选5第一章第4节研究有机化合物的一般步骤和方法.ppt

选修5有机化学基础 第一章认识有机化合物 第四节 研究有机化合物的一般步骤和方法,第四节 研究有机化合物 的一般步骤和方法,课堂互动讲练,探究整合应用,知能优化训练,课前自主学案,学习目标,学习目标： 1.通过对典型实例的分析，初步了解测定有机化合物元素含量、相对分子质量的一般方法，并能根据其确定有机化合物的分子式。 2.初步学会分离、提纯有机物的常规方法。 3.知道通过化学实验和某些物理方法可以确定有机化合物的结构。,课前自主学案,一、研究有机化合物的一般步骤,实验式,分子式,二、有机化合物的分离、提纯 1蒸馏,热稳定性,沸点,蒸馏烧瓶支管口处,防止暴沸,下口,上口,2重结晶 (1)原理 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_有机物的常用方法。 (2)溶剂的选择 杂质在所选溶剂中溶解度_，易于除去。 被提纯的有机物在所选溶剂中的溶解度受_的影响较大；该有机物在热溶液中的溶解度_，冷溶液中的溶解度_，冷却后易于结晶析出。,固态,很小或很大,温度,较大,较小,(3)实验仪器与操作步骤,_,加热溶解,趁热过滤,冷却结晶,思考感悟 1在苯甲酸的重结晶实验中，是不是结晶的温度越低越好？ 【提示】 不是，温度过低，杂质的溶解度也会降低，部分杂质也会析出，达不到提纯的目的；温度极低，溶剂也会结晶，给实验操作带来麻烦。,3萃取 (1)萃取原理 液液萃取 利用有机物在两种_的溶剂中的_不同，将有机物从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程。 固液萃取 用_从固体物质中溶解出有机物的过程。,互不相溶,溶解度,有机溶剂,(2)主要仪器：_、_、 _。 (3)操作要求 加萃取剂后充分_，静置分层后， 移开玻璃塞或旋转带侧槽的玻璃塞， 使侧槽对准上口径的小孔，打开分液漏斗活塞，从下口将_放出，并及时关闭活塞，_从上口倒出。,分液漏斗,烧杯,铁架台,振荡,下层液体,上层液体,三、元素分析与相对分子质量的测定 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，C生成_、H生成H2O、Cl生成_。 (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_，然后计算有机物分子中所含元素原子最简整数比，确定_。,CO2,HCl,质量分数,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_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_，它们在磁场的作用下到达检测器的时间因_而先后有别，其结果被记录为质谱图。,正电荷,相对质量,质量不同,相对质量,电荷,思考感悟 2试分析实验式和分子式有何异同？ 【提示】 实验式(最简式)只是说明了物质中各元素原子的物质的量之比，分子式说明了物质分子的具体组成。二者中各元素的百分比相同。可能不同的是原子的个数，有时实验式和分子式相同，如CH4。,四、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_不同，在红外光谱图中处于不同的位置。,吸收频率,2核磁共振氢谱 (1)作用：测定有机物分子中氢原子的_和_。 (2)原理：处在不同化学环境中的氢原子在谱图上出现的_，而且吸收峰的面积与_成正比。 (3)分析：吸收峰数目_，吸收峰面积比_。,种类,数目,位置不同,氢原子数,氢原子种类,氢原子数目比,1(2011年杭州高二检测)研究有机物一般经过以下几个基本步骤：分离、提纯确定实验式确定分子式确定结构式，以下用于研究有机物的方法错误的是( ) A蒸馏常用于分离提纯液态有机混合物 B燃烧法是研究确定有机物成分的有效方法 C核磁共振氢谱通常用于分析有机物的相对分子质量 D对有机物分子红外光谱图的研究有助于确定有机物分子中的官能团,解析：选C。核磁共振氢谱是用于测定有机物分子中氢原子所处的化学环境的，所以C项错误。,2已知I2易溶于有机溶剂中，现欲从碘水中萃取出I2，下列溶剂不能作为萃取剂的是( ) A BCCl4 C酒精 D氯仿 解析：选C。本题考查萃取剂的选择原则：一是与原溶剂互不相溶，二是被提纯物在其中有更大的溶解度。,课堂互动讲练,1物质的分离 (1)分离原则 把混合物中的各种物质逐一分开，得到各纯净物，分开以后的各物质应该尽量减少损失；各组分要尽量纯净。,(2)分离方法 物理方法：过滤、重结晶、升华、蒸发、蒸馏、分馏、液化、分液、萃取、渗析、溶解、盐析、汽化、物理方法洗气等。 化学方法：加热分解、氧化还原转化、生成沉淀、酸碱溶解或中和、络合、水解、化学方法洗气等。,2物质的提纯 将某物质中的杂质，采用物理或化学方法除掉的过程。它和分离的主要区别在于除掉的杂质可以不进行恢复。 (1)物质提纯的原则 不增：在提纯过程中不增加新杂质。 不减：在提纯过程中不减少被提纯物。 易分离：被提纯物与杂质易分离。 易复原：在提纯过程中被提纯物转变成了其他物质时，应容易将其恢复到原来的状态。,(2)提纯的方法 杂转纯 将要除去的杂质变为被提纯物，这是提纯物质的最佳方案。如除去Na2CO3中混有的NaHCO3，可将混合物加热使NaHCO3全部转化为Na2CO3。 杂变沉 加入一种试剂将要除去的杂质变成沉淀，最后用过滤的方法除去沉淀。如食盐水中混有BaCl2，可加适量的Na2SO4，把Ba2转化成BaSO4沉淀。,杂转气 加热或加入一种试剂使杂质变为气体逸出。如食盐水中混有Na2CO3，可加盐酸使CO变为CO2逸出。 溶剂分 加入一种溶剂将杂质或被提纯物质萃取出来。如用CCl4可将碘从水中萃取出来。,3有机物分离与提纯的常用方法总结,上述方法中，最常用的是分液(萃取)、蒸馏和洗气。最常用的仪器是分液漏斗、蒸馏烧瓶和洗气瓶。,特别提醒：在分离和提纯物质时，应依据被提纯物质的性质，选择适当的物理方法和化学方法，同时还应注意以下几个方面： (1)除杂试剂需过量。 (2)过量试剂需除尽。 (3)除去多种杂质时要考虑加入试剂的顺序。 (4)选择最佳的除杂路径。,实验室制备苯甲醇和苯甲酸的化学原理是：,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,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放置的位置应是_(填“a”、“b”、“c”或“d”)，收集产品甲的适宜温度为_。,【思路点拨】 解答本题应注意以下两点： (1)明确常用分离、提纯方法的使用条件。 (2)根据不同混合物中组分的熔沸点、溶解性及化学性质的不同选择适宜的提纯方法。 【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 苯甲醇 (2)蒸馏 苯甲醇 (3)过滤 苯甲酸 (4)b 34.8 ,变式训练1 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。,(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_。 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。 aKMnO4溶液 b稀硫酸 cNa2CO3溶液 再将环己烯按如图装置蒸 馏，冷却水从_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：本题将课本制备乙酸乙酯的实验装置创新应用于其他有机物的制备，要求学生学而不僵，灵活多变，很好的考查了学生的知识迁移能力和综合实验能力。包括物质的制备、分离(蒸馏、分液)，反应条件的控制，物质的鉴别等。 (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KMnO4，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)防暴沸 冷凝 防止环己烯挥发 (2)上 c g 除去水分 83 c (3)bc,1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，则原有机物的组成中不含氧元素；否则，原有机物的组成中含氧元素。,(2)确定分子式的方法 直接法 有机物的密度(或相对密度)摩尔质量1 mol有机物中各原子的物质的量分子式。 最简式法 各元素的质量分数最简式 分子式。 余数法 用烃的相对分子质量除以14，看商数和余数。,其中商数A为烃中的碳原子数，此法适用于具有特定通式的烃(如烷烃、烯烃、炔烃、苯、苯的同系物等)。 化学方程式法 利用有机反应中反应物、生成物之间“量”的关系求分子式的方法。 在有机化学中，常利用有机物燃烧等方程式对分子式进行求解。常用的化学方程式有：,2有机物结构式的确定 (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 ，不能因反应使溴的四氯化碳溶液褪色却能使酸性高锰酸钾溶液褪色的可能是苯的同系物等。,(3)通过定量实验确定 通过定量实验确定有机物的官能团，如乙醇结构式的确定； 通过定量实验确定官能团的数目，如测得1 mol某醇与足量钠反应可得到1 mol气体，则可说明该醇分子中含2个OH。 (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)可用红外光谱、核磁共振氢谱确定有机物中的官能团和各类氢原子数目，确定结构式。,有A、B、C三种有机物，按要求回答下列问题： (1)取有机物A 3.0 g，完全燃烧后生成3.6 g 水和3.36 L CO2(标准状况)，已知该有机物的蒸气对氢气的相对密度为30，求该有机物的分子式_。 (2)有机物B的分子式为C4H8O2，其红外光谱图如下，,试推测该有机物的可能结构：_。 (3)有机物C的结构可能有 和 两种，为对其结构进行物 理方法鉴定，可用_或_。 有机物C若为 ，则红外光谱中 应该有_个振动吸收；核磁共振氢谱中应有_个峰。,有机物C若为 ，则红外光谱中有_个振动吸收；核磁共振氢谱中应有_个峰。,【思路点拨】,【解析】 (1)实验式,相对分子质量：Mr(A)30260 Mr(C3H8O)n60 n1，故分子式为：C3H8O。,(2)根据谱图所示，该有机物有下列特征基团：不对称CH3、C=O、COC，结合分子式C4H8O2可知，该有机物可能为酯或含羰基的醚。有如下几种结构：,CH3COOCH2CH3,(3),【答案】 (1)C3H8O (2)CH3COCH2OCH3、 CH3CH2COOCH3、CH3COOCH2CH3 (3)红外光谱法 核磁共振氢谱法 四 两 三 两,【规律方法】 确定有机物分子式、结构式的基本方法,变式训练2 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_。,(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有三种不同类型的氢原子，CH3OCH3只有一种类型的氢原子，故A的结构简式为CH3CH2OH。 答案：(1)N(C)N(H)N(O)261 (2)46 C2H6O (3)CH3CH2OH，CH3OCH3 (4)CH3CH2OH,探究整合应用,为了测定乙醇的结构式，有人设计了用无水酒精与钠反应的实验装置和测定氢气体积的装置进行实验。可供选用的实验仪器如图所示：,请回答以下问题： (1)测量氢气体积的正确装置是_(填写编号)。 (2)装置中A部分的分液漏斗与蒸馏烧瓶之间连接的导管所起的作用是_(填写编号)。 A防止无水酒精挥发 B保证实验装置不漏气 C使无水酒精容易滴下,(3)实验前预先将一小块钠在二甲苯中熔化成若干个小钠珠，冷却后倒入烧瓶中，其目的是_ _。 (4)已知无水酒精的密度为0.789 gcm3，移取2.0 mL酒精，反应完全后(钠过量)，收集到390 mL(视作标准状况)气体。则一