新课标创新人教化学选修5 第四节研究有机化合物的一般步骤和方法

1.初步了解测定元素种类、含量以及相对分子质量的方法。2.了解确定分子式的一般方法与过程。3.掌握根据特征结构以及现代物理技术确定物质结构的方法。4.初步学会分离提纯有机物的常规方法。 细读教材记主干一、分离、提纯1.蒸馏蒸馏是分离、提纯液态有机物的常用方法。适用于该有机物热稳定性较强，与杂质沸点相差较大（一般约大于30 ）。2.重结晶重结晶是分离、提纯固态有机物的常用方法。该方法对于溶剂的要求：（1）杂质在溶剂中溶解度很小或很大；（2）被提纯的有机物在溶剂中的溶解度，受温度的影响较大。在热溶液中溶解度较大，在冷溶液中溶解度较小，冷却后易于结晶析出。3.萃取包括液液萃取和固液萃取。（1）液液萃取是利用有机物在两种互不相溶的溶剂中的溶解性不同，将有机物从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程。常用的玻璃仪器是分液漏斗，常用的有机溶剂有乙醚、石油醚、二氯甲烷等。（2）固液萃取是用有机溶剂从固体物质中溶解出有机物的过程。二、元素分析与相对分子质量的测定1.元素分析（1）定性分析：用化学方法鉴定有机物分子的元素组成。如燃烧后，C生成CO2、H生成H2O。（2）定量分析：将一定量的有机物燃烧转化为简单无机物，并定量测定各产物的质量，从而推算出各组成元素的质量分数，然后推算出有机物分子中所含元素原子最简单的整数比，即确定其实验式。2.相对分子质量的测定质谱法在质谱图中，质荷比最大的离子的相对分子质量即是此有机物相对分子的质量。三、分子结构的鉴定测定分子结构常用的方法有红外光谱、核磁共振氢谱。知识点1有机物的分离与提纯新知探究一、研究有机物的基本步骤二、蒸馏1.蒸馏是分离、提纯液态有机物的常用方法。2.适用条件有机物与杂质的沸点相差较大（一般约大于30 ）3.装置和主要仪器4. 三、重结晶1.利用有机物和杂质在同一溶剂中溶解度随温度的变化相差较大，采用冷却或蒸发将有机物分离出来，是提纯固态有机物的常用方法。2.选择溶剂的要求（1）杂质在此溶剂中溶解度很小或很大，易于除去。（2）被提纯的有机物在该溶剂中的溶解度，受温度影响较大。（3）冷却后易于结晶析出。3.实验装置与操作步骤四、萃取 2.主要仪器名师点拨常见有机物的分离提纯方法（括号内为杂质）对点演练1.实验室制备苯甲醇和苯甲酸的化学原理：已知苯甲醛易被空气氧化，苯甲醇的沸点为205.3 ，苯甲酸的熔点为121.7 ，沸点为249 ，溶解度为 0.34 g；乙醚的沸点为34.8 ，难溶于水。制备苯甲醇和苯甲酸的主要过程如下所示：苯甲醛乙醚溶液乙醚产品甲水溶液产品乙水溶液试根据上述信息回答下列问题：（1）操作的名称是，乙醚溶液中所溶解的主要成分是。（2）操作的名称是，产品甲是。（3）操作的名称是，产品乙是。（4）如图所示，操作 中温度计水银球在蒸馏烧瓶中放置的位置应是（填“a”、“b”、“c”或“d”），该操作中，除需蒸馏烧瓶、温度计外，还需要的玻璃仪器是，收集产品甲的适宜温度为。解析：（1）由题意可知，白色糊状物为苯甲醇和苯甲酸钾，加入水和乙醚后，根据相似相溶原理，乙醚中溶有苯甲醇，水中溶有苯甲酸钾，两种液体可用萃取分液法分离。（2）溶解在乙醚中的苯甲醇沸点高于乙醚，可蒸馏分离。（3）加入盐酸后生成的苯甲酸为微溶于水的晶体，可过滤分离。答案：（1）萃取分液苯甲醇（2）蒸馏苯甲醇（3）过滤苯甲酸（4）b冷凝管、酒精灯、锥形瓶、尾接管34.8 知识点2 元素分析与相对分子质量的测定新知探究1.