元素分析和相对分子质量的测定
一、选择题
1．用核磁共振仪对分子式为C3H8O的有机物进行分析，核磁共振氢谱有三个峰，峰面积之比是1?1?6，则该化合物的结构简式为( )
A．CH3—O—CH2—CH3
B．
C．CH3CH2CH2OH
D．C3H7OH
解析：三个峰说明有三种不同化学环境的氢原子，且个数比为1?1?6，只有B项符合。D项结构不明，是分子式而不是结构简式。
答案：B
2．某化合物的结构(键线式)及球棍模型如下：
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该有机分子的核磁共振波谱图如下(单位是ppm)：
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下列关于该有机物的叙述正确的是( )
A．该有机物不同化学环境的氢原子有6种
B．该有机物属于芳香化合物
C．键线式中的Et代表的基团为—CH3
D．该有机物在一定条件下能够发生消去反应
解析：A项，由谱图可知有8种不同环境的 ( http: / / www.21cnjy.com )氢原子，A错；B项，由键线式可看出，该物质中无苯环，不属于芳香化合物，B错；C项，Et为—CH2CH3，C错。
答案：D
3．已知某有机物A的红外光谱和核磁共振氢谱如图所示，下列说法不正确的是( )
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A．由红外光谱可知，该有机物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的化学式为C2H6O，则其结构简式为CH3—O—CH3
解析：由A的红外光谱知A中有—OH，由A的核磁共振氢谱知A中有3种氢原子，故若A的化学式为C2H6O，则其结构简式为CH3CH2OH。
答案：D
4．已知某有机物A的核磁共振氢谱如下图所示，下列说法中，错误的是( )
A．若A的分子式为C3H6O2，则其结构简式为CH3COOCH3
B．由核磁共振氢谱可知，该有机物分子中有三种不同化学环境的氢原子，且个数之比为1?2?3
C．仅由其核磁共振氢谱无法得知其分子中的氢原子总数
D．若A的化学式为C3H6O2，则其同分异构体有三种
解析：由核磁共振氢谱可知，其分子中含有 ( http: / / www.21cnjy.com )三种不同化学环境的氢原子，峰的面积之比等于其原子个数之比，但不能确定具体个数，故B、C正确；由A的分子式C3H6O2可知，其同分异构体有3种：CH3COOCH3、CH3CH2COOH、HCOOCH2CH3。其中有三种不同化学环境的氢原子且个数之比为1?2?3的有机物的结构简式为CH3CH2COOH或HCOOCH2CH3。故正确答案为A。
答案：A
5．验证某有机物属于烃，应完成的实验内容是( )
A．只测定它的C、H比
B．只要证明它完全燃烧后产物只有H2O和CO2
C．只测定其燃烧产物中H2O与CO2的物质的量的比值
D．测定该试样的质量及试样完全燃烧后生成CO2和H2O的质量
解析：当CO2和H2O中m(C)＋m(H)＝m(有机物)时，说明有机物中没有氧元素。
答案：D
6．某混合气体由两种气态烃组成2.24 ( http: / / www.21cnjy.com )L该混合气体完全燃烧后，得到4.48 L二氧化碳(气体已折算为标准状况)和3.6 g水，则这两种气体可能是( )
A．CH4和C3H8 B．CH4和C3H4
C．C2H4和C3H4 D．C2H4和C2H6
解析：n(C)＝＝0.2 mol，
n(H)＝×2＝0.4 mol，
n(混合物)?n(C)?n(H)＝1?2?4。
所以该混合气体的平均分子式为C2H4。
符合题意的组合只有B选项。
答案：B
7．某有机物样品3.1 g完全燃烧，燃烧后的 ( http: / / www.21cnjy.com )混合气体通入过量的澄清石灰水中，石灰水共增重7.1 g，经过滤、干燥得到10 g沉淀。该有机物样品可能是( )
A．乙烯 B．乙醛
C．乙酸 D．乙二醇
