模块 2 有机物的组成分析
理解有机物组成研究的一般思路。
会定性、定量分析计算有机物的分子式。
一、有机物组成的研究思路
二、2 步确定有机物分子式
1 第一步:燃烧法定性、定量确定元素
将一定量的有机物燃烧,通过产物的质量推算出组成该有机物元素原子的质量分数,然后计算出该有机物分子所含元素原子最简单的整数比,即能确定其实验式。
常见实验考法:李比希氧化产物吸收法
(1) 定性分析—用化学方法鉴别有机物的元素组成,C 转化为 CO 2 ,H 转化为 H 2 O;
(2) 定量分析—测定各产物的量,从而推算有机物中所含元素原子最简的整数比,及确定实验式。
知识精炼
1.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.C2H4 C.C2H5OH D.CH3OH
2.下列有关燃烧的说法不正确的是
A.苯和乙炔的混合物质量一定时不管何种比例混合,产生的二氧化碳的量总是一定值
B.区分乙炔和苯可以用燃烧的方法
C.乙烯和乙醇蒸汽的混合物物质的量一定时不管何种比例混合,完全燃烧消耗氧气的量相等
D.醋酸和丙烯的混合物中氧的质量分数是a,则氢的质量分数是
3.谱图与使用仪器不对应的是
图一 图二
图三 图四
图一:光谱仪 B.图二:红外光谱仪
C.图三:质谱仪 D.图四:核磁共振仪
4.下列有关现代仪器分析的说法错误的是
A.通过晶体X射线衍射实验,无法确定键长和键角
B.红外光谱可用于分析分子中含有何种化学键或官能团
C.质谱法可测定相对分子质量
D.原子光谱中的特征谱线可用来鉴定元素
5.测定晶体结构的常用仪器是
A.分光镜 B.红外光谱仪 C.质谱仪 D.X射线衍射仪
6.下列对有关图谱说法正确的是
A.相对分子质量为55的质谱 B. X射线衍射光谱
C.原子吸收光谱 D.红外光谱
A.A B.B C.C D.D
2 第二步:确定有机物相对分子质量
(1) 质谱法——直接读数
质谱图上最大的质荷比即为该有机物的摩尔质量,如图乙醇的摩尔质量是 46g/mol。
(2) 商余法
用烃的相对分子质量除以 14,通过商数和余数可以判定有机物的种类及分子式。
知识精炼
7.某烃在氧气中充分燃烧,产物中只含二氧化碳和水蒸气,分别将产物气体通过浓硫酸和澄清石灰水再称重,浓硫酸增重1.8 g,澄清石灰水增重4.4 g。在相同状况下,该烃蒸气的密度是氢气的35倍,该烃能与发生加成反应,所得加成产物A的核磁共振氢谱如下图所示。则该烃的结构简式为
