《研究有機(jī)化合物的一般方法》目標(biāo)素養(yǎng)1.通過蒸餾法、萃取法、重結(jié)晶法實(shí)驗(yàn)原理和基本操作的學(xué)習(xí),認(rèn)識科學(xué)探究過程的步驟,學(xué)會設(shè)計(jì)科學(xué)探究方案。2.能夠運(yùn)用所學(xué)知識分離和提純簡單的混合物,培養(yǎng)創(chuàng)新意識的核心素養(yǎng)。3.通過查閱資料或觀看影像資料,能說出測定有機(jī)化合物分子結(jié)構(gòu)的常用儀器分析方法,能結(jié)合簡單圖譜信息分析判斷有機(jī)化合物的分子結(jié)構(gòu),能認(rèn)識儀器分析對確定物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的作用。知識概覽自主預(yù)習(xí)一、分離、提純1.研究有機(jī)化合物的基本步驟。分離、提純→確定實(shí)驗(yàn)式→確定分子式→確定分子結(jié)構(gòu)2.有機(jī)化合物粗品必須經(jīng)過分離、提純才能得到較為純凈的物質(zhì);提純有機(jī)化合物的基本方法是利用有機(jī)化合物與雜質(zhì)

物理性質(zhì)的差異

將它們分離。

3.蒸餾。(1)應(yīng)用范圍:分離、提純互相溶解的

液態(tài)

有機(jī)化合物。

(2)適用條件:①有機(jī)化合物

熱穩(wěn)定性

較高;

②有機(jī)化合物與雜質(zhì)的

沸點(diǎn)

相差較大(一般約大于30℃)。(3)實(shí)驗(yàn)裝置(寫出相應(yīng)儀器的名稱):4.萃取。萃取包括液—液萃取和固—液萃取。作萃取用的溶劑稱為

萃取劑

。

(1)萃取原理:①液—液萃取是利用待分離組分在

兩種不互溶的

溶劑中的

溶解度

不同,將其從一種溶劑轉(zhuǎn)移到另一種溶劑的過程。

②固—液萃取是用溶劑從

固體物質(zhì)

中溶解出待分離組分的過程。

(2)萃取裝置(寫出相應(yīng)儀器的名稱):微思考1有的同學(xué)認(rèn)為萃取溴水中的溴,可以用酒精作為萃取劑。你同意他的觀點(diǎn)嗎?為什么?提示:不同意。萃取劑的選擇應(yīng)符合以下條件:(1)萃取劑與原溶劑要互不相溶;(2)溶質(zhì)在萃取劑中的溶解度要大于在原溶劑中的溶解度;(3)萃取劑與原溶劑、溶質(zhì)等均不能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)等。而酒精(萃取劑)與水(原溶劑)相互溶解,所以不能選用酒精作為萃取劑。應(yīng)該選用苯或CCl4等作為萃取劑。5.重結(jié)晶。(1)原理:利用被提純物質(zhì)與雜質(zhì)在同一溶劑中的

溶解度

不同而將雜質(zhì)除去。采用冷卻或蒸發(fā)將有機(jī)化合物分離出來,是提純

固體有機(jī)化合物

的常用方法。

(2)溶劑的選擇:①雜質(zhì)在所選溶劑中溶解度

很小或溶解度很大

,易于除去。②被提純的有機(jī)化合物在所選溶劑中的溶解度受

溫度

的影響較大,能夠進(jìn)行

冷卻結(jié)晶

。

(3)苯甲酸重結(jié)晶的實(shí)驗(yàn)裝置及步驟:微思考2苯甲酸的重結(jié)晶實(shí)驗(yàn)中,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?提示:不是,溫度過低,雜質(zhì)的溶解度也會降低,部分雜質(zhì)也會析出,達(dá)不到提純的目的;溫度極低時(shí),溶劑也會結(jié)晶,給實(shí)驗(yàn)操作帶來麻煩。二、元素分析1.定性分析。用化學(xué)方法鑒定有機(jī)化合物的元素組成。如完全燃燒后,一般情況下:C→

CO2

;H→

H2O

;S→

SO2

。

2.定量分析——確定有機(jī)化合物的實(shí)驗(yàn)式(最簡式)。(1)測定原理。將一定量的有機(jī)化合物燃燒并測定各產(chǎn)物的質(zhì)量,從而推斷出各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù),然后計(jì)算出有機(jī)化合物分子中所含元素原子的

最簡整數(shù)比

,確定有機(jī)化合物的

最簡式

。

(2)測定步驟(李比希法)。

微思考3要證明某有機(jī)化合物屬于烴的含氧衍生物,應(yīng)完成的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有哪些?提示:要證明該有機(jī)化合物中存在氫元素、碳元素和氧元素,應(yīng)測定該試樣的質(zhì)量及完全燃燒后生成CO2和H2O的質(zhì)量,然后根據(jù)生成CO2和H2O的質(zhì)量,測定該有機(jī)化合物中碳和氫的質(zhì)量,然后根據(jù)有機(jī)化合物的總質(zhì)量,就可以判斷出該有機(jī)化合物中是否含有氧元素。三、有機(jī)化合物相對分子質(zhì)量的測定——質(zhì)譜法1.質(zhì)荷比:帶正電荷的分子離子、碎片離子的相對質(zhì)量與其

電荷數(shù)