解析：根据题意，10 g沉淀为CaC ( http: / / www.21cnjy.com )O3，则产生的二氧化碳为0.1 mol，即4.4 g，其中碳元素质量为0.1 mol×12 g/mol＝1.2 g，石灰水增重7.1 g，所以有机物燃烧生成的水的质量为7.1 g－4.4 g＝2.7 g，即n(C)＝0.1 mol，n(H)＝×2＝0.3 mol，氢元素质量为0.3 mol×1 g/mol＝0.3 g，有机物样品共3.1 g，所以氧元素的质量＝3.1 g－1.2 g－0.3 g＝1.6 g，物质的量为＝0.1 mol，碳、氢、氧原子的物质的量之比为1?3?1，即最简式为CH3O，只有D符合。
答案：D
8．在120℃条件下，3.7 g某有机 ( http: / / www.21cnjy.com )物(只含C、H、O三种元素中的两种或三种)在足量O2中燃烧后，将所得气体先通过浓H2SO4，浓H2SO4增重2.7 g，再通过碱石灰，碱石灰增重6.6 g，对该有机物进行核磁共振分析，谱图如下图所示：
( http: / / www.21cnjy.com )
则该有机物可能是( )
A．HCOOCH2CH3 B．CH3CH2C≡CH
C．CH3CH2OH D．CH2===CHCH3
解析：浓H2SO4吸水，增重的质量即为H ( http: / / www.21cnjy.com )2O的质量为2.7 g，计算得m(H)＝0.3 g，n(H)＝0.3 mol；碱石灰吸收CO2，则CO2的质量为6.6 g，计算得m(C)＝1.8 g，n(C)＝0.15 mol；根据以上数据可计算得m(O)＝3.7 g－0.3 g－1.8 g＝1.6 g，n(O)＝0.1 mol。此有机物中C、H、O原子个数之比为0.15?0.3?0.1，即3?6?2，只有A选项正确，且A选项中氢原子共有三类，对应核磁共振氢谱中有三个峰。
答案：A
9．由E(金属铁)制备的E(C5H5)2的结构如图甲所示，其中氢原子的化学环境完全相同。
但早期人们却错误地认为它的结构如图乙所示。核磁共振法能区分这两种结构。甲和乙的核磁共振氢谱中，分别有几种吸收峰( )
( http: / / www.21cnjy.com )
A．1种 1种 B．1种 2种
C．1种 3种 D．2种 3种
解析：甲中氢原子的化学环境完全相同 ( http: / / www.21cnjy.com )，其核磁共振氢谱中只有1种吸收峰；乙中与铁相连的2个五元环结构全等，每个五元环中有3种不同化学环境的氢原子，则其核磁共振氢谱中有3种吸收峰。
答案：C
10．某化合物6.4 g在氧气中完全燃烧，只生成8.8 g CO2和7.2 g H2O。下列说法正确的是( )
A．该化合物仅含碳、氢两种元素
B．该化合物中碳、氢原子个数比为1?4
C．无法确定该化合物是否含有氧元素
D．该化合物一定是C2H8O2
解析：n(CO2)＝＝0.2 mol，n(H2O)＝
＝0.4 mol。m(C)＋m(H) ( http: / / www.21cnjy.com )＝0.2 mol×12 g·mol－1＋0.4 mol×2×1 g·mol－1＝3.2 g<6.4 g，故n(O)＝＝0.2 mol。
则n(C)?n(H)?n(O)＝0.2 ( http: / / www.21cnjy.com ) mol?(0.4 mol×2)?0.2 mol＝1?4?1，该化合物的实验式为CH4O。由于CH4O中氢原子已饱和，故实验式即化学式。
答案：B
11．下图是A、B两种物质的 ( http: / / www.21cnjy.com )核磁共振氢谱。已知A、B两种物质都是烃类，都含有6个氢原子。请根据下图两种物质的核磁共振氢谱谱图选择出可能属于下图的两种物质( )
( http: / / www.21cnjy.com )
A．A是C3H6；B是C6H6 B．A是C2H6；B是C3H6
C．A是C2H6；B是C6H6 D．A是C3H6；B是C2H6
解析：核磁共振氢谱是记录不 ( http: / / www.21cnjy.com )同氢原子核对电磁波的吸收情况来推知氢原子种类的谱图。根据题目所示的谱图，图1中只有一种氢原子，且是稳定的氢原子，所以图1中C2H6。在图2中，氢原子中有3种，且比例为2?1?3，符合此情况的物质分子是C3H6。C3H6的结构简式为CH3—CH===CH2，其中氢原子有三种，这三种氢原子的原子核吸收的电磁波的强度不相同，且是3?1?2的，因此图2是C3H6的核磁共振氢谱谱图。
答案：B
