新教材同步系列2024春高中化学第一章有机化合物的结构特点与研究方法第二节研究有机化合物的一般方法课件新人教版选择性必修3

第一章有机化合物的结构特点与研究方法第二节研究有机化合物的一般方法学习目标素养目标学法指导了解有机化合物分离、提纯的一般方法实验探究与创新意识、宏观辨识与微观探析1．通过实例列举，讨论总结，理解物质性质与分离、提纯方法的关系2．通过实例，理解物质组成的定性、定量测量方法，了解现代技术手段在确定物质组成、结构中的应用认识物质组成、结构的测量原理与方法证据推理与模型认知、科学探究与创新意识课前·新知导学有机化合物的分离、提纯1．蒸馏(1)原理：利用________差异分离液态有机化合物的一种方法。(2)适用条件：主要成分与杂质________相差________且主要成分的热稳定性________。沸点沸点较大较高2．萃取、分液(1)萃取的分类和原理。①液-液萃取是利用有机化合物在两种互不相溶的溶剂里的_________不同，将有机化合物从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程，后者称为________剂。②固-液萃取是用溶剂从固体物质中溶解出_________组分的过程。(2)分液：将萃取后两种____________的液体分开的操作。分液常要使用__________，通过打开其上方的__________和下方的_______可将两层液体分离。溶解度萃取待分离互不相溶分液漏斗玻璃塞活塞3．重结晶(1)原理。利用被提纯的物质与杂质在同一溶剂中的________不同。

常用冷却或蒸发将有机化合物分离出来，是提纯固体有机化合物的常用方法。(2)适用条件。①杂质在所选溶剂中的溶解度____________，易于除去。②被提纯的有机化合物在所选溶剂中的溶解度受温度的影响________，且被提纯的有机化合物在热溶液中的溶解度________，在冷溶液中的溶解度________，冷却后易于结晶析出。溶解度很大或很小较大较大较小如何确定液态混合物的分离提纯方法？【答案】如果两种液体彼此相溶，通常用蒸馏法；如果相互不溶，直接用分液法。微思考

现有一瓶乙二醇和丙三醇的混合液，已知它们的性质如下表：物质分子式熔点/℃沸点/℃密度/(g·cm-3)溶解性乙二醇C2H6O2－11.51981.11易溶于水和乙醇丙三醇C3H8O317.92901.26与水和乙醇以任意比互溶据此，将乙二醇和丙三醇分离的最佳方法是 (

)A．萃取 B．升华C．蒸馏 D．蒸发【答案】C【解析】两者均属于醇类，相互混溶。从表中可知两者的沸点相差较大，故可用蒸馏法将其分离，C正确。有机化合物组成与结构的分析1．元素分析——李比希法(1)定性分析：确定有机化合物分子的元素组成，通常利用燃烧或灼烧法将其转化为简单无机化合物，有机化合物中碳元素转化为______、氢元素转化为________。(2)数据处理：测量出各元素的质量分数，并求出各元素原子___________比，由此确定有机化合物的_____________式。其中有机化合物中是否含有氧元素的判断方法是，利用CO2、H2O的数量分别求出碳、氢元素的质量，再将_________________________________进行比较。CO2

H2O

最简

整数

最简(或实验)

碳、氢元素质量与有机化合物质量2．相对分子质量的测定——质谱法(1)原理：用高能电子流等轰击样品，使有机分子失去电子，形成带正电荷的分子离子和碎片离子等。然后测出这些分子离子、碎片离子各自的_____________________的比值(质荷比)，最后得到质谱图。(2)质谱图的应用：质荷比的__________就表示了样品分子的相对分子质量。相对质量与电荷数最大值3．红外光谱(1)作用：初步判断某有机化合物中含有何种_________________。(2)原理：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的位置________。化学键或官能团不同4．核磁共振氢谱(1)作用：测定有机化合物分子中__________的种类和数目，其中吸收峰数目＝_______________。(2)原理：处在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，在谱图上出现的位置也不同，而且吸收峰的面积与__________成正比。5．X射线衍射通过测量与计算，可获得________、_______等分子结构信息。氢原子氢原子种类氢原子数键长键角有同学认为，只要测出C2H6O的核磁共振氢谱或红外光谱就可以确定它的结构，你认同他的看法吗？说说你的理由。【答案】认同此观点，因为C2H6O的结构只有两种：CH3OCH3、CH3CH2OH，这两种物质的化学键类型不完全相同，核磁共振氢谱吸收峰数量也不相同。微思考判断正误。(正确的画“√”，错误的画“×”)(1)燃烧后只产生CO2和H2O的物质不一定只含有碳、氢两种元素。

