第二节　第2课时　有机化合物分子式和分子结构的确定 教学课件

第2课时有机化合物分子式和分子结构的确定

第一章第二节研究有机化合物的一般方法1．能说出测定有机化合物分子结构的常用仪器及分析方法，能结合简单图谱信息分析判断有机物分子结构。2．通过测定有机化合物元素含量、相对分子质量的一般方法，能确定有机化合物分子式；并能根据特征结构和现代物理技术确定物质结构。学习目标任务一确定实验式1任务二确定分子式2随堂达标演练4内容索引课时测评5任务三确定分子结构3任务一确定实验式新知构建1．实验式有机化合物分子内各元素原子的____________，也称最简式。2．元素定性分析用化学方法测定有机化合物的元素组成。如一般情况下完全燃烧后：C→_______；H→_______；N→____；S→______。最简整数比CO2

H2O

N2

SO23．元素定量分析——确定有机物的实验式(1)李比希法(2)元素分析仪法CuO

无水氯氢氧化钾氧元化钙素交流研讨某有机化合物在氧气中充分燃烧，生成等物质的量的水和二氧化碳，据此：(1)能否确定该有机物分子中含有氧元素？提示：否。(2)能否确定该有机物分子中碳原子与氢原子的数目之比？提示：能。根据生成等物质的量的H2O和CO2，只能推断出该有机物分子中C、H原子个数比为1∶2，不能确定是否含有氧元素。

典例应用1．(2023·山东济南高二检测)某物质在空气中完全燃烧时，生成水和二氧化碳的分子数之比为2∶1，则该物质可能是A．C2H6 B．C2H4C．C2H5OH D．CH3OH√该物质完全燃烧生成水和二氧化碳的分子数之比为2∶1，即N(H2O)∶N(CO2)＝2∶1，则该物质中氢原子与碳原子个数之比为(2×2)∶1＝4∶1，化学式满足N(C)∶N(H)＝1∶4的是CH3OH，所以D正确。2．A是一种只含碳、氢、氧三种元素的有机化合物。其中碳的质量分数为44.1%，氢的质量分数为8.82%，则A的实验式是________。C5H12O4由于A中碳的质量分数为44.1%，氢的质量分数为8.82%，故A中氧的质量分数为1－44.1%－8.82%＝47.08%，则N(C)∶N(H)∶N(O)＝≈5∶12∶4，其实验式为C5H12O4。3．某化合物6.2g在氧气中完全燃烧，只生成8.8gCO2和5.4gH2O。通过计算说明该有机物中是否含有氧元素。并确定该有机物的实验式。答案：该有机物中含有氧元素；该有机物的实验式为CH3O。返回任务二确定分子式新知构建1．确定相对分子质量(1)质谱法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。计算机对其进行分析后，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，根据记录结果所建立的坐标图。下图为某有机化合物的质谱图：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。46质荷比最大(2)计算法①标况密度法：已知标准状况下气体的密度ρ，摩尔质量：M＝ρ×22.4L·mol-1(限于标准状况下)。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。③混合气体平均摩尔质量：

。2．确定分子式在确定了物质的实验式(最简式)和相对分子质量之后，就可进一步确定其分子式。典例应用1．某有机物样品的质谱图如图所示(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 B．甲烷

C．丙烷 D．乙烯√由有机物样品的质谱图可知，质荷比最大值为16，则该有机物的相对分子质量为16。甲醇、甲烷、丙烷、乙烯的相对分子质量分别为32、16、44、28，则该有机物可能为甲烷。2．某有机物质量为8.80g，完全燃烧后得到CO222.0g、H2O10.8g，该有机物的蒸气密度是相同条件下H2密度的44倍，则该有机物的分子式为A．C5H6O B．C5H12C．C5H12O2 D．C5H12O√3．某烃蒸气折合成标准状况下的密度为3.215g·L-1，现取3.6g该烃完全燃烧，将全部产物依次通入足量的浓硫酸和碱石灰，浓硫酸增重5.4g，碱石灰增重11g。求该烃的分子式，写出计算过程。答案：该烃的分子式为C5H12(计算过程见解析)。该烃的摩尔质量为M＝3.215g·L-1×22.4L·mol-1≈72g·mol-1，则3.6g该烃的物质的量为0.05mol。该烃的燃烧产物中：n(C)＝n(CO2)＝＝0.25mol，n(H)＝2n(H2O)＝