12．某气态化合物X含C、H、O三种元素， ( http: / / www.21cnjy.com )现已知下列条件：①X中C的质量分数；②X中H的质量分数；③X在标准状况下的体积；④X对氢气的相对密度；⑤X的质量。欲确定X的分子式，所需的最少条件是( )
A．①②④ B．②③④ C．①③⑤ D．①②
解析：由①②可确定该气态化合物的最简式，若要确定X的分子式，还需要知道X的相对分子质量，即需要知道X对H2的相对密度。
答案：A
二、填空题
13．有机物A满足下列条件：
①A在空气中完全燃烧的产物是CO2和H2O，且燃烧过程中产生CO2的物质的量等于消耗O2的物质的量，也恰好和生成H2O的物质的量相等；
②质谱法测定A的相对分子质量为180，分子中含有六元环；
③碳原子和氧原子在分子结构中都有两种不同的化学环境，且A的核磁共振氢谱中有3个吸收峰。
回答下列问题：
(1)A的实验式(最简式)是________________________________。
(2)A的分子式是_______________________________________。
(3)A的结构简式是_____________________________________。
(4)A有一种同分异构体B，其分子中也有六元 ( http: / / www.21cnjy.com )环，所有碳原子都处于相同的化学环境中，其结构简式是_________________________
__________________________________________________________。
解析：燃烧时n(CO2)＝n(O2)，说明有 ( http: / / www.21cnjy.com )机物的分子式可表示成Cx(H2O)y，n(CO2)＝n(H2O)，说明有机物分子中碳原子数与氢原子数之比为1?2，故其最简式为CH2O，结合A的相对分子质量为180可知，A的分子式为C6H12O6。由该有机物分子中碳原子和氧原子都有两种不同的化学环境且分子中含有六元环知，该六元环必是由3个碳原子和3个氧原子交替连接形成。剩下的3个碳原子和3个氧原子有两种组合方式，1种是CH3O—，1种是HOCH2—，再结合分子中氢原子处于3种不同的化学环境可得出正确结论。若所有碳原子均处于相同的化学环境，则必是由6个碳原子形成六元环。
答案：(1)CH2O (2)C6H12O6
( http: / / www.21cnjy.com )
14．有机物分子式的确定常采 ( http: / / www.21cnjy.com )用燃烧法，其操作如下：在电炉加热下用纯氧气氧化管内样品，根据产物的质量确定有机物的组成。如图所示是用燃烧法测定有机物分子式常用的装置，其中A管装碱石灰，B管装无水CaCl2。现准确称取1.80 g有机物样品(含C、H元素，还可能含有O元素)，经燃烧被吸收后A管质量增加1.76 g，B管质量增加0.36 g。请按要求填空：
( http: / / www.21cnjy.com )
(1)此法适宜于测定固体有机物的分子式，此有机物的组成元素可能是________。
(2)产生的气体按从左到右的流向，所选各装置导管口的连接顺序是________。
(3)E和D中应分别装有何种药品________。
(4)如果将CuO网去掉，A管增加的质量将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(5)该有机物的最简式是______________________________。
(6)要确定该有机物的分子式，还必须知道的数据是______。
A．消耗E中液体的质量
B．样品的摩尔质量
C．CuO固体减少的质量
D．C装置增加的质量
E．燃烧消耗氧气的物质的量
(7)在整个实验开始之前，需先让 ( http: / / www.21cnjy.com )D产生的气体通过整套装置一段时间，其目的是___________________________________________