的比值。

2.質(zhì)譜圖中,質(zhì)荷比的

最大值

就表示了樣品分子的相對分子質(zhì)量。例如,根據(jù)下圖可知,樣品分子的相對分子質(zhì)量為

46

。

四、分子結(jié)構(gòu)的確定1.紅外光譜。(1)原理:不同官能團(tuán)或化學(xué)鍵的

吸收頻率

不同,在紅外光譜圖上將處于不同的位置。

(2)作用:可以初步獲得分子中含有的

官能團(tuán)

或

化學(xué)鍵

的信息。

(3)實(shí)例:如根據(jù)下圖某物質(zhì)的紅外光譜,可知該分子中有

O—H

、

C—H

和

C—O

,可以初步推測含有的官能團(tuán)是

—OH

。

2.核磁共振氫譜。(1)原理:處于不同化學(xué)環(huán)境中的氫原子因產(chǎn)生共振時(shí)吸收電磁波的頻率不同,在譜圖上出現(xiàn)的位置不同,而且吸收峰的面積與

氫原子數(shù)目

成正比。

(2)作用:測定有機(jī)化合物分子中氫原子的類型和數(shù)目。(3)分析:吸收峰數(shù)目=

氫原子的種類

,吸收峰面積比=

氫原子個(gè)數(shù)比

。如CH3CH2OH的吸收峰面積比=

3∶2∶1

。

3.X射線衍射。根據(jù)X射線與晶體中的原子相互作用產(chǎn)生的衍射圖,可以獲得

分子結(jié)構(gòu)

的有關(guān)數(shù)據(jù),包括

鍵長

、

鍵角

等分子結(jié)構(gòu)信息。

微思考4除利用紅外光譜法判斷某有機(jī)化合物中含有的化學(xué)鍵或官能團(tuán)外,是否還可以利用其他方法判斷?提示:還可以根據(jù)有機(jī)化合物特殊的化學(xué)性質(zhì)判斷。預(yù)習(xí)檢測1.判斷正誤,正確的畫“√”,錯(cuò)誤的畫“×”。(1)蒸餾操作時(shí),應(yīng)使溫度計(jì)的水銀球靠近蒸餾燒瓶的支管口處。(

)(2)蒸餾中,冷卻水應(yīng)從冷凝管的下口通入,上口流出。(

)(3)蒸發(fā)操作時(shí),應(yīng)使混合物中的水分完全蒸干后,再停止加熱。(

)(4)用長頸漏斗分離出乙酸與乙醇反應(yīng)的產(chǎn)物。(

)√√××2.用普通的工業(yè)酒精制取無水酒精的方法是(

)。A.蒸餾 B.加濃硫酸蒸餾C.加生石灰蒸餾 D.加金屬鈉蒸餾答案:C3.用分液漏斗可以分離的一組混合物是(

)。A.溴和CCl4

B.苯和酒精C.溴乙烷和水

D.汽油和煤油答案:C4.分離下列物質(zhì)時(shí)可用重結(jié)晶法的是(

)。A.蔗糖中混有泥沙

B.汽油中含有水C.氯化鈉和硝酸鉀混合物

D.硫粉和鐵粉答案:C5.關(guān)于重結(jié)晶的說法,錯(cuò)誤的是(

)。A.被重結(jié)晶提純的物質(zhì)的溶解度隨溫度變化大B.溶解度很小的雜質(zhì)留在了濾渣里C.重結(jié)晶的步驟為:加熱溶解、冷卻過濾、結(jié)晶D.重結(jié)晶的首要工作是選擇適當(dāng)?shù)娜軇┐鸢?C6.以下用于研究有機(jī)化合物的方法錯(cuò)誤的是(

)。A.蒸餾常用于分離提純液態(tài)有機(jī)混合物B.燃燒法是確定有機(jī)化合物成分的有效方法之一C.紅外光譜通常用于分析有機(jī)化合物的相對分子質(zhì)量D.核磁共振氫譜的研究有助于確定有機(jī)化合物分子中氫原子的類型和數(shù)目比答案:C7.如圖是一個(gè)核磁共振氫譜,請你觀察圖譜,分析其可能是下列物質(zhì)中的(

)。A.CH3CH2CH2CH3B.(CH3)2CHCH3C.CH3CH2CH2OHD.CH3CH2COOH答案:C8.質(zhì)譜法能夠?qū)τ袡C(jī)分子進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析,其方法是讓極少量的(10-3g)化合物通過質(zhì)譜儀的離子化室,樣品分子大量離子化,有機(jī)物樣品的質(zhì)荷比如圖所示(假設(shè)離子均帶一個(gè)單位正電荷,信號強(qiáng)度與該離子的多少有關(guān)),則該有機(jī)化合物可能是(

)。A.甲醇(CH3OH)B.甲烷C.丙烷D.乙烯答案:B9.驗(yàn)證某有機(jī)化合物屬于烴,應(yīng)完成的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是(

)。A.只需驗(yàn)證該有機(jī)化合物是否易燃燒B.只要證明它完全燃燒后產(chǎn)物只有H2O和CO2C.只測定其燃燒產(chǎn)物中H2O和CO2的物質(zhì)的量之比D.只測定該試樣的質(zhì)量及試樣完全燃燒后生成CO2和H2O的質(zhì)量答案:D10.下列有機(jī)化合物分子的核磁共振氫譜圖,能給出三組峰的是(

