外光谱图中将，在红外光谱图中将处于不同位置处于不同位置。因此，我。因此，我们就可以们就可以根据红外光谱图，推知有机物含有哪些化学根据红外光谱图，推知有机物含有哪些化学键、官能团键、官能团，以确定有机物的结构。，以确定有机物的结构。18红外光谱红外光谱鉴定分子结构19可以获得化学键和官能团的信息CH3CH2OH的红外光谱结论：结论：A中含有中含有O-H、C-O、C-H202、核磁共振氢谱、核磁共振氢谱如何根据核磁共振氢谱确定有机物的结构？如何根据核磁共振氢谱确定有机物的结构？ 对于对于CH3CH2OH、CH3OCH3这两种物
17、质这两种物质来说，除了氧原子的位置、连接方式不同外，碳原来说，除了氧原子的位置、连接方式不同外，碳原子、子、氢原子氢原子的连接方式也不同、所处的环境不同，的连接方式也不同、所处的环境不同，即等效碳、即等效碳、等效氢等效氢的种数不同。的种数不同。 处在不同化学环境中的氢原子因产生共振时吸处在不同化学环境中的氢原子因产生共振时吸收电磁波的频率不同，在谱图上出现的位置也不同，收电磁波的频率不同，在谱图上出现的位置也不同，这种差异叫化学位移这种差异叫化学位移。 从核磁共振氢图谱上可推知该有机物分子有从核磁共振氢图谱上可推知该有机物分子有几种不同类型的氢原子（波峰数）及它们的几种不同类型的氢原子（波峰数
18、）及它们的数目比（波峰面积比）数目比（波峰面积比）。21核磁共振22CH3CH2OH的红外光谱可以推知未知物可以推知未知物A分子有分子有3种不同类型的氢原子种不同类型的氢原子及它们的数目比为及它们的数目比为3：2：123因此，因此，A的结构为：的结构为： H HHCCOH H H24【例例题题】下下图图是是一一种种分分子子式式为为C4H8O2的的有有机机物的红外光谱谱图物的红外光谱谱图,则该有机物的结构简式为：则该有机物的结构简式为：COCC=O不对称不对称CH3CH3COOCH2CH325【练习】有一有机物的相对分子质量为【练习】有一有机物的相对分子质量为74，确，确定分子结构，请写出该分子
19、的结构简式定分子结构，请写出该分子的结构简式 COC对称对称CH3对称对称CH2CH3CH2OCH2CH326【例题】一个有机物的分子量为【例题】一个有机物的分子量为70,红外光谱表红外光谱表征到碳碳双键和征到碳碳双键和CO的存在，核磁共振氢谱列的存在，核磁共振氢谱列如下图：如下图：写出该有机写出该有机物的可能的结物的可能的结构简式：构简式：写出该有机写出该有机物的分子式：物的分子式：C4H6OCH3CH=CHCHO说明：这四种峰的面积比是：说明：这四种峰的面积比是：1：1：1：327【练习】【练习】2002年诺贝尔化学奖表彰了两项成果，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
20、其中一项是瑞士科学家库尔特维特里希发明维特里希发明了了“利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子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三维结构的方法”。在化学上经常使用的是氢。在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核磁共振氢谱中只给出一种信号的是A HCHO B CH3OH C HCOOH D CH3COOCH328【练习】【练习】
21、分子式为分子式为C3H6O2的二元混合物，分离的二元混合物，分离后后,在核磁共振氢谱上观察到氢原子给出的峰有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两种情况。第一种情况峰给出的强度为11；第；第二种情况峰给出的强度为二种情况峰给出的强度为321。由此推断混。由此推断混合物的组成可能是（写结构简式）合物的组成可能是（写结构简式） 。CH3COOCH3CH3CH2COOHHOCH2COCH329 研究有机化合物的一般步骤和方法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小结结分离、提纯元素定量分析 确定实验式测定相对分子质量 确定分子式 波谱分析确定结构式步
22、骤方法蒸馏、重结晶、萃取 红外光谱核磁共振氢谱质谱法元素分析30【练习】【练习】 通式法的应用通式法的应用常温下为气态的烷烃常温下为气态的烷烃A和炔烃和炔烃B的混合气体，其的混合气体，其密度是密度是H2的的27.5倍，已知倍，已知A、B分子中含碳原子分子中含碳原子数相同。求：数相同。求：(1)A、B的分子式；的分子式；(2)A与与B的体的体积比。积比。【练习】【练习】 商余法的应用商余法的应用某有机物的相对分子质量为某有机物的相对分子质量为180，则：，则：(1)该有机物该有机物_(填填“可能可能”或或“不可能不可能”)是饱和烃是饱和烃(2)若该有机物含氧元素，且烃基饱和，则可能若该有机物含氧
