第第2 2课时课时有机物分子式与分子结有机物分子式与分子结构的确定构的确定阅读思考自主检测任务一、认真阅读教材第20页到第21页的内容,思考回答下列问题,自主学习“元素分析与相对分子质量的测定”。1.什么是元素的定性、定量分析?元素定量分析的原理是什么?提示用化学方法鉴定有机物分子的元素组成,以及分子内各元素原子的质量分数,这就是元素的定性、定量分析。元素定量分析的原理是将一定量的有机物燃烧,分解为简单的无机物,并作定量测定,通过无机物的质量推算出组成该有机物元素原子的质量分数,然后计算出该有机物分子所含元素原子最简单的整数比,即确定其实验式。阅读思考自主检测2.李比希是如何进行元素定量分析的?现在元素的定量分析是如何进行的?有何优点?提示李比希用CuO作氧化剂将仅含C、H、O元素的有机物氧化,产生的H2O用无水CaCl2吸收,CO2用KOH浓溶液吸收。分别称出吸收前后吸收剂的质量,计算出碳、氢原子在分子中的含量,剩余的就是氧原子的含量。李比希还建立了含氮、硫、卤素等有机物的元素定量分析方法。现在,元素定量分析采用的是现代化的元素分析仪,由计算机控制,无论是分析的精确度,还是分析速度都已达到很高的水平。阅读思考自主检测3.近代发展起来的快速、微量、精确测定相对分子质量的方法是什么?其原理是什么?提示质谱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。它用高能电子流等轰击样品分子,使该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、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将因质量的不同而先后有别,其结果被记录为质谱图。阅读思考自主检测4.鉴定有机化合物结构的常用方法有哪些?用化学方法鉴定有机化合物结构的原理是什么?与鉴定有机化合物的结构有关的物理方法有哪些?物理方法有哪些优点?提示鉴定结构的方法有化学方法和物理方法。化学方法以官能团的特征反应为基础,鉴定出官能团,还要制备它的衍生物以进一步确认该未知物。与鉴定有机物结构有关的物理方法有质谱、红外光谱、紫外光谱、核磁共振谱等。物理方法具有微量、快速、准确、信息量大等特点。阅读思考自主检测任务二、认真阅读教材第22页到第23页的内容,思考回答下列问题,自主学习“分子结构的鉴定”。1.红外光谱鉴定分子结构的原理是什么?通过红外光谱可以得到哪些信息?提示在有机物分子中,组成化学键或官能团的原子处于不断振动的状态,其振动频率与红外光的振动频率相当。所以,当用红外线照射有机物分子时,分子中的化学键或官能团可发生振动吸收,不同的化学键或官能团吸收频率不同,在红外光谱图上将处于不同的位置,从而可以获得分子中含有何种化学键或官能团的信息。阅读思考自主检测2.核磁共振氢谱鉴定分子结构的原理是什么?通过核磁共振氢谱可以得到哪些信息?提示氢原子核具有磁性,如用电磁波照射氢原子核,它能通过共振吸收电磁波能量,发生跃迁。用核磁共振仪可以记录到有关信号,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,各类氢原子的这种差异被称为化学位移;而且吸收峰的面积与氢原子数成正比。因此,从核磁共振氢谱图上可以推知该有机物分子有几种不同类型的氢原子及它们的数目。阅读思考自主检测1.能够快速、微量、精确地测定相对分子质量的物理方法是()A.质谱B.红外光谱C.紫外光谱D.核磁共振谱答案:A2.二甲醚(CH3OCH3)和乙醇(CH3CH2OH)是同分异构体,鉴别二者可采用化学方法或物理方法,下列鉴别方法中不能对二者进行鉴别的是()A.利用金属钠或者金属钾B.利用质谱法C.利用红外光谱法D.利用核磁共振氢谱答案:B阅读思考自主检测3.下列分子的核磁共振氢谱图有5个峰的是()答案:B重点难点探究重要考向探究随堂检测探究问题探究问题根据下列信息,确定该有机化合物A的结构。信息一、某含C、H、O三种元素的未知物A,经燃烧分析实验测定该未知物碳的质量分数为52.16%,氢的质量分数为13.14%。信息二、有机化合物A的质谱图重点难点探究重要考向探究随堂检测信息三、有机化合物A的红外光谱图重点难点探究重要考向探究随堂检测信息四、有机化合物A和二甲醚的核磁共振氢谱未知物A的核磁共振氢谱二甲醚的核磁共振氢谱重点难点探究重要考向探究随堂检测提示第1步,根据题给信息,确定该有机化合物A的实验式:(1)先确定该有机物中各组成元素原子的质量分数。由于碳的质量分数为52.16%,氢的质量分数为13.14%,则氧的质量分数为1-52.16%-13.14%=34.70%。(2)再求各元素原子的个数比。则该未知物A的实验式为C2H6O。重点难点探究重要考向探究随堂检测第2步,根据质谱图确定有机化合物A的分子式,并预测A的可能结构。质谱图中最右边的分子离子峰表示的是未知物质A的相对分子质量。未知物A的相对分子质量为46,实验式C2H6O的式量是46,所以未知物A的实验式和分子式都是C2H6O,但是,符合此分子式的结构式应有两种:重点难点探究重要考向探究随堂检测第3步,根据有机化合物A的红外光谱图,确定A的结构简式。未知物A的红外光谱图上发现有OH键、CH键和CO键的振动吸收。因此,可以初步推测该未知物A是含羟基的化合物,结构简式可写为C2H5OH。第4步,根据有机化合物A的核磁共振氢谱图,确定A的结构式。未知物A(C2H5OH)的核磁共振氢谱有三个峰,峰面积之比是123,它们分别为羟基的一个氢原子,亚甲基()上的二个氢原子和甲基上的三个氢原子的吸收峰。而二甲醚(CH3OCH3)中的六个氢原子均处于相同的化学环境中,只有一种氢原子,应只有一个吸收峰。第5步,综合分析得出结论:未知物A的结构简式应该是CH3CH2OH,而不是CH3OCH3。重点难点探究重要考向探究随堂检测知识点拨知识点拨一、元素分析与相对分子质量的测定1.元素分析重点难点探究重要考向探究随堂检测2.