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第2课时 有机化合物实验式、分子式和分子结构的确定
课
程 标
准 1.知道红外光谱、核磁共振氢谱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。
2.通过测定有机化合物元素含量、相对分子质量,能确定有机
化合物分子式,并能根据特征结构和现代物理技术确定物质结
构
目 录
1、基础知识·准落实
4、学科素养·稳提升
3、教学效果·勤检测
2、关键能力·细培养
基础知识·准落实
1
梳理归纳 高效学习
分点突破(一) 确定实验式
1. 研究有机化合物的基本步骤
(1)实验式
有机化合物分子内各元素原子的 ,也称
为 。
最简整数比
最简式
2. 实验式的确定
(2)元素分析
分
类 定性分析 定量分析
含
义 用化学方法鉴定
有机化合物的元
素组成 将一定量的有机化合物燃烧,转化为简单的无
机物,并通过测定无机物的质量,推算出有机
化合物所含各元素的质量分数,然后计算该有
机化合物分子内各元素原子的
,确定其
最简整数
比
实验式
分
类 定性分析 定量分析
举
例 烃完全燃烧后,
碳元素变
成 ,氢
元素变
成 根据CO2的质量确定有机化合物中C元素
的 ,根据H2O的质量确定有机化
合物中H元素的
CO2
H2O
质量分数
质量分数
(3)李比希定量分析的一般步骤
一定量的有机化合物 吸收剂在吸收
前后的质量差 碳、氢元素
的质量分数+剩余的是氧元
素的质量分数→实验式
(4)有机化合物中是否含有氧元素的判断
有机化合物完全燃烧的产物为CO2和H2O,判断是否含有氧元
素,可通过相关的实验先确定CO2和H2O的质量,进而求得有
机化合物中所含碳元素和氢元素的质量,m(C)= ×m
(CO2),m(H)= ×m(H2O)。
②若m(有机化合物)>m(C)+m(H),且完全燃烧只
生成CO2和H2O,则说明有机化合物中含有C、H、O三种元
素,其中m(O)=m(有机化合物)-m(C)-m(H)。
①若m(有机化合物)=m(C)+m(H),则说明该有机
化合物中只含碳和氢两种元素;
3. 元素定量分析的思维模型
李比希,德国化学家,被称为“有机化学之父”。李比希通过对大量
有机化合物中元素的定量分析,得到了大批有机化合物的实验式,测
定有机化合物中碳和氢的组成常用燃烧分析法。如图是模拟李比希测
定有机化合物组成的实验装置,在750 ℃左右使有机化合物在氧气流
中全部被氧化为CO2和H2O,用浓硫酸、碱石灰分别吸收H2O和CO2。
【交流讨论】
1. 装置E和装置F中碱石灰的作用分别是什么?
提示:装置E用于吸收生成物中的CO2;装置F用于防止空气中的
CO2和H2O(g)进入E装置,减小误差。
2. 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
含C、H两种元素吗?
提示: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。
3. 装置中CuO的作用是什么?
提示:CuO使有机化合物充分燃烧生成CO2(CuO能将CO转化为
CO2)。
4. 2.3 g某有机化合物按上述装置完全燃烧后生成4.4 g 二氧化碳和
2.7 g水,该有机化合物的组成元素有哪些?
提示:该有机化合物中含碳: ×12 g·mol-1=1.2 g;含
氢: ×2×1 g·mol-1=0.3 g;因2.3 g>(1.2 g+0.3
g),故该有机化合物中还含有氧元素。因此,该有机化合物是由
C、H、O三种元素组成的。
1. 6.4 g某化合物在氧气中充分燃烧,只生成8.8 g CO2和7.2 g H2O。
下列说法正确的是( )
A. 不能确定该化合物是否含有氧元素
B. 该化合物仅含碳、氢两种元素
C. 该化合物中碳、氢原子个数比为1∶2
D. 该化合物中碳、氧原子个数比为1∶1
解析: n(CO2)= =0.2 mol,根据C守恒,该化合
物中n(C)=0.2 mol,m(C)=0.2 mol×12 g·mol-1=2.4 g;
n(H2O)= =0.4 mol,根据H守恒,该化合物中n
(H)=0.8 mol,m(H)=0.8 g;m(C)+m(H)=2.4 g+
0.8 g=3.2 g<6.4 g,故该化合物中还含有O元素,n(O)=
=0.2 mol,A、B错误;该化合物中C、H原子的个数比
为0.2 mol∶0.8 mol=1∶4,C错误;该化合物中C、O原子的个数
比为0.2 mol∶0.2 mol=1∶1,D正确。
2. 某化学小组同学利用如图装置测定有机化合物中元素C、H、O的
质量比,将质量为m的CxHyOz样品放入石英管中加热使其充分反
应,实验结束后,U形管c、d的质量增重分别为m1、m2。
A. 开始实验时,依次点燃酒精喷灯b、a
B. 实验测得元素C、H的质量比为27m2∶22m1
C. 若调换装置c和d,则无法达成实验目的
D. 若加热前未先通入一段时间氧气会导致测得氧元素的质量分数偏小
下列说法错误的是( )
解析: 为使有机物不完全燃烧生成的CO完全转化为被碱石灰
吸收的CO2,实验开始时,应依次点燃酒精喷灯b、a,A正确;装
置c为水蒸气的吸收测定装置,装置d为CO2的吸收测定装置,则实
验测得碳、氢元素的质量比为( ×12)∶( ×2×1)=
27m2∶11m1,B错误;装置c为水蒸气的吸收测定装置,装置d为
CO2的吸收测定装置,若调换装置c和d,则碱石灰会吸收CO2和水
蒸气,无法测得反应生成CO2和水蒸气的质量,无法达成实验目
的,C正确;若加热前未先通入一段时间氧气排尽装置中的空气,
实验测得水蒸气和CO2的质量均偏高,会导致测得氧元素的质量分
数偏小,D正确。
分点突破(二) 确定分子式
1. 质谱法
(1)质荷比
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 的 不同、 不同的分子离子
和碎片离子等。计算机对其进行分析后,得到它们的
与 的比值,即质荷比。
正电荷
质量
电荷
相对
质量
电荷数
(3)相对分子质量的确定
①由质谱图确定相对分子质量
质谱图中 的分子离子峰的质荷比表示样品中分子
的相对分子质量。
(2)质谱图
以 为横坐标,以 为纵坐
标记录测试结果,就得到有机化合物的质谱图。
质荷比
各类离子的相对丰度
最右侧
②示例
如图是某未知物A(实验式为C2H6O)的质谱图,由此可确定
该未知物的相对分子质量为 。
46
2. 确定有机物分子式的思维模型
3. 有机物分子式的确定方法
(1)直接法
直接求算出1 mol气体中各元素原子的物质的量,即可推出分
子式,如给出一定条件下的相对密度及各元素的质量比,求
算分子式的途径为相对密度→摩尔质量→1 mol 气体中各元
素原子的物质的量→分子式。
(2)实验式法
实验式是表示有机化合物分子中所含各元素的原子数目最简
整数比的式子。由各元素的质量分数→各元素的原子个数之
比(实验式) 分子式。
(3)物质的量关系法
由密度或其他条件→摩尔质量→1 mol分子中所含各元素原子
的物质的量→分子式。
(4)通式法
物质的性质等→类别及组成通式(如CnH2n)
n值→分子式。
乳酸独特的酸味可增加食物的美味,在酱油、醋等调味品中加入一
定量的乳酸,可保持产品中微生物的稳定性、安全性,同时使口味更
加温和。已知9.0 g乳酸在足量O2中充分燃烧,将生成的混合气体依
次通过足量的浓硫酸和碱石灰,分别增重5.4 g和13.2 g,经检验剩余
气体为O2。乳酸分子的质谱图如下。
【交流讨论】
1. 乳酸中含有哪些元素?
提示:C、H、O三种元素。9.0 g乳酸完全燃烧生成CO2 13.2 g
(含C元素:3.6 g),生成H2O 5.4 g(含H元素:0.6 g),故9.0
g乳酸中还含有O元素4.8 g。
2. 根据乳酸分子的质谱图,其相对分子质量是多少?
提示:90。由乳酸分子的质谱图可知,质荷比最大为90,即相对分
子质量为90。
3. 通过计算确定乳酸的分子式。
提示:C3H6O3。9.0 g乳酸的物质的量为 =0.1 mol,燃烧
生成的二氧化碳的物质的量为 =0.3 mol,生成的水的物
质的量为 =0.3 mol,则1个乳酸分子中N(C)=
=3、N(H)= =6,则分子中N(O)= =3,
故乳酸的分子式为C3H6O3。
4. 有机物的实验式和分子式有何异同?试分析能否由实验式直接确定
分子式?
