研究有机物的一般步骤和方法(解析)

第16页共16页第一章：认识有机化合物——考点四研究有机物的一般步骤和方法知识回顾一、研究有机化合物的基本步骤在化学上，要鉴定和研究未知有机化合物的结构与性质，必须得到纯净的有机物，下面是研究有机化合物一般要经过的几个基本步骤：二、分离、提纯有机化合物的常用方法提纯混有杂质的有机物的方法很多，基本方法是利用有机物与杂质物理性质的差异而将它们分离。分离、提纯有机物的常用方法有蒸馏、重结晶、萃取、色谱法等。分离、提纯有机物的常用方法实验方法实验原理实验相关内容蒸馏利用有机物与杂质沸点的差异（一般约大于30℃），将有机物蒸出，然后冷却得到产品蒸馏操作时需注意两点：①温度计水银球要置于蒸馏烧瓶支管口处；②冷凝管中水的流向与蒸气在冷凝管中的流向相反重结晶（重点）利用有机物与杂质在溶剂中溶解度的不同，使有机物多次从溶液中析出的过程重结晶可分为加热溶解、趁热过滤、冷却结晶三个步骤，其首要工作是选择合适的溶剂，要求：①杂质在此溶剂中溶解度很大或很小，易于除去；②被提纯的有机物在此溶剂中的溶解度受温度的影响较大萃取液液萃取是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。固液萃取是用有机溶剂从固体物质中溶解出有机物的过程分液漏斗是萃取常用的玻璃仪器，萃取分液后，应从下口将下层液体放出，并及时关闭活塞，上层液体从上口倒出常用的萃取剂：苯、CCl4、乙醚、石油醚、二氯甲烷等。色谱法利用吸附剂对不同有机物吸附作用不同，分离、提纯有机物的方法常用的吸附剂有碳酸钙、硅胶、氧化铝、活性炭等要点解释：（1）蒸馏是物理变化。（2）蒸馏时接收汽凝液的容器应用小口容器（如锥形瓶），以减少汽凝液的挥发。（3）萃取常在分液漏斗中进行，分液是萃取操作的一个步骤，必须经过充分振荡后再静置分层。三、元素分析与相对分子质量的测定1．元素分析：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。有机化合物元素组成测定示意图如下：（掌握）2．相对分子质量的测定——质谱法质荷比(分子离子、碎片离子的相对质量与其电荷的比值)最大值即为该有机物的相对分子质量（记住）。四、有机物的分子结构的测定1．有机物结构式的确定流程2．有机物分子式的确定规律(1)最简式规律(实验式规律)①最简式为“CH”——乙炔、苯；“CH2”——烯烃、环烷烃；“CH2O”——甲醛、乙酸、甲酸甲酯、葡萄糖。②最简式相同的有机物以任意比混合，元素质量分数相同；一定质量混合物燃烧的产物相同。(2)常见相对分子质量相同的有机物①同分异构体相对分子质量相同；分子组成中各元素原子个数(比)完全相同。②含有n个碳原子的醇与含(n－1)个碳原子的同类型羧酸和酯相对分子质量相同，均为14n＋18。③含有n个碳原子的烷烃与含(n－1)个碳原子的饱和一元醛(或酮)相对分子质量相同，均为14n＋2。④常见的相对分子质量相同的有机物和无机物。(28)C2H4、N2、CO；(30)C2H6、NO、HCHO；(44)C3H8、CH3CHO、CO2、N2O；(46)C2H5OH、HCOOH、NO2。(3)“商余法”推断有机物的分子式(设烃的相对分子质量为M)（重点）余数为0或碳原子数大于或等于氢原子数时，每减少一个碳原子即增加12个氢原子，直到饱和为止。3．有机物结构式的确定方法（重点）(1)通过价键规律确定某些有机物根据价键规律只存在一种结构，则可直接由分子式确定其结构式。如C2H6，根据碳元素为4价，氢元素为1价，碳碳可以直接连接，可知只有一种结构：CH3—CH3；同理，由价键规律，CH4O也只有一种结构：CH3—OH。(2)根据红外光谱图可以确定有机物中含有何种化学键或官能团，从而确定有机物的结构。(3)通过核磁共振氢谱确定，得出有几种等效氢，再结合写结构简式。根据核磁共振氢谱中峰的种类数和面积比，可以确定不同化学环境下氢原子的种类数及个数比，从而确定有机物的结构。(4)通过有机物的性质推测有机物中含有的官能团，从而确定有机物结构。4．有机物分子不饱和度的计算。（不管）（1）有机物分子的不饱和度=。其中n（C）为碳原子数，n（H）为氢原子数。在计算不饱和度时，若含卤素原子，可将其视作氢原子；若含氧原子，可不予考虑。若含氮原子，则从氢原子总数中减去氮原子数。（2）不饱和度（也称缺氢指数）可以为测定有机物分子结构提供其是否含有双键、三键或碳环等不饱和结构的信息。（3）几种官能团的不饱和度化学键一个碳碳双键一个羰基一个酯基一个碳碳三键一个苯环不饱和度11124思维辨析判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)1．蒸馏分离液态有机物时，在蒸馏烧瓶中应加少量碎瓷片。(√)2．某有机物中碳、氢原子个数比为1∶4，则该有机物一定是CH4。(×)3．