)。A.CH3CH2CH3B.CH3—O—CH3C11.現(xiàn)代化學(xué)中,常用來鑒定元素的方法是(

)。A.紅外光譜分析B.X射線衍射C.質(zhì)譜分析D.光譜分析答案:D一

有機(jī)化合物的分離、提純重難歸納1.有機(jī)化合物分離、提純常用方法。2.常用分離和提純方法的注意事項(xiàng)。

3.結(jié)晶與重結(jié)晶。

項(xiàng)目結(jié)晶重結(jié)晶不同點(diǎn)含義物質(zhì)從溶液中以晶體形式析出的過程將晶體溶于溶劑,使之重新從溶液中結(jié)晶析出的過程相關(guān)操作先蒸發(fā),然后結(jié)晶先溶解,然后結(jié)晶目的獲得結(jié)晶體使不純凈的物質(zhì)純化,或使混合在一起的物質(zhì)彼此分離相同點(diǎn)操作方法相同,需要的儀器基本相同,均需要加熱,最后都需要進(jìn)行過濾1.我國科學(xué)家屠呦呦因青蒿素研究獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。她使用乙醚從中藥青蒿中提取并分離出青蒿素。上述描述中用乙醚提取青蒿素涉及的實(shí)驗(yàn)方法是什么?在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行該操作需要的玻璃儀器有哪些?提示:實(shí)驗(yàn)方法是萃取,需要用到的玻璃儀器有分液漏斗、燒杯等。2.粗苯甲酸樣品中含有少量氯化鈉和泥沙。通過重結(jié)晶的方法,可以提純得到苯甲酸。提純過程中,需要先加熱溶解苯甲酸,然后趁熱過濾。溶解苯甲酸時(shí)加熱的作用是什么?趁熱過濾的目的又是什么?提示:苯甲酸的溶解度隨著溫度升高而增大,加熱可以促進(jìn)苯甲酸的溶解。趁熱過濾是為了除去難溶性雜質(zhì),若第一步所得到的是飽和溶液,過濾時(shí)因溶液的溫度降低會析出一部分溶質(zhì),造成損失。典例剖析【例1】

現(xiàn)分離乙酸乙酯、乙酸、乙醇的混合物,下圖是分離操作步驟流程圖。請?jiān)趫D中圓括號內(nèi)填入適當(dāng)?shù)脑噭?在方括號內(nèi)填入適當(dāng)?shù)姆蛛x方法,在方框內(nèi)填入所分離的有關(guān)物質(zhì)的名稱。a

;b

。

①

;②

;③

。

A

;B

;C

。

答案:a.飽和Na2CO3溶液b.H2SO4

①分液②蒸餾③蒸餾A.乙酸乙酯B.乙酸鈉、乙醇C.乙酸鈉解析:三者為互溶的液體,CH3COOCH2CH3在飽和Na2CO3溶液中溶解度不大,CH3COOH、CH3CH2OH均易溶于水,故可先用飽和Na2CO3溶液分離出CH3COOCH2CH3;乙醇、乙酸的沸點(diǎn)相差不大且互溶,故先把CH3COOH轉(zhuǎn)化為鹽類,而后利用蒸餾法得到CH3CH2OH,最后將乙酸鹽再轉(zhuǎn)化為CH3COOH,蒸餾即可?！纠?】

下列實(shí)驗(yàn)中,所采取的分離方法與對應(yīng)原理都正確的是(

)。選項(xiàng)目的分離方法原理A分離溶于水的碘乙醇萃取碘在乙醇中的溶解度較大B分離乙酸乙酯和乙醇分液乙酸乙酯和乙醇的密度不同C除去KNO3固體中混雜的NaCl重結(jié)晶NaCl在水中的溶解度很大D除去丁醇中的乙醚蒸餾丁醇與乙醚的沸點(diǎn)相差較大答案:D解析:分離溶于水的碘用萃取的方法,但不能用乙醇作萃取劑,因乙醇和水互溶,可以選擇難溶于水的苯、四氯化碳等,A項(xiàng)錯(cuò)誤;乙酸乙酯和乙醇互溶,不能用分液法分離,可以利用乙醇易溶于水,乙酸乙酯在飽和碳酸鈉溶液中溶解度較小,加入飽和碳酸鈉溶液振蕩分層后再進(jìn)行分液,B項(xiàng)錯(cuò)誤;除去KNO3固體中混雜的NaCl可用結(jié)晶法,但氯化鈉的溶解度隨溫度的變化不如硝酸鉀的大,C項(xiàng)錯(cuò)誤;丁醇和乙醚互溶,但兩者沸點(diǎn)相差較大,可以采用蒸餾法進(jìn)行分離,D項(xiàng)正確。方法歸納液體混合物分離方法選擇。

學(xué)以致用1.提純下列物質(zhì)(括號中為雜質(zhì)),選擇試劑和分離方法都正確的是(

)。C解析:乙烯被高錳酸鉀氧化生成二氧化碳,會引入新雜質(zhì),應(yīng)用溴水洗氣除雜,故A項(xiàng)錯(cuò)誤;苯和硝基苯互溶,且都難溶于水,分液無法除雜,故B項(xiàng)錯(cuò)誤;乙酸與碳酸鈉反應(yīng)后易溶于水,乙酸乙酯與碳酸鈉溶液分層,然后分液可除雜,故C項(xiàng)正確;硝酸鉀和氯化鈉均溶于水,可用重結(jié)晶的方法分離,故D項(xiàng)錯(cuò)誤。2.下列有關(guān)實(shí)驗(yàn)的說法中錯(cuò)誤的是(

)。A.在蒸餾的實(shí)驗(yàn)中,溫度計(jì)的水銀球位于支管口處是為了測出餾分的沸點(diǎn)B.工業(yè)乙醇用直接蒸餾的方法不能得到無水乙醇C.在重結(jié)晶的實(shí)驗(yàn)中,使用短頸漏斗趁熱過濾是為了減少被提純物質(zhì)的損失D.作為重結(jié)晶實(shí)驗(yàn)的溶劑,雜質(zhì)在此溶劑中的溶解度受溫度影響應(yīng)該很大答案:D解析:重結(jié)晶要選擇適當(dāng)?shù)娜軇?該溶劑要求雜質(zhì)在此溶劑中的溶解度很小或溶解度很大,易于除去。D項(xiàng)錯(cuò)誤。二