A. B.
C. D.
8.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。下列研究有机物的方法不正确的是
A.区别晶体与非晶体最可靠的科学方法是对固体进行X射线衍射实验
B.2,3-二甲基己烷的核磁共振氢谱中出现了7个峰
C.提纯苯甲酸可采用重结晶的方法
D.利用元素分析和红外光谱法能确定青蒿素的分子式
9.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∶4
D.乙醚与1-丁醇不能利用红外光谱法进行鉴别
10.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。下列说法正确的是
A.分析有机物的红外光谱图,可获得分子中所含化学键或官能团个数的信息
B.质谱法是快速、精确测定相对分子质量的重要方法
C.核磁共振氢谱能准确测定有机物中氢元素的个数
D.X射线衍射技术不能用于有机化合物晶体结构的测定
11.下列测定手段中,主要用来测定有机物官能团的是
A.质谱法 B.李比希燃烧实验 C.红外光谱 D.核磁共振氢谱
12.某有机物A的分子式为,对其结构进行光谱分析如图所示,则A的结构简式为
A. B.
C. D.
13.某研究性学习小组为了解有机物A的性质,对A的结构进行了如下实验。
实验一:通过质谱分析仪分析得知有机物A的相对分子质量为90
实验二:用_______分析发现有机物A中含有-COOH和-OH
实验三:取1.8g有机物A完全燃烧后,测得生成物为和
实验四:经_______检测发现有机物A的谱图中H原子峰值比为
(1)实验二中使用的分析仪器是_______,实验四中使用的分析仪器为_______
(2)有机物A的结构简式为_______
(3)有机物A在一定条件下可以发生的反应有_______
a.消去反应 b.取代反应 c.聚合反应 d.加成反应 e.氧化反应
(4)有机物A在浓硫酸作用下可生成多种产物。其中一种产物B的分子式为,B能和溴发生加成反应,则B的结构简式为_______另一种产物C是一种六元环状酯,则C的结构简式为:_______
(5)写出与A具有相同官能团的A的同分异构体的结构简式:_______
14.根据要求回答下列问题:
(1)现有两组混合液:①乙酸乙酯和乙酸钠溶液;②乙醇和丁醇。分离上述两组混合液的正确方法依次是___________。
(2)某有机物完全燃烧,生成和。将12g该有机物完全燃烧的产物通过浓硫酸,浓硫酸增重14.4g,再通过碱石灰,碱石灰增重26.4g。则该有机物的分子式为___________。
(3)键线式有机物 的名称为___________(系统命名法)。
(4)某农药的分子结构简式为 ,该农药的分子式为___________。
(5)某单官能团有机化合物,只含碳、氢、氧三种元素,相对分子质量为58,完全燃烧时产生等物质的量的和。写出符合条件的有机物的结构简式:___________(写两种)。
15.利用质谱法分析有机化合物的组成。
(1)若某有机物的相对分子质量为128,写出该有机物可能的分子式。______________
(2)如何测定有机物的相对分子质量?__________________________
参考答案:
1.D
【详解】该物质完全燃烧生成水和二氧化碳的分子数比为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的有机物是CH4、CH3OH等,D项符合题意。
故选D。
2.B
【详解】A.由于苯和乙炔的最简式都是CH,即苯和乙炔不管何种比例混合,只要混合物质量一定时,则C元素的质量一定,根据质量守恒可知,产生的二氧化碳的量总是一定值,A正确;
B.由于苯和乙炔的最简式都是CH,它们H的百分含量相同,燃烧时现象均为明亮火焰、有浓烈的黑烟,故区分乙炔和苯不可以用燃烧的方法,可以用加入酸性高锰酸钾溶液,B错误;
C.由反应方程式:C2H4+3O22CO2+2H2O、C2H5OH+3O22CO2+3H2O可知,乙烯和乙醇蒸汽的混合物物质的量一定时不管何种比例混合,完全燃烧消耗氧气的量相等,C正确;
D.已知醋酸的分子式为:C2H4O2,丙烯的分子式为:C3H6,即醋酸和丙烯的混合物中C、H原子个数比为1:2,质量比为6:1,故若混合物中氧的质量分数是a,则氢的质量分数是,D正确;
故答案为:B。
3.D
【详解】A.图一的谱图为原子光谱图,对应光谱仪,A正确;
B.图二为红外光谱图,对应红外光谱仪,B正确;
C.图三为质谱图,对应质谱仪,C正确;
D.图四为X射线衍射图,对应X射线衍射仪,D错误;
故答案选D。
4.A
【详解】A.通过晶体射线衍射实验,可测定晶胞中的各个原子的位置(坐标),根据原子坐标,可以计算原子间距离,判断出晶体中哪些原子之间存在化学键,确定键长和键角,A错误;
B.红外光谱是用来获得物质的化学键和官能团信息的,可用于分析分子中含有何种化学键或官能团,B正确;
C.质谱法可获取有机物的质荷比,最大质荷比等于相对分子质量,测定结果快捷、精确,测出简单分子的相对分子质量,C正确;
D.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,D正确;
综上所述答案为A。
5.D
【详解】A.分光镜是用来测定宝石吸收光谱的仪器,故A错误;
B.红外光谱仪测定分子的结构中存在的化学键和官能团,故B错误;
C.质谱仪用于测定分子的相对分子质量,故C错误;
D.晶体与非晶体最本质的区别是组成物质的粒子在微观空间是否有序排列,X射线衍射仪可以看到微观结构,能用于区别晶体和非晶体,故D正确;
故选D。
6.C
【详解】A.相对分子质量为98的质谱,A错误;
B.此图是红外光谱图,B错误;
C.此图是原子吸收光谱,C正确;
D.此图是X射线衍射光谱 ,D错误;
故选C。
7.B