×2＝0.6mol，n(烃)∶n(C)∶n(H)＝0.05mol∶0.25mol∶0.6mol＝1∶5∶12，此时碳原子全部饱和，所以，该烃的分子式为C5H12。返回任务三确定分子结构新知构建1．红外光谱(1)原理：不同的化学键或官能团对红外线的吸收频率不同，在红外光谱图上将处于不同的位置。(2)作用：获得分子中所含________或________的信息。(3)实例：下图为有机物A(分子式为C2H6O)的红外光谱图。有机物A的结构简式可能为CH3CH2OH或CH3OCH3，由红外光谱图知A中含有C—H、C—O、O—H，故A的结构简式为_______________。化学键官能团CH3CH2OH2．核磁共振氢谱(1)原理：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，相应的信号在谱图中出现的位置不同，具有不同的化学位移，而且吸收峰的面积与__________成正比。(2)作用：获得有机化合物分子中有几种处于不同化学环境的氢原子及它们的相对数目等信息，吸收峰数目＝________________，吸收峰面积比＝______________。氢原子数氢原子种类数氢原子数目比(3)实例：下图为有机物A(分子式为C2H6O)的核磁共振氢谱。由图可知A的分子中有___种处于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简式应为_____________。33∶2∶1CH3CH2OH3．X射线衍射(1)原理：X射线是一种波长很短的电磁波，它和晶体中的原子相互作用可以产生衍射图。(2)作用：可获得分子结构的有关数据，如______、______等，用于有机化合物晶体结构的测定。键长键角交流研讨1某有机化合物的相对分子质量为74，其红外光谱图如下，思考并写出该分子的结构简式。提示：CH3CH2OCH2CH3。交流研讨2化合物A和B的分子式都是C2H4Br2，A的核磁共振氢谱如图所示，请写出A的结构简式，并预测B的核磁共振氢谱上吸收峰的个数。提示：由A的核磁共振氢谱图只有一个峰可得只含有一种化学环境的氢原子，A的结构简式为BrCH2CH2Br，而B的结构简式只能是CH3CHBr2，则其核磁共振氢谱上有2个吸收峰。典例应用1．正误判断，错误的说明原因。(1)核磁共振氢谱能反映出未知有机化合物中不同化学环境的氢原子的种类和个数。答案：错误。核磁共振氢谱能反映出未知有机化合物中不同化学环境的氢原子的种类和个数比(2)

的核磁共振氢谱中有4个吸收峰，且峰面积比为1∶2∶2∶1。答案：正确(3)CH3COOCH3在核磁共振氢谱图中只有一个吸收峰。答案：错误。CH3COOCH3在核磁共振氢谱图中有两个吸收峰(4)根据红外光谱图的分析可以初步判断有机化合物中具有哪些基团。答案：正确2．有机化合物A的谱图如图，根据谱图可推测其结构简式为A．CH3OCH3

B．CH3CH2OHC．CH3CH2CHO D．HCOOH√由核磁共振氢谱图可知该有机物分子中有3种不同化学环境的氢原子，符合该条件的有B、C两个选项，由质谱图可知该有机物的相对分子质量为46，由红外光谱图可知该有机物分子中含有—OH，应为CH3CH2OH。3．为了探究A物质的组成与结构，进行如下实验：实验步骤解释或实验结论(1)称取A物质18.0g，升温使其汽化，测其密度是相同条件下H2的45倍A的相对分子质量为_____(2)A的核磁共振氢谱如图：A中含有_____种氢原子904实验步骤解释或实验结论(3)另取A物质18.0g与足量的NaHCO3粉末反应，生成0.2molCO2；若与足量钠反应则生成0.2molH2写出一个A分子中所含官能团的名称和数量___________________(4)将此18.0gA物质在足量纯O2中充分燃烧，并使其产物依次缓缓通过浓硫酸、碱石灰，发现两者依次增重10.8g和26.4gA的分子式是_________(5)综上所述，请写出A的结构简式为_____________________1个羧基、1个羟基C3H6O3CH3CH(OH)COOH(1)称取A物质18.0g，升温使其汽化，测其密度是相同条件下H2的45倍，则A的相对分子质量为45×2＝90。(2)根据核磁共振氢谱可知A中含有4种氢原子。(3)18.0gA物质的物质的量是18g÷90g·mol-1＝0.2mol，与足量的NaHCO3粉末反应，生成0.2molCO2，说明分子中含有1个羧基；若与足量钠反应则生成0.2molH2，这说明还含有1个羟基。(4)将此18.0gA物质在足量纯O2中充分燃烧，并使其产物依次缓缓通过浓硫酸、碱石灰，发现两者依次增重10.8g和26.4g，即生成物水的物质的量是10.8g÷18g·mol-1＝0.6mol，生成CO2的物质的量是26.4g÷44g·mol-1＝0.6mol，则分子中碳、氢原子的个数分别是0.6÷0.2＝3、1.2÷0.2＝6，所以氧原子的个数是

