2019-2020学年苏教版选修5 专题1 认识有机化合物 重难点突破 学案

专题1 认识有机化合物 重难点突破
一、确定有机物实验式及分子式的方法
1．元素分析法确定实验式
元素定量分析常用的方法是燃烧法，因为有机物中通常含有碳元素和氢元素，在高温下，二者可被氧化铜氧化为二氧化碳和水，然后分别用高氯酸镁吸收H2O，用烧碱石棉剂吸收CO2，根据吸收前后质量的变化量，从而得到反应产生的CO2和H2O的质量，来确定有机物中碳和氢的质量分数，然后计算出该有机物分子所含元素原子最简单的整数比，即确定实验式。
2．质谱法测定有机物的相对分子质量
质谱法的原理是用高能电子流轰击样品分子，使样品分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子。而分子离子、碎片离子各自具有不同的相对分子质量，它们在磁场的作用下到达检测器的时间将因质量的不同而先后有别，其结果被记录为质谱图。质谱图中的质荷比是指分子离子或碎片离子的相对质量与其电荷的比值。质荷比最大的数据表示样品分子的相对分子质量。
3．巧用方法确定有机物的分子式
(1)直接由相对分子质量用商余法确定烃的分子式
用烃的相对分子质量除以碳原子的相对原子质量12，所得商的整数部分就是烃分子中所含碳原子的最大值，余数则为所含氢原子的最小值。
(2)用特定条件进行判断确定有机物的分子式
①如混合烃的平均相对分子质量小于26，则混合烃中一定含有甲烷CH4；
②常温下为气体的烃分子，其碳原子数小于等于4，烃的含氧衍生物中为气态的只有甲醛(HCHO)；
③气态烃或气态烃的混合物在温度高于100 ℃时完全燃烧，若反应前后气体体积或压强保持不变，则烃分子或混合烃平均分子式中氢原子个数为4。
(3)根据有机物结构简式、键线式或结构模型等确定分子式
①给出结构简式情况的，可以直接“合并”同种元素的数目，得其化学式。需要说明的一点是，原子书写顺序要注意，一般按C、H、O、N等顺序排列。
②对于键线式或结构模型，一要注意折点处表示碳原子，二要注意各原子的价键数，如C为四价，如果键数不足四价，则需用氢原子补充至达到四价，折点两边的短线即为键数；O为二价、N为三价，分析方法与上述碳原子连接情况相似。如的分子式为C10H14N2。
(4)实验式法：首先根据题意求出烃的实验式，设为CaHb，＝x，
x取值 种类 方法
x＜ 烷烃 根据烷烃的通式CnH2n＋2，＝x，可求出n值
x＝ 烯烃或环烷烃 先确定相对分子质量，再确定分子式
＜x＜1 CnH2n－2或CnH2n－6 直接用CnH2n－2或CnH2n－6代入验证，看是否符合
x＝1 C2H2或C6H6或C8H8等 需结合其他条件确定分子式
(5)物质的量关系法：由密度或其他条件―→求摩尔质量―→求1 mol分子中所含各元素原子的物质的量―→求分子式。
(6)化学方程式法(代数法)：利用化学方程式及题干要求―→列方程组―→求解未知数值―→求分子式。
(7)通式法：依据题干要求或物质性质―→确定类别及组成通式相对分子质量,n值―→分子式。
[特别提示]　图解有机物化学式的确定方法

【典例1】　已知某种燃料含有碳、氢、氧三种元素。为了测定这种燃料中碳和氢两种元素的质量比，可将气态燃料放入足量的O2中燃烧，并使产生的气体全部通过如图所示装置中，得到如表中所列的实验结果(假设产生的气体完全被吸收)。

