选514研究有机化合物的一般步骤和方法(2)

1、二二.元素元素分析分析与与相对相对分子分子质量质量的测定的测定（1）基本基本原理原理：将一定量的将一定量的有机物有机物燃烧燃烧，分解为简单的无机物，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，即确定其子所含元素原子最简单的整数比，即确定其实验式实验式（又称为（又称为最简式最简式）。）。1.元素元素定量定量分析分析 （2）实验式实验式和和分子式分子式的区别：的区别：实验式实验式：表示化合物分子中所含元素的：表示化合物

2、分子中所含元素的原子数原子数目最目最 简单简单整数比整数比的的式子式子。 分子式分子式：表示化合物所含元素的：表示化合物所含元素的原子原子种类种类及及数目数目的式的式 子子,表示物质的表示物质的真实真实组成组成。（3）确定确定有机化合物的有机化合物的分子式分子式的的方法方法：方法方法一一 由物质中各原子（元素）的质量分数由物质中各原子（元素）的质量分数 各原子各原子的个数比的个数比(实验式实验式)由相对分子质量和实验式由相对分子质量和实验式 有机物分有机物分子式。子式。 例例1某含某含C、H、O三种元素的未知物三种元素的未知物A，经燃烧分析实，经燃烧分析实验测定该未知物验测定该未知物A中碳的质

3、量分数为中碳的质量分数为52.16%，氢的质量，氢的质量分数分数13.14%，A的相对分子质量为的相对分子质量为46，试求该未知物，试求该未知物A的实验式和分子式。的实验式和分子式。解解：先确定该有机物中各组成元素原子的质量分数。先确定该有机物中各组成元素原子的质量分数。因因w(C)% = 52.16% ，w(H)% = 13.14%, w(O)% = 1- 52.16% -13.14% = 34.70%N(C）：）：N(H）：）：N(O) = ： ：34.70%52.16%13.14%12116则该未知物则该未知物A的的实验式实验式为为C2H6O。分子式分子式为（为（C2H6O）n。n=46

4、/46=1，故，故A的分子式为的分子式为C2H6O。解析解析由于烃只含碳、氢两种元素，则碳元素的由于烃只含碳、氢两种元素，则碳元素的 质量分数为（质量分数为（10017.2）%82.8%。 则该烃中各元素原子个数之比为：则该烃中各元素原子个数之比为：5:212 .17:128 .82)H(: )C(NN C2H5仅仅代表碳原子和氢原子的最简单整数比，仅仅代表碳原子和氢原子的最简单整数比， 是该烃的是该烃的实验式实验式，不是不是该烃的该烃的分子式分子式。 设该烃有设该烃有n个个C2H5，则，则n=58/29 =2 因此，该烃的分子式为因此，该烃的分子式为C4H10。变式变式练习练习1某烃含氢元素

5、的质量分数为某烃含氢元素的质量分数为17.2%，求此，求此烃的实验式。又测得该烃的相对分子质量是烃的实验式。又测得该烃的相对分子质量是58，求该，求该烃的分子式。烃的分子式。方法方法二二 1mol物质中各原子（元素）的质量除以原子的物质中各原子（元素）的质量除以原子的摩尔质量摩尔质量 1mol物质中的各种原子的物质的量物质中的各种原子的物质的量知道一知道一个分子中各种原子的个数个分子中各种原子的个数 有机物分子式有机物分子式 。例题例题2实验测得某碳氢化合物实验测得某碳氢化合物A中，含碳中，含碳80%、含氢、含氢 20%，又测得该化合物的相对分子质量是，又测得该化合物的相对分子质量是30，求该

6、化合，求该化合物的分子式。物的分子式。n(C）=解析解析=2mol30g 80% 12g/moln(H）=6mol30g 20% 1g/mol 该化合物该化合物A的分子式为：的分子式为：C2H6。答答该化合物的分子式为该化合物的分子式为C2H6。小结小结确定相对分子质量的确定相对分子质量的常见常见方法方法：2.根据气体的相对密度可求：根据气体的相对密度可求： M = D(H2)M(H2)= D(空气空气)M(空气空气) (D:相对密度相对密度)3.根据标况下气体的密度可求：根据标况下气体的密度可求： M = 22.4L/mol g/L =22.4 g/mol1. M=m/n变式变式练习练习2

