1.2.2实验式、分子式、分子结构的确定(教案)-2022-2023学年高二化学人教版（2019）选择性必修3
文档属性
| 名称 | 1.2.2实验式、分子式、分子结构的确定(教案)-2022-2023学年高二化学人教版（2019）选择性必修3 |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 94.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2023-04-19 21:05:36 | ||
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文档简介
第1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
第2课时教学设计
【教学目标】
1.了解现代仪器分析在有机化合物组成和结构分析中的应用。
2.能依据元素分析和质谱数据推断有机化合物的分子式。
3.能依据波谱分析数据推断简单有机化合物的分子结构。
4.通过提取和分析谱图中的有效信息推测分析结构，发展证据推理意识。
【教学重难点】
有机化合物的实验式、分子式和分子结构的确定方法
【教学过程】
1.新课导入
[导入]如何用实验的方法确定葡萄糖中的元素组成？
1831年德国化学家李比希将准确称量的样品置于一燃烧管中，再将其彻底燃烧成二氧化碳和水，用纯的氧气流把它们分别赶入烧碱石棉剂（附在石棉上粉碎的氢氧化钠）及高氯酸镁的吸收管内，前者将排出的二氧化碳变为碳酸钠，后者吸收水变为含有结晶水的高氯酸镁，这两个吸收管增加的重量分别表示生成的二氧化碳和水的重量，由此即可计算样品中的碳和氢的含量。剩余的则为氧的含量。根据计算可以得到有机化合物的实验式。
2.新课讲授
[讲解]元素的定性、定量分析是用化学方法测定有机化合物的元素组成，以及各元素的质量分数。元素定性分析一般是将一定量的有机物燃烧，转化为简单的无机物，以确定有机物的元素组成。元素定量分析通过无机物的质量推算出该有机物所含各元素的质量分数，然后计算出该有机物分子内各元素原子的最简整数比，确定其实验式（也称最简式）。李比希后经多次实验，总结出测定仅含C、H、O的有机物组成的方法，被称为李比希法。他用CuO作氧化剂，将仅含C、H、O元素的有机化合物氧化，生成的CO2用KOH浓溶液吸收，H2O用无水CaCl2吸收。根据吸收剂在吸收前后的质量差，计算出有机化合物中碳、氢元素的质量分数，剩余的就是氧元素的质量分数，据此计算可以得到有机化合物的实验式。
[举例]含C、H、O三元素的未知物A，经燃烧分析实验测定该未知物中碳的质量分数为52.2%，氢的质量分数为13.1%。则：
①氧的质量分数为 ；
②C、H、O的原子个数比：N（C）：N（H）：N(O)= ；
③该未知物的实验式为 。
[生]34.7%；2:6:1；C2H6O。
[展示]李比希元素分析仪、现代元素分析仪
[过渡]元素定量分析只能确定有机化合物分子中各组成原子的最简整数比，得到实验式。要确定它的分子式，还必须知道其相对分子质量。日前有许多测定相对分子质量的方法，质谱法是其中最精确、快捷的方法。
[讲解]质谱法是快速、精确测定相对分子质量的重要方法，测定时只需要很少量的样品。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分子离子和碎片离子等。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，得到它们的相对质量与电荷数的比值，即质荷比。以质荷比为横坐标，以各类离子的相对丰度为纵坐标记录测试结果，就得到有机化合物的质谱图。
[展示]未知物A的质谱图
[讲解]由上题可知未知物A的实验式为C2H6O,观察质谱图，发现最右侧的分子离子峰（）的质荷比为46，因此A的相对分子质量为46。由此可以推算出A的分子式也是C2H6O。目前的高分辨率质谱仪还可以根据高精度的相对分子质量数据直接计算出分子式。
[展示]质谱仪
