1.2.2有机化合物的分子式和结构的确定 课件（共27张ppt）化学人教版（2019）选择性必修3

(共27张PPT)
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
第2课时 有机化合物的分子式和结构的确定
研究有机化合物的基本步骤：
蒸馏
萃取
分液
重结晶等
元素定量分析
质谱法
波谱分析：
红外光谱
核磁共振氢谱
X射线衍射等
分离、提纯
确定实验式
确定分子式
确定分子结构
一、确定实验式
实验式(也称最简式)：表示有机化合物分子中所含元素的原子个
数最简整数比的式子。
1、李比希法
定量测定有机物中碳、氢和氧元素含量的分析方法。
装置图：
计算反应前后装置
质量差
原理：
一、确定实验式
1、李比希法
一定量含C、H(O)的有机物
H2O
CO2
CuO
氧化
用KOH吸收
用无水CaCl2吸收
计算C、H元素的质量分数，剩余的为O元素的质量分数
计算有机物
实验式
实验式(最简式)的求法：
1、某有机化合物完全燃烧生成CO2和H2O，能说明该有机化合物中只C、H两种元素吗？
不能。若有机化合物含有C、H、O三种元素，该有机化合物完全燃烧也生成CO2和H2O。
先用浓硫酸(或无水CaCl2)吸收H2O，再用浓KOH(或碱石灰)吸收CO2。
2、定量测定CO2和H2O的顺序是什么？能否交换顺序？
论
讨
与
考
思
不能。因为KOH既可以吸收水又可以吸收二氧化碳。
练习1：某种含C、H、O三种元素的未知物A，经燃烧分析实验测得其中碳的质量分数为52.2%，氢的质量分数为13.1%。试求该未知物A的实验式。
解：(1)计算该有机化合物中氧元素的质量分数：
w(O)=100%－52.2%－13.1%=34.7%
∴实验式：C2H6O
(2)计算该有机化合物分子内各元素原子的个数比：
N(C):N(H):N(O) =
= 2:6:1
练习2：将5.8 g某有机物在足量O2中充分燃烧，并将其产物依次通过足量的无水CaCl2和KOH浓溶液，发现水CaCl2增重5.4 g , KOH浓溶液增重13.2 g。求其实验式。
解：
5.8g有机物中，含C：
含H：
含O：
N(C)：N(H)：N(O)
=3：6：1
∴实验式为 C3H6O
可以直接测出有机物中各元素原子的质量分数。
2、现代元素分析仪
现代化的元素分析仪
一、确定实验式
二、确定分子式
根据实验式确定它的分子式，还需要什么条件？
---确定相对分子质量
1、计算法
③相对密度法：根据气体A相对于气体B(已知)的相对密度d。MA＝d×MB
②标准状况密度法：已知标准状况下气体的密度ρ，求算摩尔质量。M＝ρ×22.4 L·mol－1
①定义法：M = m / n
分子式是实验式的整数倍
(1)标准状况下0.56g某气态烃的体积为448mL;
列式计算下列有机物的相对分子质量：
28
(4)3.2g某饱和一元醇与足量金属钠反应得到1.12L(标况)氢气。
(2)某卤代烃的蒸气密度是相同状况下甲烷密度的11.75倍；
(3)某气态烃在标准状况时的密度为1.25g/L；
16×11.75=188
1.25×22.4=28
2R—OH + 2Na → 2R—ONa + H2↑
32
商余法确定烃的分子式：
烃A:
Mr
÷12
＝x ··· y
A的分子式为：CxHy
＝x
A的分子式为：Cx-1H12
分别求出相对分子质量为42、58、72、92的烃的分子式。
42÷12＝3 ··· 6
C3H6
58÷12＝4 ··· 10
C4H10
72÷12＝6
C5H12
92÷12＝7 ··· 8
C7H8
2、仪器测定
—— 质谱法
最大的质荷比
有机物分子
确定相对分子质量
高能电子
流轰击
带正电荷的分子离子和碎片离子
磁场作用下先后到达检测仪
质谱图
质荷比=
电荷
相对分子质量
质谱图中最大的质荷比
=样品分子的相对分子质量
如图为某有机化合物的质谱图：
从图中可知，该有机物的相对分子质量为 ，
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已知未知物A的实验式C2H6O，则该有机物的分子式是 。
C2H6O
某有机物的结构确定：
①测定实验式：某含C、H、O三种元素的有机物，经燃烧分析实验测定其碳的质量分数是64.86%，氢的质量分数是13.51%，则其实验式是 。
②确定分子式：下图是该有机物的质谱图，则其相对分子质量为 ，分子式为 。
设分子式为(C4H10O)n
则 74n＝74
∴n＝1
因此分子式为C4H10O
C4H10O
74
C4H10O
咖啡和茶类饮料中都含有兴奋剂咖啡因。经元素分析测定，咖啡因中各元素的质量分数是：碳49.5%，氢5.2%，氮28.9%，氧16.5%。