(

)(2)根据红外光谱可以确定有机化合物中化学键种类。 (

)(3)核磁共振氢谱中，有几个吸收峰就说明有几个氢原子。(

)(4)根据核磁共振氢谱可推知分子中有几种不同类型的氢原子及它们的相对数目。

(

)(5)已知最简式但无法求出相对分子质量时，肯定无法确定其分子式。

(

)(6)测定有机化合物相对分子质量常用的物理方法是质谱法。

(

)【答案】(1)√

(2)√

(3)×

(4)√

(5)×

(6)√课堂·重难探究重难点一有机化合物的分离、提纯[重难突破]1．研究有机化合物的基本步骤与目的2．有机化合物分离、提纯常用的物理方法(1)蒸馏法。用于分离、提纯互相溶解的沸点不同的液态有机混合物或者用于分离有机化合物与溶解在该有机化合物中的固体溶质。(2)装置。(3)操作注意事项。①温度计水银球位于蒸馏烧瓶支管口处。②碎瓷片的作用：使液体平稳沸腾，防止暴沸。③冷凝管中水流的方向是下口进入，上口流出；实验中先通入冷却水后加热。④若加热过程中发现忘记加碎瓷片，应立即停止加热，待瓶中液体恢复到室温后再添加碎瓷片。3．萃取、分液(1)萃取剂的选用。①杂质在萃取剂中的溶解度要大于在原溶剂中的溶解度。②萃取剂不溶于原溶剂。(2)萃取后的操作。①液－液萃取：萃取后先要进行分液，此过程在分液漏斗中进行，然后进行蒸馏，将萃取剂与被萃取的物质分离开。②固-液萃取：萃取后进行过滤除去没有溶解的固体，然后利用蒸馏法将萃取剂与被萃取的物质分离开。③分液操作：待液体分层后，打开分液漏斗的活塞，使下层液体从下端流出，将上层液体从上口倒出。4．重结晶法提纯苯甲酸(杂质为NaCl、沙子)(1)实验装置与操作步骤。过程溶解过滤结晶操作要领边加热边搅拌趁热过滤冷却结晶实验目的

使粗品快速溶解防止低温时苯甲酸结晶析出使苯甲酸充分结晶析出备注水不能过多或过少沙子除去了，NaCl在溶液中结晶后再过滤，NaCl留在母液中，晶体用冷水洗涤后再干燥苯甲酸广泛应用于制药和化工行业。某同学尝试用甲苯的氧化反应制备苯甲酸。[典例精练]实验方法：一定量的甲苯和KMnO4溶液在100℃反应一段时间后停止反应，按如下流程分离出苯甲酸和回收未反应的甲苯。已知：苯甲酸相对分子质量为122，熔点为122.4℃，在25℃和95℃时溶解度分别为0.3g和6.9g；纯净固体有机化合物一般都有固定熔点。(1)操作Ⅰ为__________，操作Ⅱ为________________________。(2)无色液体A是____________，定性检验A的试剂是__________，现象是________________________。(3)测定白色固体B的熔点，发现其在115℃开始熔化，达到130℃时仍有少量不熔。该同学推测白色固体B是苯甲酸与KCl的混合物，设计了如下方案进行提纯和检验，实验结果表明推测正确，请完成表中内容。序号实验方案实验现象结论①将白色固体B加入水中，加热溶解，___________得到白色晶体和无色滤液无②取少量滤液于试管中，________生成白色沉淀滤液含Cl－③干燥白色晶体，___________________白色晶体是苯甲酸(4)纯度测定：称取1.220g产品，配成100mL甲醇溶液，移取25.00mL溶液，滴定，消耗KOH的物质的量为2.40×10-3mol，产品中苯甲酸质量分数的计算表达式为__________________，计算结果为__________(保留两位有效数字)。【答案】(1)分液蒸馏(2)甲苯酸性KMnO4溶液溶液褪色(3)①冷却、过滤②滴入适量硝酸酸化的AgNO3溶液③加热使其熔化，测其熔点白色晶体在122.4℃左右完全熔化【解析】(1)由流程图知操作Ⅰ后得到有机相和无机相两种液体，故操作Ⅰ是分液。有机相中含有甲苯、水，用无水Na2SO4将水转化为Na2SO4·10H2O，然后用蒸馏的方法分离出甲苯。(2)检验甲苯是利用甲苯可以使酸性高锰酸钾溶液褪色原理进行。(3)因苯甲酸的熔点是122.4℃，而氯化钾的熔点远远高于苯甲酸的熔点，所以接下来是根据已知条件先分离苯甲酸和氯化钾，然后再确定白色晶体就只是苯甲酸。(4)反应中消耗的苯甲酸物质的量与消耗的KOH物质的量相等，故25.00mL溶液中含苯甲酸为2.40×10-3mol，质量为2.40×10-3mol×122g·mol-1，由此可求出质量分数。下列有关物质分离或提纯的方法正确的是 (