[设疑]质谱图中的碎片峰对我们确定有机化合物的分子结构有一定帮助，但未知物A究竟是二甲醚还是乙醇？
[过渡]确定比较复杂的有机化合物的分子结构，仅靠质谱法是很难完成的，需要借助其他现代分析仪器，进行红外光谱、核磁共振氢谱、Ⅹ射线衍射谱等波谱分析。
[讲解]红外光谱利用有机化合物受到红外线照射时，能吸收与它的某些化学键或官能团的振动频率相同的红外线，通过红外光谱仪的记录形成该有机化合物的红外光谱图。可可获得分子中所含有的化学键或官能团的信息。
[展示]红外光谱仪、未知物A的红外光谱
[学生活动]观察未知物A的红外光谱，分析未知物A的官能团。
[讲解]可以用核磁共振氢谱推测物质的结构，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也不同，具有不同的化学位移（用δ表示），而且吸收峰的面积与氢原子数成正比。我们可以由核磁共振氢谱图可以获得该有机化合物分子中有几种不同类型的氢原子及它们的不同类型等信息。
[展示]核磁共振仪
[讲解]根据核磁共振氢谱的原理，我们知道吸收峰的数目等于氢原子的种类，吸收峰面积比等于氢原子数目之比。
[展示]未知物A的核磁共振氢谱、二甲醚(CH3—O—CH3)的核磁共振氢谱
[学生活动]观察核磁共振氢谱，试分析：未知物A有三种不同种类的氢原子，其吸收峰的比例为3:2:1，故未知物A为乙醇（CH3CH2OH)。观察二甲醚的核磁共振氢谱可发现二甲醚只有一个吸收峰，故只有一种氢原子。
[讲解]X射线是一种波长很短（约10m）的电磁波，它和晶体中的原子相互作用可以产生衍射谱图。经过计算可以从中获得分子结构的有关数据，包括键长、键角等分子结构信息。
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，可以获得更为直接而详尽的结构信息。我国科学家通过X射线衍射获得的青蒿素的分子结构。
[展示]青蒿素的分子结构
[学生活动] 完成课堂练习。
3.课堂小结
[师]回顾本节课的内容，有机物结构的确定方法：利用化学方法确定实验式，再利用质谱确定相对分子质量，由实验式和相对分子质量可得出分子式，可利用红外光谱法、核磁共振氢谱、特征反应判断官能团的性质、空间排列、基团的位置，最终确定结构式。
4.板书
1.2.2实验式、分子式、分子结构的确定
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第二节 研究有机化合物的一般方法
第2课时教学设计
【教学目标】
1.了解现代仪器分析在有机化合物组成和结构分析中的应用。
2.能依据元素分析和质谱数据推断有机化合物的分子式。
3.能依据波谱分析数据推断简单有机化合物的分子结构。
4.通过提取和分析谱图中的有效信息推测分析结构，发展证据推理意识。
【教学重难点】
有机化合物的实验式、分子式和分子结构的确定方法
【教学过程】
1.新课导入
[导入]如何用实验的方法确定葡萄糖中的元素组成？
1831年德国化学家李比希将准确称量的样品置于一燃烧管中，再将其彻底燃烧成二氧化碳和水，用纯的氧气流把它们分别赶入烧碱石棉剂（附在石棉上粉碎的氢氧化钠）及高氯酸镁的吸收管内，前者将排出的二氧化碳变为碳酸钠，后者吸收水变为含有结晶水的高氯酸镁，这两个吸收管增加的重量分别表示生成的二氧化碳和水的重量，由此即可计算样品中的碳和氢的含量。剩余的则为氧的含量。根据计算可以得到有机化合物的实验式。
2.新课讲授
[讲解]元素的定性、定量分析是用化学方法测定有机化合物的元素组成，以及各元素的质量分数。元素定性分析一般是将一定量的有机物燃烧，转化为简单的无机物，以确定有机物的元素组成。元素定量分析通过无机物的质量推算出该有机物所含各元素的质量分数，然后计算出该有机物分子内各元素原子的最简整数比，确定其实验式（也称最简式）。李比希后经多次实验，总结出测定仅含C、H、O的有机物组成的方法，被称为李比希法。他用CuO作氧化剂，将仅含C、H、O元素的有机化合物氧化，生成的CO2用KOH浓溶液吸收，H2O用无水CaCl2吸收。根据吸收剂在吸收前后的质量差，计算出有机化合物中碳、氢元素的质量分数，剩余的就是氧元素的质量分数，据此计算可以得到有机化合物的实验式。
