高中化学新教材同步选择性必修第三册 第1章 第二节 第2课时 有机化合物分子式和分子结构的确定

第2课时

有机化合物分子式和分子结构

的确定1.学会测定有机化合物元素含量、相对分子质量的一般方法，并能据

此确定有机化合物的分子式。2.能够根据化学分析和波谱分析确定有机化合物的结构。核心素养发展目标一、有机化合物实验式和分子式的确定随堂演练知识落实课时对点练二、有机物分子结构的确定内容索引1.确定实验式(1)相关概念①实验式：有机化合物分子内各元素原子的

，又称为

。例如，乙酸的分子式为

，实验式为

。一、有机化合物实验式和分子式的确定最简整数比最简式C2H4O2CH2O分类定性分析定量分析含义用化学方法测定有机化合物的元素组成将一定量的有机化合物燃烧，转化为简单的无机化合物(如C→CO2，H→H2O)，并定量测定各产物的质量，从而推算出有机物中各组成元素的

，然后计算出该有机化合物分子内各元素原子的

，确定其实验式②元素分析质量分数最简整数比(2)实验式的测定步骤(李比希法)(3)实验式(最简式)与分子式的关系：分子式＝(最简式)n。二氧化碳氧元素2.确定分子式(1)原理质谱仪用高能电子流等轰击样品，使有机分子失去电子，形成带正电荷的

和碎片离子等。这些离子因质量不同、电荷不同，在电场和磁场中的运动行为不同。计算机对其分析后，得到它们的_____________

的比值，即

。分子离子相对质量与电荷数质荷比(2)质谱图：以

为横坐标，以

为纵坐标，根据记录结果所建立的坐标图。如右图为某有机物的质谱图：从图中可知，该有机物的相对分子质量为

，即

的数据就是样品分子的相对分子质量。质荷比各类离子的相对丰度46质荷比最大(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(

)正误判断×√×√√1.某有机物的结构确定：(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________。C4H10O理解应用(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_________。74解析由质谱图知其相对分子质量为74，而其实验式的相对分子质量为12×4＋1×10＋16＝74，故其分子式为C4H10O。C4H10O2.某烃A蒸气的密度是相同状况下氢气密度的36倍，已知该烃中的碳、氢元素质量比为5∶1，则：(1)该烃的相对分子质量为______。72解析已知烃A蒸气的密度是相同状况下氢气密度的36倍，则烃A的摩尔质量为36×2g·mol－1＝72g·mol－1，所以该烃的相对分子质量为72。(2)确定该烃的分子式为________。C5H12解析根据戊烷的组成，其可能的同分异构体有CH3CH2CH2CH2CH3、CH3CH(CH3)CH2CH3和C(CH3)43种。(3)该烃的同分异构体有______种。3归纳总结有机物相对分子质量的求算方法(1)标态密度法：根据标准状况下气体的密度，求算该气体的相对分子质量：Mr＝22.4×ρ。(2)相对密度法：根据气体A相对于气体B的相对密度D，求算该气体的相对分子质量：MA＝D×MB。(3)混合物的平均相对分子质量：(4)读图法：质谱图中，质荷比最大值即为该有机物的相对分子质量。返回1.红外光谱(1)原理：不同官能团或化学键吸收频率不同，在红外光谱图上将处于不同的位置。(2)作用：初步判断有机物中含有的

或

。二、有机物分子结构的确定官能团化学键如分子式为C2H6O的有机物A有如下两种可能的结构：___________或

，利用红外光谱来测定，分子中有O—H或—OH可确定A的结构简式为

。CH3CH2OHCH3OCH3CH3CH2OH2.核磁共振氢谱(1)原理：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

成正比。(2)作用：测定有机物分子中氢原子的

。氢原子数类型和数目(3)分析：吸收峰数目＝

，吸收峰面积比＝

。如分子式为C2H6O的有机物A的核磁共振氢谱如图，可知A中有

种不同化学环境的氢原子且个数比为

，可推知该有机物的结构应为

。氢原子的类型数氢原子个数比33∶2∶1CH3CH2OH3.X射线衍射(1)原理：X射线是一种波长很短的

，它和晶体中的原子相互作用可以产生

。(2)作用：可获得分子结构的有关数据，如

、

等，用于有机化合物

的测定。电磁波衍射图键长键角晶体结构(1)核磁共振氢谱中有几个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个吸收峰(