提示:实验式也叫“最简式”,表示最简单的原子个数比,而分子
式表明了一个分子中的所含各元素原子的个数,有些物质的实验式
和分子式相同,如CH4,大多数有机物则不同,如乙烯的分子式是
C2H4实验式是CH2 。有些是实验式是可以直接确定分子式的,有些
不可以。如实验式CH4、CH4O、CH3、C2H6O、CH3O等,根据氢
原子饱和程度知对应的分子式只有CH4、CH4O、C2H6、C2H6O、
C2H6O2,但绝大多数实验式是无法直接确定分子式的。
1. 某有机化合物的质谱图如图所示,
则该有机物可能是( )
A. NO2 B. CH2O
C. C3H10 D. C2H6O
解析: A项,NO2不是有机物;B项,CH2O的质荷比为30;C
项,不存在C3H10的有机物;D项,C2H6O相对分子质量为46,质荷
比为46,符合题意。
2. 某气态有机化合物X含C、H、O三种元素,已知下列条件,现欲确
定X的分子式,所需的最少条件是( )
①X中含碳质量分数 ②X中含氢质量分数 ③X在标准状况下的
体积 ④质谱确定X的相对分子质量 ⑤X的质量
A. ①② B. ①②④
C. ①②⑤ D. ③④⑤
解析: 由C、H的质量分数可推出O的质量分数,由各元素的质
量分数可确定X的实验式,由相对分子质量和实验式可确定X的分
子式。
3. 某芳香烃A的质谱图如图所示:
(1)A的结构简式为 。
解析:根据A为芳香
烃,其结构中一定含有苯
环,再结合最大的质荷比为
92,可知该芳香烃的相对分
子质量为92,即芳香烃A
为 (甲苯)。
(2)A的一氯代物共有 种。
解析:甲苯苯环上和甲基上的一氯代物分别为3种和1种,即甲苯的一氯代物共有4种。
4
(3)A中最多有 个原子共平面。
解析:苯环上的12个原子一定共平面,甲基上的3个H原子中最多有1个H原子在该平面上,即甲苯中最多有13个原子共平面。
13
(4)已知9.2 g A在足量O2中充分燃烧,混合气体依次通过足量的
浓硫酸和碱石灰,分别增重 g和 g。
解析:9.2 g甲苯的物质的量为0.1 mol,完全燃烧后生成0.4 mol水和0.7 mol CO2,其质量分别为7.2 g和30.8 g。
7.2
30.8
分点突破(三) 确定分子结构
1. 红外光谱
(1)
(2)示例
分子式为C2H6O的红外光谱:
该有机化合物分子中有3种不同的化学键,分别是 C—H、
O—H、C—O,可推知该分子的结构为 。
C2H5OH
2. 核磁共振氢谱
(1)作用:测定有机物分子中氢原子的类型和它们的相对数目。
(2)原理:氢原子核具有磁性,如果用电磁波照射含氢元素的化
合物,其中的氢核会吸收特定频率电磁波的能量而产生核磁
共振现象,用核磁共振仪可以记录到有关信号。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。
(3)关系
吸收峰组数=
吸收峰面积比=
(4)乙醇和二甲醚的核磁共振氢谱
乙醇 二甲醚
核磁 共振 氢谱
化合物中氢原子种类
不同种类氢原子个数比
3. X射线衍射
(1)原理:X射线是一种波长很短(约10-10 m)的电磁波,
它和晶体中的原子相互作用可以产生衍射图。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。
(2)应用: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。
1. 某有机物X的红外光谱图如图所示。有机物X的结构简式可能为
( )
A. HCOOH B. HCHO
C. CH3COCH3 D. HCOOCH3
解析: 由红外光谱图可以看出分子中有两种不对称的C—H,
同时还存在C O。HCOOH分子中只有一个C—H,不满足题
意,A项错误;HCHO中有两个对称的C—H,不满足题意,B项错
误;CH3COCH3有多个C—H但均为对称的C—H,不满足题意,C
项错误;HCOOCH3中有两种不对称的C—H,同时还存在C
O,满足题意,D项正确。
2. 某有机物A的分子式为C4H10O,对其结构进行光谱分析如图所示,
则A的结构简式为( )
A. (CH3)2CHOCH3 B. CH3CH2OCH2CH3
C. CH3CH2CH2CH2OH D. CH3OCH2CH2CH3
解析: 该有机物A的分子式为C4H10O,红外光谱显示存在—
CH3、—CH2—和—O—;核磁共振氢谱显示该有机物有2组吸收
峰,且峰面积比为3∶2;因此该有机物的结构简式为
CH3CH2OCH2CH3,选B。
3. 利用核磁共振技术测定有机物分子三维结构的研究获得了诺贝尔化
学奖。某研究小组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)将有机化合物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
。
N(C)∶N(H)∶N(O)=
2∶6∶1
解析:有机化合物A置于氧气流中充分燃烧,生成5.4 g H2O和8.8 g CO2,即生成0.3 mol H2O和0.2 mol CO2,消耗氧气n(O2)= =0.3 mol O2,根据原子守恒可知,A中含有0.2 mol C、0.6 mol H和0.1 mol O,所以有机化合物A中元素的原子个数比是N(C)∶N(H)∶N(O)=2∶6∶1。
(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 ,该物质的分子式为 。
46
C2H6O
解析:用质谱仪测定该有机化合物的相对分子质量,如图1所
示,则其相对分子质量为46,则该物质的分子式为C2H6O。
解析: A的分子式为C2H6O,可能是醇或醚,所以A可能的结构简
式为CH3OCH3、C2H5OH。
(3)写出A可能的结构简式: 。
CH3OCH3、C2H5OH
(二)结构式的确定
(4)核磁共振氢谱能对有机物分子中不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:氯甲基甲基醚(Cl—CH2—O—CH3)有两种
氢原子(如图2)。经测定,有机化合物A的核磁共振氢谱示意
图如图3,则A所含官能团的名称为 。
羟基
解析: A的核磁共振氢谱示意图(如图3)显示,A含有三种
不同化学环境的H原子,所以A为醇,则A所含官能团的名称
为羟基。
2
关键能力·细培养
互动探究 深化认知
有机物分子式和分子结构的确定(分析与推测)
【典例】 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,进行了如下实验:
(1)有机物X的质谱图如图所示,该有机物X的相对分子质量
为 。
提示:质谱图中质荷比最大数值即为相对分子质量,由质谱图
可知有机物X的相对分子质量为100。
(2)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。该有机物X的分子式为 。
提示:无水CaCl2增重的7.2 g是水的质量,氢原子的物质的量为
×2=0.8 mol,KOH浓溶液增重的22.0 g是二氧化碳的
质量,碳原子的物质的量为 =0.5 mol,根据质量守
恒,氧元素的质量为10.0 g-0.8 mol×1 g·mol-1-0.5 mol×12
g·mol-1=3.2 g,则氧原子的物质的量为 =0.2 mol,
则该分子中碳、氢、氧原子的个数之比为 0.5 mol∶0.8
mol∶0.2 mol=5∶8∶2,结合X的相对分子质量可知,有机物
X的分子式为C5H8O2。
(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。该有机物X的结构简
式为 。
提示: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,则分子中含有2种不同化学环境的
氢原子,其中一种是醛基中的氢原子,又因为峰面积之比为
3∶1,则含两个醛基,故其结构简式为(CH3)2C(CHO)2。
【规律方法】
1. 谱图法在确定有机物分子结构中的应用
(1)由核磁共振氢谱图,确定氢原子的种类数和各类氢原子的个
数之比。
(2)由红外光谱图推知有机物分子中含有的化学键、官能团。
2. 有机物分子结构的确定
(1)有机化合物分子不饱和度的计算
①计算公式:Ω=x+1-
式中:x为碳原子数,y为氢原子数。
②在计算不饱和度时,若有机化合物分子含有卤素原子,可
将其视为氢原子;若含有氧原子,则不予考虑;若含有氮原
子,就在氢原子总数中减去氮原子数。
(2)确定有机物分子结构的思维模型
【迁移应用】
1. 烃分子中若含有双键、三键或环,其氢原子数则少于同碳原子数对
应烷烃所含的氢原子数,亦具有一定的不饱和度(用Ω表示)。下
表列出几种烃的不饱和度:
有机物 乙烯 乙炔 环己烷 苯
Ω 1 2 1 4
A. 1 mol Ω=3的不饱和链烃结合6 mol H即达到饱和
B. 的Ω等于6
C. CH3CH2CH CH2与环丁烷的不饱和度相同
D. C4H8的不饱和度与C3H6、C2H4的不饱和度相同
据此下列说法不正确的是( )
解析: 每增加1个不饱和度要减少2个氢原子,所以1 mol Ω为3
的不饱和链烃结合6 mol H可达到饱和,A正确; 中含
有1个苯环、1个碳碳三键和1个碳环,其不饱和度=4+1×2+1=
7,B错误;CH3CH2CH CH2与环丁烷的不饱和度都是1,二者
