人教版選修5高二年級(jí)第一章認(rèn)識(shí)有機(jī)化合物第四節(jié)研究有機(jī)化合物的一般步驟和方法教學(xué)設(shè)計(jì)3【教學(xué)目標(biāo)】1.了解研究有機(jī)物應(yīng)采取的步驟和方法。2.初步學(xué)會(huì)分離、提純有機(jī)物的常用方法。3.掌握蒸餾、重結(jié)晶和萃取實(shí)驗(yàn)的基本技能。4.知道現(xiàn)代物理方法在測(cè)定有機(jī)物的元素組成、相對(duì)分子質(zhì)量和分子結(jié)構(gòu)中的重要作【教學(xué)過(guò)程】從天然資源中提取有機(jī)物成分或者是工業(yè)生產(chǎn)、實(shí)驗(yàn)室合成的有機(jī)化合物不可能直接得到純凈物，因此，必須對(duì)所得到的產(chǎn)品進(jìn)行分離提純，如果要鑒定和研究未知有機(jī)物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，必須得到更純凈的有機(jī)物。今天我們就來(lái)學(xué)習(xí)研究有機(jī)化合物的一般步驟。研究有機(jī)化合物的一般步驟和方法（1）分離、提純（蒸餾、重結(jié)晶、升華、色譜分離）；（2）元素分析（元素定性分析、元素定量分析）──確定實(shí)驗(yàn)式；（3）相對(duì)分子質(zhì)量的測(cè)定（質(zhì)譜法）──確定分子式；（4）分子結(jié)構(gòu)的鑒定（化學(xué)法、物理法）?！九f知再現(xiàn)】常用的分離、提純物質(zhì)的方法分離、提純的方法適用范圍主要儀器舉例過(guò)濾分離固液混合物漏斗、燒杯、玻璃棒、濾紙粗鹽提純蒸發(fā)、濃縮、結(jié)晶溶液制取晶體蒸發(fā)皿、玻璃棒、三角架、酒精燈KCl溶液制晶體蒸餾分餾分離沸點(diǎn)不同的液體混合物蒸餾燒瓶、溫度計(jì)、冷凝管、錐形瓶、酒精燈、牛角管石油分餾萃取、分液利用溶質(zhì)在兩種互不相溶的溶劑中溶解度不同分離提純分液漏斗、燒杯CCl4萃取碘水中的碘一、分離、提純1．蒸餾完成演示【實(shí)驗(yàn)1-1】1. 溫度計(jì)水銀球位于蒸餾燒瓶支管口處，為什么？2. 加熱前加素?zé)善康氖鞘裁矗?. 冷凝水進(jìn)出方向是怎樣的？4. 什么是共沸溶液？怎樣提純含少量水的乙醇？5.分離與提純有什么區(qū)別？除雜原則是什么？【實(shí)驗(yàn)1-1】注意事項(xiàng)：（1）安裝蒸餾儀器時(shí)要注意先從蒸餾燒瓶裝起，根據(jù)加熱器的高低確定蒸餾瓶的位置。然后，再接水冷凝管、尾接管、接受容器（錐形瓶），即“先上后下”“先頭后尾”；拆卸蒸餾裝置時(shí)順序相反，即“先尾后頭”；（2）若是非磨口儀器，要注意溫度計(jì)插入蒸餾燒瓶的位置、蒸餾燒瓶接入水冷凝器的位置等；（3）蒸餾燒瓶裝入工業(yè)乙醇的量以1/2容積為宜，不能超過(guò)2/3。不要忘記在蒸餾前加入沸石。如忘記加入沸石應(yīng)停止加熱，并冷卻至室溫后再加入沸石，千萬(wàn)不可在熱的溶液中加入沸石，以免發(fā)生暴沸引起事故；（4）乙醇易燃，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意安全。如用酒精燈、煤氣燈等有明火的加熱設(shè)備時(shí)，需墊石棉網(wǎng)加熱，千萬(wàn)不可直接加熱蒸餾燒瓶！物質(zhì)的提純的基本原理是利用被提純物質(zhì)與雜質(zhì)的物理性質(zhì)的差異，選擇適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)手段將雜質(zhì)除去。去除雜質(zhì)時(shí)要求在操作過(guò)程中不能引進(jìn)新雜質(zhì)，也不能與被提純物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。2．重結(jié)晶【思考和交流】P18“學(xué)與問(wèn)”溫度過(guò)低，雜質(zhì)的溶解度也會(huì)降低，部分雜質(zhì)也會(huì)析出，達(dá)不到提純苯甲酸的目的；溫度極低時(shí)，溶劑（水）也會(huì)結(jié)晶，給實(shí)驗(yàn)操作帶來(lái)麻煩。為何要熱過(guò)濾？（1）冷卻法：將熱的飽和溶液慢慢冷卻后析出晶體，此法適合于溶解度隨溫度變化較大的溶液。（2）蒸發(fā)法：此法適合于溶解度隨溫度變化不大的溶液，如粗鹽的提純。