_________________________________________________________。
解析：(1)B管质量增加为所吸收的水的质量 ( http: / / www.21cnjy.com )，A管质量增加为所吸收CO2的质量。m(H2O)＝0.36 g，m(H)＝0.36 g×2/18＝0.04 g。m(CO2)＝1.76 g，m(C)＝1.76 g×12/44＝0.48 g。1.80 g－0.04 g－0.48 g＝1.28 g，故有机物中除C、H两种元素外，还有O元素。(2)要确定有机物的分子式，首先要确定有机物的组成元素。由题中信息可知，B管吸收水分，A管吸收CO2，所以B管应在A管前面，否则A管会将CO2、H2O一同吸收。有机物在电炉中燃烧需要O2，这就需要将D装置与电炉相连，D装置提供的氧气中有水分，其后应连接C装置除去水分，故导管的接口顺序为g－e－f－h－i－c－d－a－b(其中a与b，c与d的顺序可交换)。(3)E、D中的药品显然是用来制O2的，E中为液体，D中为固体。显然液体是H2O2(或H2O)，固体为MnO2(或Na2O2)。(4)若将氧化铜网去掉，则有机物燃烧产生的CO不能被A管吸收，A管增加的质量减小。(5)由(1)可知，n(H)＝0.04 mol，n(C)＝＝0.04 mol，n(O)＝＝0.08 mol，该有机物的最简式为CHO2。(6)已知最简式为CHO2，只要再知道有机物的相对分子质量，即可求出其分子式。设其分子式为(CHO2)n，则n＝相对分子质量/最简式的式量＝相对分子质量/45。(7)通O2赶尽装置中的CO2和水，否则所求有机物中C、H含量偏高。
答案：(1)C、H、O (2)gefhicd(或dc)ab(或ba)
(3)H2O2(或H2O)，MnO2(或Na2O2) (4)减小
(5)CHO2 (6)BE (7)除去装置中的空气
15．利用核磁共振技术可测定有机物分子 ( http: / / www.21cnjy.com )的三维结构。在有机物分子中，不同位置的氢原子的核磁共振氢谱中给出的特征峰也不同，根据特征峰可以确定有机物分子中氢原子的种类和数目。例如，乙醚的结构简式为CH3CH2OCH2CH3，其核磁共振氢谱中给出的特征峰有两个，如图所示：
( http: / / www.21cnjy.com )
(1)下列物质中，其核磁共振氢谱给出的特征峰只有一个的是________。
A．CH3CH3 B．CH3COOH
C．CH3COOCH3 D．CH3COCH3
(2)化合物A和B的分子式都是C2 ( http: / / www.21cnjy.com )H4Br2，A的核磁共振氢谱如图所示，A的结构简式为________，请预测B的核磁共振氢谱上有________个特征峰。
( http: / / www.21cnjy.com )
(3)用核磁共振氢谱的方法来研究 ( http: / / www.21cnjy.com )C2H6O的结构，请简要说明根据核磁共振氢谱的结果来确定C2H6O分子的结构简式的方法：______________________________________________________________________________________________________________________。
解析：(1)由题意可知，核磁共振氢谱中 ( http: / / www.21cnjy.com )峰的数目与分子中氢原子化学环境相关，有几种化学环境的氢原子就有几个峰，要求该化合物的核磁共振氢谱只有一个峰，则只有一种化学环境的氢原子，所以A、D都符合；(2)由A的氢谱图中只有一个峰，可得A的结构简式为BrCH2CH2Br，而B的结构简式只能是CH3CHBr2；(3)根据C2H6O能写出的结构简式只有2种：CH3CH2OH和CH3OCH3，所以如果氢谱中存在3个峰，则为乙醇；如果氢谱中存在1个峰，则为甲醚。
答案：(1)AD (2)BrCH2 ( http: / / www.21cnjy.com )CH2Br 两 (3)若图谱中给出了3个吸收峰(信号)，则说明C2H6O的结构简式是CH3CH2OH；若图谱中给出了1个吸收峰，则说明C2H6O的结构简式为CH3OCH3
16．为测定某有机化合物A的结构，进行如下实验：
(一)分子式的确定：
(1)将有机物A置于氧气流中充分燃烧，实验测得：
生成5.4 g H2O和8.8 g CO2，消耗氧气6.72 L(标准状况下)，则该物质中各元素的原子个数比是________。
( http: / / www.21cnjy.com )