元素分析（1）定性分析确定有机物的元素组成。用化学方法鉴定有机物的元素组成。如燃烧后，一般C生成CO2、H生成H2O、Cl生成HCl。（2）定量分析确定有机物的实验式。将一定量的有机物燃烧并测定各产物的质量，从而推算出各组成元素的质量分数，然后计算有机物分子中所含元素原子最简整数比，确定实验式。2.相对分子质量的测定质谱法（1）原理：用高能电子流轰击样品分子，使分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子。分子离子和碎片离子各自具有不同的相对质量，它们在磁场的作用下到达检测器的时间因质量不同而先后有别，其结果被记录为质谱图。（2）质荷比：分子、离子、碎片离子的相对质量与其电荷的比值，在有机化合物的质谱图中，质荷比的最大值即为该有机化合物的相对分子质量。名师点拨有机物分子式的确定1.直接法直接求算出1 mol 气体中各元素原子的物质的量，即可推出分子式。如给出一定条件下的密度（或相对密度）及各元素的质量比，求算分子式的途径为：密度（或相对密度）摩尔质量1 mol 气体中各元素原子分别为多少摩尔分子式。2.实验式法根据分子式为实验式的整数倍，利用相对分子质量和实验式可确定分子式。如烃的实验式的求法为：N（C）N（H）ab（最简整数比）。实验式为CaHb，则分子式为（CaHb）n，n（M为烃的相对分子质量，12ab为实验式的式量）。3.商余法（1）用烃（CxHy）的相对分子质量除以14，看商数和余数：A其中商数A为烃中的碳原子数，此法运用于具有确定通式的烃（如烷、烯、炔、苯及其同系物等）。（2）若烃（CxHy）的类别不确定，则可用其相对分子质量Mr除以12，看商数和余数，即 xy，则分子式为CxHy。（3）由一种烃的分子式求另一可能烃的分子式可采用增减法推断，其规律如下：4.化学方程式法利用燃烧反应的化学方程式，由题给条件并依据下列燃烧通式所得CO2和H2O的量求解x、y：CxHyO2xCO2H2O、CxHyOzO2xCO2H2O。对点演练2.某有机物的蒸气对氢气的相对密度为39。该烃中各元素的质量分数为C：92.3%，H：7.7%，则该有机物的分子式为（）A.C2H2B.C2H4C.C6H6 D.C3H6解析：选CM（有机物）392 g/mol78 g/mol，有机物分子中N（C）N（H）11，最简式为CH，分子式C6H6。知识点3 分子结构的鉴定新知探究1.红外光谱法（1）原理：不同的官能团或化学键吸收频率不同，在红外光谱图中处于不同的位置。（2）作用：初步判断某有机物中含有何种化学键或官能团。如图是一种分子式为C4H8O2的有机物的红外光谱图，则该有机物的结构简式为CH3COOCH2CH3。2.核磁共振氢谱（1）作用：测定有机物分子中氢原子的种类和数目。（2）原理：处在不同化学环境中的氢原子在谱图上出现的位置不同，而且吸收峰的面积与氢原子数成正比。（3）分析：吸收峰数目氢原子种类。吸收峰面积比氢原子数目比。名师点拨确定有机物分子结构的一般步骤对点演练3.已知某种有机物A的质谱图和红外光谱图如下：回答下列问题：（1）结合以上谱图推断：有机物A的相对分子质量为，分子式为，所含官能团的名称_；有机物A的核磁共振氢谱图中有种吸收峰，峰面积之比为。（2）链烃B的相对分子质量比A小4，含3个甲基，并能使溴的四氯化碳溶液褪色，符合题意的B有种。（3）链烃C是B的同系物，且其对乙烯的相对密度为3，C的核磁共振氢谱图显示：C中只含有一种氢原子。则C在一定条件下发生聚合反应的化学方程式为：_。