)【答案】C选项待提纯物质杂质主要操作方法A溴苯苯加入铁粉和Br2，过滤B氯化钠硝酸钾配制热饱和溶液，冷却结晶C乙烷乙烯通入溴水中D乙酸乙酯乙酸加入饱和氢氧化钠溶液，分液【解析】苯能与溴反应，但加入Br2的量不易控制，A错误；除去氯化钠中的硝酸钾，应该用蒸发浓缩结晶法，B错误；乙烯能与Br2发生加成反应被除去，而乙烷不能反应，C正确；乙酸和乙酸乙酯均能与NaOH溶液反应，D错误。

(2023·浙江卷6月)苯甲酸是一种常用的食品防腐剂。某实验小组设计粗苯甲酸(含有少量NaCl和泥沙)的提纯方案如下：下列说法不正确的是

(

)A．操作I中依据苯甲酸的溶解度估算加水量B．操作Ⅱ趁热过滤的目的是除去泥沙和NaClC．操作Ⅲ缓慢冷却结晶可减少杂质被包裹D．操作Ⅳ可用冷水洗涤晶体【答案】B【解析】操作Ⅰ中，为减少能耗、减少苯甲酸的溶解损失，溶解所用水的量需加以控制，可依据苯甲酸的大致含量、溶解度等估算加水量，A正确；操作Ⅰ趁热过滤的目的是除去泥沙，同时防止苯甲酸结晶析出，NaCl含量少，通常不结晶析出，B错误；操作Ⅲ缓慢冷却结晶，可形成较大的苯甲酸晶体颗粒，同时可减少杂质被包裹在晶体颗粒内部，C正确；苯甲酸微溶于冷水，易溶于热水，所以操作Ⅳ可用冷水洗涤晶体，既可去除晶体表面吸附的杂质离子，又能减少溶解损失，D正确。重难点二有机化合物组成与结构的分析[重难突破]1．有机化合物组成元素的推断烃及烃的含氧衍生物完全燃烧后生成CO2和H2O，其中C、H元素只来源于有机化合物，用一种试剂(如无水CuSO4、CaCl2等)吸收水、用碱石灰或NaOH吸收CO2，测量出H2O、CO2的质量、物质的量，然后求出C、H元素的质量，最后根据m(C)＋m(H)与m(有机化合物)的相对大小确定有无氧元素，若有氧元素再求出氧元素的质量及物质的量。2．实验式的确定根据前述计算结果，求出n(C)∶n(H)∶n(O)的最简整数比(假设比值为x∶y∶z)，即可确定最简式为CxHyOz(若有机化合物是烃，则z＝0)。3．分子式的确定利用质谱法(质谱图中质荷比最大的数值)或其他方法测量或计算出有机化合物的相对分子质量(用M表示)，再按下述方法即可求出分子式。即有机化合物分子式为(CxHyOz)n，则有(12x＋y＋16z)n＝M，求出n值即可。4．有机化合物结构波谱分析法类型测量内容谱图识别红外光谱(IR)测定有机化合物的官能团或化学键的吸收频率后，再与标准IR图进行对照以确定化学键种类或官能团种类(类似pH试纸的使用)在IR中已标注出各官能团(或其他基团)或化学键的名称或结构类型测量内容谱图识别核磁共振氢谱(NMR)测量出处于不同化学环境中的氢原子种类及数目比，不同化学环境的氢原子在谱图上出现的位置是不同的NMR图上的吸收峰数目等于氢原子的种类数，吸收峰的面积比等于各类氢原子的数目比X射线衍射谱测量X射线和晶体中的原子相互作用产生的衍射谱图键长、键角等