(2)用质谱仪测定该有机化合物的相对分子质量，得到如图①所示质谱图，则其相对分子质量为________，该物质的分子式是________。
(3)根据价键理论，预测A的可能结构并写出结构简式________。
(二)结构式的确定：
(4)核磁共振氢谱能对有机物分子中不 ( http: / / www.21cnjy.com )同位置的氢原子给出不同的峰值(信号)，根据峰值(信号)可以确定分子中氢原子的种类和数目。例如：甲基氯甲基醚(Cl—CH2—O—CH3)有两种氢原子如图②。经测定，有机物A的核磁共振氢谱示意图如图③，则A的结构简式为__________________________。
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解析：(1)据题意有：n(H2O)＝0 ( http: / / www.21cnjy.com ).3 mol，则有n(H)＝0.6 mol；n(CO2)＝0.2 mol，则有n(C)＝0.2 mol。据氧原子守恒有n(O)＝n(H2O)＋2n(CO2)－2n(O2)＝0.3 mol＋2×0.2 mol－2×＝0.1 mol，则该物质各元素原子个数比N(C)?N(H)?N(O)＝n(C)?n(H)?n(O)＝2?6?1。(2)据(1)可知该有机物的实验式为C2H6O，假设该有机物的分子式为(C2H6O)m，由质谱图知其相对分子质量为46，则46m＝46，即m＝1，故其分子式为C2H6O。(3)由A的分子式为C2H6O可知A为饱和化合物，可推测其结构为CH3CH2OH或CH3OCH3。(4)分析A的核磁共振氢谱图可知：A有三种不同类型的H原子，CH3OCH3只有一种类型的H原子，故A的结构简式为CH3CH2OH。
答案：(1)N(C)?N(H)?N(O)＝2?6?1
(2)46 C2H6O (3)CH3CH2OH，CH3—O—CH3
(4)CH3CH2OH元素分析和相对分子质量的测定
1．二氟甲烷是性能优异的环保产品，它可替 ( http: / / www.21cnjy.com )代某些会破坏臭氧层的“氟利昂”产品，用作空调、冰箱和冷冻库等中的制冷剂。试判断二氟甲烷的核磁共振氢谱共有多少个峰( )
A．4 B．3
C．2 D．1
解析：二氟甲烷的结构中只有一种氢原子，故其核磁共振氢谱只有1个峰。
答案：D
2．某化合物由碳、氢、氧三种元素组成，其红 ( http: / / www.21cnjy.com )外光谱图有C—H键、O—H键、C—O键的振动吸收，该有机物的相对分子质量是60，则该有机物的结构简式可能是( )
A．CH3CH2OCH3 B．CH3CH(OH)CH3
C．CH3CH2OH D．CH3CH2CHO
解析：A选项中有机物无O—H键，错误；C选 ( http: / / www.21cnjy.com )项中有机物的相对分子质量是46，错误；D选项中有机物的相对分子质量是58，且无O—H键、C—O键，错误；B选项中有机物的相对分子质量是60，且含有C—H键、O—H键、C—O键，正确。
答案：B
3．在核磁共振氢谱中出现两个峰，其氢原子个数之比为3?2的化合物是( )
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解析：核磁共振氢谱中出现两 ( http: / / www.21cnjy.com )个峰说明该物质中有两种环境的氢原子。A选项有甲基上的氢原子和CH2上的氢原子两种，氢原子个数之比为3?1；B选项中有三种环境的氢原子，氢原子个数之比为3?1?1；C选项中有三种环境的氢原子，氢原子个数之比为3?4?1；D选项有两种环境的氢原子，氢原子个数之比为3?2，所以D选项正确。
答案：D
4．某有机化合物A的相对分子质量为13 ( http: / / www.21cnjy.com )6，分子式为C8H8O2。A分子中只含一个苯环且苯环上只有一个取代基，其红外光谱和核谱共振氢谱如图所示。下列关于有机化合物A的说法中不正确的是( )
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A．有机化合物A属于酯类化合物，在一定条件下能发生水解反应
B．有机化合物A在一定条件下可与3 mol H2发生加成反应