（1）咖啡因的实验式为 。
（2）质谱法测得咖啡因的相对分子质量为194，则咖啡因的分子式为 。
C4H5N2O
C8H10N4O2
n(C):n(H):n(N):n(O)＝ : : :
49.5%
12
5.2%
1
28.9%
14
16.5%
16
＝4:5:2:1
设分子式为(C4H5N2O)n，
194
(12×4＋5＋14×2＋16)
n = ＝2
所以咖啡因的分子式为C8H10N4O2
三、确定分子结构
确定有机物结构式的一般步骤是：
(1)根据分子式写出可能的同分异构体；
(2)利用该物质的性质推测可能含有的官能团，确定正确的结构。
例：未知物A的分子式为C2H6O，其结构可能是什么？
测定方法
化学方法：看是否与Na反应
物理方法：红外光谱法等
当化合物结构比较复杂时，若用化学方法，时间长、浪费试剂，因此科学上常常需要采取一些物理方法。与鉴定有机物结构有关的物理方法有红外光谱、核磁共振谱、X射线衍射等。
1、红外光谱
---测定有机化合物分子中化学键或官能团
(1)原理：不同官能团或化学键吸收频率不同，在红外光
谱图上将处于不同的位置。
(2)红外光谱图
左图是分子式为C2H6O的未知物A的红外光谱图，分子中有O—H(或—OH)，可确定A的结构简式为 。
CH3CH2OH
有机物Y的分子式为C4H8O2，其红外光谱如图所示，则该有机物可能的结构简式为（ ）　　
A．CH3COOCH2CH3
B．OHCCH2CH2OCH3
C．HCOOCH2CH2CH3
D．(CH3)2CHCOOH
A
2、核磁共振氢谱(NMR)
核磁共振仪
(1)原理：
氢原子核具有磁性。处于不同化学环境中的
氢原子因产生共振时吸收的频率不同，在谱图上
出现的位置也不同，具有不同的化学位移(用δ表
示)，且吸收峰的面积与氢原子数成正比。
---测定有机化合物分子中氢原子的类型和相对数目
(2)核磁共振氢谱：
吸收峰数目＝等效氢的种数
峰强度(峰面积或峰高)之比＝
不同等效氢的个数之比
典例分析
未知物A的核磁共振氢谱
二甲醚的核磁共振氢谱
未知物A(分子式为C2H6O)的核磁共振氢谱图如左上图所示，由此可以判断A的分子中有3种处于不同化学环境的氢原子，个数比为3:2:1。
二甲醚(CH3OCH3)分子的核磁共振氢谱图如右上图所示，图中只有一个峰，由此可以判断二甲醚分子中6个氢原子的化学环境相同。
1、丙醇有两种：
右图是其中一种物质的核磁共振氢谱，则与该谱图对应的物质的名称为：_______
CH3CH2CH2OH 1-丙醇
CH3CH(OH)CH3 2-丙醇
2-丙醇
2、下列有机物在H’-NMR上只给出一组峰的是( )
A、HCHO B、CH3OH
C、HCOOH D、CH3COOCH3
A
3、在核磁共振氢谱中出现两组峰，且峰面积之比为3∶2的化合物是( )
D
3、X射线衍射
---有机化合物晶体结构的测定
原理：X射线是一种波长很短(约10－10m)的电磁波，它
和晶体中的原子相互作用可以产生衍射图 。
根据原子坐标，可以计算原子间的距离，判断哪些原子之间存在化学键，确定键长和键角，得出分子的空间结构。
单晶衍射图
1. 下列说法不正确的是（ ）
A．通过质谱法可以确认有机化合物的相对分子质量
B．甲苯分子的核磁共振氢谱中有4个不同的吸收峰
C．红外光谱可以帮助确定许多有机物的结构
D．某有机物完全燃烧只生成CO2和H2O，两者物质的量之比为1:2，则该有机物一定为甲烷
D
2. 乙酸和甲酸甲酯互为同分异构体，其结构式分别为，
通过下列方法或检测仪得出的信息或信号完全相同的是(　　)
A．李比希元素分析法 B．红外光谱仪
C．核磁共振仪 D．质谱仪
A
3. 已知某有机物A的红外光谱和核磁共振氢谱如图所示，下列说法中不正确的是 (　　)
A．由红外光谱可知，该有机物分子中至少有三种不同的化学键
B．由核磁共振氢谱可知，该有机物分子中有三种不同的氢原子
C．仅由核磁共振氢谱无法得知其分子中的氢原子总数
D．若A的分子式为C3H8O，则其结构简式可能为
D
4. 有机物X是一种重要的有机合成中间体，用于制造塑料、涂料和黏合剂等高聚物。为研究X的组成与结构，进行如下实验：
(1)将10.0 g X在足量O2中充分燃烧，并将其产物依次通过足量的无水CaCl2和KOH浓溶液，发现无水CaCl2增重7.2 g，KOH浓溶液增重22.0 g。有机物X的实验式为___________。
(2)有机物X的质谱图如图所示，则有机
物X的相对分子质量为_________。
(3)经红外光谱测定，有机物X中含有醛基；
有机物X的核磁共振氢谱图上有2组吸收峰，
峰面积之比为3∶1。则有机物X的结构简式为________________。
C5H8O2
(CH3)2C(CHO)2
100