第2课时 有机化合物结构的研究 有机化学反应的研究
1．了解基团理论对有机化合物结构研究的影响。
2．知道红外、核磁等现代仪器分析方法在有机化合物分子结构测定中的应用。
3．知道研究有机反应机理的基本方法和有机化学反应的研究内容。
知识01 有机化合物结构的研究
1．有机化合物的结构
(1)在有机化合物分子中，原子主要通过_______结合在一起。分子中的原子之间结合方式或连接顺序的不同导致了所形成物质在_______上的差异。
(2)1838年，德国化学家_______提出了“基团理论”。常见的基团有羟基(_______)、醛基(_______)、羧基(_______)、氨基(_______)、烃基(_______)等，它们有不同的结构和性质特点。
2．测定有机化合物结构的分析方法
(1)1H核磁共振谱（1H-NMR）
①原理：有机物分子中的氢原子核所处的化学环境（即其附近的基团）不同，表现出的_______就不同，代表______________的峰在核磁共振谱图中横坐标的位置（化学位移，符号为δ）也就不同。
②在1H核磁共振谱中：特征峰的个数就是有机物中不同化学环境的氢原子的_______；特征峰的面积之比就是不同化学环境的氢原子的_______比。
③乙醇和二甲醚的1H核磁共振谱分析
乙醇 二甲醚
核磁共振氢谱
结论 氢原子类型有_____种，不同氢原子的个数之比＝_______。 氢原子类型有_____种。
(2)红外光谱法
①原理：利用有机化合物分子中不同基团在红外光辐射的特征__________不同，测试并记录有机化合物对一定波长范围的红外光吸收情况。
②应用：初步判断该有机物中具有哪些_______。
(3)质谱法
①原理：用高能电子束轰击有机物分子，使之分离成带电的“碎片”，不同的带电“碎片”的质量（m）和所带电荷（z）的比值不同，就会在不同的m/z处出现对应的_______。可根据_______与_______的结构对应关系分析有机物的结构。
②质荷比（m/z）：指分子离子、碎片离子的相对质量与其电荷的比值。质谱图中，质荷比的最大值就表示了样品分子的______________。
有机化合物分子结构的确定方法
1．物理方法
(1)红外光谱法：初步判断有机物中含有的官能团或化学键。
(2)核磁共振氢谱：测定有机物分子中氢原子的类型和数目。
氢原子的类型＝吸收峰数目
不同氢原子个数之比＝不同吸收峰面积之比
2．化学方法
(1)根据价键规律，某些有机物只存在一种结构，可直接由分子式确定结构。
(2)官能团的特征反应→定性实验→确定有机物中可能存在的官能团。
(3)通过定量实验，确定有机物中的官能团及其数目。
3．质谱法可以测定有机物的相对分子质量
在质谱图中，最大的质荷比就是有机物的相对分子质量。根据相对分子质量和最简式可以确定有机物的分子式。
【即学即练1】二甲醚和乙醇是同分异构体，其鉴别可采用化学方法或物理方法，下列鉴别方法中不能对二者进行鉴别的是( )
A．利用金属钠或者金属钾 B．利用质谱法
C．利用红外光谱法 D．利用核磁共振氢谱
【即学即练2】某有机物X的质谱、核磁共振氢谱和红外光谱如图所示，下列说法错误的是( )
A．由图1可知，该有机物的相对分子质量为46
B．由图2可知，该有机物分子中含有三种不同化学环境的氢原子
C．该有机物X能与金属Na反应放出H2
D．该有机物X的所有同分异构体的质谱图完全相同
知识02 有机化学反应的研究
1．有机化学反应研究的内容
设计并合成新的有机化合物是有机化学的重要研究内容，包括有机化学反应需要什么条件、受哪些因素的影响、反应机理如何等。
2．甲烷与氯气取代反应的反应机理
(1)反应机理
甲烷与氯气在光照条件下发生的卤代反应是一个__________链反应。
链引发：Cl2·Cl+·Cl
链增长：·Cl＋CH4―→HCl＋·CH3
·CH3＋Cl2―→CH3Cl＋·Cl
链终止：·Cl+·Cl―→Cl2
·Cl+·CH3―→CH3Cl
其中Cl2、CH4为反应物，·Cl、·CH3为自由基，HCl、CH3Cl为生成物。
(2)反应产物：共有____________________________和HCl五种。
3．同位素示踪法研究酯的水解反应
(1)方法：将乙酸乙酯与H218O在硫酸催化下加热水解，检测_____的分布情况，判断酯水解时的断键情况。