根据物质的沸点利用蒸馏法提纯液态有机物时，沸点相差大于30℃为宜。(√)4．乙醇是良好的有机溶剂，根据相似相溶原理用乙醇从水溶液中萃取有机物。(×)5．混合物经萃取、分液后可以得到提纯，获得纯净物。(×)6．有机物完全燃烧后仅生成CO2和H2O，则该有机物中一定含有C、H、O、三种元素。(×)7．质谱法可以测定有机物的摩尔质量，而红外光谱和核磁共振氢谱图可以确定有机物的官能团类型。(×)特别提醒：1．实验式中氢原子已经达到饱和，则该物质的实验式就是分子式，如实验式为CH4O，则分子式为CH4O，结构简式为CH3OH。2．实验式通过扩大整数倍时，氢原子数达到饱和，则该式即为分子式，如实验式为CH3O的有机物，扩大2倍，可得C2H6O2，此时氢原子数已达到饱和，则分子式为C2H6O2。学后即练类型一：有机物常用的分离、提纯方法例1现有三组混合溶液：①乙酸乙酯和乙酸钠溶液；②丁醇和乙醇；③溴化钠和单质溴的水溶液。分离以上各混合液的正确方法是（）。A．分液、萃取、蒸馏B．萃取、蒸馏、分液C．分液、蒸馏、萃取D．蒸馏、萃取、分液【答案】C【解析】乙酸乙酯难溶于水，乙酸钠易溶于水，利用溶液分层采取分液的方法将两者分开；乙醇和丁醇互溶，不能用分液的方法分离，但两者的沸点相差较大，可采用蒸馏法分离；NaBr和单质Br2的水溶液，可利用Br2在有机溶剂中的溶解度比在水中的溶解度大得多而采用萃取法将Br2从水中萃取出来，从而达到与NaBr分离的目的。变式1：选择下列实验方法分离物质，将分离方法的序号填在横线上。A．萃取分液B．升华C．重结晶D．分液E．蒸馏F．过滤（1）________，分离饱和食盐水与沙子的混合物；（2）________，从硝酸钾和氯化钠的混合溶液中获得硝酸钾；（3）________，分离水和汽油的混合物；（4）________，分离CCl4（沸点76.75℃）和甲苯（110.6℃）的混合物。【答案】（1）F（2）C、F（3）D（4）E类型二：有机物分子式的确定例2电炉加热时用纯氧气氧化管内样品，根据产物的质量确定有机物的组成，下列装置是用燃烧法确定有机物分子式常用的装置。（1）产生的氧气按从左到右流向，所选装置各导管的连接顺序是________。（2）C装置中浓硫酸的作用是________。（3）D装置中MnO2的作用是________。（4）燃烧管中CuO的作用是________。（5）若准确称取0.90g样品（含C、H、O三种元素中的两种或三种），经充分燃烧后，A管质量增加1.32g，B管质量增加0.54g，则该有机物的实验式为________。【答案】（1）g—f，e—h，i—c（或d），d（或c）—a（或b），b（或a）（2）吸收水分，干燥氧气（3）催化剂，加快O2的生成速率（4）使有机物充分氧化生成CO2和H2O（5）CH2O【解析】本题利用H2O2在MnO2催化下分解产生氧气，用浓硫酸除去氧气中的水蒸气后氧化有机物生成CO2和H2O，利用装置B测定H2O的质量，利用装置A测定CO2的质量，从而可求出有机物含有的C、H（或O）的质量，进而求出有机物的实验式。电炉中CuO的作用是为了尽可能保证有机物全部氧化生成CO2和H2O。第（5）问中，，m(O)=0.90g―m(C)―m(H)=0.90g―0.03mol×12g·mol―1―0.03mol×2×1g·mol－1=0.48g，因n(C)∶n(H)∶n(O)=0.03mol∶(0.03mol×2)∶0.03mol=1∶2∶1，故该有机物的实验式为CH2O。特别提示：相对分子质量（或摩尔质量）计算的基本方法已知有关化学量公式适用范围或注意事项气体密度，气体摩尔体积VmM=Vm适用于气体（标准状况下）相对密度d，另一已知气体的相对分子质量MrMr=d·M。同温同压条件下的气体物质的质量m，物质的量n适用于所有的物质举一反三：【变式1】某有机物X由C、H、O三种元素组成，它的红外吸收光谱表明有羟基O—H键、C—O键、C—H键的红外吸收峰。X的核磁共振氢谱有四个峰，峰面积之比是4∶1∶1∶2（其中羟基氢原子数为3），X的相对分子质量为92，试写出X的结构简式。【答案】【解析】由红外吸收光谱判断X应属于含有羟基的化合物。由核磁共振氢谱判断X分子中有四种不同类型的氢原子，若羟基氢原子数为3（两种类型氢原子），则烃基氢原子数为5且有两种类型。由相对分子质量减去已知原子的相对原子质量就可求出碳原子的个数：。故分子式为C3H8O3。羟基氢原子有两种类型，判断三个羟基应分别连在三个碳原子上，推知结构简式为。类型三：有机物的结构的确定例3核磁共振氢谱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，每一结构中的等性氢原子在核磁共振氢谱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3∶1。分子式为