（3）重結(jié)晶：將已知的晶體用蒸餾水溶解，經(jīng)過(guò)濾、蒸發(fā)、冷卻等步驟，再次析出晶體，得到更純凈的晶體的過(guò)程?！菊f(shuō)明】重結(jié)晶的首要工作是選擇適當(dāng)?shù)娜軇?，要求該溶劑：①雜質(zhì)在此溶劑中的溶解度很小或溶解度很大，易于除去；②被提純的有機(jī)物在此溶劑中的溶解度，受溫度的影響較大?！緦?shí)驗(yàn)1-2】注意事項(xiàng)：苯甲酸的重結(jié)晶(1）為了減少趁熱過(guò)濾過(guò)程中的損失苯甲酸，一般再加入少量水。(2）結(jié)晶苯甲酸的濾出應(yīng)采用抽濾裝置，沒(méi)有抽濾裝置可以玻璃漏斗代替。在苯甲酸重結(jié)晶的實(shí)驗(yàn)中，濾液放置冷卻可以結(jié)晶出純凈的晶體。苯甲酸溫度越低，苯甲酸的溶解度越小，為了得到更多的苯甲酸晶體，是不是結(jié)晶時(shí)的溫度越低越好？溫度過(guò)低，不利于結(jié)晶，溫度會(huì)影響溶解度。3萃?。?）萃?。豪萌芤涸诨ゲ幌嗳艿娜軇├锶芙舛鹊牟煌靡环N溶劑把溶質(zhì)從它與另一種溶劑組成的溶液中提取出來(lái)，前者稱為萃取劑，一般溶質(zhì)在萃取劑里的溶解度更大些。分液：利用互不相溶的液體的密度不同，用分液漏斗將它們一一分離出來(lái)。（2）所用儀器：注意事項(xiàng)：①萃取劑必須具備兩個(gè)條件：一是與溶劑互不相溶；二是溶質(zhì)在萃取劑中的溶解度較大。②檢查分液漏斗的瓶塞和旋塞是否嚴(yán)密。③萃取常在分液漏斗中進(jìn)行，分液是萃取操作的一個(gè)步驟，必須經(jīng)過(guò)充分振蕩后再靜置分層。④分液時(shí)，打開(kāi)分液漏斗的活塞，將下層液體從漏斗頸放出，當(dāng)下層液體剛好放完時(shí)，要立即關(guān)閉活塞，上層液體從上口倒出。分離沸點(diǎn)不同但又互不相溶的液體混合物的常用方法是__蒸餾___，實(shí)驗(yàn)中必不可少的玻璃儀器是__酒精燈、蒸餾燒瓶、溫度計(jì)、冷凝管、牛角管、錐形瓶___。在分液漏斗中用一種有機(jī)溶劑萃取水溶液中某物質(zhì)時(shí)，靜置分層后，如果不知道哪一層液體是“水層”，試設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)便的判斷方法：__利用該有機(jī)溶劑和水互不相溶的性質(zhì)，將下層液體放出少許于盛有少量蒸餾水的試管中，若液體分層，則下層為“油層”，若不分層，則下層為“水層”__。二、元素分析與相對(duì)分子質(zhì)量的確定1．元素分析例如：實(shí)驗(yàn)探究：葡萄糖分子中碳、氫元素的檢驗(yàn)圖1-1

碳和氫的鑒定原理：碳、氫兩元素通常采取將有機(jī)物氧化分解，使碳氧化生成二氧化碳，使氫氧化生成水的方法而檢出。例如：C12H22O11+24CuO12CO2+11H2O+24Cu實(shí)驗(yàn)：取干燥的試樣──蔗糖0.2g和干燥氧化銅粉末1g，在研缽中混勻，裝入干燥的硬質(zhì)試管中。如圖1-1所示，試管口稍微向下傾斜，導(dǎo)氣管插入盛有飽和石灰水的試管中。用酒精燈加熱試樣，觀察現(xiàn)象。結(jié)論：若導(dǎo)出氣體使石灰水變渾濁，說(shuō)明有二氧化碳生成，表明試樣中有碳元素；試管口壁出現(xiàn)水滴（讓學(xué)生思考：如何證明其為水滴？），則表明試樣中有氫元素。2．相對(duì)分子質(zhì)量的測(cè)定—質(zhì)譜法該法中主要引導(dǎo)學(xué)生會(huì)從質(zhì)譜圖中“質(zhì)荷比”代表待測(cè)物質(zhì)的相對(duì)原子質(zhì)量以及認(rèn)識(shí)質(zhì)譜儀。質(zhì)譜是近代發(fā)展起來(lái)的快速、微量、精確測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量的方法。質(zhì)譜儀有什么作用？其原理是什么？它是用高能電子流等轟擊樣品分子，使該分子失去電子變成帶正電荷的分子離子和碎片離子。這些不同離子具有不同的質(zhì)量，質(zhì)量不同的離子在磁場(chǎng)作用下達(dá)到檢測(cè)器的時(shí)間有差異，其結(jié)果被記錄為質(zhì)譜圖。質(zhì)荷比是什么？分子離子與碎片離子的相對(duì)質(zhì)量與其電荷的比值如何確定有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量？