[举例]含C、H、O三元素的未知物A，经燃烧分析实验测定该未知物中碳的质量分数为52.2%，氢的质量分数为13.1%。则：
①氧的质量分数为 ；
②C、H、O的原子个数比：N（C）：N（H）：N(O)= ；
③该未知物的实验式为 。
[生]34.7%；2:6:1；C2H6O。
[展示]李比希元素分析仪、现代元素分析仪
[过渡]元素定量分析只能确定有机化合物分子中各组成原子的最简整数比，得到实验式。要确定它的分子式，还必须知道其相对分子质量。日前有许多测定相对分子质量的方法，质谱法是其中最精确、快捷的方法。
[讲解]质谱法是快速、精确测定相对分子质量的重要方法，测定时只需要很少量的样品。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分子离子和碎片离子等。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，得到它们的相对质量与电荷数的比值，即质荷比。以质荷比为横坐标，以各类离子的相对丰度为纵坐标记录测试结果，就得到有机化合物的质谱图。
[展示]未知物A的质谱图
[讲解]由上题可知未知物A的实验式为C2H6O,观察质谱图，发现最右侧的分子离子峰（）的质荷比为46，因此A的相对分子质量为46。由此可以推算出A的分子式也是C2H6O。目前的高分辨率质谱仪还可以根据高精度的相对分子质量数据直接计算出分子式。
[展示]质谱仪
[设疑]质谱图中的碎片峰对我们确定有机化合物的分子结构有一定帮助，但未知物A究竟是二甲醚还是乙醇？
[过渡]确定比较复杂的有机化合物的分子结构，仅靠质谱法是很难完成的，需要借助其他现代分析仪器，进行红外光谱、核磁共振氢谱、Ⅹ射线衍射谱等波谱分析。
[讲解]红外光谱利用有机化合物受到红外线照射时，能吸收与它的某些化学键或官能团的振动频率相同的红外线，通过红外光谱仪的记录形成该有机化合物的红外光谱图。可可获得分子中所含有的化学键或官能团的信息。
[展示]红外光谱仪、未知物A的红外光谱
[学生活动]观察未知物A的红外光谱，分析未知物A的官能团。
[讲解]可以用核磁共振氢谱推测物质的结构，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也不同，具有不同的化学位移（用δ表示），而且吸收峰的面积与氢原子数成正比。我们可以由核磁共振氢谱图可以获得该有机化合物分子中有几种不同类型的氢原子及它们的不同类型等信息。
[展示]核磁共振仪
[讲解]根据核磁共振氢谱的原理，我们知道吸收峰的数目等于氢原子的种类，吸收峰面积比等于氢原子数目之比。
[展示]未知物A的核磁共振氢谱、二甲醚(CH3—O—CH3)的核磁共振氢谱
[学生活动]观察核磁共振氢谱，试分析：未知物A有三种不同种类的氢原子，其吸收峰的比例为3:2:1，故未知物A为乙醇（CH3CH2OH)。观察二甲醚的核磁共振氢谱可发现二甲醚只有一个吸收峰，故只有一种氢原子。
[讲解]X射线是一种波长很短（约10m）的电磁波，它和晶体中的原子相互作用可以产生衍射谱图。经过计算可以从中获得分子结构的有关数据，包括键长、键角等分子结构信息。
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，可以获得更为直接而详尽的结构信息。我国科学家通过X射线衍射获得的青蒿素的分子结构。
[展示]青蒿素的分子结构
[学生活动] 完成课堂练习。
3.课堂小结
[师]回顾本节课的内容，有机物结构的确定方法：利用化学方法确定实验式，再利用质谱确定相对分子质量，由实验式和相对分子质量可得出分子式，可利用红外光谱法、核磁共振氢谱、特征反应判断官能团的性质、空间排列、基团的位置，最终确定结构式。
4.板书
1.2.2实验式、分子式、分子结构的确定
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