(2)反应机理
由此可以判断，酯在水解过程中断开的是酯中的_____键，水中的—18OH连接在_____键上形成羧酸。
4．反应机理研究手段——仪器分析
乙烯与溴化氢反应机理：
HBr―→H＋＋Br－
CH2===CH2＋H＋―→CH3H2
CH3H2＋Br－―→CH3CH2Br
利用质谱仪可以检测出该反应过程中产生的中间体——乙基碳正离子(CH3H2)，据此可推出该反应为_______型反应。
同位素示踪法是以放射性同位素为示踪剂，对研究对象进行标记的微量分析方法。可以用同位素作为一种标记，制成含有同位素的标记化合物来代替相应的非标记化合物。利用放射性同位素不断地放出特征射线的核物理性质，就可以用核探测器随时追踪它在产物中的位置和数量。
【即学即练3】CH4与Cl2反应的机理是①Cl2·Cl＋·Cl
②·Cl＋CH4―→·CH3＋HCl
③·CH3＋Cl2―→·Cl＋CH3Cl
则下列说法正确的是( )
A．可以得到纯净的CH3Cl
B．产物中最多的是HCl
C．该反应需一直光照
D．产物中CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4物质的量相等
【即学即练4】若乙酸分子中的氧都是18O，乙醇分子中的氧都是16O，二者在浓硫酸作用下加热发生反应，一段时间后，分子中含有18O的物质有( )
A．1种 B．2种 C．3种 D．4种
题型一 有机化合物结构的确定
1．在核磁共振氢谱中出现3组峰，且氢原子个数比为3∶1∶4的化合物是 ( )
A． B．
C． D．
2．某有机化合物A的质谱图如图1，核磁共振氢谱图如图2，则A的结构简式可能为( )
A．CH3CH2OH B．CH3CHO C．HCOOH D．CH3CH2COOH
解答有关波谱分析问题注意以下三点：
(1)质谱图：确定相对分子质量(最大质荷比)；
(2)红外光谱图：确定化学键和官能团信息；
(3)核磁共振氢谱图：确定氢原子种类和数目(吸收峰数目=氢原子种类数，不同吸收峰的面积之比=不同氢原子的个数之比)。
题型二 有机化学反应的研究
3．已知CH4与Cl2反应的产物中除CH3Cl外，还有CH2Cl2、CHCl3、CCl4，下列有关生成CH2Cl2的过程中，不可能出现的是( )
A．2Cl·+CH4—→2HCl+·CH2Cl B．·CH2Cl+Cl2—→CH2Cl2+Cl·
C．·CH2Cl+Cl·—→CH2Cl2 D．Cl·+CH3Cl—→·CH2Cl+HCl
4．已知在水溶液中存在平衡：，当与CH3CH2OH发生酯化反应时，不可能生成的是 ( )
A． B．
C．O D．H2O
5．如图所示，乙酸跟乙醇在浓硫酸存在并加热的条件下发生酯化反应(反应A)，其逆反应是水解反应(反应B)。反应可能经历了生成中间体(Ⅰ)这一步。
(1)如果将反应按加成、取代等反应分类，则A~F六个反应中(将字母代号填入下列横线上)，属于取代反应的是 ；属于加成反应的是 。
(2)中间体(Ⅰ)属于有机物的 类。
(3)①如果将原料C2H5OH中的氧原子用18O标记，则生成物乙酸乙酯中是否有18O ___________。
②如果将原料中羧羟基的氧原子用18O标记，则生成物H2O中的氧原子是否有18O 试简述你作此判断的理由。
____________________________________________________________________________。
基础巩固
1．随着科学技术的发展，化学研究的手段日趋先进，下列有关技术在化学研究中的应用的说法不正确的是( )
A．仅用红外光谱图即可确定复杂有机物的分子结构
B．用pH计测定溶液的pH
C．用质谱仪测定有机物的相对分子质量
D．用同位素示踪法研究有机反应的机理
2．某有机物样品的质荷比如图所示(假设离子均带一个单位正电荷，信号强度与该离子的多少有关)，则该有机物可能是( )
A．甲醇 B．甲烷 C．丙烷 D．乙烯
3．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
4．下列化合物的1H-NMR谱图中吸收峰的数目不正确的是( )
A．(2组) B．(5组)
C．(3组) D．(4组)