由于相對(duì)質(zhì)量越大的分子離子的質(zhì)荷比越大，達(dá)到檢測(cè)器需要的時(shí)間越長(zhǎng)，因此質(zhì)譜圖中的質(zhì)荷比最大的就是未知物的相對(duì)分子質(zhì)量【強(qiáng)調(diào)】以乙醇為例，質(zhì)譜圖最右邊的分子離子峰表示的就是上面例題中未知物A（指乙醇）的相對(duì)分子質(zhì)量。通過(guò)測(cè)定，現(xiàn)在已經(jīng)知道了該有機(jī)物的分子式，但是，我們知道，相同的分子式可能出現(xiàn)多種同分異構(gòu)體，那么，該如何進(jìn)以步確定有機(jī)物的分子結(jié)構(gòu)呢？下面介紹兩種物理方法。A.求有機(jī)物相對(duì)分子質(zhì)量的常用方法（1）M=m/n（2）根據(jù)有機(jī)蒸氣的相對(duì)密度D，M1=DM2（3）標(biāo)況下有機(jī)蒸氣的密度為ρg/L，M=22.4L/mol?ρg/LB.有機(jī)物分子式的三種一般常用求法（1）先根據(jù)元素原子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)求實(shí)驗(yàn)式，再根據(jù)相對(duì)分子質(zhì)量求分子式——課本例1（2）直接根據(jù)相對(duì)分子質(zhì)量和元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)求分子式（3）對(duì)只知道相對(duì)分子質(zhì)量的范圍的有機(jī)物，要通過(guò)估算求相對(duì)分子質(zhì)量，再求分子式三、分子結(jié)構(gòu)的鑒定1．紅外光譜該法不需要學(xué)生記憶某些官能團(tuán)對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)范圍，主要讓學(xué)生知道通過(guò)紅外光譜可以知道有機(jī)物含有哪些官能團(tuán)。（介紹紅外光譜法鑒定分子結(jié)構(gòu)的原理，對(duì)紅外光譜圖的正確分析，最終確定有機(jī)物的分子結(jié)構(gòu)）【注意】：該法不需要學(xué)生記憶某些官能團(tuán)對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)范圍，主要讓學(xué)生知道通過(guò)紅外光譜可以知道有機(jī)物含有哪些官能團(tuán)。紅外光譜法確定有機(jī)物結(jié)構(gòu)的原理是由于有機(jī)物中組成化學(xué)鍵、官能團(tuán)的原子處于不斷振動(dòng)狀態(tài)，且振動(dòng)頻率與紅外光的振動(dòng)頻率相當(dāng)。所以，當(dāng)用紅外線照射有機(jī)物分子時(shí)，分子中的化學(xué)鍵、官能團(tuán)可發(fā)生震動(dòng)吸收，不同的化學(xué)鍵、官能團(tuán)吸收頻率不同，在紅外光譜圖中將處于不同位置。因此，我們就可以根據(jù)紅外光譜圖，推知有機(jī)物含有哪些化學(xué)鍵、官能團(tuán)，以確定有機(jī)物的結(jié)構(gòu)。2．核磁共振氫譜：（介紹核磁共振氫譜法鑒定分子結(jié)構(gòu)的原理，對(duì)核磁共振氫譜圖的正確分析，最終確定有機(jī)物的分子中所含H原子的種類和個(gè)數(shù)）了解通過(guò)該譜圖確定：（1）某有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)中有幾種不同環(huán)境的氫原子（2）有核磁共振氫譜的峰面積之比可以確定不同環(huán)境的氫原子的個(gè)數(shù)比。如何根據(jù)核磁共振氫譜確定有機(jī)物的結(jié)構(gòu)？對(duì)于CH3CH2OH、CH3—O—CH3這兩種物質(zhì)來(lái)說(shuō)，除了氧原子的位置、連接方式不同外，碳原子、氫原子的連接方式也不同、所處的環(huán)境不同，即等效碳、等效氫的種數(shù)不同。不同化學(xué)環(huán)境的氫原子（等效氫原子）因產(chǎn)生共振時(shí)吸收的頻率不同，被核磁共振儀記錄下來(lái)的吸收峰的面積不同。所以，可以從核磁共振譜圖上推知?dú)湓拥念愋图皵?shù)目。吸收峰數(shù)目＝氫原子類型不同吸收峰的面積之比（強(qiáng)度之比）＝不同氫原子的個(gè)數(shù)之比【說(shuō)明】未知物A的核磁共振氫譜有三種類型氫原子的吸收峰，說(shuō)明A只能是乙醇而并非甲醚，因?yàn)榧酌阎挥幸环N氫原子。