7、吗啡和海洛因都是严格查禁的毒品。吗吗啡和海洛因都是严格查禁的毒品。吗啡分子含啡分子含C 71.58%、H 6.67%、N 4.91%、其余为、其余为O。已知其分子量不超过已知其分子量不超过300。试求：试求： 吗啡的相对分子质量量；吗啡的相对分子质量量； 吗啡的分子式。吗啡的分子式。分析分析： 可通过可通过N的百分含量和的百分含量和N的相对原子质量，计算的相对原子质量，计算出吗啡的最小分子量。出吗啡的最小分子量。解：解： 吗啡最小分子量吗啡最小分子量 ，而又知吗啡的，而又知吗啡的相对分子质量不超过相对分子质量不超过300，故可知吗啡分子量即为，故可知吗啡分子量即为285。一个吗啡分子中碳原子数

8、为一个吗啡分子中碳原子数为 ，氢原子数为氢原子数为 ， 氮原子数为氮原子数为1氧原子数为氧原子数为 ，故吗啡的分子式为故吗啡的分子式为 。 变式变式练习练习2 吗啡和海洛因都是严格查禁的毒品。吗啡分吗啡和海洛因都是严格查禁的毒品。吗啡分子含子含C 71.58%、H 6.67%、N 4.91%、其余为、其余为O。已知其。已知其分子量不超过分子量不超过300。试求：试求： 吗啡的相对分子质量；吗啡的相对分子质量； 吗啡的分子式。吗啡的分子式。C17H19O3N它是用高能电子流等轰击样品分子，使该分子失去它是用高能电子流等轰击样品分子，使该分子失去电子（通常是电子（通常是1个电子）变成带正电荷的分子

9、离子和碎个电子）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。录为质谱图。如：如：C2H6离子化后可得到离子化后可得到C2H6、C2H5、C2H4，2.最精确、最精确、快捷快捷测定相对分子质量的测定相对分子质量的方法方法质谱法质谱法思考思考与与交流交流观察观察P21谱图谱图，并进行思考，然后进行交流。，并进行思考，然后进行交流。 1.质荷比是什么？质荷比是什么？2.如何确定有机物的相对分子质量？如何确定有机物的相

10、对分子质量？（分子离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间越长，（分子离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间越长，因此谱图中的质荷比最大的就是未知物的相对分子质量）因此谱图中的质荷比最大的就是未知物的相对分子质量）识图识图要点要点分子离子的质荷比越大，达到检测器需要的时分子离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间越长，因此谱图中的间越长，因此谱图中的质荷比质荷比最大最大的就是未知物的相对分的就是未知物的相对分子质量。子质量。 M = 46例例32002年诺贝尔化学奖获得者的贡献之一是发明了对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有机物分子进行结构

11、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）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。如量离子化，少量分子碎裂成更小的离子。如C2H6离子化离子化后可得到后可得到C2H6、C2H5、C2H4，然后测定其质荷，然后测定其质荷比。设比。设H的质荷比为的质荷比为，某有机物样品的质荷比某有机物样品的质荷比如右图所示（假设离子如右图所示（假设离子均带一个单位正电荷，均带一个单位正电荷，信号强度与该离子的信号强度与该离子的多少有关），则该多少有关），则该有机物可能是（有机物可能是（ ）。）。 A.甲烷甲烷 B.乙烯乙烯 C.丙烷丙烷

12、D.乙醇乙醇 A变式变式练习练习3某有机物的结构确定：某有机物的结构确定：测定实验式：某含测定实验式：某含C、H、O三种元素的有机物，经燃三种元素的有机物，经燃烧分析实验测定其碳的质量分数是烧分析实验测定其碳的质量分数是64.86%，氢的质量，氢的质量分数是分数是13.51%, 则其实验式是（则其实验式是（ ）。）。 确定分子式：下图是该有机物的质谱图，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（则其相对分子质量为（ ），分子式为（），分子式为（ ）。）。C4H10O74C4H10OHCOCH HCCOH HHHHHH HH三三.分子分子结构结构的的鉴定鉴定: 1.红外红外光谱光谱