5．1H核磁共振谱是指有机物分子中的氢原子所处的化学环境(即其附近的基团)不同，表现出的核磁性就不同，代表核磁性特征的峰在1H核磁共振谱图中坐标的位置(化学位移，符号为δ)也就不同。现有一物质的1H核磁共振谱如图所示，则它可能是( )
A．CH3CH2CH3 B．CH3CH2CH2OH C．(CH3)2CHCH3 D．CH3CH2CHO
6．在1H核磁共振谱中出现两组峰，其氢原子数之比为3∶2的化合物是( )
7．科学家合成了一种新的化合物X。用现代物理方法测得X的相对分子质量为64，且各元素的质量分数分别为C 93.8%，H 6.2%。X分子中有三种化学环境不同的H原子和四种化学环境不同的C原子，则X可能的结构简式为( )
A． B．
C． D．
8．如图是A、B两种物质的核磁共振氢谱。已知A、B两种物质都是烃类，都含有6个氢原子。请根据如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( )
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
9．三聚氰胺最早被李比希于1834年合成，它有毒，不可用于食品加工或食品添加剂。经李比希法分析得知，三聚氰胺分子中，氮元素的含量高达66.67%，氢元素的质量分数为4.76%，其余为碳元素。它的相对分子质量大于100，但小于150。试回答下列问题：
(1)分子式中原子个数比N(C)∶N(H)∶N(N)=________。
(2)三聚氰胺分子中碳原子数为________，理由是______________________________(写出计算式)。
(3)三聚氰胺的分子式为______________。
(4)若核磁共振氢谱显示只有1个吸收峰，红外光谱表明有1个由碳氮两种元素组成的六元杂环。则三聚氰胺的结构简式为__________。
10．为测定某化合物A的结构，进行如下实验。
第一步，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)，则该有机物中各元素的原子个数比是________。
(2)用质谱仪测定该有机化合物的相对分子质量为46，则该物质的分子式是__________。
(3)根据价键理论，预测A的可能结构并写出结构简式____________________。
第二步，结构式的确定：
(4)经测定，有机物A的核磁共振氢谱图如下：
则A的结构简式为________________。
培优竞赛
1． 用18O标记的叔丁醇[(CH3)3C—18OH]与乙酸发生酯化反应(记为反应①)、用18O标记的乙醇(C2H5—18OH)与硝酸发生酯化反应(记为反应②)后，18O都存在于水中。关于上述两个反应机理有这样两个解释：
Ⅰ.酸提供羟基、醇提供羟基上的氢原子结合成水；
Ⅱ.醇提供羟基、酸提供羟基上的氢原子结合成水。
下列叙述中正确的是( )
A．①、②两个反应的机理都是Ⅰ
B．①、②两个反应的机理都是Ⅱ
C．①的机理是Ⅰ，②的机理是Ⅱ
D．①的机理是Ⅱ，②的机理是Ⅰ
2．已知某有机物A的红外光谱和1H核磁共振谱如下图所示，下列说法中错误的是( )
A．由红外光谱图可知，该有机物中至少含有三种不同的化学键
B．由1H核磁共振谱可知，该有机物分子中有三种不同的氢原子且个数比为1∶2∶3
C．若A的化学式为C2H6O，则其结构简式为CH3CH2OH
D．仅由其1H核磁共振谱就可得知其分子中的氢原子总数
3．在120 ℃条件下，3.7 g某有机物(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，谱图如图所示：
则该有机物可能是( )
A．HCOOCH2CH3 B．CH3CH2C≡CH
C．CH3CH2OH D．CH2=CHCH3
4．化学反应的实质就是旧键的断裂和新键的生成。欲探讨发生化学反应时分子中化学键在何处断裂的问题，近代科技常使用同位素示踪原子法。如有下列反应：
2R—14CH=CH—R'R—14CH=CH—R+R'—14CH=CH—R'
由此可以推知，化合物CH3—CH=CH—CH2—CH3
反应时断裂的化学键应是( )
A．①③ B．①④ C．② D．②③
5．已知有机分子中同一碳原子上连接两个羟基是不稳定的，会自动脱水：
有人提出了醇氧化的两种可能过程：
①去氢氧化：，失去的氢原子再和氧原子结合成水分子；