有機(jī)化合物分子式的確定重難歸納1.4步確定有機(jī)化合物的分子式。第1步,定元素。若某有機(jī)化合物完全燃燒的產(chǎn)物為CO2和H2O,則說明該有機(jī)化合物中一定含有碳和氫兩種元素。要確定是否含有氧元素,則需要進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)確定。第2步,算出最簡式(實(shí)驗(yàn)式)。第3步,確定相對分子質(zhì)量。第4步,求出分子式。2.有機(jī)化合物完全燃燒的產(chǎn)物為CO2和H2O,確定是否含有氧元素的方法:通過相關(guān)的實(shí)驗(yàn)可以先確定CO2和H2O的質(zhì)量,進(jìn)而求得有機(jī)化合物中所含碳元素和氫元素的質(zhì)量。=m(C)+m(H),則說明該有機(jī)化合物中只含C和H兩種元素。若m(有機(jī)化合物)>m(C)+m(H),且完全燃燒只生成CO2和H2O,則說明有機(jī)化合物中含有C、H、O三種元素,其中m(O)=m(有機(jī)化合物)-m(C)-m(H)。3.質(zhì)譜法確定有機(jī)化合物相對分子質(zhì)量:一般質(zhì)譜圖中質(zhì)荷比最大的值就是未知物的相對分子質(zhì)量。4.確定分子式。(1)實(shí)驗(yàn)式法:即根據(jù)有機(jī)化合物中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù),然后得到該有機(jī)化合物中各原子的最簡個(gè)數(shù)比,即得到實(shí)驗(yàn)式(也稱為最簡式),然后用該有機(jī)化合物相對分子質(zhì)量除以該實(shí)驗(yàn)式的相對分子質(zhì)量,即得到分子式。如某種有機(jī)化合物的實(shí)驗(yàn)式為C2H4O(相對分子質(zhì)量為44),該有機(jī)化合物的相對分子質(zhì)量為88,則說明該有機(jī)化合物的分子式為C4H8O2。(2)余數(shù)法:如果該有機(jī)化合物為烴,已經(jīng)知道相對分子質(zhì)量的情況下,可以用以下方法確定分子式。用烴的相對分子質(zhì)量除以14(一個(gè)CH2的相對分子質(zhì)量),看商數(shù)和余數(shù)。其中商數(shù)A為烴中的碳原子數(shù),此法適用于具有特定通式的烴(如烷烴、烯烴、炔烴、苯、苯的同系物等)。如某有機(jī)化合物為烴類,且相對分子質(zhì)量為58,則58除以14,商4余2,則該有機(jī)化合物的分子式為烷烴,即為C4H10。1.我國科學(xué)家屠呦呦因發(fā)現(xiàn)治療瘧疾的特效藥——青蒿素而獲得2015年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。青蒿素為無色針狀結(jié)晶,其分子式是C15H22O5,其結(jié)構(gòu)簡式如下圖所示:已知青蒿素完全燃燒的產(chǎn)物只有CO2和H2O,如何通過實(shí)驗(yàn)判斷該有機(jī)化合物中是否含有氧元素?提示:先根據(jù)燃燒產(chǎn)物CO2和H2O的質(zhì)量計(jì)算出碳元素和氫元素質(zhì)量,若m(C)+m(H)=m(有機(jī)化合物),則不含有氧元素;若m(C)+m(H)<m(有機(jī)化合物),說明含有氧元素,則m(O)=m(有機(jī)化合物)-m(C)-m(H)。2.有機(jī)化合物的實(shí)驗(yàn)式和分子式有何異同?試分析能否由實(shí)驗(yàn)式直接確定分子式。提示:實(shí)驗(yàn)式也叫“最簡式”,表示最簡單的原子個(gè)數(shù)比,而分子式表明了一個(gè)分子中的所含各元素原子的個(gè)數(shù),有些物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)式和分子式相同,如CH4,大多數(shù)有機(jī)化合物則不同,如乙烯的分子式是C2H4,實(shí)驗(yàn)式是CH2。有些實(shí)驗(yàn)式可以直接確定分子式,有些不可以。如實(shí)驗(yàn)式CH4、CH4O、CH3、C2H6O、CH3O等,根據(jù)氫原子飽和程度知對應(yīng)的分子式只有CH4、CH4O、C2H6、C2H6O、C2H6O2,但絕大多數(shù)實(shí)驗(yàn)式無法直接確定分子式。典例剖析某有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)確定:(1)測定實(shí)驗(yàn)式:某含C、H、O三種元素的有機(jī)化合物,經(jīng)燃燒分析實(shí)驗(yàn)測定其碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是64.86%,氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是13.51%,則其實(shí)驗(yàn)式是

。

(2)確定分子式:如圖是該有機(jī)化合物的質(zhì)譜圖,則其相對分子質(zhì)量為

;分子式為

。答案:(1)C4H10O

(2)74

C4H10O

(2)由質(zhì)譜圖知其相對分子質(zhì)量為74,而其實(shí)驗(yàn)式的相對分子質(zhì)量為12×4+1×10+16=74,故其分子式為C4H10O。學(xué)以致用某有機(jī)化合物在空氣中完全燃燒時(shí),生成水和二氧化碳的分子數(shù)之比為2∶1,則該物質(zhì)可能是(