圖譜題解題建議a.首先應(yīng)掌握好三種譜圖的作用、讀譜方法。b.必須盡快熟悉有機(jī)物的類別及其官能團(tuán)。c.根據(jù)圖譜獲取的信息，按碳四價(jià)的原則對(duì)官能團(tuán)、基團(tuán)進(jìn)行合理的拼接。d.得出結(jié)構(gòu)（簡(jiǎn)）式后，再與譜圖提供信息對(duì)照檢查，主要為分子量、官能團(tuán)、基團(tuán)的類別是否吻合。四、檢測(cè)題1.通過(guò)核磁共振氫譜可以推知(CH3)2CHCH2CH2OH有多少種化學(xué)環(huán)境的氫原子()A．6B．5C．4D．2.在核磁共振氫譜中出現(xiàn)兩組峰，且其面積之比為3∶2的化合物是()3.下列化合物的核磁共振氫譜中出現(xiàn)三組峰的是()A．2,2,3,3-四甲基丁烷B．2,3,4-三甲基戊烷C．3,4-二甲基己烷D．2,5-二甲基己烷4.某有機(jī)化合物僅由碳、氫、氧三種元素組成，其相對(duì)分子質(zhì)量小于150，若已知其中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%，則分子中碳原子的個(gè)數(shù)最多為()A．4B．5C．6D．5.在20℃時(shí)，某氣態(tài)烴與氧氣混合，裝入密閉容器中，點(diǎn)燃爆炸后，又恢復(fù)到20℃，此時(shí)容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為反應(yīng)前的一半，經(jīng)NaOH溶液吸收后，容器內(nèi)幾乎成真空，此烴的分子式可能是(A．CH4B．C2H6C．C3H8D．C76.某有機(jī)樣品3.1g完全燃燒，燃燒后的混合物通入過(guò)量的澄清石灰水，石灰水共增重7.1g，經(jīng)過(guò)濾得到10g沉淀。該有機(jī)樣品可能是()A．乙酸B．乙醇C．乙醛D．甲醇和丙三醇的混合物7.1mol某烴在氧氣中充分燃燒，需要消耗氧氣179.2L(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)。它在光照的條件下與氯氣反應(yīng)能生成3種不同的一氯取代物。該烴的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式是()8.某有機(jī)化合物A的相對(duì)分子質(zhì)量大于110，小于150。經(jīng)分析得知，其中碳和氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和為%，其余為氧。請(qǐng)回答：(1)該化合物分子中含有________個(gè)氧原子；(2)該化合物的相對(duì)分子質(zhì)量(分子量)是_____________________________(3)該化合物的化學(xué)式(分子式)是_____________________________。(4)該化合物分子中最多含______個(gè)官能團(tuán)。9.為測(cè)定某有機(jī)化合物A的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：分子式的確定：(1)將有機(jī)物A置于氧氣流中充分燃燒，實(shí)驗(yàn)測(cè)得：生成5.4gH2O和8.8gCO2，消耗氧氣6.72L(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)，則該物質(zhì)中各元素的原子個(gè)數(shù)比是________。(2)用質(zhì)譜儀測(cè)定該有機(jī)化合物的相對(duì)分子質(zhì)量，得到如圖①所示質(zhì)譜圖，則其相對(duì)分子質(zhì)量為_(kāi)_________，該物質(zhì)的分子式是________。(3)根據(jù)價(jià)鍵理論，預(yù)測(cè)A的可能結(jié)構(gòu)并寫出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式_______________________。結(jié)構(gòu)式的確定：(4)核磁共振氫譜能對(duì)有機(jī)物分子中不同化學(xué)環(huán)境的氫原子給出不同的峰值(信號(hào))，根據(jù)峰值(信號(hào))可以確定分子中氫原子的種類和數(shù)目。