的不饱和度相同,C正确;C4H8与C3H6、C2H4的不饱和度都为1,
其不饱和度相同,D正确。
2. 测得某有机物中碳元素的质量分数为60%,氢元素的质量分数为
13.33%。0.2 mol该有机物质量为12 g。其红外光谱图只有C—C、
C—H、O—H、C—O的振动吸收,则有关该有机物的叙述不正确
的是( )
A. 该有机物属于烃的含氧衍生物
B. 该有机物质谱图中最大质荷比是60
C. 该有机物能与金属Na反应
D. 该有机物核磁共振氢谱图中有4个吸收峰,峰面积之比为
3∶2∶2∶1
解析: 由M= = =60 g·mol-1,其中碳元素的质量分数
为 =60%,M(C)=36,可知碳原子数为3个; =
13.3%,M(H)≈8,可知氢原子数为8个;氧元素的质量分数为
1-13.33%-60%=26.67%,同上可求出氧原子数为1个。红外光
谱图只有C—C、C—H、O—H、C—O的振动吸收,该物质为
CH3CH2CH2OH或 。该有机物为醇,是烃的含氧
衍生物,A正确;
该有机物的相对分子质量为60,即最大质荷比是60,B正确;该有机
物为醇,能与金属Na反应,C正确;因无法确定有机物的结构,峰面
积之比无法确定,D错误。
3. 青蒿素是我国科学家从传统中药中发现能治疗疟疾的有机化合物,
其分子结构如图所示,它可用单官能团有机溶剂A从中药中提取。
(1)青蒿素的分子式为 。借助李比希法确定有机溶剂A
的实验式(最简式)。利用如图所示的装置测定有机化合物
A的组成,取4.4 g A与足量氧气充分燃烧,实验结束后,高
氯酸镁的质量增加3.6 g,碱石棉的质量增加8.8 g。装置图中
氧化铜的作用是 。
C15H22O5
使碳元素完全转化为CO2
解析:青蒿素的分子式为C15H22O5;装置图中氧化铜能使可能存在不完全燃烧生成的CO完全转化为CO2,故氧化铜的作用是使碳元素完全转化为CO2。
(2)使用现代分析仪器对有机化合物A的分子结构进行测定,相
关结果如下:
①根据图1,A的相对分子质量为 。
88
②根据图2,推测A可能所属有机化合物的类别 ,分子式
为 。
酯
C4H8O2
③根据以上结果和图3(三组峰的面积比为3∶3∶2),推测
A的结构简式可能为
。(写出一种即可)
CH3CH2COOCH3(或
CH3COOCH2CH3)
解析:①根据图1中信息得到A的相对分子质量为88;②取4.4 g A(0.05 mol)与足量O2充分燃烧,实验结束后,高氯酸镁的质量增加3.6 g(0.2 mol H2O),碱石棉的质量增加8.8 g(0.2 mol CO2),则根据质量守恒说明还含有氧,n(O)= mol=0.1 mol,则最简式为C2H4O,根据相对分子质量为88得到分子式为C4H8O2,根据图2,含有碳氧双键,还含有碳氧单键和甲基,则推测A可能属于酯,分子式为C4H8O2;③含有不对称的甲基,分子式为
C4H8O2,有三组峰的面积比为3∶3∶2,推测A的结构简式为
CH3CH2COOCH3或CH3COOCH2CH3。
3
教学效果·勤检测
强化技能 查缺补漏
1. 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∶8
C. 无法确定该化合物是否含有氧元素
D. 该化合物实验式为CH4O
解析: 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,n(CO2)=0.2 mol,n(H2O)=0.4 mol,则6.4 g
该化合物中含有0.2 mol C、0.8 mol H,根据质量守恒定律,该化
合物中含有O元素,n(O)=
=0.2 mol。根据以上分析,
该化合物含碳、氢、氧三种元素,A错误;6.4 g该化合物中含有
0.2 mol C、0.8 mol H,碳、氢原子个数比为1∶4,B错误;6.4 g
该化合物中含有0.2 mol C、0.8 mol H、0.2 mol O,该化合物实验
式为CH4O,D正确。
2. 下列有机化合物的分子中,含有2种处于不同化学环境的氢原子的
是( )
A. C(CH3)4
B. CH3—CH(CH3)—CH CH2
C. 甲苯
D. 对二甲苯
解析: C(CH3)4中的氢原子全为同一碳原子所连甲基上的氢
原子,只有1种化学环境的氢原子,A错误;CH3—CH(CH3)—
CH CH2有4种不同化学环境的氢原子,B错误;甲苯
有4种不同化学环境的氢原子,C错误;对二甲苯 有2种不
同化学环境的氢原子,D正确。
3. 某有机物的质谱图如图所示,该有机物的结构简式可能是( )
A. B.
C. D. CH3CH2OCH3
解析: 由质谱图可知,该有机物的相对分子质量为78,只有A
项的相对分子质量为78。
4. 有机物R的红外光谱和核磁共振氢谱如图所示,下列说法中错误的
是( )
A. 若有机物R的分子式为C2H6O,则其结构简式为 CH3—O—CH3
B. 由核磁共振氢谱图可知,该有机物分子中有三种不同化学环境的
氢原子
C. 由红外光谱图可知,该有机物中至少有三种不同的共价键
D. 由其核磁共振氢谱可知其分子中不同化学环境的氢原子的个数比
解析: CH3—O—CH3只有1种化学环境的氢原子,而图中核磁
共振氢谱中有3组峰,若有机物R的分子式为C2H6O,其结构简式不
可能为CH3—O—CH3,A错误;由核磁共振氢谱图可知,该有机物
分子中有三种不同化学环境的氢原子,B正确;由红外光谱图可
知,该有机物中至少有O—H、C—H、C—O三种不同的共价键,C
正确;峰的面积之比等于H原子数目之比,由其核磁共振氢谱可知
其分子中不同化学环境的氢原子的个数比,D正确。
5. 已知某有机物在0.25 mol氧气中恰好完全燃烧,将反应生成的气体
依次通过浓硫酸和碱石灰,浓硫酸增重5.4 g,碱石灰增重8.8 g,
下列有关说法不正确的是( )
A. 该有机物的同分异构体的质谱图完全一样
B. 该有机物中存在氧元素
C. 该有机物的分子式为C2H6O2
D. 该有机物的核磁共振氢谱可能有2组峰
解析: 由原子守恒可知,该有机物分子中含有碳原子
=0.2 mol,含有氢原子 ×2=0.6 mol,含有氧原子
×2+ -0.25 mol×2=0.2 mol,分子中C、H、
O原子数之比为0.2 mol∶0.6 mol∶0.2 mol=1∶3∶1,最简式为
CH3O,设该有机物分子式为(CH3O)n,当n=2时,得到的分子
式为C2H6O2,其中氢原子已经达到饱和,所以分子式为C2H6O2。
C2H6O2存在同分异构体,同分异构体的质谱图中最大质荷比相
同,但质谱图不完全相同,A错误;
有机物的分子式为C2H6O2,则有机物中存在氧元素,B、C正确;该
有机物可能是分子式为C2H6O2的乙二醇,乙二醇的分子中含有2种等
效氢,核磁共振氢谱有两个吸收峰,D正确。
6. 实验室用燃烧法测定某种氨基酸(CxHyOzNm)的分子组成,取W
g该种氨基酸放在纯氧中充分燃烧,生成二氧化碳、水和氮气,按
图示装置进行实验。
A. 实验开始时,首先通入一段时间的氧气,其目的是将装置中的N2
排尽
B. 操作时应先点燃D处的酒精灯
C. D装置的作用是吸收未反应的氧气,保证最终收集的气体为N2
D. 实验测得N2的体积(标准状况下)、二氧化碳和水的质量,便可
确定此氨基酸的分子式
下列说法错误的是( )
解析: 装置的空气中含有N2,会影响生成物中氮气的体积测
定,需将装置中的N2排尽,A正确;氨基酸和氧气的反应,以及铜
网和氧气的反应都需要加热,应先点燃D处的酒精灯,吸收未反应
的氧气,保证最终收集的气体为N2,B、C正确;由原理可知,测
出该种氨基酸分子式需要测定二氧化碳、水的质量以及氮气的体
积,并计算氧元素的质量,确定分子中元素原子个数比,再结合氨
基酸的相对分子质量确定分子式,D错误。
学科素养·稳提升
4
内化知识 知能升华
1. 二甲醚(CH3OCH3)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
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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,A不符合题意;二者组成元素相同,均为
C、H、O,则不能鉴别,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,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,D不符合题意。
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2. 某有机化合物的核磁共振氢谱图如图所示,该物质可能是( )
A. CH3CH2CH3
B. CH3CH2CHO
C. HCOOCH2COOH
D. CH2 CH—CH CH2
解析: 在核磁共振氢谱图中,有三组峰,且峰面积之比为
1∶2∶3,说明分子中有3种不同化学环境的氢原子且个数比为
1∶2∶3,A、D中均只有2组峰,C中有三组峰但个数比为
1∶1∶2,A、C、D项均不符合题意;B中有3种不同化学环境的氢
原子且个数比为1∶2∶3,B项符合题意。
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3. 某化合物由碳、氢、氧三种元素组成,其红外光谱图只有C—H、
O—H、C—O的振动吸收,该有机化合物的相对分子质量是60,则