＝3，则分子式为C3H6O3。(5)综上所述A的结构简式为CH3CH(OH)COOH。练后归纳确定有机化合物结构的方法返回随堂达标演练1．(2024·云南昆明高二期末)下列有关叙述正确的是A．质谱法通常用来确定有机化合物的分子结构B．将有机化合物燃烧进行定量分析，可以直接确定该有机化合物的分子式C．

在核磁共振氢谱中能出现三组峰，峰面积之比为3∶1∶4D．乙醚与1-丁醇不能利用红外光谱法进行鉴别√质谱法通常用来确定有机化合物的质荷比，即得出相对分子质量，A错误；有机化合物燃烧进行定量分析，只能通过生成的CO2和H2O算出分子中的最简整数比，得出该有机化合物的最简式，B错误；根据分子

的对称性，在核磁共振氢谱中能出现三组峰，峰面积之比为3∶1∶4，C正确；红外光谱可以读出分子中特殊的化学键和官能团，乙醚的分子结构为CH3CH2OCH2CH3，1-丁醇为CH3CH2CH2CH2OH，分子中含有不同的官能团，故可以利用红外光谱法鉴别二者，D错误；

故选C。2．某化合物的结构式(键线式)及球棍模型如下：该有机物分子的核磁共振氢谱图如下(单位是ppm)。下列关于该有机物的叙述正确的是A．该有机物中不同化学环境的氢原子有3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—CH2CH3D．该有机物的分子式为C9H10O4√根据该物质的核磁共振氢谱图及球棍模型判断，不同化学环境的H原子有8种，A项错误；该有机物中不含苯环，所以不属于芳香族化合物，B项错误；根据该有机物球棍模型判断Et为乙基，C项正确；根据球棍模型可知，该物质的化学式是C9H12O4，D项错误。3．有机物X完全燃烧的产物只有二氧化碳和水，元素组成分析发现，该物质中碳元素的质量分数为60.00%，氢元素的质量分数为13.33%，它的核磁共振氢谱有4组明显的吸收峰。下列关于有机物X的说法不正确的是A．含有C、H、O三种元素B．相对分子质量为60C．分子组成为C3H8OD．结构简式为CH3CH(OH)CH3√有机物X完全燃烧的产物只有二氧化碳和水，元素组成分析发现，该物质中碳元素的质量分数为60.00%，氢元素的质量分数为13.33%，因此还含有氧元素，其质量分数是100%－60.00%－13.33%＝26.67%，所以C、H、O三种原子的个数之比是

≈3∶8∶1,即最简式为C3H8O。由于3个碳原子最多结合8个氢原子，所以分子式是C3H8O。它的核磁共振氢谱有4组明显的吸收峰，则含有羟基，所以其结构简式为CH3CH2CH2OH，故D项错误。4．化合物A经李比希法测得其中含C的质量分数为72.0%、含H的质量分数为6.67%，其余为氧，用质谱法分析得知A的相对分子质量为150。现代仪器分析有机化合物的分子结构有以下两种方法。方法一：核磁共振仪可以测定有机化合物分子里不同化学环境的氢原子及其相对数量。如乙醇(CH3CH2OH)的核磁共振氢谱有3组峰，其面积之比为3∶2∶1，如图1所示。现测出A的核磁共振氢谱有5组峰，其面积之比为1∶2∶2∶2∶3。方法二：利用红外光谱仪可初步检测有机化合物中的某些基团，现测得A分子的红外光谱如图2所示。已知：A分子中只含一个苯环，且苯环上只有一个取代基。试回答下列问题：(1)A的分子式为____________。(2)A的结构简式为_____________________________________________________(任写一种)。C9H10O2(3)A的分子中只含一个甲基的依据是________(填字母)。a．A的相对分子质量

