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2019-2020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—————————————————————————[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=41.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I2.
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/nM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=MA×A%+MB×B%+…[表示平均摩尔质量,MA、MB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+H2OCxHyOz+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+2Mr=14n+2n≥1环烷烃,烯烃CnH2nMr=14n烯烃n≥2,环烷烃n≥3二烯烃,炔烃CnH2n-2Mr=14n-2炔烃n≥2苯及苯的同系物CnH2n-6Mr=14n-6n≥6饱和醇CnH2n+2OxMr=14n+2+16x饱和一元醛CnH2nOMr=14n+16饱和一元羧酸及酯CnH2nO2Mr=14n+326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CH
4、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.C2H6OC.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[MrA],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=[MrA]/[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C2H6O23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CH
4、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22有机化合物分子不饱和度的计算公式Ω=nC+1-其中nC为碳原子数;nH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-=52.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=nC+1-,A的不饱和度为5,B为2,C为1,D为42.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.CH3CHOHCH3C.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∶1C.该有机物中含有2个CO2和3个H2OD.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.C5H12O3C.C4H10O4D.C5H10O4解析选A 由于A中nC∶nH∶nO=∶∶=5∶12∶4,所以A的实验式为C5H12O43.有机物的不饱和度为 A.8B.7C.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=nC+1-=14+1-=64.某有机物A
3.0g,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301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MA=30×2=60有机物A中各元素的质量分别是mC=×12g·mol-1=
1.8g,mH=×2×1g·mol-1=
0.4g,因mC+mH=
2.2g
3.0g,则有机物A中含有氧元素,其质量为mO=
3.0g-
2.2g=
0.8gNC∶NH∶NO=∶∶=3∶8∶1,则该有机物A的实验式为C3H8O由M[C3H8On]=60,得n=1,故有机物A的分子式为C3H8O2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1C3H8O2CH3CH2CH2OH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∶32.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∶3B.分子中C、H原子个数比为1∶2C.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nC∶nH=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nC+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=nC+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.
①②④C.
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D6.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.
②③C.
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.CCH3CCH3C.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CC8.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C3H4n,其相对分子质量为
7.5×16=12012×3n+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4A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14 2134g·mol-1 3C5H10O410.
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
3.311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,nC∶nH=∶=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C8H102C8H10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1106 C8H10 21.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.C2H6C.C3H8D.C7H16解析选C 设此烃的分子式为CxHy,则CxHy+O2xCO2+H2O根据题意可知1+=2x,解得x=1+,当y=4时,x=2;y=8时,x=32.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—CH3C.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.C2H4O2C.C3H6O2D.C3H6解析选B m有机物=15g,mC=
0.5mol×12g·mol-1=6g,mH=
0.5mol×2×1g·mol-1=1g,因为m有机物>mC+mH,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,nC=
0.5mol,nH=1mol,nO=15-6-1g÷16g·mol-1=
0.5mol,所以该有机物的分子式为C2H4O24.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.C2H6OC.C3H8OD.C2H4O2解析选C nH2O==
0.8mol,nCO2==
0.6mol有机化合物中氧原子的物质的量为=
0.2mol则nC∶nH∶nO=
0.6∶
0.8×2∶
0.2=3∶8∶1故有机物的分子式为C3H8O6.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.HOCH2COOCH2CH3B.CH3CHOHCH2COOHC.HOCH2CH2CH2COOHD.CH3CH2CHOHCOOH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HOCH2CH2CH2COOH7.某烃的含氧衍生物A的相对分子质量为240,其中碳元素的质量分数为
80.0%,氧元素的质量分数是氢元素的2倍,分子中含有2个苯环,每个苯环上都只有一个取代基,且取代基上无支链A在稀酸中加热时发生水解反应得到B和C,C的相对分子质量为1081A的分子式为__________________________________________________2C的结构简式为_________________________________________________3B的结构简式为__________________________________________________4B的同分异构体中,有一类属于酯,且苯环上的一氯取代物只有2种,则其可能的结构简式有________________________________________________________________________________________________________________________________________请写4种解析A分子中碳原子数为=16,氧原子数为=2,氢原子数为=16,所以A的分子式为C16H16O2因为A在稀酸中加热发生水解,故A是酯类,C的结构中有苯环且相对分子质量为108,则C必不含羧基,结合A的结构特点,则可推出C为,则B为B的同分异构体中属于酯,且苯环上的一氯代物只有2种的结构简式有答案1C16H16O28.A、B、C、D、E、F和G都是有机化合物,它们的关系如图所示1化合物C的分子式是C7H8O,C遇FeCl3溶液显紫色,C与溴水反应生成的一溴代物只有两种,则C的结构简式为______________________________2D为一直链化合物,其相对分子质量比化合物C的小20,它能跟NaHCO3反应放出CO2,则D分子式为__________,D具有的官能团是________3反应
①的化学方程式是____________________________________________________________________________________________________________________________4芳香化合物B是与A具有相同官能团的A的同分异构体,通过反应
②化合物B能生成E和F,F可能的结构简式是___________________________________________________5E可能的结构简式是______________________________________________________解析1化合物C的分子式为C7H8O,遇FeCl3溶液显紫色,说明C中含有酚羟基,根据与溴水反应生成的一溴代物有两种,可知苯环上取代基位置为对位,其结构简式为2D为直链化合物,可与NaHCO3反应,可知其结构中有—COOH,C的相对分子质量为108,D的相对分子质量为88,去掉羧基剩余部分为88-45=43,由商余法43÷14=3余1可知D为C3H7—COOH,分子式为C4H8O2,官能团为羧基,D的结构简式为CH3CH2CH2COOH3由12可推反应
①为4根据D+F―→GC7H14O2,可知F中含有3个碳原子,F为CH3CH2CH2OH或者5F为醇,则E为羧酸,且含有苯环,根据B是A的同分异构体可推知E可能的结构为、。