【高中化学】有机化合物分子式和分子结构的确定 2022-2023学年高二化学人教版（2019）选择性必修3

有机化合物分子式和分子结构的确定第一章

第二节第2课时情境导入黄花蒿分离提纯确定结构蒸馏、萃取、重结晶……

？目标一确定实验式和分子式有机物（纯净）

确定实验式我们需要知道哪些数据才能确定呢？有机物元素组成各元素质量分数元素的定性、定量分析1.确定实验式定量分析的原理：有机化合物燃烧简单的无机物定量测定计算推算各元素的质量分数计算实验式(最简式）定量分析的方法：李比希法原理：一定量有机物[含C、H、(O)]CuO氧化H2OCO2无水CaCl2吸收浓KOH吸收用C、H、O元素原子个数比确定实验式剩余的为O元素的质量分数图1李比希法设备图图2李比希简易装置图反应前后装置质量差计算C、H元素的质量分数现代化的元素分析仪现代化的元素分析仪李比希不仅建立了可以定量测定碳、氢、氧元素的分析方法，还建立了含氮、硫、卤素等有机化合物的元素定量分析方法，为现代元素定量分析奠定了基础。现在，元素定量分析使用现代化的元素分析仪，分析的精确度和速率都达到了很高的水平。例

含C、H、O三元素的未知物A，经燃烧分析实验测定该未知物中碳的质量分数为52.2%，氢的质量分数为13.5%。试求该未知物A的实验式。(2)计算该有机化合物分子内各元素原子的个数比：解：(1)计算该有机化合物中氧元素的质量分数：

ω(O)＝100%－52.2%－13.5%＝34.7%N(C)：N(H)：N(O)＝52.2%12.0113.1%1.00834.7%16.00：：=2：6：1答：该未知物A的实验式为C2H6O。要确定分子式至少还需知道哪个物理量呢？相对分子质量2．确定相对分子质量(1)计算法②相对密度法：根据气体A相对于气体B(已知)的相对密度d。MA＝d×MB。相对分子质量数值上等于摩尔质量(以g·mol－1为单位时)的值。①标准状况密度法：已知标准状况下气体的密度ρ，求算摩尔质量。M＝ρ×22.4L·mol－1。(2)仪器测定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。质谱仪工作原理示意图相对分子质量的测定——

质谱法有机物分子确定相对分子质量离子的质荷比高能电子流轰击带正电荷的分子离子和碎片离子磁场作用下先后到达检测仪质谱图质谱仪质谱图相对质量与电荷数的比值质谱图：以质荷比为横坐标，以各类离子的相对丰度为纵坐标，根据记录测试结果所建立的坐标图。从图中可知，该有机物的相对分子质量为46。某有机化合物A的质谱图质荷比最大的数据就是样品分子的相对分子质量实验式(最简式)与分子式的关系：分子式=(最简式)n。①有机化合物A的相对分子质量为46，A的分子式：C2H6O结合下图求有机化合物A的分子式。(已知A的实验式为C2H6O)

3.确定分子式导思1.正误判断(1)验证有机物属于烃时只需测定产物中的CO2和H2O的物质的量之比(

)(2)有机物燃烧后只生成CO2和H2O的物质不一定只含有碳、氢两种元素(

)(3)有机物的实验式、分子式一定不同(

)(4)元素分析法和质谱法能分别确定有机物的实验式和相对分子质量(

)(5)质谱图中最右边的谱线表示的数值为该有机物的相对分子质量(

)×√×√√导思2.下图是李比希测定有机化合物组成的实验装置，在750℃左右使有机化合物在氧气流中全部氧化为CO2和H2O，用含有氯化钙、氢氧化钾的吸收管分别吸收H2O和CO2。请讨论下列问题：(1)氯化钙和氢氧化钾位置能否互换？提示不能互换，因为氢氧化钾既可以吸收水又可以吸收二氧化碳。导思2.下图是李比希测定有机化合物组成的实验装置，在750℃左右使有机化合物在氧气流中全部氧化为CO2和H2O，用含有氯化钙、氢氧化钾的吸收管分别吸收H2O和CO2。请讨论下列问题：(2)你觉得该装置有需要改进的地方吗？提示