解析：（1）由质谱图可确定相对分子质量为74，由红外光谱图可知含有CH3、C=O、COC等基团。可推知该物质为乙酸甲酯，分子式为C3H6O2，所以所含官能团的名称为酯基；有机物A的核磁共振氢谱图中有2种吸收峰，峰面积之比为11。（2）链烃B的相对分子质量为70，且含3个甲基，并能使溴的四氯化碳溶液褪色，则一定是3甲基2丁烯。（3）链烃C是B的同系物，说明也是烯烃；其对乙烯的相对密度为3，说明C的相对分子质量为84；C的核磁共振氢谱图显示只含有一种氢原子，则它只能是。答案：（1）74C3H6O2酯基211（2）1（3）1.如图实验装置一般不用于分离物质的是（）解析：选DA项用于分离沸点不同的液体混合物；B项用于不混溶的液体混合物的分离；C项为液固混合物的分离过滤；D项用于一定物质的量浓度溶液的配制。2.分离下列物质时可用重结晶法的是（）A.蔗糖中含有泥沙B.汽油中含有水C.氯化钠和硝酸钾混合物D.硫粉和铁粉解析：选CA用过滤的方法分离；B可用分液的方法分离；C应用重结晶法分离；D用物理方法分离。3.天然色素的提取往往用到萃取操作，现在有用大量水提取的天然色素，下列溶剂不能用来萃取富集这些天然色素的是（）A.石油醚B.丙酮C.乙醇D.乙醚解析：选C萃取剂必须与原溶剂互不相溶，且溶质在萃取剂中的溶解度要比在原溶剂中的溶解度大得多；题给四种物质中乙醇与水互溶，故不能用作萃取剂。4. 设H的质荷比为，某有机物样品的质荷比如图所示（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（CH3OH）B.甲烷C.丙烷 D.乙烯解析：选B从题图中可看出其右边最高峰质荷比为16，是H质荷比的16倍，即其相对分子质量为16，为甲烷。5.选择下列实验方法分离提纯物质，将分离提纯方法的序号填在横线上。A.萃取分液B.升华C.重结晶D.分液E.蒸馏F.过滤G.洗气（1）从硝酸钾和氯化钠的混合溶液中获得硝酸钾。（2）分离水和汽油的混合物。（3）分离CCl4（沸点为76.75 ）和甲苯（沸点为110.6 ）的混合物。（4）除去混在乙烷中的乙烯。（5）提取碘水中的碘。解析：硝酸钾在水中的溶解度随温度升高明显增大而NaCl在水中的溶解度受温度影响不大，采用重结晶和过滤可将其分离；水和汽油互不相溶，分层，可用分液法进行分离；CCl4和甲苯两种互溶的液体，沸点差大于30 ，可用蒸馏法分离；乙烯可被溴水吸收，可用洗气的方法除去；碘在有机溶剂中溶解度大，可用萃取分液方法提纯。答案：（1）CF（2）D（3）E（4）G（5）A6.根据以下有关某有机物的组成：（1）测定实验式：某含C、H、O三种元素的有机物，经燃烧实验测得其碳的质量分数为64.86%，氢的质量分数为13.51%，则其实验式是。（2）确定分子式：如图是该有机物的质谱图，则其相对分子质量为，分子式为。解析：（1）该有机物的分子中C、H、O的原子个数比为：n（C）n（H）n（O）4101，因此该有机物的实验式为C4H10O。（2）根据质谱图中的质荷比最大的就是未知物的相对分子质量，该有机物的相对分子质量为74，因此该有机物的分子式为C4H10O。答案：（1）C4H10O（2）74C4H10O一、选择题1.下列各项操作，错误的是（）A.用酒精萃取溴水中的溴单质的操作可选用分液漏斗，而后静置分液B.进行分液时，分液漏斗中的下层液体，从下口流出，上层则从上口倒出C.萃取、分液前需对分液漏斗检漏D.