②加氧氧化：中间产物A，反应过程为先加氧后脱水。
(1)请写出加氧氧化的中间产物A的结构式_________________。
(2)要证明这两种过程哪一种是正确的，我们仍然准备用同位素原子示踪法。用18O2和铜催化剂在一定的温度下氧化乙醇，下列有关说法中正确的是__________(填字母)。
A．若18O只存在于产物H2O分子中,则说明醇的氧化是按①的过程进行
B．若在产物H2O分子中含有18O,则说明醇的氧化是按①的过程进行
C．若在产物乙醛分子中含有18O,则说明醇的氧化是按②的过程进行
D．若醇的氧化按②的过程进行,则18O只能存在于产物乙醛分子中第2课时 有机化合物结构的研究 有机化学反应的研究
1．了解基团理论对有机化合物结构研究的影响。
2．知道红外、核磁等现代仪器分析方法在有机化合物分子结构测定中的应用。
3．知道研究有机反应机理的基本方法和有机化学反应的研究内容。
知识01 有机化合物结构的研究
1．有机化合物的结构
(1)在有机化合物分子中，原子主要通过共价键结合在一起。分子中的原子之间结合方式或连接顺序的不同导致了所形成物质在性质上的差异。
(2)1838年，德国化学家李比希提出了“基团理论”。常见的基团有羟基(—OH)、醛基(—CHO)、羧基(—COOH)、氨基(—NH2)、烃基(—R)等，它们有不同的结构和性质特点。
2．测定有机化合物结构的分析方法
(1)1H核磁共振谱（1H-NMR）
①原理：有机物分子中的氢原子核所处的化学环境（即其附近的基团）不同，表现出的核磁性就不同，代表核磁性特征的峰在核磁共振谱图中横坐标的位置（化学位移，符号为δ）也就不同。
②在1H核磁共振谱中：特征峰的个数就是有机物中不同化学环境的氢原子的种类；特征峰的面积之比就是不同化学环境的氢原子的个数比。
③乙醇和二甲醚的1H核磁共振谱分析
乙醇 二甲醚
核磁共振氢谱
结论 氢原子类型有3种，不同氢原子的个数之比＝3：2：1。 氢原子类型有1种。
(2)红外光谱法
①原理：利用有机化合物分子中不同基团在红外光辐射的特征吸收频率不同，测试并记录有机化合物对一定波长范围的红外光吸收情况。
②应用：初步判断该有机物中具有哪些基团。
(3)质谱法
①原理：用高能电子束轰击有机物分子，使之分离成带电的“碎片”，不同的带电“碎片”的质量（m）和所带电荷（z）的比值不同，就会在不同的m/z处出现对应的特征峰。可根据特征峰与碎片离子的结构对应关系分析有机物的结构。
②质荷比（m/z）：指分子离子、碎片离子的相对质量与其电荷的比值。质谱图中，质荷比的最大值就表示了样品分子的相对分子质量。
有机化合物分子结构的确定方法
1．物理方法
(1)红外光谱法：初步判断有机物中含有的官能团或化学键。
(2)核磁共振氢谱：测定有机物分子中氢原子的类型和数目。
氢原子的类型＝吸收峰数目
不同氢原子个数之比＝不同吸收峰面积之比
2．化学方法
(1)根据价键规律，某些有机物只存在一种结构，可直接由分子式确定结构。
(2)官能团的特征反应→定性实验→确定有机物中可能存在的官能团。
(3)通过定量实验，确定有机物中的官能团及其数目。
3．质谱法可以测定有机物的相对分子质量
在质谱图中，最大的质荷比就是有机物的相对分子质量。根据相对分子质量和最简式可以确定有机物的分子式。
【即学即练1】二甲醚和乙醇是同分异构体，其鉴别可采用化学方法或物理方法，下列鉴别方法中不能对二者进行鉴别的是( )
A．利用金属钠或者金属钾 B．利用质谱法
C．利用红外光谱法 D．利用核磁共振氢谱
答案：B
解析：乙醇中含有—OH，可与金属钾或钠反应生成氢气，但二甲醚不反应，可鉴别，故A不符合题意；质谱法可确定分子的相对分子质量，因二者的相对分子质量相等，则不能鉴别，故B符合题意；二者含有的官能团和共价键的种类不同，红外光谱法可鉴别，故C不符合题意；二者含有氢原子的种类不同，核磁共振氢谱可鉴别，故D不符合题意。
【即学即练2】某有机物X的质谱、核磁共振氢谱和红外光谱如图所示，下列说法错误的是( )
A．由图1可知，该有机物的相对分子质量为46
B．由图2可知，该有机物分子中含有三种不同化学环境的氢原子
C．该有机物X能与金属Na反应放出H2
D．该有机物X的所有同分异构体的质谱图完全相同
答案：D