b．A的分子式

c．A的核磁共振氢谱图bcA的分子中只含一个甲基的依据是A的分子式及A的核磁共振氢谱图，故答案为bc。返回课时测评题点一确定有机物的实验式、分子式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CH4√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．某有机化合物9.0g与足量氧气在密闭容器中完全燃烧，将反应生成的气体依次通过浓硫酸和碱石灰，浓硫酸增重9.0g，碱石灰增重17.6g，下列说法不正确的是A．该有机化合物中一定含有氧元素B．该有机化合物的分子式为C4H10O2C．不能确定该有机化合物的分子式D．该有机化合物分子中碳原子数和氢原子数之比一定是2∶5√3．将有机化合物完全燃烧，生成CO2和H2O。将12g该有机化合物的完全燃烧产物通过浓硫酸，浓硫酸增重14.4g，再通过碱石灰，碱石灰增重26.4g。则该有机化合物的分子式为A．C4H10 B．C2H6O

C．C3H8O

D．C2H4O2√由浓硫酸增重14.4g，可知水的质量为14.4g，可计算出n(H2O)＝0.8mol，n(H)＝1.6mol，m(H)＝1.6g；使碱石灰增重26.4g，可知二氧化碳质量为26.4g，n(C)＝n(CO2)＝0.6mol，m(C)＝7.2g；m(C)＋m(H)＝8.8g，有机化合物的质量为12g，所以有机化合物中氧元素的质量为3.2g，n(O)＝0.2mol；n(C)∶n(H)∶n(O)＝0.6mol∶1.6mol∶0.2mol＝3∶8∶1，即实验式为C3H8O，由于C3H8O中碳原子已经饱和，所以分子式也为C3H8O，故C项正确。4．某同学尝试利用李比希法测定液态烃X的实验式，设计了如下实验：准确称取1.06g样品并置于试样盒中，加热样品，使蒸气通过氧化铜(催化剂)，准确称量生成的二氧化碳和水的质量，分别是3.52g和0.9g。下列说法正确的是A．甲处放置碱石灰B．该烃的实验式是C8H10C．停止加热后，立即停止通入O2，防止浪费D．乙装置后加装一个盛碱石灰的干燥管，实验结果会更准确√甲装置吸收水蒸气，应该盛放无水氯化钙，碱石灰既能吸收水蒸气也能吸收二氧化碳，A错误；生成的二氧化碳和水的质量分别是3.52g和0.9g，物质的量分别是3.52g÷44g/mol＝0.08mol、0.9g÷18g/mol＝0.05mol，因此C和H的原子个数之比是0.08∶0.1＝4∶5，所以该烃的实验式是C4H5，B错误；停止加热后，应继续通入O2，把生成的气体全部排入后续的装置中，以便充分吸收，C错误；为防止空气中的水蒸气和二氧化碳被吸收，乙装置后加装一个盛碱石灰的干燥管，实验结果会更准确，D正确；故选D。题点二图谱法在确定有机化合物结构中的应用5．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√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符合题意；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不符合题意；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组峰且峰面积之比为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组峰且峰面积之比为1∶3，峰的位置不完全相同，C不符合题意；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不符合题意。6．化学分析的手段通常有定性分析、定量分析、仪器分析等，现代化学中仪器分析是研究物质结构的基本方法和实验手段。下列关于仪器分析的说法不正确的是A．光谱分析：利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素B．质谱分析：利用质荷比来测定分子的相对分子质量，CH3CH2OH与CH3OCH3的质谱图完全相同C．红外光谱分析：获得分子中含有的化学键或官能团的信息，可用于区分CH3CH2OH和CH3OCH3D．X衍射图谱分析：获得分子结构的有关信息，包括晶胞形状和大小、分子或原子在微观空间有序排列呈现的对称类型、原子在晶胞里的数目和位置等√不同元素原子的吸收光谱或发射光谱不同，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，故A正确；CH3CH2OH与CH3OCH3的结构不同，最大质荷比相同，则质谱图不完全相同，故B错误；红外光谱仪可以测得未知物中的化学键或官能团，CH3CH2OH和CH3OCH3所含官能团为羟基和醚键，可用红外光谱分析区分，故C正确；X射线衍射法是区分晶体和非晶体的最科学的方法，能获得晶胞形状和大小、分子或原子在微观空间有序排列呈现的对称类型、原子在晶胞里的数目和位置等，故D正确。7．某有机物的质谱图如图所示，该有机物的结构简式可能是√由质谱图可知该有机物的相对分子质量为78。苯的分子式为C6H6，相对分子质量为78，A项符合题意；