)。①CH4

②C2H4

③C2H5OH

④CH3OHA.②③ B.①④

C.①③ D.②④答案:B解析:該物質(zhì)完全燃燒生成水和二氧化碳的分子數(shù)之比為2∶1,即N(H2O)∶N(CO2)=2∶1,則該物質(zhì)中N(H)∶N(C)=4∶1,分子式滿足N(C)∶N(H)=1∶4的有①CH4、④CH3OH。三

有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)式的確定重難歸納1.確定有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)式的物理方法。(1)核磁共振氫譜法:核磁共振氫譜圖中,吸收峰數(shù)目=氫原子的種類,吸收峰面積之比=不同化學(xué)環(huán)境氫原子個(gè)數(shù)之比。(2)紅外光譜法:不同化學(xué)鍵、官能團(tuán)吸收頻率不同,在紅外光譜圖中所處位置不同。因此,可根據(jù)紅外光譜圖,推知有機(jī)化合物分子中含有哪些化學(xué)鍵、官能團(tuán),從而確定有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)。2.確定有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)式的其他方法。(1)根據(jù)價(jià)鍵規(guī)律確定。根據(jù)價(jià)鍵規(guī)律可以判斷出某些有機(jī)化合物只存在一種結(jié)構(gòu),則可直接根據(jù)分子式確定其結(jié)構(gòu)式。如C2H6的結(jié)構(gòu)只能是CH3CH3;CH4O的結(jié)構(gòu)只能是CH3OH。(2)進(jìn)行定性實(shí)驗(yàn)。官能團(tuán)的特征反應(yīng)→定性實(shí)驗(yàn)→實(shí)驗(yàn)中有機(jī)化合物表現(xiàn)出的性質(zhì)及結(jié)論→官能團(tuán)→確定結(jié)構(gòu)式。如能使溴的四氯化碳溶液褪色的有機(jī)化合物分子中可能含有雙鍵或三鍵。(3)進(jìn)行定量實(shí)驗(yàn)。通過定量實(shí)驗(yàn)確定官能團(tuán)的數(shù)目,如測得1mol某醇與足量鈉反應(yīng)可得到1mol氣體,則可說明1mol醇分子中含2mol—OH。(4)進(jìn)行“組裝”確定。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測得的官能團(tuán)種類、數(shù)目,聯(lián)系價(jià)鍵規(guī)律等進(jìn)行“組裝”和“拼湊”來確定有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)式。1.某有機(jī)化合物的分子式為C4H8O2,其紅外光譜圖如下。試推測該有機(jī)化合物可能的結(jié)構(gòu)有哪些。

提示:根據(jù)譜圖所示,該有機(jī)化合物有下列特征基團(tuán):不對稱—CH3、C═O、C—O—C,結(jié)合分子式C4H8O2可知,該有機(jī)化合物可能為酯或含酮羰基的醚。有如下幾種結(jié)構(gòu):

、CH3CH2COOCH3、CH3COOCH2CH3。2.乙醇CH3CH2OH和二甲醚CH3OCH3的分子式都為C2H6O。列舉2種能確定分子式為C2H6O的物質(zhì)的類別方法。提示:乙醇和二甲醚屬于同分異構(gòu)體,如用核磁共振氫譜根據(jù)氫原子吸收峰進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析,能確定兩者的類別;也可以借助官能團(tuán)性質(zhì)如與Na反應(yīng),確定兩者的類別。典例剖析有機(jī)化合物A可由葡萄糖發(fā)酵得到,也可從酸牛奶中提取。純凈的A為無色黏稠液體,易溶于水。為研究A的組成與結(jié)構(gòu),進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn):答案:(1)90

(2)C3H6O3

(3)—COOH

—OH

(4)4

(5)解析:(1)A的密度是相同條件下H2密度的45倍,相對分子質(zhì)量為45×2=90;9.0

g

A的物質(zhì)的量為0.1

mol。(2)燃燒產(chǎn)物是5.4

g水和13.2

g二氧化碳,說明0.1

mol

A燃燒生成0.3

mol

H2O和0.3

mol

CO2,即0.1

mol

A中含有0.6

mol

H、0.3

mol

C,氧原子為=0.3

mol,則A的最簡式為CH2O。設(shè)分子式為(CH2O)n,則30n=90,n=3,故分子式為C3H6O3。(3)0.1

mol

A與足量的NaHCO3粉末反應(yīng),生成2.24

L

CO2(標(biāo)準(zhǔn)狀況),若與足量金屬鈉反應(yīng),則生成2.24

L

H2(標(biāo)準(zhǔn)狀況),說明分子中含有1個(gè)—COOH和1個(gè)—OH。(4)A的核磁共振氫譜中有4組峰,說明分子中含有4種處于不同化學(xué)環(huán)境的氫原子,且個(gè)數(shù)比為1∶1∶1∶3。(5)綜上所述,A的結(jié)構(gòu)簡式為

。學(xué)以致用為測定某有機(jī)化合物A的結(jié)構(gòu),進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn):(1)將有機(jī)化合物A置于O2流中充分燃燒,實(shí)驗(yàn)測得:生成5.4gH2O和8.8gCO2,消耗O26.72L(標(biāo)準(zhǔn)狀況),則該物質(zhì)中各元素的原子個(gè)數(shù)比是N(C)∶N(H)∶N(O)=