为保证分液漏斗内的液体顺利流出，需将上面的塞子拿下解析：选A酒精易溶于水，与水不能分层，不能达到萃取的目的，A项错误；分液漏斗中的下层液体通过下口放出，上层液体要从上口倒出，如仍从下口放出会混有残留的下层液体，B项正确；由于分液漏斗有活塞，故使用前首先检查活塞处是否漏水，由于萃取操作时，还要将分液漏斗倒转振荡，故还应检验分液漏斗口部是否漏水，C项正确；放出下层液体时，将漏斗上面的塞子拿掉使漏斗内与大气相通，可便于液体顺利流出，D项正确。 2.现有一瓶乙二醇和丙三醇的混合液，已知它们的性质如表：据此，将乙二醇和丙三醇分离的最佳方法是（）A.萃取B.升华C.蒸馏 D.蒸发解析：选C根据表中乙二醇和丙三醇两物质性质的对比可知：应根据它们沸点的差异，选择蒸馏的方法进行分离。3.下列除去括号内杂质的有关操作方法正确的是（）CO2（SO2）：饱和NaHCO3溶液，洗气KCl（AlCl3）：氨水，过滤乙酸乙酯（乙酸）：乙醇和浓硫酸水（碘）：酒精，萃取分液苯（甲苯）：分馏A. B.C. D.解析：选B除去CO2中的SO2可用饱和NaHCO3溶液洗气，也可以通过KMnO4（H）洗气。NH3H2O能够沉淀Al3，但会引入新杂质NH。乙醇和乙酸的反应可逆。酒精和水互溶。可利用苯和甲苯的沸点差异将混在苯中的甲苯分离除去。4.下列是除去括号内杂质的有关操作，其中正确的是（）A.分离苯和己烷分液B.NO（NO2）通过水洗、干燥后，用向下排气法收集C.乙烷（乙烯）让气体通过盛酸性高锰酸钾溶液的洗气瓶D.乙醇（乙酸）加足量NaOH溶液，蒸馏解析：选DA项中苯和己烷都为有机物，能互溶，无法用分液法进行分离；B项中NO不能用排空气法收集；C项中乙烯能被酸性KMnO4溶液氧化为CO2，因此除去原杂质，添进新杂质，不正确；D项中将乙酸转化为难挥发的盐，从而可以采用蒸馏法将乙醇提纯。5.下列分离方法不合理的是（）A.从石油中得到汽油，可用蒸馏的方法B.提取溴水中的溴，可用加入乙醇萃取的方法C.只含有泥沙的粗盐，可通过溶解、过滤、结晶的方法提纯D.除FeCl2溶液中的少量FeCl3，可用加入足量铁屑过滤的方法解析：选B乙醇与水互溶，不能作溴水中溴的萃取剂，可以选择CCl4，故正确答案为B。6.某有机物在氧气中充分燃烧，生成的CO2和H2O的物质的量之比为12，下列说法正确的是（）A.分子中C、H、O个数之比为123B.分子中C、H个数之比为14C.分子中一定含有氧原子D.此有机物的最简式为CH4解析：选B根据CO2和H2O的物质的量之比为12，只能确定该有机物中C、H个数之比为14，不能确定是否含有氧原子。7.某气态有机物X含C、H、O三种元素，已知下列条件，现欲确定X的分子式，所需的最少条件是（）X中含碳质量分数X中含氢质量分数X在标准状况下的体积质谱确定X的相对分子质量X的质量A. B.C. D.解析：选B由可得有机物的实验式，由可知有机物的分子式。8.某烃中碳和氢的质量比是245，该烃在标准状况下的密度是2.59 g/L，其分子式为（）A.C2H6 B.C4H10C.C5H8 D.C7H8解析：选B25，得其实验式为C2H5，MrVm2.59 g/L22.4 L/mol58 g/mol，（245） n58，n2，故其分子式为C4H10。9.在核磁共振氢谱中出现两组峰，其氢原子数之比为32的化合物为（）A.CH3CH3CCH2 B.OCH3OCH3C.H3CCH3 D.H3CCH3解析：选D因为在核磁共振氢谱中出现两组峰，说明该有机物分子中处在不同化学环境中的氢原子有两种，且根据题意这两种氢原子个数之比为32，分析四个选项：A项中处在不同化学环境中的氢原子有2种，其个数比为62，不合题意；B项如图所示：，氢原子有3种，其个数比为311，不合题意；C项如图所示：，氢原子有3种，其个数比为628，不合题意；D项如图所示：，氢原子有2种，其个数比为32，符合题意。