的分子式为C5H10，相对分子质量为70，B项不符合题意；

的分子式为C4H8O，相对分子质量为72，C项不符合题意；CH3CH2OCH3的分子式为C3H8O，相对分子质量为60，D项不符合题意。8．(2024·长沙高二期末)下列化合物中，核磁共振氢谱只出现两组峰且峰面积之比为3∶1的是√9．(2024·甘肃白银高二阶段练习)对含氧有机物A进行波谱分析：红外光谱显示有甲基、羟基等基团；质谱图显示相对分子质量为60；核磁共振氢谱有三组峰，峰面积之比为6∶1∶1，则该化合物的结构简式为A．CH3CH2CH2OH B．(CH3)2CHCHOC．CH3COOH D．CH3CH(OH)CH3√核磁共振氢谱有四组峰，峰面积比为3∶2∶2∶1，A错误；已知红外光谱显示有甲基、羟基等基团，但B不含羟基，B错误；乙酸的核磁共振氢谱有两组峰，峰面积之比为3∶1，C错误；满足红外光谱显示有甲基、羟基等基团且质谱图显示相对分子质量为60，核磁共振氢谱有三组峰，峰面积之比为6∶1∶1，D正确；故选D。10．(2024·黑龙江鹤岗市高二期末)研究有机物的一般步骤：分离提纯→确定最简式→确定分子式→确定结构式。以下研究有机物的方法错误的是A．蒸馏——分离提纯液态有机混合物B．燃烧法——研究确定有机物成分的有效方法C．对粗苯甲酸提纯时操作为：加热溶解，蒸发结晶，过滤D．红外光谱图——确定有机物分子中的官能团或化学键√蒸馏是利用互溶液态混合物中各成分的沸点不同而进行物质分离的方法，液态有机混合物中各成分沸点不同，因而可采取蒸馏，故A正确；利用燃烧法，能得到有机物燃烧后的无机产物，并作定量测定，最后算出各元素原子的质量分数，得到实验式或最简式，故B正确；对粗苯甲酸提纯时操作为：加热溶解，趁热过滤，冷却结晶得到，故C错误；不同的化学键或官能团吸收频率不同，在红外光谱图上处于不同的位置，所以红外光谱图能确定有机物分子中的化学键或官能团，故D正确；故选C。11．下列说法不正确的是A．完全燃烧只生成CO2和H2O，两者物质的量之比为1∶2，则该有机化合物为甲烷B．甲苯分子的核磁共振氢谱中有4组不同的吸收峰C．红外光谱可以帮助确定许多有机化合物的结构D．通过质谱法只能确认有机化合物的相对分子质量，一般无法确定其结构√某有机物完全燃烧只生成CO2和H2O，两者物质的量之比为1∶2，可确定碳氢比为1∶4，不能确定是否含有氧原子，该有机物有可能是甲醇，故A错误；甲苯分子中含有4种不同环境的氢原子，如图

，因此甲苯分子中的核磁共振氢谱中有4组不同的吸收峰，故B正确；红外光谱反映有机物分子中含有的化学键或官能团的信息，可以帮助确定许多有机化合物的结构，故C正确；质谱法可以确定有机化合物的相对分子质量，但不能确定分子中含有的化学键或官能团等信息，无法确定其结构，故D正确；故选A。12．(2024·浙江温州市高二期中)已知某有机物A的红外光谱、核磁共振氢谱图和质谱图如图所示，下列说法中错误的是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．由其质谱图可以得知A分子的相对分子质量为46D．综合分析化学式为C2H6O，则其结构简式为CH3—O—CH3√由A的红外光谱可知，有机物A含C—H、H—O和C—O键，故A正确；有机物A的核磁共振氢谱中有三个不同的峰，表示该有机物分子中有三种不同化学环境的氢原子，故B正确；由A的质谱图可以得知A分子的相对分子质量为46，故C正确；根据题述三个图分析可知，有机物A有三种H，而CH3—O—CH3只有一种H，C2H6O应为CH3CH2OH，故D错误；故答案为D。13．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________。70

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。(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________。CH2C5H10(3)将A通入溴水，若溴水褪色，说明A属于________