解析：质谱图中最大的数据即是相对分子质量，由其质谱图1可以得知A分子的相对分子质量为46，故A正确；核磁共振氢谱中有几组峰就有几种H原子，由核磁共振氢谱图2知，该有机物分子含有三种不同化学环境的氢原子，故B正确；由红外光谱图3可知，有机物X中含有官能团—OH，能与Na反应放出H2，故C正确；各同分异构体在质谱图中最大质荷比相同，但谱图不完全相同，故D错误。
知识02 有机化学反应的研究
1．有机化学反应研究的内容
设计并合成新的有机化合物是有机化学的重要研究内容，包括有机化学反应需要什么条件、受哪些因素的影响、反应机理如何等。
2．甲烷与氯气取代反应的反应机理
(1)反应机理
甲烷与氯气在光照条件下发生的卤代反应是一个自由基型链反应。
链引发：Cl2·Cl+·Cl
链增长：·Cl＋CH4―→HCl＋·CH3
·CH3＋Cl2―→CH3Cl＋·Cl
链终止：·Cl+·Cl―→Cl2
·Cl+·CH3―→CH3Cl
其中Cl2、CH4为反应物，·Cl、·CH3为自由基，HCl、CH3Cl为生成物。
(2)反应产物：共有CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl五种。
3．同位素示踪法研究酯的水解反应
(1)方法：将乙酸乙酯与H218O在硫酸催化下加热水解，检测18O的分布情况，判断酯水解时的断键情况。
(2)反应机理
由此可以判断，酯在水解过程中断开的是酯中的①键，水中的—18OH连接在①键上形成羧酸。
4．反应机理研究手段——仪器分析
乙烯与溴化氢反应机理：
HBr―→H＋＋Br－
CH2===CH2＋H＋―→CH3H2
CH3H2＋Br－―→CH3CH2Br
利用质谱仪可以检测出该反应过程中产生的中间体——乙基碳正离子(CH3H2)，据此可推出该反应为离子型反应。
同位素示踪法是以放射性同位素为示踪剂，对研究对象进行标记的微量分析方法。可以用同位素作为一种标记，制成含有同位素的标记化合物来代替相应的非标记化合物。利用放射性同位素不断地放出特征射线的核物理性质，就可以用核探测器随时追踪它在产物中的位置和数量。
【即学即练3】CH4与Cl2反应的机理是①Cl2·Cl＋·Cl
②·Cl＋CH4―→·CH3＋HCl
③·CH3＋Cl2―→·Cl＋CH3Cl
则下列说法正确的是( )
A．可以得到纯净的CH3Cl
B．产物中最多的是HCl
C．该反应需一直光照
D．产物中CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4物质的量相等
答案：B
解析：由反应机理②知，·Cl与烃中的氢原子结合生成HCl，故产物中有机物除CH3Cl外还有CH2Cl2、CHCl3、CCl4，物质的量无法确定，最多的产物为HCl。故A、D项错误，B项正确。由反应机理②③知CH4+Cl2CH3Cl+HCl，·Cl起催化作用 ，故一旦光照下产生·Cl，反应即可进行完全，C项错误。
【即学即练4】若乙酸分子中的氧都是18O，乙醇分子中的氧都是16O，二者在浓硫酸作用下加热发生反应，一段时间后，分子中含有18O的物质有( )
A．1种 B．2种 C．3种 D．4种
答案：C
解析：由+H—16OC2H5+H218O，故生成的酯、水中均含有18O，此反应为可逆反应，乙酸本身也含有18O。
题型一 有机化合物结构的确定
1．在核磁共振氢谱中出现3组峰，且氢原子个数比为3∶1∶4的化合物是 ( )
A． B．
C． D．
答案：C
解析：A项中的有机物有2种氢原子，个数比为3∶1；B项中的有机物有3种氢原子，个数比为1∶1∶3；C项中的有机物有3种氢原子，个数比为3∶1∶4；D项中的有机物有2种氢原子，个数比为3∶2，故选C。
2．某有机化合物A的质谱图如图1，核磁共振氢谱图如图2，则A的结构简式可能为( )
A．CH3CH2OH B．CH3CHO C．HCOOH D．CH3CH2COOH
答案：A
解析：由图1可知此有机化合物的最大质荷比为46，故其相对分子质量为46，由图2可知该有机化合物A中存在三种不同化学环境的H原子，只有乙醇符合题意。
解答有关波谱分析问题注意以下三点：
(1)质谱图：确定相对分子质量(最大质荷比)；
(2)红外光谱图：确定化学键和官能团信息；
(3)核磁共振氢谱图：确定氢原子种类和数目(吸收峰数目=氢原子种类数，不同吸收峰的面积之比=不同氢原子的个数之比)。