10.将有机物完全燃烧，生成CO2和H2O。将12 g 该有机物的完全燃烧产物通过浓H2SO4，浓H2SO4增重14.4 g，再通过碱石灰，碱石灰增重26.4 g。则该有机物的分子式为（）A.C4H10 B.C2H6OC.C3H8O D.C2H4O2解析：选Cn（H2O）0.8 mol，n（CO2）0.6 mol。有机物中氧元素的物质的量为：0.2 mol。则n（C）n（H）n（O）0.6（0.82）0.2381。故有机物的分子式为C3H8O。 二、非选择题11.某化学小组采用类似制乙酸乙酯的装置（如图），以环己醇制备环己烯。已知：密度（g/mol）熔点（）沸点（）溶解性环己醇0.9625161能溶于水环己烯0.8110383难溶于水（1）制备粗品将12.5 mL 环己醇加入试管A中，再加入1 mL 浓硫酸，摇匀后放入碎瓷片，缓慢加热至反应完全，在试管C内得到环己烯粗品。A中碎瓷片的作用是，导管B除了导气外还具有的作用是。将试管C置于冰水浴中的目的是。（2）制备精品环己烯粗品中含有环己醇和少量酸性杂质等。加入饱和食盐水，振荡、静置、分层，环己烯在层（填“上”或“下”），分液后用（填入编号）洗涤。a.KMnO4溶液b.稀硫酸c.Na2CO3溶液再将环己烯按如图所示装置蒸馏，冷却水从（填“g”或“f”）口进入。蒸馏时要加入生石灰，目的是。收集产品时，控制的温度应在左右，实验制得的环己烯精品质量低于理论产量，可能的原因是_。a.蒸馏时从70 开始收集产品b.环己醇实际用量多了c.制备粗品时环己醇随产品一起蒸出（3）以下区分环己烯精品和粗品的方法，合理的是_。a.用酸性高锰酸钾溶液b.用金属钠c.测定沸点解析：（1）粗品的制备既要防止反应物暴沸，又要防止生成物挥发。（2）精品的制备关键在于除杂，此问涉及到分液和蒸馏。环己烯密度比水小在上层，洗涤时选用酸性KMnO4溶液会氧化环己烯，又因粗品中混有少量酸性物质，洗涤时不能再用稀H2SO4，需用Na2CO3溶液将多余的酸除掉。其中的水分可用生石灰除去。由于环己醇的沸点较低，制备粗品时随产品一起蒸出，导致产量低于理论值。（3）区分精品与粗品不能选用酸性KMnO4溶液，因为二者皆可被KMnO4氧化；由于粗品中含有环己醇等，可与钠作用产生气体，故可用Na加以区分；测定沸点则能很好的区分二者。答案：（1）防止暴沸冷凝防止环己烯挥发（2）上cg除去水分83 c（3）b、c12.分子式为C2H4O2的有机物，其分子结构可能有两种，用物理方法对其结构进行鉴定，可用红外光谱法或核磁共振氢谱法。（1）若其结构为，则红外光谱中应有种振动吸收；核磁共振氢谱中应有个峰。（2）若其结构为，则红外光谱中应有种振动吸收；核磁共振氢谱中应有个峰。解析：（1）中有键、键、键、键4种振动吸收；有CH3、OH两类氢原子，有2个峰。同理，（2）中有键、键、键3种振动吸收；有2个峰。答案：（1）42（2）3213.分子式为C3H6O2的有机物，如果在核磁共振氢谱图上观察到氢的原子给出的峰有两种情况：第一种情况峰的强度比为11，请写出其对应化合物的结构简式；第二种情况峰的强度比为321，请写出该化合物可能的结构简式。解析：第一种情况峰强度比为11，说明有两种环境不同的氢原子，且两种氢原子数目相等，即有2个环境不同、连接方式不同的CH3，则结构简式为。第二种情况峰强度比为321，说明结构中含有3种不同环境的氢原子，其个数分别为3、2、1，则结构简式可能为：、答案： 能力提升14.