相对分子质量的测定质谱法(1)原理:用高能电子流等轰击样品分子,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、碎片离子各自具有不同的相对质量,它们在磁场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:指分子离子或碎片离子的相对质量与其电荷的比值。在有机物的质谱图中,质荷比的最大值即为该有机物的相对分子质量。重点难点探究重要考向探究随堂检测二、分子结构的鉴定1.红外光谱法(1)作用:初步判断某有机物中含有何种化学键或官能团。(2)原理:不同的官能团或化学键对红外线的吸收频率不同,在红外光谱图中处于不同的位置。2.核磁共振氢谱(1)作用:测定有机物分子中氢原子的类型和相对数目。(2)原理:处于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个数成正比。(3)分析:吸收峰数目=氢原子种类数,吸收峰面积比=氢原子数目比。重点难点探究重要考向探究随堂检测考向一有机化合物分子式的确定【例题1】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:下图是该有机物的质谱图,则其相对分子质量为,分子式为。重点难点探究重要考向探究随堂检测解析:(1)该有机物的分子中C、H、O的原子个数比为: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重点难点探究重要考向探究随堂检测规律方法点拨规律方法点拨有机物分子式的确定(1)有机物组成元素的推断。一般来说,某有机物完全燃烧后,若产物只有CO2和H2O,其组成元素可能为C、H或C、H、O。欲判断该有机物是否含氧元素,首先应求出产物CO2中碳元素的质量及H2O中氢元素的质量,然后将C、H的质量之和与原来有机物质量比较,若两者相等,则原有机物中不含氧;否则,原有机物的组成中含氧。重点难点探究重要考向探究随堂检测(2)确定分子式的方法。实验式法。重点难点探究重要考向探究随堂检测物质的量关系法: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。化学方程式法(代数法):利用化学方程式及题干要求列方程组求解未知数值求分子式。重点难点探究重要考向探究随堂检测成功体验成功体验1已知由C、H、O元素组成的某化合物9.2g完全燃烧后可以得到17.6gCO2和10.8gH2O,则该化合物的分子式为()A.C2H6O2B.C2H6OC.C2H4O2D.C2H4O答案:B重点难点探究重要考向探究随堂检测考向二有机物结构简式的确定【例题2】核磁共振氢谱图是研究有机物结构的有力手段之一,在所研究的化合物分子中,每一结构中的等效氢原子在谱图中都给出了相应的峰(信号),谱中峰的强度与结构中的氢原子数成正比。例如,乙醛的结构简式为CH3CHO,其核磁共振氢谱中有两个信号,其强度之比为31。分子式为C3H6O2的有机物,如果在核磁共振氢谱上观察到的氢原子给出的峰有两种情况。第一种情况峰给出的强度比为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。重点难点探究重要考向探究随堂检测重点难点探究重要考向探究随堂检测重点难点探究重要考向探究随堂检测规律方法点拨规律方法点拨有机物结构简式的确定(1)根据价键规律确定。某些有机物根据价键规律只存在一种结构,则直接根据分子式确定其结构简式。例如C2H6,只能是CH3CH3。(2)通过定性实验确定。实验有机物表现的性质及相关结论官能团确定结构简式。如能使溴的四氯化碳溶液褪色的有机物分子中可能含有双键或三键。(3)通过定量实验确定。通过定量实验确定有机物的官能团,如乙醇结构简式的确定。通过定量实验确定官能团的数目,如测得1mol某醇与足量钠反应可得到1mol气体,则可说明1个该醇分子中含2个OH。重点难点探究重要考向探究随堂检测(4)根据实验测定的有机物的结构片段“组装”有机物。实验测得的往往不是完整的有机物,这就需要我们根据有机物的结构规律如价键规律、性质和量的规律等来对其进行“组装”和“拼凑”。(5)通过分析仪器测定。通过红外光谱可确定有机物中含有的官能团,通过核磁共振氢谱可以测定分子中氢原子的类型和数目,从而确定结构式。重点难点探究重要考向探究随堂检测成功体验成功体验2有A、B两种有机物,按要求回答下列问题:(1)取有机物A3.0g,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30,则该有机物的分子式为。(2)有机物B的分子式为C4H8O2,其红外光谱图如下:试推测该有机物的结构简式可能为。重点难点探究重要考向探究随堂检测重点难点探究重要考向探究随堂检测重点难点探究重要考向探究随堂检测1.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: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。答案:B重点难点探究重要考向探究随堂检测2.通过核磁共振氢谱可以推知(CH3)2CHCH2CH2OH有不同化学环境的氢原子的种数是()A.6B.5C.4D.3答案:B重点难点探究重要考向探究随堂检测3.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,相对丰度与该离子的质量有关),则该有机物可能是()A.甲醇 B.甲烷C.丙烷D.乙烯解析:质荷比最大的数值为该有机物的相对分子质量,即为16,B项甲烷的相对分子质量为16。答案:B重点难点探究重要考向探究随堂检测4.下列化合物分子中,核磁共振氢谱图中能给出三种信号的是()A.CH3CH2CH3B.CH3CH2OHC.CH3CHOD.CH3OCH3解析:核磁共振氢谱中,能给出三种信号,说明该有机物分子中有三种类型的氢原子,A项有两种,B项有三种,C项有两种,D项只有一种。答案:B