13、:由于有机物中组成化学键、官能团的原子处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。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、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。不同，在红外光谱图中将处于不同位置。 乙醇和二甲醚的分子式都是乙醇和二甲醚的分子式都是C2H6O， 设计一个实验证明它的结构？设计一个实验证明它的结构？用途用途我们就可以根据红外光谱图，

14、推知有机物含有我们就可以根据红外光谱图，推知有机物含有哪些哪些化学键化学键、官能团官能团，以确定有机物的结构。，以确定有机物的结构。例例4下图是一种分子式为下图是一种分子式为C4H8O2的有机物的红外光的有机物的红外光谱谱图谱谱图,则该有机物的结构简式为：则该有机物的结构简式为：COCC=O不对称不对称 CH3CH3COOCH2CH3CH3CH2COOCH3COC对称对称CH3对称对称CH2CH3CH2OCH2CH3变式变式练习练习4有一有机物的相对分子质量为有一有机物的相对分子质量为74，确定，确定分子结构，请写出该分子的分子结构，请写出该分子的结构结构简式简式。 2.核磁核磁共振共振氢谱（

15、氢谱（HNMR）: 对于对于CH3CH2OH、CH3OCH3这两种物质来说，除了氧原子的位置、连这两种物质来说，除了氧原子的位置、连接方式不同外，碳原子、氢原子的连接方式不同、所处接方式不同外，碳原子、氢原子的连接方式不同、所处的环境不同，即等效碳、等效氢的种数也不同。的环境不同，即等效碳、等效氢的种数也不同。基本基本原理原理不同化学环境的氢原子（等效氢原子）因产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。用途：可以从核磁共振谱图上推知吸收峰的面积不同。用途：可以从核磁共振谱图上推知氢原子的

16、类型及数目。氢原子的类型及数目。例例5 2002年诺贝尔化学奖获得者瑞士科学家库尔特年诺贝尔化学奖获得者瑞士科学家库尔特维特维特里希发明了里希发明了“利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三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维结构的方法”。它是根据不同化学环境的氢原子在氢核。它是根据不同化学环境的氢原子在氢核磁共振谱中给出的信号不同来确定有机物分子中的不同的磁共振谱中给出的信号不同来确定有机物分子中的不同的氢原子。下列有机物分子在核磁共振氢谱中只给出一种信氢原子。下列有机物分子在核磁共振氢谱中只给出一种信号的是号的是( ) 。 A. HCHO B.CH3OH C. HCOOH D

17、.CH3COOCH3A变式变式练习练习5 分子式为分子式为C3H6O2的二元混合物，如果在的二元混合物，如果在核磁共振氢谱上观察到氢原子给出的峰有两种情况。核磁共振氢谱上观察到氢原子给出的峰有两种情况。第一种情况峰给出的强度为第一种情况峰给出的强度为11；第二种情况峰给出；第二种情况峰给出的强度为的强度为321。由此推断混合物的组成可能是什。由此推断混合物的组成可能是什么（写结构简式）？么（写结构简式）？CH3COOCH3和和 CH3CH2COOH或或 CH3CH2OOCH 变式变式练习练习6（09海南海南高考高考）下列化合物的核磁共振氢）下列化合物的核磁共振氢谱中出现三组峰的是（谱中出现三组峰的是（ ）。）。 A2，2，3，3一四甲基丁烷一四甲基丁烷 B2，3，4一三甲基戊烷一三甲基戊烷 C3，4一二甲基己烷一二甲基己烷 D2，5一二甲基己烷一二甲基己烷D 一组峰一组峰四组峰四组峰四组峰四组峰三组峰三组峰点击点击高考高考2（选自（选自2011北京北京高考高考28题）题） 常用作风常用作风信子等香精的定香剂信子等香精