C．符合题中有机化合物A分子结构特征的有机物有1种
D．A的同分异构体中与其属于同类化合物的只有2种
解析：苯环上只有一个取代基，则苯环上有三种氢原子，苯基(C6H5—)的相对分子质量是77，则取代基的相对分子质量是59，对照核磁共振氢谱可知，取代基上的氢原子是等效的，对照红外光谱可判断，A的结构简式是 ( http: / / www.21cnjy.com )，故A、B、C项均正确。与A同类的同分异构体有5种，故D项错误。
答案：D
5．某有机物完全燃烧，生成CO2和 ( http: / / www.21cnjy.com )H2O。将12 g该有机物完全燃烧的产物通过浓硫酸，浓硫酸增重14.4 g，再通过碱石灰，碱石灰增重26.4 g。则该有机物的分子式为( )
A．C4H10 B．C2H6O
C．C3H8O D．C2H4O2
解析：由题意知，该有机物完全燃烧生 ( http: / / www.21cnjy.com )成14.4 g H2O,26.4 g CO2，则n(H2O)＝＝0.8 mol，n(H)＝2n(H2O)＝2×0.8 mol＝1.6 mol，n(C)＝n(CO2)＝＝0.6 mol，则该有机物中n(O)＝＝0.2 mol。故n(C)?n(H)?n(O)＝0.6 mol?1.6 mol?0.2 mol＝3?8?1，只有C项符合题意。
答案：C
6．有A、B、C三种有机物，按要求回答下列问题：
(1)取有机物A 3.0 g，完全燃烧后生成 ( http: / / www.21cnjy.com )3.6 g水和3.36 L CO2(标准状况)，已知该有机物的蒸气对氢气的相对密度为30，求该有机物的分子式________。
(2)有机物B的分子式为C4H8O2，其红外光谱图如下，
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试推测该有机物的可能结构：__________________。
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解析：(1)实验式
C3H8O
相对分子质量：Mr(A)＝30×2＝60
Mr[(C3H8O)n]＝60 n＝1，故分子式为C3H8O
(2)根据谱图所示，该有机 ( http: / / www.21cnjy.com )物有下列特征基团：不对称—CH3、C===O、C—O—C，结合分子式C4H8O2可知，该有机物可能为酯或含羰基的醚。有如下几种结构：
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(3)
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答案：(1)C3H8O
(2)CH3COCH2OCH3、CH3CH2COOCH3、CH3COOCH2CH3
(3)红外光谱法 核磁共振氢谱法
①四 两 ②三 两
7．有机物A可由葡萄糖发酵得到，也可从酸牛奶中提取。纯净的A为无色黏稠液体，易溶于水。为研究A的组成与结构，进行了如下实验：
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解析：(1)Mr(A)＝D(H2)·Mr(H2)＝45×2＝90
(2)由m(H2O)＝5.4 g m(CO2)＝13.2 g
知A中m(H)＝0.6 g m(C)＝3.6 g，故A中还应有O，m(O)＝9.0 g－0.6 g－3.6 g＝4.8 g
则A中n(C)?n(H)?n(O)＝??＝0.3?0.6?0.3＝1?2?1
故A的实验式应为CH2O
又因A的相对分子质量为90
故A的分子式为C3H6O3。
(3)A能与NaHCO3 ( http: / / www.21cnjy.com )反应放出0.1 mol CO2，与Na反应放出0.1 mol H2，故0.1 mol A中有0.1 mol—COOH和0.1 mol—OH。
(4)由核磁共振氢谱可知，A有4种氢原子。
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答案：(1)90 (2)C3H6O3
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