实验前 实验后
(干燥剂＋U形管)的质量 101.1 g 102.9 g
(石灰水＋广口瓶)的质量 312.0 g 314.2 g
根据实验数据求：
(1)实验完毕后，生成物中水的质量为________g。假设广口瓶里生成一种正盐，其质量为________g。
(2)生成的水中氢元素的质量为________g。
(3)生成的二氧化碳中碳元素的质量为________g。
(4)该燃料中碳元素与氢元素的质量比为________。
(5)已知这种燃料的每个分子中含有一个氧原子，则该燃料的分子式为________，结构简式为________________。
解析　由题意知，燃料燃烧生成的H2O和CO2分别被干燥剂和澄清石灰水吸收，二者的增重量即为燃烧时产生的H2O和CO2的质量。
(1)m(H2O)＝102.9 g－101.1 g＝1.8 g，m(CO2)＝314.2 g－312.0 g＝2.2 g。反应生成的正盐CaCO3质量为m(CaCO3)＝×100＝5 g。
(2)m(H)＝×2＝0.2 g。
(3)m(C)＝×12＝0.6 g。
(4)m(C)∶m(H)＝0.6 g∶0.2 g＝3∶1。
(5)燃料中n(C)∶n(H)＝∶＝1∶4，
所以燃料的分子式为CH4O，结构简式为CH3OH。
答案　(1)1.8　5　(2)0.2　(3)0.6　(4)3∶1
(5)CH4O　CH3OH
二、确定有机物结构式的思路和方法
1．确定有机物结构式的一般思路
物质的结构决定物质的性质，物质的性质又反映其结构特点。因此确定有机物的结构，主要是利用物质所具有的特殊性质来确定该物质所具有的特殊结构，即主要确定该物质的官能团。
2．确定有机物结构式的基本方法
(1)根据价键规律确定，某些有机物根据价键规律只存在一种结构，则可直接由分子式确定其结构式。例如C2H6，根据碳元素为4价，氢元素为1价，碳碳可以直接连接，可知只有一种结构：CH3CH3；同理CH4O，由价键规律，CH4O也只有一种结构：CH3OH。
(2)通过定性实验确定
实验→有机物表现的性质及相关结论―→官能团―→确定结构式。
如能使溴的四氯化碳溶液褪色的有机物分子中可能含有；不能使溴的四氯化碳溶液褪色却能使酸性高锰酸钾溶液褪色的有机物可能是苯的同系物等。
(3)通过定量实验确定
①通过定量实验确定有机物的官能团，如乙醇结构式的确定；
②通过定量实验确定官能团的数目，如测得1 mol某醇与足量钠反应可得到1 mol气体，则可说明该醇分子含2个—OH。
(4)根据实验测定的有机物的结构片断“组装”有机物
实验测得的往往不是完整的有机物，这就需要我们根据有机物的结构规律如价键规律、性质和量的规律等来对其进行“组装”和“拼凑”。
(5)可用红外光谱、核磁共振氢谱确定有机物中的官能团和各类氢原子的数目，再确定结构式。
[特别提示]　①确定有机物的一般步骤：
先确定有机物的分子式；再根据分子式及化合价书写可能的结构式；通过实验检测出的数据计算或依据其特殊的化学性质来确定其结构式。
②某些特殊组成的实验式，可根据其组成特点直接确定其分子式，如实验式为CH3的有机物，其分子式为C2H6时，氢原子已达到饱和；实验式为CH3O的有机物，其分子式为C2H6O2。
【典例2】　某纯净有机物A的红外光谱表征到和的存在，经质谱仪、核磁共振仪得到下列质谱图和核磁共振氢谱图：


(1)该有机物的分子式为____________________________________________________。
(2)该有机物的结构简式为__________________________________________________。
解析　质谱仪得到的质谱图中最大质荷比即为该有机物的相对分子质量，所以该有机物的相对分子质量为70。该有机物的核磁共振氢谱图显示环境不同的氢原子有4种，且H原子个数比为2∶1∶1∶2，故H原子总数量至少是6个。红外光谱表征到碳碳双键()和羰基()的存在。由氧原子数确定：若有2个O原子，则有70－32＝38，C原子为3个时，只能有2个H原子，C原子为2个时，有14个H原子，过饱和，且与强度比2∶1∶1∶2的4种环境不同的氢原子矛盾。因此，氧原子数为1。的式量为52，余基式量为70－52＝18，若H原子总数为6，则18－6＝12，说明还有1个碳原子，因此分子式为C4H6O。可能的结构有CH3CH===CHCHO(核磁共振氢谱图强度比应为3∶1∶1∶1)、CH2===CHCOCH3(核磁共振氢谱图应有3个峰)和CH2===CHCH2CHO，只有CH2===CHCH2CHO符合题意。
答案　(1)C4H6O　(2)CH2===CHCH2CHO
【典例3】　有机物A蒸气的质量是同体积乙醇蒸气质量的2倍(相同状况下)。1.38 g A完全燃烧后，若将燃烧的产物通过碱石灰，碱石灰的质量增加3.06 g；若将燃烧的产物通过浓H2SO4，浓H2SO4的质量增加1.08 g。另取4.6 g A与足量钠反应，生成的H2在标准状况下的体积为1.68 L。A不与纯碱反应，试通过计算确定A的分子式和结构简式。
解析　由题可知，A的相对分子质量为Mr(A)＝46×2＝92。
1．38 g A完全燃烧后生成的H2O和CO2的质量分别为
m(H2O)＝1.08 g、m(CO2)＝3.06 g－1.08 g＝1.98 g
故：m(C)＝×12 g·mol－1＝0.54 g
m(H)＝×2×1 g·mol－1＝0.12 g
因为：m(C)＋m(H)＝0.54 g＋0.12 g＝0.66 g＜1.38 g，所以有机物A分子中含有O，其质量为m(O)＝1.38 g－0.66 g＝0.72 g
n(A)∶n(C)∶n(H)∶n(O)＝∶∶∶＝1∶3∶8∶3，故有机物A的分子式为C3H8O3。
4．6 g A(即0.05 mol)中可取代的H的物质的量为n(H)＝×2＝0.15 mol。
即每个A分子中含有3个—OH，故其结构简式为。
答案　A的分子式为C3H8O3，其结构简式为