该有机化合物的结构简式是( )
A. CH3CH2OCH3 B. CH3COOH
C. CH3CH(OH)CH3 D. CH3CH2CH2CH2OH
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解析: CH3CH2OCH3的相对分子质量为60,分子中只有C—H、
C—O,不含O—H,A错误;CH3COOH的相对分子质量为60,分
子中有C—H、C—O、O—H和C O,B错误;CH3CH(OH)
CH3的相对分子质量为60,分子中只有 C—H、C—O、O—H,C正
确;CH3CH2CH2CH2OH的相对分子质量为74,D错误。
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4. 喜树中含有一种被称为喜树碱的生物碱,这种碱的相对分子质量在
300~400之间,实验分析得知其元素组成为C占69.0%、O占18.4
%,且O含量为H的4倍,其余为N,则一个喜树碱分子中含有的原
子总数为( )
A. 42 B. 43
C. 44 D. 45
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解析: 由O占18.4%,且O含量为H的4倍,则H元素的含量为
4.6%,N元素的含量为1-69.0%-4.6%-18.4%=8.0%,则该
物质中C、H、O、N的原子个数比为 ∶ ∶ ∶
=10∶8∶2∶1,则该物质的化学式为(C10H8O2N)n,又碱的相
对分子质量在300~400之间,300<(12×10+1×8+16×2+14)
×n<400,则n=2符合,即物质的化学式为C20H16O4N2,则1个分
子中含有20+16+4+2=42个原子。
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5. 某同学为测定有机物A的实验式,取1.5 g样品,置于铂舟并放入燃
烧管中,不断通入氧气流,用电炉持续加热样品,将生成物依次通
过如图所示装置。生成物被完全吸收后,测得装置Ⅰ增重0.9 g,装
置Ⅱ增重3.96 g。请回答下列问题:
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(1)试剂a、试剂b分别为 (填字母)。
A. CaCl2、碱石灰 B. 碱石灰、碱石灰
C. 碱石灰、P2O5 D. 碱石灰、CaCl2
B
解析:有机物A置于铂舟并放入燃烧管中,不断通入氧气流,反应生成CO2和H2O,生成物依次通过浓硫酸和装置Ⅱ,根据装置Ⅰ和装置Ⅱ的增重,结合A的质量,可计算有机物A的分子式,再结合质谱、核磁共振氢谱和红外光谱等确定A的结构。(1)据分析可知,装置Ⅱ用于吸收CO2;装置Ⅲ用于吸收空气中的CO2和水蒸气,防止对实验结果造成干扰,所以试剂a、试剂b均可用碱石灰,B符合题意。
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(2)有机物A中碳元素的质量分数为 ,其组成中 (填
“含有”或“不含有”)氧元素,各元素原子的个数比为
。
72%
含有
N
(C)∶N(H)∶N(O)=9∶10∶2
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解析:装置Ⅰ吸收H2O,n(H2O)= =0.05 mol;装置Ⅱ吸收
CO2,n(CO2)= =0.09 mol;有机物A中m(H)=0.05
mol×2×1 g·mol-1=0.1 g,m(C)=0.09 mol×12 g·mol-1=1.08 g,
则m(O)=1.5 g-0.1 g-1.08 g=0.32 g,A中碳元素的质量分数
为 ×100%=72%;各元素原子的个数比为N(C)∶N
(H)∶N(O)=n(C)∶n(H)∶n(O)=0.09 mol∶(0.05
mol×2)∶ =9∶10∶2。
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(3)实验测得有机物A的质谱图如下,则A的相对分子质量
为 ,A的分子式为 。
150
C9H10O2
解析:根据有机物A的质谱图可知,A的相对分子质量为150,且各元素原子的个数比为9∶10∶2,A的分子式为C9H10O2。
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(4)核磁共振仪测出A的核磁共振氢谱和红外光谱图(只显示部
分基团)分别如下:
①峰面积之比为 。
1∶2∶2∶2∶3
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②A的结构简式可能为
(任写一种)。
(或其他合理
答案)
解析:①由A的核磁共振氢谱可知,有机物A共有5种不同化学环境的H原子,且峰面积比为1∶2∶2∶2∶3;②由A的红外光谱图可知,A中含有C—H,C—C, ,结合核磁共振氢谱图,可推测A的结构简式可能为 。
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6. 现代分析仪器对有机物M的分子结构进行测定,相关结果如下:
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A. 根据图1信息,M的相对分子质量应为74
B. 根据图1、图2信息,推测M的分子式是C4H10O
C. 根据图1、图2、图3信息,可确定M属于醛类有机物
D. 根据图1、图2、图3信息,M分子内有三种化学环境不同的H,个
数比为6∶3∶1
有关M的说法不正确的是( )
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解析: 图1中最大质荷比为74,因此M的相对分子质量为74,A
正确;图2可知M中含有烷基与醚键,则其通式可表示为CnH2n+
2O,因此14n+2+16=74,解得n=4,故其分子式为C4H10O,B
正确;由图2可知M属于醚类,结合分子式C4H10O,可确定M是一
元醚,C错误;由图3可知M中含有3种类型的氢原子,并且个数比
为6∶3∶1,D正确。
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7. 将2.3 g有机物在氧气中完全燃烧,生成4.4 g CO2和2.7 g H2O;测
得其质谱和核磁共振氢谱图如下:
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A. 该有机物的相对分子质量为31
B. 该有机物存在同分异构现象
C. 丙酸的核磁共振氢谱与该有机物完全相同
D. 该有机物分子间不能形成氢键
下列说法正确的是( )
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解析: 2.3 g该有机物中,n(C)=n(CO2)=0.1 mol,m
(C)=0.1 mol×12 g·mol-1=1.2 g,n(H)= ×2=
0.3 mol,m(H)=0.3 mol×1 g·mol-1=0.3 g,m(O)=2.3 g
-1.2 g-0.3 g=0.8 g,n(O)= =0.05 mol,则 n
(C)∶n(H)∶n(O)=0.1 mol∶0.3 mol∶0.05 mol=
2∶6∶1,该有机物的实验式是C2H6O,又由质谱图可知,该有机
物的相对分子质量为46,则其分子式为C2H6O;
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在核磁共振氢谱中有3组峰,且3组峰的面积之比是3∶2∶1,则该有
机物为CH3CH2OH。在质谱图中,最大质荷比为46,所以该有机物的
相对分子质量为46,A错误;CH3CH2OH存在同分异构体CH3OCH3,
B正确;丙酸和乙醇中均含有3种不同化学环境的氢原子,且数目之比
均为3∶2∶1,但丙酸和乙醇中的氢原子所处的化学环境不同,相应
的信号在谱图中出现的位置不同,具有不同的核磁共振氢谱,C错误;
CH3CH2OH分子间能形成氢键,D错误。
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8. 化学上常用燃烧法确定有机物的组成。如下图所示装置是用燃烧法
确定有机物化学式常用的装置,这种方法是电炉加热时用纯氧氧化
管内样品,根据产物的质量确定有机物的组成。
回答下列问题:
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(1)A装置分液漏斗中盛放的物质是 ,写出有关
反应的化学方程式:
。
解析:A装置为氧气的发生装置,氧气可由双氧水在二氧化锰催化下分解或水和过氧化钠反应制备,则分液漏斗中
液体可为双氧水或水,对应的化学方程式为
2H2O2 2H2O+O2↑或2Na2O2+2H2O 4NaOH+O2↑。
H2O2(或H2O)
2H2O2 2H2O+O2↑(或2Na2O2+
2H2O 4NaOH+O2↑)
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(2)写出E装置中所盛放试剂的名称: 。
解析:有机物燃烧产生CO2,E装置的主要作用是吸收生成的CO2,其中所盛放试剂是碱石灰或氢氧化钠。
(3)若将B装置去掉会对实验造成什么影响?