【详解】浓硫酸增重1.8 g,澄清石灰水增重4.4 g,求得某烃的最简式为,该烃蒸气的密度是氢气的35倍可知该烃的相对分子质量为70,结合最简式确定该烃的分子式为,C错误;由于该烃能与发生加成反应,为单烯烃,A错误;结合核磁共振氢谱图可知,加成后的产物A有三种等效氢,且个数比为,根据选项判断,B满足条件,D加成后等效氢个数比为,故选B。
8.D
【详解】A.区别晶体与非晶体最科学的方法是对固体进行X射线衍射实验,A正确;
B.2,3-二甲基已烷结构简式为: ,共有7种等效氢,核磁共振氢谱中出现了7个峰,B正确;
C.提纯苯甲酸可采用重结晶的方法,主要步骤有加热浓缩、趁热过滤、冷却结晶,过滤,C正确;
D.元素分析只能确定元素种类,而红外光谱确定分子结构,两种方法无法确定分子式,D错误;
故选D。
9.C
【详解】A.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;
B.有机化合物燃烧进行定量分析,只能通过生成的和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;
C.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;
D.红外光谱可以读出分子中特殊的化学键和官能团,乙醚的分子为:,1-丁醇为分子中含有不同的官能团,故可以利用红外光谱法进行鉴别二者,D错误;
故选C。
10.B
【详解】A.红外光谱图能获得官能团种类以及共价键种类,不能获得官能团的个数信息,A错误;
B.质谱法是快速、精确测定相对分子质量的重要方法,B正确;
C.核磁共振氢谱测出的不同化学环境氢原子的个数比,C错误;
D.X射线衍射技术可用于有机化合物晶体结构的测定,D错误;
答案选B。
11.C
【详解】A.质谱法测定物质的相对分子质量,故A不符合题意;
B.李比希燃烧实验确定有机物的实验式,故B不符合题意;
C.红外光谱测定有机物的化学键和官能团,故C符合题意;
D.核磁共振氢谱测定有机物中氢原子的种类,故D不符合题意;
故选C。
12.B
【详解】该有机物A的分子式为,红外光谱显示存在甲基、亚甲基和醚键;核磁共振氢谱显示该有机物有2组吸收峰,峰面积比为3:2;因此该有机物分子的结构简式为:;
故选B。
13.(1) 红外光谱仪 核磁共振氢谱仪
(2)
(3)abce
(4)
(5)
【分析】用红外光谱分析有机物中的官能团,通过核磁共振氢谱检测有机物中含有的H原子,根据有机物燃烧后的产物计算分子中含有的元素及其个数比,根据相对分子质量确定其分子式,再结合有机物分子中含有的官能团和氢原子种类和数目确定其结构简式;2.64gCO2和1.08gH2O 中碳元素、氢元素的物质的量分别是×1=0.06mol、×2=0.12mol,根据质量守恒,1.8g有机物A中氧元素的物质的量是=0.06mol,A的最简式是CH2O,A的相对分子质量是90,所以A的分子式是C3H6O3。
(1)实验二发现该有机物中含有羧基和羟基,即确定了有机物中的官能团,分析官能团所用的分析仪器是红外光谱仪;实验四是检测发现有机物A的谱图中H原子峰值比为3:1:1:1,分析H原子的仪器是核磁共振氢谱仪,故答案为:红外光谱仪;核磁共振氢谱仪;
(2)由上述分析可知,A的分子式是C3H6O3,A中含有—COOH和 —OH ,核磁共振检测发现有机物A的谱图中H原子峰值比为3:1:1:1,则A的结构简式是;故答案为:;
(3)a. 含有羟基,能发生消去反应生成CH2=CHCOOH,故a符合题意;
b. 含有羟基、羧基能发生酯化反应,酯化反应属于取代反应,故b符合题意;
c. 含有羟基、羧基能发生缩聚反应,故c符合题意;
d. 不含能加成的官能团,不能发生加成反应,故d不符合题意;
e. 含有羟基,能发生氧化反应,故e符合题意;
答案选abce,故答案为:abce;
(4)B的分子式为C3H4O2,B能和溴发生加成反应,说明B含有碳碳双键,则B的结构简式为CH2=CHCOOH;另一种产物C是一种六元环状酯,C是一个A分子的羧基和另一个A分子的羟基之间发生酯化反应形成的,则C是,故答案为:CH2=CHCOOH;;
(5)
与A具有相同官能团,即分子中含有羟基和羧基,则符合条件的同分异构体为,故答案为:。
14.(1)分液、蒸馏
(2)
(3)5-甲基-2-庚烯
(4)
(5),
【解析】(1)
乙酸乙酯和乙酸钠溶液不互溶,所以可以采取分液的方法分离;乙醇和丁醇互溶,两者沸点不同,可以采取蒸馏的方法分离。
(2)
浓硫酸吸收水,则有机物燃烧生成的水为14.4g,物质的量为0.8mol,说明有机物中有氢元素,物质的量为1.6mol,质量为1.6g。碱石灰增重26.4g,说明生成二氧化碳26.4g,物质的量为0.6mol,则有机物中的C为0.6mol,质量为7.2g,C和H的质量的和小于12g,所以该有机物中含有氧元素,O的质量为12g-1.6g-7.2g=3.2g,物质的量为0.2mol,所以该有机物中的C、H、O的原子个数比为3:8:1,最简式为C3H8O,3个C连8个H就已经达到了饱和,所以该有机物的分子式和最简式相同,也是C3H8O。
(3)
该有机物分子中有碳碳双键,属于烯烃,根据烯烃的系统命名法,选择含有碳碳双键的最长碳链为主链,从离碳碳双键最近的一端给主链编号,该有机物的名称为5-甲基-2-庚烯。
(4)根据某农药的分子结构可知其分子式为C16H22O4 。
(5)只含碳、氢、氧三种元素的有机物,完全燃烧时产生等物质的量的 CO2 和 H2O,则分子中C和H的原子个数比为1:2,相对分子质量为58,若分子中含有1个O,则分子式为C3H6O,只能含有1个官能团,则可能是丙醛,也可能是丙酮,结构简式为CH3CH2CHO ,CH3COCH3。
15.(1)或或
(2)质谱法
【详解】(1)若某有机物的相对分子质量为128,若只含C、H元素,根据商余法128÷14=9余2,则分子式为C9H20;128÷12=10余8,分子式为C10H8;若含C、H、O元素,分子式可能是、C5H4O4等。
(2)质谱法可以测定有机物的相对分子质量。