)正误判断×××深度思考有机物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，进行了如下实验：(1)有机物X的质谱图如图所示，该有机物X的相对分子质量为_______。100解析质谱图中质荷比最大数值即为相对分子质量，由质谱图可知有机物X的相对分子质量为100。(2)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。该有机物X的分子式为_________。C5H8O2(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个吸收峰，峰面积之比为3∶1。该有机物X的结构简式为_______________。(CH3)2C(CHO)2解析有机物X中含有醛基，有机物X的核磁共振氢谱图上有2个吸收峰，则分子中含有2种不同化学环境的氢原子，其中一种是醛基中的氢原子，又峰面积之比为3∶1，则含两个醛基，故其结构简式为(CH3)2C(CHO)2。归纳总结1.谱图法在确定有机物分子结构中的应用(1)核磁共振氢谱图中，峰的个数即氢原子的种类数，而峰面积之比为各类氢原子个数之比。(2)可根据红外光谱图推知有机物分子中含有哪些化学键、官能团，从而确定有机物的结构。(3)将X射线衍射技术用于有机化合物(特别是复杂的生物大分子)晶体结构的测定。2.确定有机物分子式(结构式)的一般思路返回1.已知某有机物A的红外光谱和核磁共振氢谱如图所示，下列说法中错误的是随堂演练知识落实A.由红外光谱可知，该有机物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化学环境的氢原子C.仅由A的核磁共振氢谱无法得知其分子中的氢原子总数D.若A的化学式为C2H6O，则其结构简式为CH3—O—CH312345√12345解析红外光谱图中给出的化学键有C—H、O—H和C—O三种，A正确；核磁共振氢谱图中峰的个数即代表氢的种类，B正确；核磁共振氢谱峰的面积表示氢的数目比，在没有明确化学式的情况下，无法得知氢原子总数，C正确；若A为CH3—O—CH3，则无O—H，与所给红外光谱图不符，且其核磁共振氢谱图应只有1个峰，与核磁共振氢谱图不符，D错误。2.下列能够获得有机物所含官能团信息的方法是A.红外光谱

B.质谱法C.色谱法

D.核磁共振氢谱12345解析红外光谱可测定有机物的化学键以及官能团。√3.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)，则该有机物可能是A.甲醇(CH3OH) B.甲烷C.丙烷

D.乙烯12345√解析从题图中可看出其右边最高质荷比为16，即其相对分子质量为16，为甲烷。4.符合下面核磁共振氢谱图的有机物是A.CH3COOCH2CH3B.CH2==CHCH2CH3C.D.12345√解析A中物质有3种不同化学环境的氢原子，个数之比为2∶3∶3；B中物质有4种不同化学环境的氢原子，个数比为2∶1∶2∶3；C中物质有4种不同化学环境的氢原子，个数比为3∶2∶2∶1；D中物质有3种不同化学环境的氢原子，个数比为3∶1∶1。核磁共振氢谱图中有3种不同化学环境的氢原子，再由氢原子个数(吸收强度)之比可知A项符合。123455.根据研究有机物的步骤和方法填空：(1)测得A的蒸气密度是同状况下甲烷的4.375倍。则A的相对分子质量为____。12345解析根据公式M＝D·M(CH4)计算该有机物的相对分子质量为16×4.375＝70。70(2)将5.6gA在足量氧气中燃烧，并将产物依次通过浓硫酸和碱石灰，分别增重7.2g和17.6g。则A的实验式为______；A的分子式为________。12345解析由A的燃烧反应知，5.6gA含m(C)＝17.6g×＝4.8g，m(H)＝7.2g×＝0.8g，确定该有机物只含碳、氢两种元素，实验式为CH2，设分子式为(CH2)n，则12n＋2n＝70，n＝5，分子式为C5H10。CH2C5H10(3)将A通入溴水，溴水褪色，说明A属于________，若不褪色，则A属于________。12345解析符合分子式为C5H10的有烯烃和环烷烃，若能使溴水褪色，则为烯烃，若不能，则为环烷烃。烯烃环烷烃(4)A的核磁共振氢谱如图：解析该核磁共振氢谱图共有4个吸收峰，吸收峰面积之比为1∶1∶2∶6，则