。
解析:B装置中盛有浓硫酸,其主要作用是干燥氧气,因此如果将B装置去掉会造成测得有机物中含氢量增大,从而产生错误的结论。
碱石灰或氢氧化钠
造成测得有机物中
含氢量增大
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(4)若准确称取3.0 g样品(只含C、H、O三种元素中的两种或三
种),经充分燃烧后,E管质量增加4.4 g,D管质量增加1.8
g,则该有机物的最简式为 。
解析:D管中无水氯化钙用来吸收水蒸气,其质量增加1.8 g,m(H2O)=1.8 g,n(H2O)= =0.1 mol,其中,n(H)=0.2 mol,m(H)=0.2 g;
CH2O
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E管质量增加4.4 g,m(CO2)=4.4 g,n(CO2)= =0.1
mol,其中,m(C)=1.2 g,所以根据质量守恒定律可知,原有机
物中,m(O)=3.0 g-0.2 g-1.2 g=1.6 g,则n(O)=0.1 mol,
所以原有机物中C、H、O的原子个数之比是0.1 mol∶0.2 mol∶0.1
mol=1∶2∶1,因此该有机物的最简式是CH2O。
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(5)要确定该有机物的分子式,还需要测定
。
解析:由最简式确定分子式,还需要测出有机物的相对
分子质量。
有机物的相对分子质
量
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解析:核磁共振氢谱中有2组峰,则含两种类型的氢原子,且面积比为3∶1,根据最简式为CH2O,则该分子可能为
CH3COOH、HCOOCH3。
(7)确定该有机物结构的方法是 。
(6)若核磁共振氢谱中有2组峰且面积比为3∶1,则该分子可能
为 (填字母)。
A. CH3COOH B. CH3CHO
C. HCOOCH3 D. HOCH2CHO
AC
解析:红外光谱法可用于研究分子的官能团和化学键,
则确定该有机物结构的方法是红外光谱法。
红外光谱法
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9. 有X、Y、Z三种有机物,按要求回答下列问题:
(1)取3.0 g有机物X,完全燃烧后只生成3.6 g H2O和3.36 L CO2
(标准状况),已知该有机物的蒸汽与氢气的相对密度为
30,则该有机物的分子式为 。
C3H8O
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解析:m(C)= ×12 g·mol-1=1.8 g,m(H)= ×2×1 g·mol-1=0.4 g,则m(O)=3.0 g-1.8 g-0.4 g=0.8 g,所以n(C)∶n(H)∶n(O)= ∶ ∶ =3∶8∶1,又因为该有机物的蒸汽与氢气的相对密度为30,则X的相对分子质量为60,所以X的分子式为C3H8O。
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(2)有机物Y的分子式为C4H8O2,其红外光谱图如图所示:
则该有机物可能的结构简式为 (填字母)。
A. CH3COOCH2CH3 B. CH3CH2COOCH3
C. HCOOCH2CH2CH3 D. (CH3)2CHCOOH
AB
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解析:A、B项都有两个—CH3,且不对称,都含有C O、C—O—C,符合图示;C项只有一个—CH3,不会出现不对称的现象;D项中没有C—O—C,且两个—CH3为对称结构,不符合图示。
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(3)①有机物Z若为 ,则红外光谱中应该有 个振
动吸收;核磁共振氢谱中应有 组峰。
②有机物Z若为 ,则红外光谱中应该有 个
振动吸收,核磁共振氢谱中应有 组峰。
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解析:① 中,化学键有C O、C—O、O—H、C—C、C—H,红外光谱中共有5个振动吸收;分子中有2种氢原子,核磁共振氢谱中应有2组峰;
② 中,化学键有C O、C—O—C、C—H,红外
光谱中共有3个振动吸收;分子中含有2种氢原子,核磁共振氢谱中应
有2组峰。
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9(共90张PPT)
第1课时 分离、提纯
课
程 标
准 1.通过对蒸馏法、萃取法、重结晶法等实验原理和基本操作的
学习,认识科学探究过程的步骤,学会研究有机化合物的一般
步骤和方法。
2.初步学会分离、提纯有机化合物的常见方法
目 录
1、基础知识·准落实
4、学科素养·稳提升
3、教学效果·勤检测
2、关键能力·细培养
基础知识·准落实
1
梳理归纳 高效学习
分点突破(一) 蒸馏
提醒
先蒸出的馏分为沸点较低的组分,如甲烷与氯气发生取代反应得
到的液态混合物中含CH2Cl2(沸点40 ℃)、CHCl3(沸点62 ℃)和
CCl4(沸点77 ℃),可通过蒸馏按温度由低到高依次得到CH2Cl2、
CHCl3、CCl4。
工业上常用水蒸气蒸馏的方法从柠檬、橙子和柚子等水果的果皮中
提取的精油(香料)90%以上是柠檬烯。提取柠檬烯的实验操作步骤
如下:
(1)将1~2个橙子皮剪成碎片,投入乙装置中,加入约 30 mL 水。
(2)松开活塞K,加热甲装置至水沸腾,活塞K的支管口有大量水蒸
气冒出时旋紧,打开冷凝水,水蒸气蒸馏即开始进行,可观察
到在馏出液的水面上有一层很薄的油层。
1. 蒸馏操作完成的标志是什么?
提示:当馏出液无明显油珠,澄清透明时,说明蒸馏完成。
2. 长导管的作用是什么?
提示:长导管做安全管,能平衡气压,防止由于导管堵塞引起
爆炸。
3. 蒸馏结束后,为防止倒吸,立即停止加热吗?
提示:蒸馏结束后,先把乙中的导气管从溶液中移出,再停止
加热。
【交流讨论】
1. 蒸馏操作一定不需要用到的仪器是( )
A. 温度计 B. 冷凝管
C. 玻璃棒 D. 蒸馏烧瓶
解析: 蒸馏是利用物质的沸点不同,将液体混合物分离的操作
方法,蒸馏时,为防止液体剧烈沸腾,应加入碎瓷片,使用温度计
时,温度计水银球应位于蒸馏烧瓶支管口附近,且冷凝管进出水的
方向是下进上出,以保证充分冷凝,馏出物质通过牛角管收集在锥
形瓶中,需要的仪器主要有蒸馏烧瓶、温度计、冷凝管、牛角管、
锥形瓶等,不需要的仪器为玻璃棒。
2. 分离乙苯(沸点:136.2 ℃)和乙醇需要用到的仪器是( )
解析: 乙苯和乙醇互溶,二者的沸点相差较大,可采用蒸馏法
分离,蒸馏操作所需的仪器有蒸馏烧瓶、锥形瓶、冷凝管、温度计
等,A为冷凝管,符合题意。
分点突破(二) 萃取
1. 原理
(1)液-液萃取:利用待分离组分在两种不互溶的溶剂中的
不同,将其从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程。
(2)固-液萃取:用 从 中溶解出待分离组分
的过程。
溶解
度
溶剂
固体物质
2. 萃取实验
(1)检查分液漏斗是否漏液
关闭分液漏斗下方的活塞,加入适量蒸馏水,静置,没有水
流下,说明活塞处不漏水。塞上分液漏斗上方的玻璃塞,倒
置,观察是否漏水,若不漏水,把玻璃塞旋转180°,再倒置
观察是否漏水。
(2)萃取装置
3. 萃取剂的选择及常用试剂
(1)萃取剂的选择条件:①溶质在萃取剂中的溶解度必须
在原溶剂中的溶解度;②萃取剂必须与原溶剂
,且有一定的密度差;③萃取剂与原溶剂和溶质
。
(2)常用的萃取剂:乙醚(结构简式C2H5OC2H5)、乙酸乙酯
(结构简式CH3COOC2H5)、苯、二氯甲烷等。
远大
于
不互
溶
不反
应
4. 分液
(1)含义:将萃取后的两层液体分开的操作。
(2)注意事项:分液时下层液体 ,上层液体
。
5. 萃取和分液
萃取和分液是两种不同的分离方法,分液可以单独进行,但萃取之
后一定要进行分液。
从下口放出
从
上口倒出
我国科学家屠呦呦研究小组发现青蒿素具有抗疟疾效果,但用水煎
熬青蒿无效,乙醇提取物药效不高。受到古代文献《肘后备急方·治
寒热诸疟方》中“青蒿一握,以水二升渍,绞取汁,尽服之”绞取方
法的启发,屠呦呦创造性地使用沸点更低的乙醚(34.6 ℃),成功提
取出对治疗疟疾有特效的青蒿素,开创了疟疾治疗新方法,全球数亿
人因这种“中国神药”而受益,她因此荣获诺贝尔生理学或医学奖。
【交流讨论】
1. 屠呦呦及团队用乙醚从青蒿中提取青蒿素的实验方法是什么?其提
取原理是什么?
提示:实验方法是萃取;其萃取原理是利用青蒿素在乙醚中的溶解
度远大于在水中的溶解度,所以能将青蒿素从水中转移到乙醚中。
2. 屠呦呦及团队用乙醚从青蒿中提取出对治疗疟疾有特效的青蒿素,
其中乙醚的作用是什么?常用的萃取剂有哪些?
提示:乙醚的作用是萃取剂,常用的萃取剂除乙醚外还有苯、
CCl4、乙酸乙酯、二氯甲烷等。
3. 应用萃取分液法分离碘水溶液,能否选用酒精作萃取剂?