。

(2)用質(zhì)譜儀測定該有機(jī)化合物的相對分子質(zhì)量,則該物質(zhì)的分子式是

。

(3)核磁共振氫譜能對有機(jī)化合物分子中不同化學(xué)環(huán)境的氫原子給出不同的峰值(信號),根據(jù)峰值(信號)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)測定,有機(jī)化合物A的核磁共振氫譜示意圖如圖3,則A的結(jié)構(gòu)簡式為

。

(4)A在一定條件下脫水可生成B,B可合成包裝塑料C,請寫出B轉(zhuǎn)化為C的化學(xué)方程式:

。

答案:(1)2∶6∶1(2)C2H6O(3)CH3CH2OH由O元素守恒可知有機(jī)化合物中含有n(O)=0.3

mol+0.2

mol×2-0.3

mol×2=0.1

mol,則n(C)∶n(H)∶n(O)=2∶6∶1。(2)因n(C)∶n(H)∶n(O)=2∶6∶1,所以有機(jī)化合物的實(shí)驗(yàn)式為C2H6O,由質(zhì)荷比可知相對分子質(zhì)量為46,則分子式為C2H6O。(3)A的可能結(jié)構(gòu)為CH3CH2OH、CH3OCH3,經(jīng)測定,有機(jī)化合物A的核磁共振氫譜示意圖如圖3,說明有3種性質(zhì)不同的H原子,則A應(yīng)為CH3CH2OH。(4)A在一定條件下脫水可生成B,B應(yīng)為CH2═CH2,B可合成包裝塑料C,C應(yīng)為聚乙烯,B轉(zhuǎn)化為C的化學(xué)方程式為nCH2═CH2

CH2—CH2

。1.下列操作中選擇的儀器正確的是(

)。①分離汽油和氯化鈉溶液②從含F(xiàn)e3+的自來水中得到蒸餾水③分離氯化鉀和二氧化錳混合物④從食鹽水中提取溶質(zhì)A.①—丁②—丙③—甲④—乙B.①—乙②—丙③—甲④—丁C.①—?、凇邸尧堋譊.①—丙②—乙③—丁④—甲答案:A解析:①汽油和氯化鈉溶液不互溶,可用分液法分離;②從含F(xiàn)e3+的自來水中得到蒸餾水,可利用蒸餾法;③氯化鉀易溶于水,二氧化錳難溶于水,可溶解后過濾分離;④從氯化鈉溶液中得到氯化鈉晶體,可蒸發(fā)分離。2.工業(yè)上食用油的生產(chǎn)大多數(shù)采用浸出工藝。菜籽油的生產(chǎn)過程是先將菜籽壓成薄片,用輕汽油浸泡進(jìn)行操作A;過濾,得液體混合物;對該混合物進(jìn)行操作B,制成半成品油,再經(jīng)過脫膠、脫色、脫臭即制成食用油。操作A和B的名稱分別是(

)。A.溶解、蒸發(fā) B.萃取、蒸餾C.分液、蒸餾 D.萃取、過濾答案:B解析:操作A是用輕汽油浸泡,該過程屬于萃取;汽油與油脂的混合物需用蒸餾的方法分離。3.乙酸和甲酸甲酯互為同分異構(gòu)體,其結(jié)構(gòu)式分別如下:在下列哪種檢測儀上得出的結(jié)果是完全相同的(

)。A.李比希元素分析儀 B.紅外光譜儀C.核磁共振儀 D.質(zhì)譜儀答案:A解析:李比希元素分析儀檢測的是元素的種類,乙酸和甲酸甲酯的元素種類相同,都含有C、H、O三種元素,A項(xiàng)符合;紅外光譜儀檢測的是化學(xué)鍵和官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)特征,乙酸中含有羧基、甲酸甲酯中含有酯基,信號不完全相同,B項(xiàng)不符合;核磁共振儀檢測的是氫原子的種類,乙酸中含有2種氫原子,有2組峰且峰面積之比為3∶1,甲酸甲酯中含有2種氫原子,有2組峰且峰面積之比為1∶3,峰的位置不完全相同,C項(xiàng)不符合;質(zhì)譜儀檢測的是分子的相對分子質(zhì)量,兩者的相對分子質(zhì)量相同,但分子碎片的相對質(zhì)量不完全相同,D項(xiàng)不符合。4.如圖所示是一種有機(jī)化合物的核磁共振氫譜圖,請你觀察圖譜,分析其可能是下列物質(zhì)中的(

)。A.CH3CH2COOHB.(CH3)2CHCH2OHC.CH3CH(OH)CHOD.HOCH2CH2CHO答案:C解析:據(jù)圖分析,該有機(jī)化合物分子組成中有4種氫原子,且個(gè)數(shù)比為1∶1∶1∶3,2-羥基丙醛符合,故選C。5.下列除雜質(zhì)的方法正確的是(

)。A.溴苯中混有溴,加入碘化鉀溶液后用汽油萃取B.乙醇中混有乙酸,加入氫氧化鈉溶液,用分液漏斗分液后再過濾C.乙酸乙酯中混有乙酸,加入氫氧化鈉溶液,再加熱蒸餾D.苯中混有乙酸,加入氫氧化鈉溶液,再用分液漏斗分液答案:D解析:A項(xiàng),Br2+2KI══2KBr+I2,I2易溶于溴苯,且汽油與溴苯互溶;B項(xiàng),乙醇與NaOH溶液互溶,無法分液;C項(xiàng),乙酸乙酯和乙酸均與NaOH溶液反應(yīng);D項(xiàng),CH3COOH+NaOH══CH3COONa+H2O,CH3COONa溶于水形成鹽溶液,與苯互不相溶。6.某有機(jī)化合物的相對分子質(zhì)量為70,紅外光譜表征到碳碳雙鍵和C═O的存在,核磁共振氫譜如下圖(峰面積之比依次為1∶1∶1∶3),分析核磁共振氫譜圖,回答下列問題:(1)分子中共有