题型二 有机化学反应的研究
3．已知CH4与Cl2反应的产物中除CH3Cl外，还有CH2Cl2、CHCl3、CCl4，下列有关生成CH2Cl2的过程中，不可能出现的是( )
A．2Cl·+CH4—→2HCl+·CH2Cl B．·CH2Cl+Cl2—→CH2Cl2+Cl·
C．·CH2Cl+Cl·—→CH2Cl2 D．Cl·+CH3Cl—→·CH2Cl+HCl
答案：A
解析：CH4与Cl2反应为自由基反应，生成CH2Cl2的反应机理包括三个阶段：
链引发阶段：Cl2—→Cl·+Cl·，Cl·+CH3Cl—→·CH2Cl+HCl
链传递阶段：Cl2+·CH2Cl—→CH2Cl2+Cl·
链终止阶段：Cl·+Cl·—→Cl2，Cl·+·CH2Cl—→CH2Cl2
综合上述反应历程，可知符合题意的为A。
4．已知在水溶液中存在平衡：，当与CH3CH2OH发生酯化反应时，不可能生成的是 ( )
A． B．
C．O D．H2O
答案：A
解析：酯化反应的实质是“羧酸脱—OH，醇脱—H”。依题给条件，写出2个化学方程式：+HOC2H5+H2O，+HOC2H5+O，故A选项不符合。
5．如图所示，乙酸跟乙醇在浓硫酸存在并加热的条件下发生酯化反应(反应A)，其逆反应是水解反应(反应B)。反应可能经历了生成中间体(Ⅰ)这一步。
(1)如果将反应按加成、取代等反应分类，则A~F六个反应中(将字母代号填入下列横线上)，属于取代反应的是 ；属于加成反应的是 。
(2)中间体(Ⅰ)属于有机物的 类。
(3)①如果将原料C2H5OH中的氧原子用18O标记，则生成物乙酸乙酯中是否有18O ___________。
②如果将原料中羧羟基的氧原子用18O标记，则生成物H2O中的氧原子是否有18O 试简述你作此判断的理由。
____________________________________________________________________________。
答案：(1)AB CF (2)醇和醚
(3)①有，因为酯化反应的机理是羧酸脱羟基醇脱氢。
②有，因为酯化反应中羧酸提供羟基，故18O会在H2O中出现。
解析：(1)酯化反应属于取代反应，其逆反应也是取代反应，从乙酸与乙醇到中间体(Ⅰ)的反应C是加成反应，从乙酸乙酯到中间体(Ⅰ)也是加成反应。(3)①如果原料C2H5OH中的氧原子用18O 标记，根据酯化反应的机理，18O应在酯中，不在水中；②如果将原料中羧羟基的氧原子用18O标记，根据酯化反应中羧酸提供羟基，18O会在H2O中出现。
基础巩固
1．随着科学技术的发展，化学研究的手段日趋先进，下列有关技术在化学研究中的应用的说法不正确的是( )
A．仅用红外光谱图即可确定复杂有机物的分子结构
B．用pH计测定溶液的pH
C．用质谱仪测定有机物的相对分子质量
D．用同位素示踪法研究有机反应的机理
答案：A
解析：对于复杂的有机物，仅用红外光谱图很难确定相同的几个基团在碳骨架上的相对位置，不能确定具体的分子结构，A错误。
2．某有机物样品的质荷比如图所示(假设离子均带一个单位正电荷，信号强度与该离子的多少有关)，则该有机物可能是( )
A．甲醇 B．甲烷 C．丙烷 D．乙烯
答案：B
解析：从图中可看出其最右边峰质荷比为16，说明该有机物相对分子质量为16，为甲烷。
3．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
答案：B
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。
4．下列化合物的1H-NMR谱图中吸收峰的数目不正确的是( )
A．(2组) B．(5组)
C．(3组) D．(4组)
答案：A
解析：A有两个对称轴，有3种等效氢原子，有3组峰；B有一个对称轴，有5种等效氢原子，有5组峰；C中要注意单键可以转动，因此左边两个甲基是相同的，右边3个甲基也是相同的，因此有3种等效氢原子，有3组峰；D中有一个对称中心，因此有4种等效氢原子，有4组峰。
5．1H核磁共振谱是指有机物分子中的氢原子所处的化学环境(即其附近的基团)不同，表现出的核磁性就不同，代表核磁性特征的峰在1H核磁共振谱图中坐标的位置(化学位移，符号为δ)也就不同。现有一物质的1H核磁共振谱如图所示，则它可能是( )