提示:不能。因为酒精易溶于水。
1. 下列有关萃取、分液的说法中不正确的是( )
A. 分液操作中,应关闭分液漏斗上端的玻璃塞,防止有机试剂挥
发,造成环境污染
B. 振荡分液漏斗中的溶液时,一只手压住口部,另一只手握住活塞
部分倒转振荡
C. 萃取操作中,振荡分液漏斗中的溶液时应及时放气
D. 分液操作时,先将下层液体从下口放出,然后将上层液体从上口
倒出
解析: 分液操作中,应打开分液漏斗上端的玻璃塞,使得液体
能够顺利放出,A错误; 用左手握住分液漏斗活塞,右手压住分液
漏斗口部,把分液漏斗倒转过来振荡,使两种液体充分接触,振荡
后打开活塞,将漏斗内气体放出,B正确;萃取操作中,振荡分液
漏斗中的溶液时应及时放气,使得内外压强相等防止出现事故,C
正确;为防止液体重新混合而污染,分液时分液漏斗中下层液体从
下口放出,上层液体从上口倒出,D正确。
2. 绿原酸(C16H18O9)是一种有机弱酸,利用金银花的水浸取液经下列操作可获得绿原酸粗品。
下列说法错误的是( )
A. 加盐酸是为了提高绿原酸的萃取率
B. 操作Ⅰ是萃取、分液
C. 该流程中可循环利用的物质是乙酸乙酯
D. 分液时应先打开分液漏斗上方的玻璃塞,再打开旋塞,使有机层
从分液漏斗下口放出
解析: 绿原酸为弱酸,加盐酸可抑制其电离,提高萃取率,A
正确;操作Ⅰ将有机层与水层分开,主要通过萃取和分液实现,B正
确;乙酸乙酯在初始工序作萃取剂萃取绿原酸,在减压蒸馏工序重
新获得,可循环利用,C正确;乙酸乙酯的密度小于水,萃取分液
后,水层在下方,则分液时应先打开分液漏斗上方的玻璃塞,再打
开旋塞,使水层从分液漏斗下口放出,然后关闭旋塞,将有机层从
分液漏斗上口倒出,D错误。
分点突破(三) 重结晶
1. 原理
利用被提纯物质与杂质在同一溶剂中的 不同而将杂
质除去。
2. 用途
提纯 常用的方法。
溶解度
固体有机化合物
3. 溶剂的选择
(1)杂质在所选溶剂中的溶解度 ,易于
除去。
(2)被提纯的有机化合物在所选溶剂中的溶解度受温度的影响较
大,能够进行 。
很小或溶解度很大
冷却结晶
4. 结晶与重结晶的比较
结晶 重结晶
不
同
点 含义 物质从溶液中以晶体形式
析出的过程 将晶体溶于溶剂,使之重新
从溶液中结晶析出的过程
相关操
作 先蒸发,后结晶 先溶解,后结晶
目的 获得晶体 提纯或分离物质
相同点 都需要加热 5. 结晶的方法及重结晶的操作流程
(1)结晶的两种方法
①蒸发结晶:将溶剂蒸发从而获取晶体,此法适用于溶解度
随温度变化不大的物质,如粗盐的提纯。
②降温结晶:将热的饱和溶液慢慢冷却后析出晶体,此法
适用于溶解度随温度变化较大的物质。如氯化钠和硝酸钾
的分离。
(2)重结晶的操作流程
①流程
②操作装置图
重结晶法提纯苯甲酸
1. 实验目的
利用重结晶法分离、提纯苯甲酸,除去苯甲酸样品中含有的少量氯
化钠和泥沙,掌握重结晶的基本操作。
2. 实验步骤
(1)观察粗苯甲酸样品的状态。
(2)将1.0 g粗苯甲酸放入100 mL烧杯,加入50 mL蒸馏水。加
热,搅拌,使粗苯甲酸充分溶解。
(3)使用漏斗趁热将溶液过滤至另一烧杯中,将滤液静置,使其
缓慢冷却结晶。
(4)待滤液完全冷却后滤出晶体,并用少量蒸馏水洗涤。将晶体
铺在干燥的滤纸上,晾干后称其质量。
1. 重结晶法提取苯甲酸的原理是什么?
提示:根据苯甲酸、氯化钠在水中的溶解度受温度的影响不同,使
苯甲酸从饱和溶液中结晶析出,而氯化钠全部或大部分留在溶液中
除去。
2. 溶解粗苯甲酸时加热的作用是什么?趁热过滤的目的是什么?
提示:溶解粗苯甲酸时加热是为了溶解较多的苯甲酸,得到热的饱
和苯甲酸溶液。趁热过滤的目的是防止溶液冷却析出苯甲酸晶体。
【交流讨论】
3. 温度越低,苯甲酸的溶解度越小,为了得到更多的苯甲酸晶体,是
不是结晶时的温度越低越好?
提示:冷却结晶时,并不是温度越低越好,因为温度过低时,
杂质的溶解度也会降低,部分杂质也会析出,达不到提纯苯甲
酸的目的。
1. 重结晶法提纯苯甲酸实验中不需要的仪器是( )
解析: 用重结晶法提纯苯甲酸的实验步骤为加热溶解、趁热过
滤、冷却结晶、过滤,所以实验中需要用到漏斗、酒精灯、烧杯,
不需要锥形瓶。
2. 关于苯甲酸的重结晶实验,其结论或解释错误的是( )
选项 实验步骤 实验现象 结论或解释
A 常温溶解 苯甲酸几乎不溶
解 苯甲酸常温时不溶于水或微
溶于水
B 加热溶解 苯甲酸完全溶解 温度升高,苯甲酸的溶解度
增大
C 趁热过滤 过滤时伴有晶体
析出 此晶体为杂质所形成
D 冷却结晶,滤出晶体 针状晶体 针状晶体为苯甲酸
解析: 常温下,苯甲酸的溶解度较小,所以常温溶解时,
苯甲酸几乎不溶解,A正确;苯甲酸的溶解度随温度的升高而
增大,加热溶解时,苯甲酸完全溶解,B正确;过滤时,过滤
器的温度低,所以与过滤器接触的溶液的温度降低析出苯甲
酸,即过滤时析出的晶体为苯甲酸,C错误;冷却苯甲酸的浓
溶液,会析出苯甲酸晶体,所以冷却结晶时,溶液中析出的针
状晶体是苯甲酸晶体,D正确。
2
关键能力·细培养
互动探究 深化认知
物质分离、提纯常用的方法(探究与创新)
【典例】 自然界中的花、叶、果、草及奶制品、酒类等多种物质中
都含有正丁醛。正丁醛主要用于有机合成,也是制造香料的原料。某
实验小组利用如图所示的装置合成正丁醛。
发生的反应如下:
CH3CH2CH2CH2OH(正丁醇) CH3CH2CH2CHO(正丁醛)
反应物和产物的相关数据列表如下:
物质 沸点/℃ 密度/(g·cm-
3) 水中溶解性
正丁醇 117.2 0.810 9 微溶
正丁醛 75.7 0.801 7 微溶
实验步骤如下:将6.0 g Na2Cr2O7放入100 mL烧杯中,加入30 mL水溶
解,再缓慢加入5 mL浓硫酸,将所得溶液小心转移至B中。在A中加
入3.7 g正丁醇和几粒沸石,加热。当有蒸气出现时,开始滴加B中溶
液,滴加过程中保持反应温度为90~95 ℃,在E中收集90 ℃以下的馏
分。将馏出物倒入分液漏斗中,除去水层,将有机层干燥后蒸馏,收
集75~77 ℃的馏分,产量为2.7 g。
(1)实验过程中,温度计C1测得的温度应为多少?
提示:90~95 ℃(或在这个区间的某个温度)。
(2)收集产物时,温度计C2示数应在多少度?
提示:76 ℃左右。因为正丁醛的沸点为75.7 ℃,因此温度计C2
示数在76 ℃左右时,收集到产物正丁醛。
(3)A中加入沸石的作用是什么?若加热后发现没有加沸石,应如何
操作?
提示:防止加热时液体暴沸。停止加热,冷却后补加沸石。
(5)将馏出物倒入分液漏斗中,如何分离水层?
(4)装置D中冷凝管能否替换为球形冷凝管?
