重庆第十八中学人教版高中化学选修五 第四节《研究有机化合物的步骤》课件（ 2013高考）

* 第四节 研究有机化合物的步骤 和方法 * 研究有机化合物的一般步骤 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 * 复习思考: 1、常用的分离、提纯物质的方法有哪些？ 2、下列物质中的杂质（括号中是杂质）分别 可以用什么方法除去。 （1）酒精（水） （2）癸烷（己烷） （3）KNO3（NaCl） （4）乙酸乙酯（乙醇） （5）甲烷（乙烯） （6）NaCl（泥沙） （7）溴（水） （8）CO2（HCl） 3、归纳分离、提纯物质的总的原则是什么？ 不增、不减、易分、复原 * 一、分离和提纯 1、蒸馏 （1）适用条件： 含杂质较少的液态有机物 有机物热稳定性较强，与杂质的沸点相差 较大时（一般约大于30 ） 利用混合物中各种成分的沸点不同加热 而使其分离的方法。 * 蒸 馏 烧 瓶 冷 凝 管 温度计 尾 接 管 冷水 热水 使用前要检查装置的气密性！ * （3）工业酒精的蒸馏实验 仪器组装： 先下后上、由左至右的原则 （拆装置时相反） 操作步骤： 倒入工业酒精 添加沸石 冷凝管通水 加热蒸馏收集馏分 * （4）注意事项： 在蒸馏烧瓶中放少量碎瓷片，防止液体暴沸。 温度计水银球的位置应与支管底口下缘位于同 一水平线上。 蒸馏烧瓶中所盛放液体不能超过其容积的2/3 冷凝管中冷却水从下口进，从上口出。 不能直接加热蒸馏烧瓶，应垫上石棉网。 * 练习： 欲用96%的工业酒精制取无水乙醇时，可选用 的方法是 A.加入无水CuSO4，再过滤 B.加入生石灰，再蒸馏 C.加入浓硫酸，再加热，蒸出乙醇 D.将96%的乙醇溶液直接加热蒸馏出来 * 2、重结晶： 利用被提纯物质与杂质在同一溶剂中的溶解度 不同而将其杂质除去的方法。 关键：选择适当的溶剂 （1）选择溶剂的条件： 杂质在溶剂中的溶解度很小或很大 被提纯的有机物在此溶剂中的溶解度受温度 的影响较大。 溶解度很小： 加热溶解趁热过滤冷却结晶 溶解度很大： 加热溶解蒸发结晶 * （2）实验步骤： 高温溶解趁热过滤冷却结晶 * 不纯固体物质 残渣 (不溶性杂质) 滤液 母液 (可溶性杂质和 部分被提纯物) 晶体 (产品) 溶于溶剂，制成饱和 溶液，趁热过滤 冷却，结晶， 过滤，洗涤 * 3、萃取 液-液萃取： 固-液萃取： 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。 利用有机溶剂从固体物质中溶解出有机物 的过程。 （1）原理： * （2）萃取剂选择要求： 、对所萃取的物质具有较好的溶解性； 、与原溶剂不混溶； 、与所萃取的物质较易分离。 * （3）主要仪器：分液漏斗 （4）操作过程： 振 荡 静 置 分 液 * 练习1下列每组中各有三对物质，它们都能 用分液漏斗分离的是（ ） A 乙酸乙酯和水，酒精和水，植物油和水 B 四氯化碳和水，溴苯和水，硝基苯和水 C 甘油和水，乙酸和水，乙酸和乙醇 D 汽油和水，苯和水，己烷和水 练习2可以用分液漏斗分离的一组液体混和 物是（ ） A 溴和四氯化碳 B 苯和溴苯 C 汽油和苯 D 硝基苯和水 * 科学视野： 层析法也称色谱法，是1906年俄国植物学家 Michael Tswett发现并命名的。他将植物叶子的 色素通过装填有吸附剂的柱子，各种色素以不同 的速率流动后形成不同的色带而被分开，由此得 名为“色谱法”（Chromatography) 。 后来无色物质也可利用吸附柱层析分离。 1944年出现纸层析。 以后层析法不断发展，相继出现气相层析、高压 液相层析、薄层层析、亲和层析、凝胶层析等。 * 层析法分离原理是： 使混合物中各组分在两相间进行分 配，其中一相是不动的，称为固定相。 另一相是携带混合物流过此固定相的流 体，称为流动相。当流动相中所含混合 物经过固定相时，就会与固定相发生作 用。由于各组分在性质和结构上的差异 ，与固定相发生作用的大小、强弱也有 差异，因此在同一推动力作用下，不同 组分在固定相中的滞留时间有长有短， 从而按先后不同的次序从固定相中流出 。 * p柱色谱： 柱色谱常用的有吸附色谱和分配 色谱两类。前者常用氧化铝或硅胶 等为吸附剂。后者以硅胶、硅藻土 和纤维素为支持剂，以吸收较大量 的液体作为固定相。下面以吸附色 谱说明。 * * * * 有机物（ 纯净） 确定 分子式 ？ 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各元素的质量分数？ 李比希法现代元素分析法 * 1、“李比希元素分析法”的原理： 取定量含C 、H（O） 的有机物 氧化法 H2O CO2 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 二、元素分析与相对分子质量的测定 （1）C、H、O质量分数的测定 * （2）N元素的质量分数的测定 样品 CO2气流中 CuO催化 N2 测量剩余气体的体积 KOH溶液吸收 CO2气体 （3）卤素质量分数的测定 样品+AgNO3 + 稀HNO3 加热 卤化银沉淀 2、现代元素分析法 现代元素分析仪测定各元素原子的最简整数比 * 例1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中碳的质量分数为 52.16%，氢的质量分数为13.14%。（P20） （1）试求该未知物A的实验式（分子中各原子 的最简单的整数比）。 （2）若要确定它的分子式，还需要什么条件？ C2H6O 1、归纳确定有机物分子式的步骤是什么？ 方法一有机物的分子式 有机物的实验式和相对分子 质量 原子个数的最简整数比 * 练习1、经元素分析后，发现某烃的含碳量为 82.76%，氢的质量分数则为17.24%，且相对 分子质量为58，试推断该烃的分子式。 * 例2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 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： C3H4O3 40.9% 4.5% 有！因为H%+C%不等于 1，故维生素C中含有氧元 素。 （4）若维生素C的相对分子质量为176，请写出它的 分子式 C6H8O6 * 练习2、某种苯的同系物0.1mol在足量的氧气中完全燃烧 ，将产生的高温气体依次通过浓硫酸和氢氧化钠溶液，使 浓硫酸增重7.2g，氢氧化钠溶液增重30.8g。推测它的分 子式 1mol物质中各种原子（元素）的质量等于物质的摩 尔质量与各种原子（元素）的质量分数之积 1mol物质中的各种原子的物质的量 1mol物质中 各原子（元素）的质量除以原子的摩尔质量 知道一个分子中各种原子的个数 有机物分子式 方法二 * * 测定相对分子质量的方法很多， 质谱法是最精确、最快捷的方法。 3、相对分子质量的确定质谱法 质谱仪的图 片 * 它是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。这些不同离 子具有不同的质量，质量不同的离子在磁场作用下达 到检测器的时间有差异，其结果被记录为质谱图。 【思考与交流】 1、质荷比是什么？ （分子离子与碎片离子的相对质量与其电荷的比值。 ） 2、如何确定有机物的相对分子质量？ （由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） * 例12002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。设H的质荷比为，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 B * 专题一：确定有机物相对分子质量的一般方法 例1、某气态有机物， =1.25g/L（S.P.T），求 相对分子质量 例2、一定的温度、压强下，测得氧气的密度为 1.28g/L，某气态有机物的密度为1.12g/L，求 该气态有机物的相对分子质量 例3、某有机物A在气态时对氢气的相对密度 为35，求A的相对分子质量 * 例5、1mol C2H4和3mol CH4混合，求混合气体 的平均相对分子质量 例4、空气对某气体的相对密度为1.8125，求 该气体的相对分子质量 * 总结：确定相对分子质量的方法有哪些？ （1）M = m/n （2）M1 = DM2 （3）M = 22.4L/mol g/L D= 1： 2 * 1相对分子质量法 例：分别写出相对分子质量为128、72的烃 的分子式 2实验式法 已知某气态烃含碳质量分数为80，求该 烃的分子式 专题二：确定有机物分子式的一般方法 * 3通式法 例：某气态不饱和烃对氢气的相对密度为27 。0.54g该烃恰好与浓度为0.2molL1的溴水 100mL完全反应，使溴水完全褪色。求该烃 的分子式 4烃燃烧规律法 例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是 ACH4BC2H6CC3H8DC3H6 * 例2、标准状况下，1.68L无色可燃气体在足量 氧气中完全燃烧。若将产物通入足量澄清石灰 水，得到的白色沉淀质量为15.0g；若用足量碱 石灰吸收燃烧产物，增重9.3g。 （1）计算燃烧产物中的水 （2）若原气体是单一气体，通过计算推断它的 分子式。 * 例3、室温时20mL某气态烃与过量氧气混合， 完全燃烧后的产物通过浓H2SO4，再恢复到室 温，气体体积减少了50mL，剩余气体再通过 苛性钠溶液，体积又减少了40mL。求该气态 烃的分子式。 * 例（96试测题）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。 5设“1”讨论法 * 2、归纳确定有机化合物的分子式的方法有哪些 实验式 分子量 分子式 元素的质量 元素的质量比 元素的质量分数 产物的量 标况下密度 相对密度 化学反应 * 练习某有机物的结构确定： 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 74C4H10O * 三、分子结构的鉴定 有机物的性质 结构式 （确定有机物的官能团） 分子式 计算不饱和度 推测可能的 官能团 写出可能的 同分异构体 利用官能团的特 征性质，通过化 学实验确定。 * 当化合物结构比较复杂时，若用化学方法，时 间长、浪费试剂，因此科学上常常需要采取一 些物理方法。与鉴定有机物结构有关的物理方 法有质谱、红外光谱、核磁共振谱等。 * 1、红外光谱 由于有机物中组成化学键、官能团的原子 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，当用红外线照射 有机物分子时，分子中的化学键、官能团 可发生震动吸收，不同的化学键、官能团 吸收频率不同，在红外光谱图中将处于不 同位置。因此，我们就可以根据红外光谱 图，推知有机物含有哪些化学键、官能团 ，以确定有机物的结构。 * 例1下图是一种分子式为C4H8O2的有机物的红外光谱谱图,则 该有机物的结构简式为： COC C=O 不对称CH3 CH3CCH2OCH3 O CH3COCH2CH3 O CH3CH2COCH3 O * 练习1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 * 2、核磁共振氢谱 对于CH3CH2OH、CH3OCH3这两种物质来说， 除了氧原子的位置、连接方式不同外，碳原子、 氢原子的连接方式也不同、所处的环境不同，即 等效碳、等效氢的种数不同。 分析、观察核磁共振氢谱的谱图，然后与其它同 学交流如何根据核磁共振氢谱确定有机物的结构 。 通过交流明确：不同化学环境的氢原子（等效氢 原子）因产生共振时吸收的频率不同，被核磁共 振仪记录下来的吸收峰的面积不同。所以，可以 从核磁共振谱图上推知氢原子的类型及数目。 * 例2一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： 写出该有机物的分子式： 写出该有机物的可能的结构简式： C4H6O HCCH=CHCH3 O * 练习22002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