符合题意。综上所述，A的结构简式为_____________________。12345返回课时对点练题组一元素分析与相对分子质量的测定1.某有机物在氧气中充分燃烧，生成CO2和H2O的物质的量之比为1∶2，则下列说法中正确的是A.分子中C、H、O原子个数之比为1∶2∶3B.分子中C、H原子个数之比为1∶4C.该有机物中一定含有氧元素D.该有机物的最简式为CH41234567891011121314对点训练√解析只根据生成物CO2和H2O无法确定该有机物中是否含有氧元素。由题意知N(C)∶N(H)＝1∶4。2.下列有关说法错误的是A.李比希法是定量研究有机物中元素组成的方法B.元素分析仪可用于分析有机物中的元素组成C.利用李比希法可以确定有机物分子的实验式D.元素分析可以确定未知物的分子式1234567891011121314√解析元素分析只能确定组成分子的各原子最简单的整数比，不能确定未知物的分子式。12345678910111213143.某气态有机物X含C、H、O三种元素。现欲确定X的分子式，下列条件中所需的最少条件是①X中碳的质量分数②X中氢的质量分数③X在标准状况下的体积④质谱图确定X的相对分子质量⑤X的质量A.①②

B.①②④C.①②⑤

D.③④⑤√解析由①②可得有机物的实验式，由①②④可得有机物的分子式。4.某有机物蒸气完全燃烧需三倍于其体积的氧气，产生二倍于其体积的二氧化碳(体积均在相同状况下测定)，该有机物可能是A.C3H7OH B.CH3CHOC.CH3COCH3

D.C2H41234567891011121314B项，把y＝4，z＝1代入y－2z＝4知不合题意，故答案选D。√题组二波谱法确定有机物的分子结构式12345678910111213145.乙酸和甲酸甲酯互为同分异构体，其结构式分别如下：

和

。在下列哪种检测仪上显示出的信号是完全相同的A.李比希元素分析仪

B.红外光谱仪C.核磁共振仪

D.质谱仪√解析李比希元素分析仪检测的是元素的种类，乙酸和甲酸甲酯的元素种类相同，都含有C、H、O三种元素，A正确；红外光谱仪检测的是化学键和官能团的结构特征，乙酸中含有羧基、甲酸甲酯中含有酯基，信号不完全相同，B错误；核磁共振仪检测的是氢原子的种类，乙酸中含有2种处于不同化学环境的氢原子，有2个峰且峰面积之比为3∶1，甲酸甲酯中含有2种处于不同化学环境的氢原子，有2个峰且峰面积之比为1∶3，峰的位置不完全相同，C错误；质谱仪检测的是分子的相对分子质量，二者的相对分子质量相同，但分子碎片的相对质量不完全相同，D错误。12345678910111213146.如图分别是A、B两种有机物的核磁共振氢谱图，已知A、B两种有机物都是烃类，都含有6个氢原子，根据两种有机物的核磁共振氢谱可推测出A.A是C3H6，B是C6H6B.A是C2H6，B是C3H6C.A是C2H6，B是C6H6D.A是C3H6，B是C2H6√解析A的核磁共振氢谱只有一个峰，说明A分子中只有1种化学环境的氢原子，对照选项判断A为CH3CH3(C2H6)；同理B中有3种不同类型的氢原子，且个数比为1∶2∶3，故B为CH3CH==CH2(C3H6)。12345678910111213147.下列有机物分子中，在核磁共振氢谱中信号强度(个数比)为1∶3的是A.丙烷

B.C.异丙醇

D.√1234567891011121314解析丙烷的结构简式为CH3CH2CH3，分子中在核磁共振氢谱中信号强度(个数比)是2∶6＝1∶3，A正确；

分子中在核磁共振氢谱中信号强度(个数比)是6∶3∶2∶1，B错误；异丙醇分子中在核磁共振氢谱中信号强度(个数比)是6∶1∶1，C错误；

分子在核磁共振氢谱中信号强度(个数比)是9∶1，D错误。12345678910111213148.某有机物A的分子式为C4H10O，红外光谱图如图所示，则A的结构简式为A.CH3CH2OCH2CH3