23、元素，且烃基饱和，则可能是是_或或_(写名称写名称)31混合物的平均相对分子质量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的相对分子质量一定是B的小于的小于55，A的大于的大于55） 因为因为A、B分子中含碳原子数同分子中含碳原子数同 所以设所以设A:CnH2n+2, B:CnH2n-2 只有当只有当n=4时，符合。时，符合。 所以所以A：C4H10，B：C4H6 （2）设）设A的体积分数是的体积分数是x 那么那么58x + 54(1-x)=55 得得x=0.25 所以所以VA:VB=0.25:0.75=1:3 其密度是同条件下的其密度是同条件下的H2
24、的的27.5倍倍 平均分子量为平均分子量为2*27.555 用商余法（用商余法（55/12）得平均分子式）得平均分子式 A、B的分子式：的分子式：C4H10,C4H6 A、B体积比体积比(十字交叉法十字交叉法) 1：3 32【方法指导】【方法指导】1、实验式的确定：、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。实验式又叫最数目最简单整数比的式子。实验式又叫最简式。简式。方法：方法：若已知有机物分子中若已知有机物分子中C、H等元素的质量等元素的质量或已知或已知C 、H等元素的质量比或已知等元素的质量比或已知C、H等元素的质量分
25、数，则等元素的质量分数，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若有机物燃烧产生的二氧化碳和水的物质的量分别为的量分别为n(CO2)和和n(H2O),则则N(C):N(H)=_ 332确定相对分子质量的方法：确定相对分子质量的方法：M=m/n(M表示摩尔质量表示摩尔质量 m表示质量表示质量 n表示表示物质的量物质的量) 已知有机物蒸气在标准状况下的密度：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）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）在相同状况下
26、的相对密度D：则：则Mr=M* DM= M(A)* X(A) + M(B)*X(B)（M表示表示平均摩尔质量，平均摩尔质量，M(A)、M(B)分别表示分别表示A、B物物质的摩尔质量，质的摩尔质量，X(A)、X(B)分别表示分别表示A B 物质物质的物质的量分数或体积分数）的物质的量分数或体积分数）根据化学方程式计算确定。根据化学方程式计算确定。343.有机物分子式的确定：有机物分子式的确定： 直接法直接法密度（相对密度）密度（相对密度）摩尔质量摩尔质量1摩尔分子中各元素原子摩尔分子中各元素原子的物质的量的物质的量分子式分子式最简式法最简式法最简式为最简式为CaHbOc，则分子式为（，则分子式为
27、（CaHbOc）n， n=Mr/(12a+b+16c)（Mr为相对分子质量）为相对分子质量）.余数法：余数法： a)用烃的相对分子质量除用烃的相对分子质量除14，视商和余数。，视商和余数。M(CxHy)/M(CH2)=M/14=A 若余若余2，为烷烃，为烷烃 ;若除尽若除尽 ,为烯烃或环烷烃为烯烃或环烷烃; 若差若差2，为，为炔烃或二烯烃炔烃或二烯烃;若差为若差为6，为苯或其同系物，为苯或其同系物. 其中商为其中商为烃中的碳原子数。（此法运用于具有通式的烃）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：若烃的类别不确定：CxHy，可用相对分子质量除以，可用相对分子质量除以12，看商和余数。即，看商和余数。即M/12=x余，分子式为余，分子式为CxHy35方程式法：方程式法： 利用燃烧的化学方程式或其他有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。关反应的化学方程式进行计算确定。平均分子式法：平均分子式法： 当烃为混合物时，可先求出平均当烃为混合物时，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。定各种可能混合烃的分子式。4.结构式的确定：结构式的确定：通过有机物的性质分析判断其结构通过有机物的性质分析判断其结构36