质谱、红外光谱、核磁共振氢谱在有机化合物结构的确定中占有极为重要的地位。(1)某有机化合物A的红外光谱图如下：[典例精练]①A的分子中至少含有__________个碳原子、__________个氢原子。②若要确定A的分子组成，还需要进行______________________(填“质谱”或“核磁共振氢谱”)分析。(2)相对分子质量不超过100的有机化合物B，既能与金属钠反应产生无色气体，又能与碳酸钠反应产生无色气体，还可以使溴的四氯化碳溶液褪色。B完全燃烧只生成CO2和H2O。经分析其含氧元素的质量分数为37.21%。B的核磁共振氢谱图如下所示：则B的结构简式为____________________________。(3)HCOOCH3与CH3COOH互为同分异构体，它们的核磁共振氢谱峰数目分别为________个、________个，峰面积比分别为__________、__________；能否利用核磁共振氢谱法将二者区分开并简述理由__________________________________。【答案】(1)①4

10

②质谱(或核磁共振氢谱)(2)CH2==C(CH3)COOH(3)2

2

1∶3

1∶3能用核磁共振氢谱将二者区分开，因为二者分子中氢原子具体的化学环境不同，在谱图上的相对位置不同

【解析】(1)由A的红外光谱图知，A分子中的官能团种类是醚键，还存在对称的—CH3、—CH2—(即醚键两侧含有相同数目的—CH2—、—CH3)，故分子中至少有4个碳原子、10个氢原子。若要确定A的分子结构，可利用质谱法测出其相对分子质量或利用核磁共振氢谱测出其核磁共振氢谱峰。(3)由两种物质的结构知它们的分子中均有两种不同化学环境的氢原子，且数目均为1个与3个，但因每种氢原子的具体化学环境不同(如乙酸中—CH3中的碳原子与羧基中碳原子成键而甲酸甲酯中甲基碳原子是与酯基中的氧原子成键)，故它们在核磁共振氢谱上的位置是不同的，因此可以用核磁共振氢谱法将二者区别开。

下列各物质中核磁共振氢谱峰的分析中，错误的是(

)【答案】C【解析】易因不能看出3个CH3CH2—是连接在同一个碳原子上，它们的化学环境相同而错选A；易因受苯环平面书写形式的影响而错选B；易因受两个甲基在平面书写形式的差异而错选D。3个乙基的空间位置相同，在核磁共振氢谱仪中显示2个峰，—OH显示1个峰，故共3个峰，相应氢原子数目为9、6、1，A正确；2个苯环连接在同一个碳原子上，空间位置相同，苯环上的氢的化学环境有3种，苯环外还有3种化学环境的氢原子，故共有核磁共振氢谱峰6个，个数比为2∶4∶4∶1∶2∶1，B正确；醛基上还有1个氢原子，应该有4个峰，C错误。有机化合物A只由C、H、O三种元素组成，常用作有机合成的中间体，测得8.4g该有机化合物经燃烧生成22.0gCO2和7.2g水。质谱图表明其相对分子质量为84；红外光谱分析表明A中含有—OH和—C≡CH，其核磁共振氢谱显示有3组峰，且峰面积之比为6∶1∶1。(1)写出A的分子式：________________________。(2)写出A的结构简式：________________________。(3)下列物质一定能与A发生反应的是__________(填字母)。A．氢溴酸B．酸性高锰酸钾溶液C．溴的四氯化碳溶液D．Na(4)有机化合物B是A的同分异构体，1molB可以与1molBr2加成，B分子中所有碳原子在同一平面上，核磁共振氢谱显示有3组峰，且峰面积之比为6∶1∶1。则B的结构简式是________________________。[课堂小结]小练·素养达成1．(2023·浙江杭嘉湖金四县调研)测定青蒿素结构(如图所示)要用到仪器分析法。下列有关说法不正确的是(