B.CH3OCH2CH2CH3C.CH3CH2CH2CH2OH

D.(CH3)2CHOCH31234567891011121314√解析红外光谱图中显示存在对称的甲基、对称的亚甲基和醚键可得分子的结构简式为CH3CH2OCH2CH3。9.某化合物由碳、氢、氧三种元素组成，其红外光谱图有C—H、O—H、C—O的振动吸收，该有机物的相对分子质量是60，其核磁共振氢谱只有3组峰，则该有机物的结构简式是A.CH3CH2OCH3

B.CH3CH(OH)CH3C.CH3CH2CH2OH D.CH3CH2CHO解析由红外光谱图知该有机物的分子中含C—H、O—H、C—O，A项中无O—H，D项中无O—H、C—O，B、C项含有三种化学键且相对分子质量都是60，B项核磁共振氢谱有3组峰，C项有4组峰，故B项正确。√123456789101112131410.某有机物A用质谱仪测定如图①，核磁共振氢谱示意图如图②，则A的结构简式可能为A.HCOOH B.CH3CHOC.CH3CH2OH D.CH3CH2CH2COOH√1234567891011121314解析根据图示可知，该有机物的最大质荷比为46，则A的相对分子质量为46，故B、D错误；1234567891011121314根据图示核磁共振氢谱可知，A分子的核磁共振氢谱有3组吸收峰，则其分子中有3种处于不同化学环境的氢原子，且峰面积之比为3∶2∶1，HCOOH分子中含有2种处于不同化学环境的氢原子，CH3CH2OH分子中含有3种处于不同化学环境的氢原子，且峰面积之比为3∶2∶1，故C正确。11.某化合物的结构(键线式)及球棍模型如下：该有机分子的核磁共振氢谱图如右：下列关于该有机物的叙述正确的是A.该有机物不同化学环境的氢原子有6种B.该有机物属于芳香族化合物C.键线式中的Et代表的基团为—CH3D.该有机物在一定条件下能完全燃烧生成CO2和H2O√1234567891011121314解析A项，由核磁共振氢谱图可知有8种不同化学环境的氢原子，错误；B项，由键线式可看出，该物质中无苯环，不属于芳香族化合物，错误；C项，由键线式和球棍模型对照可知Et为—CH2CH3，错误；D项，该有机化合物分子中含有碳、氢、氧三种元素，完全燃烧生成CO2和H2O，正确。123456789101112131412.某芳香烃A的质谱图如图所示：(1)A的名称为_______。1234567891011121314解析根据“芳香烃”知必含苯环，根据质荷比为92可知A的相对分子质量为92，可得A为甲苯。综合强化甲苯(2)A的一氯代物共有_____种。1234567891011121314解析甲苯中苯环上的一氯代物有3种，分别为与甲基相邻、相间和相对，甲基上还有一种，共4种。4(3)A中最多有_____个原子共平面。1234567891011121314解析苯环上的12个原子肯定在一个平面上，甲基中的碳原子相当于苯环上的一个氢原子肯定在平面上，甲烷分子中与碳原子共平面的氢原子最多有两个，将甲基的共面问题类比甲烷的共面，所以最多有13个原子共平面。13(4)9.2gA在足量O2中充分燃烧，混合气体依次通过足量的浓硫酸和碱石灰，分别增重_____g和_____g。1234567891011121314解析9.2g甲苯完全燃烧可得0.4mol水和0.7molCO2，即7.2g水和30.8g二氧化碳。7.230.8(5)A分子的核磁共振氢谱有____个峰，峰面积之比为___________。41∶2∶2∶313.按要求回答下列问题：(1)有机物X的分子式为C4H8O2，其红外光谱如图所示：则该有机物可能的结构为______(填字母)。A.CH3COOCH2CH3

B.CH3CH2COOCH3C.HCOOCH2CH2CH3

D.(CH3)2CHCOOH1234567891011121314AB1234567891011121314解析A、B项都有两个—CH3，且不对称，都含有C==O、C—O—C，所以A、B项符合图示；C项只有一个—CH3，不会出现不对称的现象；D项中没有C—O—C，且—CH3为对称结构。(2)有机物Y的结构可能有

和

两种，要对其结构进行物理方法鉴定，可用____________。①若有机物Y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。红外光谱法52解析

中，化学键有C==O、C—O、O—H、C—C、C—H，所以红外光谱中共有5个振动吸收；分子中含有2种氢(—CH3、—OH)，所以核磁共振氢谱中应有2个吸收峰。1234567891011121314②若有机物Y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。32解析

中，化学键有C==O、C—O—C