提示:否。若换为球形冷凝管,冷凝所得的馏分不能全部流出。
提示:因正丁醛的密度小于水的密度,故水在下层,打开分液
漏斗活塞,将水层从下口放出。
【规律方法】
1. 物质分离、提纯的常用方法
(1)固体与液体混合物的分离提纯方法
方法 适用条件 实例
过滤 难溶固体与液体混合物 碳酸钙悬浊液、泥水等
蒸发 结晶 溶质的溶解度受温度变化影响较小 从NaCl溶液中提取NaCl晶体
(2)固体与固体混合物的分离提纯方法
方法 适用条件 实例
溶解
、过滤 在某种试剂中一种可溶而另一种不溶的固体混合物 碳酸钠和碳酸钙
重结
晶 用于溶解度随温度变化相差较大的可溶性固体混合物 除去KNO3中混有的少量NaCl
升华 分离某种组分易升华的混合物 分离I2和NaCl固体
(3)液体与液体混合物的分离提纯方法
方法 适用条件 实例
萃取、
分液 互不相溶的液体混合物 分离CCl4和水等
蒸馏 两种或两种以上互溶的液体混合物,沸点相差较大 分离酒精和水
2. 常用分离和提纯方法的注意事项
分离和提
纯方法 适用范围 注意事项
蒸馏 互溶的液
体 各液体的沸点相差较大,一般在30 ℃以上,
冷却水是下口进上口出,加入沸石可以防止
暴沸,温度计水银球位于蒸馏烧瓶支管口处
重结晶 固态混合
物 混合物中各成分溶解度相差较大,且被提纯
物质的溶解度受温度影响较大
萃取(主
要讨论液-
液萃取) 从液体中
提纯液体
有机物 萃取剂的选择条件:(1)与原溶剂互不相溶
(2)被提纯物在此溶剂中的溶解度大于在原
溶剂中的溶解度
(3)与原溶剂和溶质不反应
【迁移应用】
1.1-丁醇、溴化钠和70%的硫酸共热反应,经过回流、蒸馏、萃取分
液制得1-溴丁烷粗产品,装置如图所示:
已知:CH3(CH2)3OH+NaBr+H2SO4 Br+
NaHSO4+H2O。下列有关说法正确的是( )
A. 装置Ⅰ中回流的目的是减少物质的挥发,提高产率
B. 装置Ⅱ中a为进水口,b为出水口
C. 用装置Ⅲ萃取分液时,将分层的液体依次从下放出
D. 蒸馏、过滤、分液、洗气四种分离物质的方法,均不可能发生化
学变化
解析: 因为1-丁醇易挥发,所以球形冷凝管的作用是冷凝回
流,减少物质的挥发,提高产率,A正确;为了提高冷凝效果,冷
凝管的进出水方向为下口进,上口出,所以b为进水口,a为出水
口,B错误;分液漏斗分离液体时,下层液体从下口放出,上层液
体从上口倒出,C错误;蒸馏、过滤、分液都为物质分离提纯的物
理方法,但洗气时可能发生化学反应,如用氢氧化钠溶液吸收二氧
化碳气体,D错误。
2. 某化学兴趣小组从含有KI、KNO3等成分的工业废水中回收I2和
KNO3,其流程如图。下列说法正确的是( )
A. 步骤1中有机层应从分液漏斗下口放出,无机相从上口倒出
B. 步骤2分离方法为过滤
C. 步骤3可在装置 中完成
D. 步骤4中,将溶液蒸发至只剩少量水时,用余热蒸干
解析: 含有KI、KNO3的废水中通入过量的氯气,加入苯萃
取,分液,有机层为碘的苯溶液,经蒸馏可得到苯以及粗碘,粗碘
经升华得到精碘,无机层为硝酸钾溶液,经蒸发浓缩、冷却结晶得
到硝酸钾。苯的密度比水小,应从上口倒出,A错误;步骤2应为
蒸馏,B错误;步骤3为碘的升华,C正确;硝酸钾易分解,应采用
蒸发浓缩、冷却结晶的方法,D错误。
3
教学效果·勤检测
强化技能 查缺补漏
1. 部分加热和夹持装置省略,下列实验装置和操作错误的是( )
解析: 分液使用分液漏斗,A正确;球形冷凝管容易在球部积
留蒸馏液,不适宜作为倾斜式蒸馏装置,应该使用直形冷凝管,B
错误;蒸发利用蒸发皿,C正确;过滤装置正确,D正确。
2. 下列说法错误的是( )
A. 蒸馏时,温度计的水银球应处在蒸馏烧瓶支管口处
B. 用苯萃取溴水中的溴时,分层后,先将下层的水从分液漏斗下口
放出,再将上层的苯和溴从上口倒出
C. 为保证分液漏斗内的液体顺利流下,需将玻璃塞上的凹槽对准漏
斗口上的小孔或将玻璃塞拿下
D. 用玻璃棒蘸取某未知溶液进行焰色试验,若火焰颜色为黄色则说
明有钠元素
解析: 蒸馏时,需测量蒸气的温度,所以温度计的水银球应处
在蒸馏烧瓶支管口处,A正确;苯的密度比水小,用苯萃取溴水中
的溴,在分层后,先将下层的水从分液漏斗下口放出,再将上层溴
的苯溶液从上口倒出,B正确;为保证分液漏斗内的液体顺利流
下,需先将玻璃塞上的凹槽对准漏斗口上的小孔或将玻璃塞拿下,
再打开分液漏斗的旋塞,C正确;焰色试验应该用铂丝或铁丝蘸取
待测溶液进行灼烧,若火焰颜色为黄色则说明有钠元素,D错误。
3. 下列图示的实验或操作正确的是( )
A B C D
分离甲苯
和水 蒸发
浓缩 除去CO 中的CO2 萃取振荡
时放气
解析: 蒸馏时温度计水银球应该在蒸馏烧瓶支管口处,而
不能插入液面以下,A错误;蒸发浓缩应该使用蒸发皿而不是
坩埚,B错误;CO2能与NaOH溶液反应而CO不与NaOH溶液反
应,故能用NaOH溶液来除去CO中的CO2,C正确;振荡时分液
漏斗下口倾斜向上,堵住上口的塞子,打开旋塞放气,图中操
作不正确,D错误。
4. 苯甲酸常用作防腐剂、药物合成原料、金属缓蚀剂等,微溶于冷
水,易溶于热水、酒精。实验室常用甲苯为原料,制备少量苯甲
酸,具体流程如图所示:
+MnO2 苯甲酸钾溶液 苯甲
酸固体
A. 操作1为蒸发
B. 操作2为过滤
C. 操作3为酒精萃取
D. 进一步提纯苯甲酸固体,可采用重结晶的方法
下列说法正确的是( )
解析: 已知苯甲酸微溶于冷水,易溶于热水、酒精,由题给流
程可知,甲苯与高锰酸钾溶液共热、回流得到苯甲酸钾和MnO2,
过滤得到苯甲酸钾溶液;苯甲酸钾溶液经酸化、过滤得到苯甲酸固
体。操作1为过滤,A错误;操作2为酸化,B错误;操作2酸化后得
到苯甲酸,因为苯甲酸微溶于冷水,易溶于热水、酒精,操作3为
在低温条件下过滤,C错误;题给流程制得的苯甲酸固体中含有杂
质,采用重结晶的方法可以进一步提纯苯甲酸固体,D正确。
5. 实验室模拟工业从海藻中提取碘的流程如图:
(1)选择合适实验操作名称填入流程图中:① ,② (填字
母)。
A. 溶解 B. 过滤
C. 萃取 D. 分液
从“含碘的有机溶液”中回收溶剂,并得到碘单质,可选用
如图装置完成。
B
CD
(1)据分析,操作①为过滤,选B;操作②为萃取、分液,
选C、D。
解析:灼烧海藻、加蒸馏水浸泡灰分并过滤除去不溶性杂
质、加适量氯气把滤液中碘离子氧化为碘单质、再用四氯化
碳等有机溶剂萃取、分液后得到碘的有机溶液,后期通过蒸
馏得到碘晶体。
(2)装置中间部分是“冷凝管”,该装置中有一处明显的错误
是 。
解析:冷凝水应该“下进上出”, “冷凝管”装置中有一处
明显的错误是:冷凝水的进出口方向颠倒了。
冷凝水的进出口弄反了
解析: 蒸馏时温度计所测为蒸气的温度,则温度计水银球所处
的正确位置是蒸馏烧瓶的支管口处,选b。
(3)装置A中,温度计水银球所处的正确位置是 。(填字母)
b
学科素养·稳提升
4
内化知识 知能升华
1. 根据《本草纲目》记载“烧酒”制法:“用浓酒和糟入甑,蒸令气
上……其清如水,味极浓烈,盖酒,露也。”某化学实验小组同学
在实验室模拟古法制取“烧酒”,下列装置中正确的是( )
A B C D
1
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解析: 在实验操作中,利用乙醇与水沸点的不同,采用蒸馏方
法进行分离。A装置是加热,B装置是分液,C装置是过滤,D操作
是蒸馏,合理选项是D。
1
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7
8
2. 下列有关实验的说法错误的是( )
A. 在蒸馏实验中,温度计的水银球位于蒸馏烧瓶支管口处是为了测
出馏分的沸点
B. 用重结晶法提纯苯甲酸;用分液法分离水和汽油的混合物
C. 用催化加氢的方法可除去乙烷中混有的少量乙烯
D. 分液时,需先将上口玻璃塞打开或使玻璃塞上的凹槽对准漏斗口
上的小孔,再打开旋塞
1
2
3
4
5
6
7
8
解析: 蒸馏时,需要测定馏分的温度,则温度计的水银球
位于蒸馏烧瓶支管口处,A正确;重结晶苯甲酸,加热促进溶
解,然后趁热过滤减少苯甲酸的损失,再冷却结晶;汽油不溶
于水,用分液法分离水和汽油的混合物,B正确;用催化加氢
的方法除去乙烷中混有的少量乙烯,在实验室条件下难以实
现,可通过溴的CCl4溶液洗气,C错误;分液时为保持内外压
强相等,需先将上口玻璃塞打开或使玻璃塞上的凹槽对准漏斗
口上的小孔,再打开旋塞,D正确。
1