)A．通过质谱仪可测定青蒿素的相对分子质量B．通过元素分析仪可测定青蒿素的分子式C．通过红外光谱仪和核磁共振氢谱仪可测定青蒿素分子中的酯基和甲基等结构片段D．通过X射线衍射仪，我国科学家最终测定了青蒿素的分子结构【答案】B【解析】质谱仪可测定物质的相对分子质量，A正确；元素分析仪可测定青蒿素所含的元素，但不能测定青蒿素的分子式，B错误；红外光谱仪可测定结构中存在的化学键和官能团，核磁共振氢谱仪可测定青蒿素分子中氢原子的类型，故通过红外光谱仪和核磁共振氢谱仪可测定青蒿素分子中的酯基和甲基等结构片段，C正确；通过X射线衍射仪可以测定青蒿素的分子结构，D正确。2．验证某有机化合物属于烃，应完成的实验内容是 (

)A．只测定它的碳氢元素质量比B．只要证明它完全燃烧后产物只有H2O和CO2C．只测定其燃烧产物中H2O与CO2的物质的量的比值D．测定该试样的质量及试样完全燃烧后生成CO2和H2O的质量【答案】D【解析】烃的含氧衍生物完全燃烧时也只生成CO2、H2O，因此需要测量试样的质量及试样完全燃烧后生成CO2、H2O的质量，然后求出CO2、H2O中所含碳元素、氢元素的质量和，再进行分析判断。3．重结晶过程中如果溶剂对杂质的溶解很少，对有机化合物的溶解性比较强，那么过滤后：①有机化合物仍然在滤液中；②杂质在滤液中；③有机化合物停留在滤纸上；④杂质停留在滤纸上 (

)A．①④ B．②③C．①②③ D．③④【答案】A【解析】由杂质与有机化合物溶解性知①正确，由过滤原理知④正确，A正确。4．天然色素的提取往往应用到萃取操作，现在有用大量水提取的天然色素，下列溶剂不能用来萃取富集这些天然色素的是 (

)A．石油醚 B．苯C．乙醇 D．乙醚【答案】C【解析】乙醇与水混溶，故无法富集，C正确。5．(2022·广西南宁五十六中期末)某有机物A的质谱图如图1、核磁共振氢谱图如图2，则A的结构简式可能为 (

)A．CH3OCH2CH3 B．CH3CH2OHC．CH3CHO D．CH3CH2CH2COOH【答案】B【解析】根据图中信息得到该有机物A的相对分子质量为46，有3种位置的氢。CH3OCH2CH3的相对分子质量为60，而有机物A的相对分子质量为46，A不符合题意；CH3CH2OH的相对分子质量为46，且有3种位置的氢，与题中信息一致，B符合题意；CH3CHO的相对分子质量为44，有2种位置的氢，与题中信息不一致，C不符合题意；CH3CH2CH2COOH的相对分子质量为88，且有4种位置的氢，与题中信息不一致，D不符合题意。6．(2023·河北张家口张北一中联考)下列实验中，所采取方法错误的是

(

)A．分离苯甲酸和NaCl：重结晶B．分离正己烷(沸点69℃)和正庚烷(沸点98℃)：蒸馏C．鉴别1－丙醇和2－丙醇：质谱法D．除去乙炔中的H2S：CuSO4溶液，洗气【答案】C【解析】苯甲酸在水中的溶解度随温度升高而增大，NaCl在水中的溶解度受温度的影响不大，所以分离苯甲酸和NaCl，可采用重结晶法，A正确；正己烷和正庚烷的沸点相差较大，分离二者的混合物时，可采用蒸馏法，B正确；1-丙醇和2-丙醇互为同分异构体，二者的相对分子质量相同，所以鉴别1-丙