種化學(xué)環(huán)境不同的氫原子;

(2)該物質(zhì)的分子式為

;

(3)該有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)簡式為

。

答案:(1)4

(2)C4H6O

(3)CH3—CH═CH—CHO解析:該有機(jī)化合物的紅外光譜檢測到有碳碳雙鍵和C═O的存在,所以最簡式可設(shè)為CnH2n-2O,可得:12n+2n-2+16=70,所以n=4,分子式為C4H6O。根據(jù)核磁共振氫譜可知該有機(jī)化合物中有4組峰,即有4種等效氫原子。探究一物質(zhì)分離、提純常用的物理方法【問題探究】1.當(dāng)互溶的兩種液態(tài)有機(jī)化合物中各組分的沸點(diǎn)相差較小時(shí)如何處理?以乙醇中混有乙酸為例。提示

最好將混合物“預(yù)處理”,先將其中的一種物質(zhì)轉(zhuǎn)化為不揮發(fā)的鹽類化合物,再進(jìn)行蒸餾。比如乙醇中混有乙酸,可先加生石灰,將乙酸轉(zhuǎn)化為乙酸鈣再蒸餾。2.玫瑰精油是世界上最昂貴的精油,被稱為“精油之后”。玫瑰精油的提取起源于古代,最初用水浸漬鮮花,以提取其中的有效成分。用水浸漬鮮花,提取有效成分的方法在化學(xué)中屬于什么操作方法?提示

固—液萃取。3.乙二醇和丙三醇都可以作汽車和飛機(jī)燃料的防凍劑。現(xiàn)有一瓶乙二醇和丙三醇的混合液,已知它們的性質(zhì)如下表:物質(zhì)熔點(diǎn)/℃沸點(diǎn)/℃溶解性乙二醇-11.5198易溶于水和乙醇丙三醇17.9290與水和乙醇以任意比互溶分離乙二醇和丙三醇的最佳方法是什么?提示

蒸餾。兩者均屬于醇類,相互混溶。從表中數(shù)據(jù)可知兩者的沸點(diǎn)相差較大,故可用蒸餾法將其分離。【深化拓展】1.分離、提純常用的物理方法(1)固體與液體的混合物方法適用條件實(shí)例過濾難溶固體與液體混合物碳酸鈣懸濁液、泥水等蒸發(fā)結(jié)晶溶質(zhì)的溶解度受溫度變化影響較小從NaCl溶液中提取NaCl晶體(2)固體與固體的混合物

方法適用條件實(shí)例溶解、過濾在某種試劑中一種可溶而另一種不溶的固體混合物分離碳酸鈉和碳酸鈣冷卻結(jié)晶用于溶解度隨溫度變化相差較大的可溶性固體混合物除去KNO3中混有的少量NaCl升華分離某種組分易升華的混合物分離I2和NaCl固體(3)液體與液體的混合物

方法適用條件實(shí)例分液互不相溶的液體混合物分離CCl4和水等蒸餾兩種或兩種以上互溶的液體,沸點(diǎn)相差較大分離酒精和水萃取后需要分液,但分液不一定涉及萃取【微點(diǎn)撥】常用結(jié)晶方法有蒸發(fā)結(jié)晶和冷卻結(jié)晶,對于溶質(zhì)溶解度隨溫度變化不大的物質(zhì)可用蒸發(fā)結(jié)晶的方法;對于溶質(zhì)溶解度隨溫度變化較大,或得到結(jié)晶水合物應(yīng)用冷卻結(jié)晶的方法。2.重結(jié)晶的操作流程

【素能應(yīng)用】典例1環(huán)己烯用于有機(jī)合成,也用作溶劑。作為有機(jī)合成原料,環(huán)己烯可合成賴氨酸、環(huán)己酮、苯酚、聚環(huán)烯樹脂、氯代環(huán)己烷、橡膠助劑、環(huán)己醇原料等。某化學(xué)小組采用如圖裝置,由環(huán)己醇制備環(huán)己烯。物質(zhì)熔點(diǎn)/℃沸點(diǎn)/℃溶解性環(huán)己醇0.9625161能溶于水環(huán)己烯0.81-10383難溶于水步驟一:制備粗品。將12.5mL環(huán)己醇加入試管A中,再加入1mL濃硫酸,搖勻后放入碎瓷片,緩慢加熱至反應(yīng)完全,在試管C內(nèi)得到環(huán)己烯粗品。步驟二:制備精品。(1)環(huán)己烯粗品中含有環(huán)己醇和少量酸性雜質(zhì)等。加入飽和食鹽水,振蕩、靜置、分層,環(huán)己烯在

層(填“上”或“下”),分液后用

(填編號,下同)洗滌。

a.KMnO4溶液b.稀硫酸c.Na2CO3溶液(2)再將環(huán)己烯按如圖裝置進(jìn)行蒸餾,冷卻水從

(填“f”或“g”)口進(jìn)入。蒸餾時(shí)要加入生石灰,目的是

。

(3)收集產(chǎn)品時(shí),控制的溫度應(yīng)在

左右,實(shí)驗(yàn)制得的環(huán)己烯精品產(chǎn)量低于理論產(chǎn)量,可能的原因是

。

a.蒸餾時(shí)從70℃開始收集產(chǎn)品b.環(huán)己醇實(shí)際用量多了c.制備粗品時(shí)部分環(huán)己醇隨產(chǎn)品一起蒸出答案