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7
8
3. 下列各项括号内为杂质,后面为除杂质操作,其中正确的是( )
A. 甲醛(乙酸),蒸馏
B. 乙酸乙酯(乙酸),分液
C. 苯(四氯化碳),加水振荡、过滤
D. 乙烷(乙烯),通过足量的酸性KMnO4溶液,洗气
解析: 甲醛与乙酸的沸点不同,用蒸馏法分离,A正确;乙酸
与乙酸乙酯的沸点不同,用蒸馏法分离,B错误;苯与四氯化碳是
互溶的液体,用蒸馏法分离,C错误;乙烯被高锰酸钾氧化生成二
氧化碳,引入新杂质,应选溴水、洗气除杂,D错误。
1
2
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7
8
4. 下列实验中,所采取的分离方法与对应原理都正确的是( )
选项 目的 分离方法 原理
A 分离溶于水的碘 四氯化碳萃
取 碘在四氯化碳中的溶解
度大
B 分离乙酸乙酯和乙醇 分液 乙酸乙酯和乙醇的密度
不同
C 除去苯甲酸固体中混
杂的NaCl 过滤 苯甲酸在水中的溶解度
很小
D 除去丁醇中的乙醚 分液 丁醇与乙醚的沸点相差
较大
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6
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8
解析: 碘在四氯化碳中的溶解度较大,用四氯化碳萃取碘水中
的碘,A正确;乙酸乙酯和乙醇互溶,不分层,不能用分液法分离
乙酸乙酯和乙醇的混合物,B错误;苯甲酸在常温下溶解度小,用
重结晶的方法除去苯甲酸固体中混杂的NaCl,C错误;丁醇、乙醚
互溶,不能用分液法分离;丁醇与乙醚沸点不同,可通过蒸馏分
离,D错误。
1
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7
8
5. 回答下列问题。
(1)若用蒸馏的方法分离甘油(沸点为290 ℃)和水的混合物,
被蒸馏出来的物质是 。
解析:水的沸点低于甘油,故被蒸馏出来的物
质为水。
水
1
2
3
4
5
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7
8
(2)若用蒸馏的方法分离出CCl4(沸点为76.8 ℃)中含有的
CH3CH2OCH2CH3(沸点为45 ℃),应控制的适宜温度为 。
解析:乙醚的沸点为45 ℃,故应控制的适宜温度为45 ℃。
45℃
1
2
3
4
5
6
7
8
(3)图中用 (杯酚)识别C60和C70,则操作①②为
(填操作名称,下同),操作③为 。
解析:图中用
(杯酚)识别C60和C70,超
分子不溶于甲苯,杯酚可
溶于氯仿,故操作①②为
过滤,杯酚和氯仿沸点不
同,操作③为蒸馏。
过滤
蒸馏
1
2
3
4
5
6
7
8
6. 常温下,乙酰苯胺是一种具有解热镇痛作用的白色晶体,20 ℃时
在乙醇中的溶解度为36.9 g,在水中的溶解度如下表(注:氯化钠
可分散在醇中形成胶体)
温度/℃ 25 50 80 100
溶解度/g 0.56 0.84 3.5 5.5
1
2
3
4
5
6
7
8
A. 用水溶解后分液
B. 用乙醇溶解后过滤
C. 用水作溶剂进行重结晶
D. 用乙醇作溶剂进行重结晶
某种乙酰苯胺样品中混入了少量氯化钠杂质,下列提纯乙酰苯胺的
方法正确的是( )
1
2
3
4
5
6
7
8
解析: 乙酰苯胺、氯化钠都能溶于水,溶于水后不分层,A错
误;氯化钠可分散在乙醇中形成胶体,不能用过滤的方法分离,B
错误;氯化钠在水中的溶解度随温度变化基本不变,根据表中数
据,乙酰苯胺在水中的溶解度随温度降低而降低,所以可选用重结
晶方法,先用水溶解加热形成乙酰苯胺的热饱和溶液,然后降温结
晶使大量的乙酰苯胺析出晶体,C正确;20 ℃时乙酰苯胺在乙醇中
的溶解度为36.9 g,氯化钠可分散在乙醇中形成胶体,不能用乙醇
作溶剂进行重结晶提纯乙酰苯胺,D错误。
1
2
3
4
5
6
7
8
7. 正丁醛经催化加氢可制备正丁醇。为提纯含少量正丁醛杂质的正丁
醇,现设计如图路线:
粗品 滤液 有机层 正丁
醇、乙醚 纯品
1
2
3
4
5
6
7
8
A. 萃取、过滤、蒸馏、蒸馏 B. 过滤、分液、蒸馏、萃取
C. 过滤、蒸馏、过滤、蒸馏 D. 过滤、分液、过滤、蒸馏
解析:D 正丁醛与饱和NaHSO3溶液反应生成沉淀,且经操作1可
得到滤液,故操作1为过滤;操作2是萃取后的步骤,故为分液;加
固体干燥剂后,要把干燥剂分离出来,故操作3为过滤;根据乙醚
与正丁醇的沸点相差较大,可知操作4为蒸馏,D正确。
已知:①正丁醛与饱和NaHSO3溶液反应可生成沉淀;②乙醚的沸
点是34.5 ℃,微溶于水,与正丁醇互溶;③正丁醇的沸点是118
℃。则操作1~4分别是( )
1
2
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8
8. 山梨酸乙酯对细菌、霉菌等有很好的灭活作用,广泛地用作各类食
品的保鲜剂以及家畜、家禽的消毒剂。直接酯化法合成山梨酸乙酯
的装置(夹持装置省略)如图所示,该方法简单,原料易得,产物
纯度高,反应方程式如下:
+ +H2O
1
2
3
4
5
6
7
8
可能用到的有关数据如下表:
物质 相对分子质
量 密度/(g·cm
-3) 沸点/℃ 水溶性
山梨酸 112 1.204 228 易溶
乙醇 46 0.789 78 易溶
山梨酸乙酯 140 0.926 195 难溶
环己烷 84 0.780 80.7 难溶
1
2
3
4
5
6
7
8
在三口烧瓶中加入5.6 g山梨酸、足量乙醇、环己烷、少量催化剂
和几粒沸石,油浴加热三口烧瓶,反应温度为110 ℃,回流4小时
后停止加热和搅拌反应液冷却至室温,滤去催化剂和沸石,将滤液
倒入分液漏斗中,先用5% NaHCO3溶液洗涤至中性,再用水洗
涤、分液,在有机层中加入少量无水MgSO4,静置片刻,过滤,将
滤液进行蒸馏,收集195 ℃的馏分得到纯净的山梨酸乙酯5.0 g。
回答下列问题:
实验步骤:
1
2
3
4
5
6
7
8
(1)洗涤、分液过程中,加入5% NaHCO3溶液的目的是
。有机层从分液漏斗的 (填“上口倒
出”或“下口放出”)。
除去剩
余的山梨酸
上口倒出
解析:山梨酸中含有羧基,能与NaHCO3反应生成山梨酸钠、二氧化碳和水,洗涤、分液过程中,加入5% NaHCO3溶液的目的是除去剩余的山梨酸,有机层的密度小于水,在上层,水层从下口放出,有机层从分液漏斗的上口倒出。
1
2
3
4
5
6
7
8
(2)在有机层中加入少量无水MgSO4的目的是 。
干燥有机物
解析:无水MgSO4能吸水生成硫酸镁晶体,在有机层中加入少量无水MgSO4的目的是干燥有机物。
1
2
3
4
5
6
7
8
(3)在本实验中,山梨酸乙酯的产率是 (精确至0.1%)。
71.4%
解析: 根据 + +
H2O,5.6 g山梨酸理论上生成山梨酸乙酯的质量为
×140 g·mol-1=7.0 g,本实验中,山梨酸乙酯的产率=
×100%≈71.4%。
1
2
3
4
5
6
7
8
①能够与水形成共沸物(沸点相差30 ℃以上的两个组分难以
形成共沸物);
②在水中的溶解度很小。
(4)为提高反应正向进行的程度,可以将反应中生成的水及时移
出反应体系,常加入带水剂。可作带水剂的物质必须满足以
下条件:
1
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本实验室常使用如图所示装置(夹持、加热装置已略去)提
高产物的产率。
下列说法正确的是 (填字母)。
BD
A. 管口A是冷凝水的出水口
B. 环己烷可将反应产生的水及时带出
C. 工作一段时间后,当环己烷即将流回
烧瓶中时,必须将分水器中的水和环己烷放出
D. 工作一段时间后,环己烷可在烧瓶与分水器中循环流动
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解析: 冷凝水应“下口进上口出”,则管口A是冷凝水的进水
口,A错误;环己烷和水的沸点相差不超过30 ℃,能将反应
产生的水及时带出,B正确;当分水器中物质不再增多,说
明反应停止,不能将其放出,C错误;工作一段时间后,环
己烷可在烧瓶与分水器中循环流动,D正确。
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