A．CH3CH2CH3 B．CH3CH2CH2OH C．(CH3)2CHCH3 D．CH3CH2CHO
答案：B
解析：在1H核磁共振谱图中，由峰的个数即可推知有几种化学环境不同的氢原子，从图中可知有4种环境不同的氢原子。分析选项可得A项有2种，B项有4种，C项有2种，D项有3种。
6．在1H核磁共振谱中出现两组峰，其氢原子数之比为3∶2的化合物是( )
答案：D
解析：“出现两组峰”说明该化合物有两种氢原子。A选项有2种氢原子，个数分别为2和6；B选项有3种氢原子，个数分别为2、2和6；C选项有2种氢原子，个数分别为8和6；D选项有2种氢原子，个数分别为4和6。符合条件的选项为D。
7．科学家合成了一种新的化合物X。用现代物理方法测得X的相对分子质量为64，且各元素的质量分数分别为C 93.8%，H 6.2%。X分子中有三种化学环境不同的H原子和四种化学环境不同的C原子，则X可能的结构简式为( )
A． B．
C． D．
答案：C
解析：根据X的相对分子质量和各元素的质量分数可求出该分子中含有5个C和4个H，即分子式为C5H4。四个选项均符合要求。但由于A项中有3种H、5种C，B项中有2种H、4种C，C项中有3种H、4种C，D项中有3种H、5种C，只有C项符合要求。
8．如图是A、B两种物质的核磁共振氢谱。已知A、B两种物质都是烃类，都含有6个氢原子。请根据如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( )
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
答案：B
解析：核磁共振氢谱是记录不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中为C2H6。在图2中，氢原子有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—CHCH2，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。
9．三聚氰胺最早被李比希于1834年合成，它有毒，不可用于食品加工或食品添加剂。经李比希法分析得知，三聚氰胺分子中，氮元素的含量高达66.67%，氢元素的质量分数为4.76%，其余为碳元素。它的相对分子质量大于100，但小于150。试回答下列问题：
(1)分子式中原子个数比N(C)∶N(H)∶N(N)=________。
(2)三聚氰胺分子中碳原子数为________，理由是______________________________(写出计算式)。
(3)三聚氰胺的分子式为______________。
(4)若核磁共振氢谱显示只有1个吸收峰，红外光谱表明有1个由碳氮两种元素组成的六元杂环。则三聚氰胺的结构简式为__________。
答案：(1)1∶2∶2
(2)3 (3)C3H6N6
(4)
解析：(1)N(C)∶N(H)∶N(N)=∶∶≈1∶2∶2。
(2)(3)因为N(C)∶N(H)∶N(N)=1∶2∶2，又N(C)=3，所以，分子中N(C)、N(H)、N(N)分别为3、6、6。
(4)核磁共振氢谱显示只有1个吸收峰，说明是对称结构，这6个H原子的环境相同，又因为碳为四价元素，氮为三价元素，故六元环中C、N各有3个原子交替出现。
10．为测定某化合物A的结构，进行如下实验。
第一步，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)，则该有机物中各元素的原子个数比是________。
(2)用质谱仪测定该有机化合物的相对分子质量为46，则该物质的分子式是__________。
(3)根据价键理论，预测A的可能结构并写出结构简式____________________。
第二步，结构式的确定：
(4)经测定，有机物A的核磁共振氢谱图如下：
则A的结构简式为________________。
答案：(1)N(C)∶N(H)∶N(O)=2∶6∶1 (2)C2H6O (3)CH3CH2OH或CH3OCH3 (4)CH3CH2OH
解析：(1)有机物中含有n(C)=n(CO2)==0.2 mol，n(H)=2n(H2O)=×2=0.6 mol，n(O)=2n(CO2) +n(H2O)-n(O2)×2=2×0.2 mol+0.3 mol-2×=0.1 mol，故N(C)∶N(H)∶N(O)=2∶6∶1。