例如：甲基氯甲基醚(ClCH2OCH3)有兩種氫原子如圖②。經(jīng)測(cè)定，有機(jī)物A的核磁共振氫譜示意圖如圖③，則A的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為_(kāi)_________。10.某有機(jī)物的蒸氣密度是相同狀況下甲烷密度的倍。把1.16g該有機(jī)物在氧氣中充分燃燒，將生成的氣體混合物通過(guò)足量堿石灰，堿石灰增重3.72g，又知生成H2O和CO2的物質(zhì)的量之比為1∶1，試求此有機(jī)物的分子式。紅外光譜和核磁共振氫譜顯示該分子中含有碳碳雙鍵和羥基(結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定)，試確定它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式。四、檢測(cè)題參考答案1.連接在同一個(gè)碳原子上的兩個(gè)甲基上的氫等效，故共有五類氫原子【答案】B2.A項(xiàng)中有兩類氫原子，峰面積之比為3∶1；B項(xiàng)中有三類氫原子，峰面積之比為1∶1∶3；C項(xiàng)中有三類氫原子，峰面積之比為3∶1∶4；D項(xiàng)中，有兩類氫原子，峰面積之比為3∶2，綜上分析答案為D。【答案】D3.2,2,3,3-四甲基丁烷的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為，該分子中只有一類氫原子，核磁共振氫譜中出現(xiàn)一組峰；2,3,4-三甲基戊烷的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為：，該分子中有四類氫原子，核磁共振氫譜中出現(xiàn)四組峰；3,4-二甲基己烷的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為：，該分子中有四類氫原子，核磁共振氫譜中出現(xiàn)四組峰；2,5-二甲基己烷的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為：，該分子中有三類氫原子，核磁共振氫譜中出現(xiàn)三組峰?！敬鸢浮緿4.因?yàn)?50×50%＝75,75/16≈，故氧原子最多為4個(gè)，其相對(duì)分子質(zhì)量最大為128，然后依據(jù)商余法：64/12＝5.....4，故碳原子數(shù)最多為5個(gè)?！敬鸢浮緽5.【答案】C6.有機(jī)樣品完全燃燒后的產(chǎn)物只有二氧化碳和水，所以通過(guò)石灰水后，石灰水里增重的重量就是水和二氧化碳的質(zhì)量，由沉淀有10g可以通過(guò)二氧化碳和氫氧化鈣反應(yīng)生成碳酸鈣的反應(yīng)方程式得出二氧化碳有mol，可以算出二氧化碳有4.4g，從而算出水有2.7g，現(xiàn)在可以用有機(jī)物碳元素守恒和氫元素守恒算出碳有mol，氫有mol，從而由有機(jī)物剩下的質(zhì)量算出氧元素有mol，所以有機(jī)物的最簡(jiǎn)式為CH3O，甲醇和丙三醇如果一比一混合符合這個(gè)最簡(jiǎn)式?！敬鸢浮緿7.按題設(shè)條件“能生成3種一氯取代物”的要求，挑選分子結(jié)構(gòu)中有處于三種不同化學(xué)環(huán)境的H原子：1mol此烴完全燃燒需8mol氧氣則其碳原子個(gè)數(shù)為5【答案】B8.解析(1)設(shè)其中氧原子數(shù)為N，依據(jù)題意：〔110×(1－%)〕/16＜N(O)＜〔150×(1－%)〕/16則＜N(O)＜又原子數(shù)目為整數(shù)，所以，該化合物分子中含有4個(gè)氧原子；(2)Mr(A)＝16×4/(1－%)≈134(3)設(shè)分子式為CnHmO4，Mr(A)＝134用烴的部分除以14，(134－16×4)/14＝5，為CnH2n易得其分子式為C5H10O4。(4)不考慮氧原子，飽和狀態(tài)時(shí)為C5H12，而實(shí)際分子式比飽和狀態(tài)時(shí)少了兩個(gè)氫原子，說(shuō)明只能形成一個(gè)不飽和鍵。在所給官能團(tuán)中，恰好有一個(gè)碳氧雙鍵，所以該化合物分子中最多含有一個(gè)官能團(tuán)?！敬鸢浮?1)4(2)134(3)C5H10O4(4)19.解析(1)據(jù)題意有：n(H2O)＝mol，則有n(H)＝mol，n(CO2)＝mol，則有n(C)＝mol，據(jù)氧原子守恒有n(O)＝n(H