(1)上c

(2)g除去水分(3)83℃

c解析

(1)精品的制備關(guān)鍵在于除雜,此問涉及分液和蒸餾。環(huán)己烯密度比水小,在上層,洗滌時(shí)選用KMnO4溶液會氧化環(huán)己烯,又因粗品中混有少量酸性物質(zhì),洗滌時(shí)不能再用稀硫酸,需用Na2CO3溶液將多余的酸除掉。(2)冷凝管的冷卻水應(yīng)該“下進(jìn)上出”。蒸餾時(shí),混合物中的水分可用生石灰除去。(3)蒸餾時(shí)應(yīng)該按照環(huán)己烯的沸點(diǎn)控制溫度。由于環(huán)己醇的沸點(diǎn)較低,制備粗品時(shí)可能隨產(chǎn)品一起蒸出,導(dǎo)致產(chǎn)量低于理論值?！咀兪皆O(shè)問】(1)實(shí)驗(yàn)中加入碎瓷片的作用是什么?提示

防止暴沸。(2)實(shí)驗(yàn)中制得環(huán)己烯精品7.38g,則環(huán)己烯的產(chǎn)率是多少?提示

75.0%。變式訓(xùn)練1按如圖所示實(shí)驗(yàn)方案可從海洋動(dòng)物柄海鞘中提取具有抗腫瘤活性的天然產(chǎn)物。下列說法錯(cuò)誤的是(

)A.步驟(1)需要過濾裝置 B.步驟(2)需要用到分液漏斗C.步驟(3)需要用到坩堝 D.步驟(4)需要蒸餾裝置答案

C解析

濾液與不溶物是用過濾的方法分離的,A項(xiàng)正確;分離水層與有機(jī)層需要用到分液漏斗,B項(xiàng)正確;溶液蒸發(fā)結(jié)晶應(yīng)用蒸發(fā)皿,C項(xiàng)錯(cuò)誤;可用蒸餾的方法從有機(jī)層中分離出甲苯,D項(xiàng)正確。方法點(diǎn)撥

有機(jī)混合物的分離提純(1)(2)探究二有機(jī)化合物分子式和結(jié)構(gòu)式的確定【問題探究】1.乙醇(CH3CH2OH)和二甲醚(CH3OCH3)的分子式都為C2H6O。你如何運(yùn)用化學(xué)方法確定分子式為C2H6O的物質(zhì)的類別?提示

乙醇和二甲醚屬于同分異構(gòu)體,借助與Na的反應(yīng)可以確定二者的類別。2.分子式為C3H6O2的有機(jī)化合物,如果在核磁共振氫譜上觀察到的氫原子給出的峰有兩種強(qiáng)度。一種強(qiáng)度比為3∶3,另一種強(qiáng)度比為3∶2∶1。請寫出該有機(jī)化合物可能的結(jié)構(gòu)簡式。3.咖啡、可可與茶為世界三大飲料,同為流行于世界的主要飲品,這些飲料中都含有咖啡因。(1)經(jīng)實(shí)驗(yàn)測定,咖啡因分子中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是:碳49.5%,氫5.1%,氧16.5%,氮28.9%,其摩爾質(zhì)量為194g·mol-1,請寫出確定咖啡因分子式的過程。(2)咖啡因的結(jié)構(gòu)簡式如下:它的核磁共振氫譜有幾種峰?峰面積之比是多少?提示

4種,峰面積之比為3∶3∶3∶1。咖啡因的分子結(jié)構(gòu)不對稱,故有4種處于不同化學(xué)環(huán)境的氫原子?！旧罨卣埂?.有機(jī)化合物分子式的確定(1)確定流程(2)確定方法①直接法②實(shí)驗(yàn)式法

碳?xì)湓觽€(gè)數(shù)符合CnH2n+2的組成,或?qū)嶒?yàn)式中原子個(gè)數(shù)擴(kuò)大2倍后符合CnH2n+2的組成關(guān)系,可直接確定分子式。如實(shí)驗(yàn)式為CH3O、C3H8O,則分子式為C2H6O2和C3H8O。③通式法

④化學(xué)方程式法利用有機(jī)反應(yīng)中反應(yīng)物、生成物之間“量”的關(guān)系求分子式的方法。在有機(jī)化學(xué)中,常利用有機(jī)化合物燃燒的化學(xué)方程式對分子式進(jìn)行求解。常用的化學(xué)方程式有:利用燃燒反應(yīng)的化學(xué)方程式時(shí),要抓住以下關(guān)鍵:①氣體體積變化;②氣體壓強(qiáng)變化;③氣體密度變化;④混合物平均相對分子質(zhì)量等。同時(shí)可結(jié)合適當(dāng)方法,如平均值法、十字交叉法、討論法等技巧來速解有機(jī)化合物的分子式。(3)商余法確定分子式①已知烴的相對分子質(zhì)量:法一:用烴CxHy的相對分子質(zhì)量Mr除以12(即碳原子的相對原子質(zhì)量),根據(jù)商和余數(shù)可確定烴的分子式。=x…y,可確定烴的分子式為CxHy。當(dāng)?shù)玫降姆肿邮街蠬原子數(shù)較少時(shí),還可考慮每減少1個(gè)C原子,增加12個(gè)H原子,調(diào)整分子式,注意H原子數(shù)最多不能超過飽和。如相對分子質(zhì)量為128的烴,用該法可得分子式為C10H8,還可以調(diào)整為C9H20,兩分子式均符合題意。法二:用烴CxH