(2)C2H6O的相对分子质量为46，则该物质分子式为C2H6O。
(3)C2H6O的结构简式可能为CH3CH2OH或CH3OCH3。
(4)由于核磁共振氢谱中有3个峰，故应有三种氢原子，则A为CH3CH2OH。
培优竞赛
1． 用18O标记的叔丁醇[(CH3)3C—18OH]与乙酸发生酯化反应(记为反应①)、用18O标记的乙醇(C2H5—18OH)与硝酸发生酯化反应(记为反应②)后，18O都存在于水中。关于上述两个反应机理有这样两个解释：
Ⅰ.酸提供羟基、醇提供羟基上的氢原子结合成水；
Ⅱ.醇提供羟基、酸提供羟基上的氢原子结合成水。
下列叙述中正确的是( )
A．①、②两个反应的机理都是Ⅰ
B．①、②两个反应的机理都是Ⅱ
C．①的机理是Ⅰ，②的机理是Ⅱ
D．①的机理是Ⅱ，②的机理是Ⅰ
答案：B
解析：用18O标记的叔丁醇[(CH3)3C—18OH]与乙酸发生酯化反应，反应后18O存在于水中，说明发生酯化反应，乙酸脱去羟基上的氢原子，叔丁醇脱去含有18O的—18OH。用18O标记的乙醇(C2H5—18OH)与硝酸发生酯化反应后，18O存在于水中，说明醇与硝酸发生酯化反应，酸脱去羟基上的氢原子，乙醇脱去含18O的—18OH。结论是在发生酯化反应时的反应机理是酸脱羟基上的氢原子，醇脱羟基。
2．已知某有机物A的红外光谱和1H核磁共振谱如下图所示，下列说法中错误的是( )
A．由红外光谱图可知，该有机物中至少含有三种不同的化学键
B．由1H核磁共振谱可知，该有机物分子中有三种不同的氢原子且个数比为1∶2∶3
C．若A的化学式为C2H6O，则其结构简式为CH3CH2OH
D．仅由其1H核磁共振谱就可得知其分子中的氢原子总数
答案：D
解析：A项，由红外光谱图中可知A中至少含有C—H、O—H、C—O三种化学键，A项正确；由A的1H核磁共振谱的三种峰高的值可推知三种不同环境的氢原子的个数比值为3∶2∶1，B、C项正确，D项不正确。
3．在120 ℃条件下，3.7 g某有机物(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，谱图如图所示：
则该有机物可能是( )
A．HCOOCH2CH3 B．CH3CH2C≡CH
C．CH3CH2OH D．CH2=CHCH3
答案：A
解析：浓H2SO4吸水，增重的质量即为H2O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选项符合，且A选项中氢原子共有三类，对应核磁共振氢谱中的三个峰。
4．化学反应的实质就是旧键的断裂和新键的生成。欲探讨发生化学反应时分子中化学键在何处断裂的问题，近代科技常使用同位素示踪原子法。如有下列反应：
2R—14CH=CH—R'R—14CH=CH—R+R'—14CH=CH—R'
由此可以推知，化合物CH3—CH=CH—CH2—CH3
反应时断裂的化学键应是( )
A．①③ B．①④ C．② D．②③
答案：A
解析：由信息中化学键变化可知，反应的实质就是与烯烃双键碳原子相连的烃基进行交换，结合信息可确定断键位置应为①③。
5．已知有机分子中同一碳原子上连接两个羟基是不稳定的，会自动脱水：
有人提出了醇氧化的两种可能过程：
①去氢氧化：，失去的氢原子再和氧原子结合成水分子；
②加氧氧化：中间产物A，反应过程为先加氧后脱水。
(1)请写出加氧氧化的中间产物A的结构式_________________。
(2)要证明这两种过程哪一种是正确的，我们仍然准备用同位素原子示踪法。用18O2和铜催化剂在一定的温度下氧化乙醇，下列有关说法中正确的是__________(填字母)。
A．若18O只存在于产物H2O分子中,则说明醇的氧化是按①的过程进行
B．若在产物H2O分子中含有18O,则说明醇的氧化是按①的过程进行
C．若在产物乙醛分子中含有18O,则说明醇的氧化是按②的过程进行
D．若醇的氧化按②的过程进行,则18O只能存在于产物乙醛分子中
答案:
解析：(1)结合题目信息，则的中间产物是。
(2)用同位素示踪法,若发生去氢氧化,失去的氢原子再与18O结合，则18O全在水中；若发生加氧氧化过程，则18O既可能存在于中，也可能存在于H2O中。