a.在吸收剂之间加一个检验水是否吸收完全的装置。b.在最后再加一个装有碱石灰的干燥管，防止空气中的二氧化碳和水进入。导练(1)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________。(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__________。C4H10O74C4H10O目标二确定分子结构1.红外光谱应用：可获得分子中所含有的化学键或官能团的信息。原理：有机化合物受到红外线照射时，能吸收与它的某些化学键或官能团的振动频率相同的红外线，通过红外光谱仪的记录形成该有机化合物的红外光谱图。如图所示是未知物A（化学式为C2H6O）的红外光谱图，从图中可以找到C—O、C—H和O—H的吸收峰，因此，可以初步推测该未知物A是含有羟基官能团的化合物，结构可表示为C2H5OH。分子式为C2H6O的有机物A有如下两种可能的结构：CH3CH2OH或CH3OCH3不表示C-C单键的吸收峰2.核磁共振氢谱原理：应用：测定有机物分子中氢原子的类型和数目用电磁波照射含氢元素的化合物，处于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，相应的信号在谱图上出现的位置不同，具有不同的化学位移，而且吸收峰的面积与氢原子数成正比。吸收峰数目＝氢原子的类型数吸收峰面积之比（强度之比）＝氢原子个数之比分子式为C2H6O的有机物A有如下两种可能的结构：CH3CH2OH或CH3OCH3图1未知物A的核磁共振氢谱图2二甲醚的核磁共振氢谱由未知物A（分子式为C2H6O）的核磁共振氢谱图，可以判断:A的分子中有3中处于不同化学环境的氢原子，个数比为3:2:1。CH3OCH3（二甲醚）分子中的6个氢原子的化学环境相同，对应的核磁共振氢谱图中只有一个峰故A为3.X射线衍射应用：可获得分子结构的有关数据，如键长、键角等，用于有机化合物晶体结构的测定。原理：X射线是一种波长很短（约10-10m）的电磁波，它和晶体中的原子相互作用可以产生衍射图。波谱分析黄花蒿分离提纯蒸馏、萃取、重结晶……确定结构元素的定性和定量分析M=282分子式：C15H22O5归纳总结确定有机化合物结构的方法导思正误判断(1)核磁共振氢谱中有几组吸收峰就有几个氢原子(

)(2)质谱法、红外光谱法和核磁共振氢谱法均能确定有机化合物的分子结构

(

)(3)CH3COOCH3在核磁共振氢谱图中只有一组吸收峰(

)(4)质谱图中，相对丰度数值最大的质荷比等于相对分子质量(

)(5)X射线衍射技术用于有机化合物晶体结构的测定，可以获得直接而详尽的结构信息(

)××××√A.由红外光谱可知，该有机物分子中至少有三种不同的化学键B.由核磁共振氢谱可知，该有机物分子中有三种不同的氢原子C.仅由核磁共振氢谱无法得知其分子中的氢原子总数D.若A的分子式为C3H8O，则其结构简式可能为导练1.已知某有机物A的红外光谱和核磁共振氢谱如图所示，下列说法错误的是（）D

导练2.有机物X是一种重要的有机合成中间体，用于制造塑料、涂料和黏合剂等高聚物。为研究X的组成与结构，进行如下实验：(1)将10.0gX在足量O2中充分燃烧，并将其产物依次通过足量的无水CaCl2和KOH浓溶液，发现无水CaCl2增重7.2g，KOH浓溶液增重22.0g。有机物X的实验式为___________。C5H8O2m(H2O)=7.2g

m(CO2)=22.0g

N(C)：N(H)：N(O)＝

0.5mo：0.8mol：0.2mol＝

5：8：2导练2.有机物X是一种重要的有机合成中间体，用于制造塑料、涂料和黏合剂等高聚物。为研究X的组成与结构，进行如下实验：(2)有机物X的质谱图如图所示，则有机物X的相对分子质量为_________。100质谱图中质荷比最大数值即为相对分子质量导练2.有机物X是一种重要的有机合成中间体，用于制造塑料、涂料和黏合剂等高聚物。为研究X的组成与结构，进行如下实验：(3)经红外光谱测定，有机物X中含有醛基；有机物X的核磁共振氢谱图上有2组吸收峰，峰面积之比为3∶1。则有机物X的结构简式为________________。(CH3)2C(CHO)21.设H＋的质荷比为β，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