为测定某有机化合物A的结构，进行如下实验：（一）分子式的确定：（1）将有机物A置于氧气流中充分燃烧，实验测得：生成5.4 g H2O和8.8 g CO2，消耗氧气6.72 L（标准状况下），则该物质中各元素的原子个数比是。（2）用质谱仪测定该有机化合物的相对分子质量，得到如图所示质谱图，则其相对分子质量为，该物质的分子式是。（3）根据价键理论，预测A的可能结构并写出结构简式。（二）结构式的确定：（4）核磁共振氢谱能对有机物分子中不同位置的氢原子给出不同的峰值（信号），根据峰值（信号）可以确定分子中氢原子的种类和数目。例如：甲基氯甲基醚（ClCH2OCH3）有两种氢原子如图。经测定，有机物A的核磁共振氢谱示意图如图，则A的结构简式为。解析：（1）据题意有：n（H2O）0.3 mol，则有n（H）0.6 mol；n（CO2）0.2 mol，则有n（C）0.2 mol。据氧原子守恒有n（O）n（H2O）2n（CO2）2n（O2）0.3 mol20.2 mol20.1 mol，则该物质各元素原子个数比N（C）N（H）N（O）n（C）n（H）n（O）261。（2）据（1）可知该有机物的实验式为C2H6O，假设该有机物的分子式为（C2H6O）m，由质谱图知其相对分子质量为46，则46m46，即m1，故其分子式为C2H6O。（3）由A的分子式为C2H6O可知A为饱和化合物，可推测其结构为CH3CH2OH或CH3OCH3。（4）分析A的核磁共振氢谱图可知：A有三种不同类型的H原子，CH3OCH3只有一种类型的H原子，故A的结构简式为CH3CH2OH。答案：（1）N（C）N（H）N（O）261（2）46C2H6O（3）CH3CH2OH（或CH3OCH3）（4）CH3CH2OH15.有机物A可由葡萄糖发酵得到，也可从酸牛奶中提取。纯净的A为无色黏稠液体，易溶于水。为研究A的组成与结构，进行了如下实验：实验步骤解释或实验结论（1）称取A 9.0 g，升温使其汽化，测得其密度是相同条件下H2的45倍A的相对分子质量为_（2）将此9.0 g A在足量纯O2中充分燃烧，并使其产物依次缓缓通过浓硫酸、碱石灰，发现两者分别增重5.4 g和13.2 gA的分子式为（3）另取A 9.0 g，跟足量的NaHCO3粉末反应，生成2.24 L CO2（标准状况下），若与足量金属钠反应则生成2.24 L H2（标准状况下）用结构简式表示A中含有的官能团：、（4）A的核磁共振氢谱如图：A中含有种氢原子（5）综上所述，A的结构简式为解析：（1）A的密度是相同条件下H2的45倍，相对分子质量为45290。（2）9.0 g A的物质的量为0.1 mol，燃烧产物是水5.4 g和二氧化碳13.2 g，说明0.1 mol A燃烧生成0.3 mol H2O和0.3 mol CO2，即0.1 mol A中含有0.6 mol H、0.3 mol C，氧原子的物质的量为：0.3 mol，所以A的最简式为CH2O，设分子式为（CH2O）n，则30 n90， n3，故A的分子式为C3H6O3。（3）0.1 mol A跟足量的NaHCO3粉末反应，生成2.24 L CO2（标准状况下），若与足量金属钠反应则生成2.24 L H2（标准状况下），说明分子中含有一个COOH和一个OH。（4）A的核磁共振氢谱中有4个峰，说明分子中含有4种处于不同化学环境下的氢原子，且个数比为1113。（5）综上所述，A的结构简式为。答案：（1）90（2）C3H6O3（3）COOHOH（4）4（5）版权所有:中国好课堂