新人教版高二选修5化学1.4《研究有机化合物的一般步骤和方法》(45张PPT)

(共45张PPT)
第4节
研究有机化合物的一般
步骤和方法
有机化合物的
　混合物
分离、提纯
元素定量分析
　确定实验式
波谱分析
确定结构式
测定相对分子质量
　确定分子式
1、蒸
馏
蒸馏烧瓶
温度计
冷凝管
尾接管（牛角管）
锥形瓶
酒精灯
（1）原理：利用液态混合物（互溶）中各组分沸点的不同，加热使其分离。
（2）适用范围：互溶液态混合物中该有机物热稳定性较强，与杂质沸点相差较大。
一、有机物的分离、提纯
（3）装置
③温度计水银球处于蒸馏烧瓶支管口处
②投放沸石或瓷片防暴沸
①烧瓶底加垫石棉网
④冷凝水，下口进，上口出
（4）注意事项
（5）实验：含有杂质的工业乙醇的蒸馏
77℃以下：_______
77－79℃：_______
79℃：
_______
提示：
甲醇沸点：64.7℃
乙醇沸点：78℃
丙醇沸点：97.4℃
甲醇
乙醇
丙醇
延伸
如何除去水得到无水乙醇？
生石灰法：
乙醇+CaO
无水乙醇
蒸馏
a.萃取剂不与原溶液发生反应；
b.溶质在萃取剂中的溶解度远大于在原溶剂中的溶解度；
c.萃取剂与原溶剂互不相溶且密度相差较大。
（2）萃取剂的选择：
2、萃
取
（1）原理：
①液—液萃取：利用物质在互不相溶的溶剂里溶解度的不同，将有机物从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程。
装置：分液漏斗
②固—液萃取：用有机溶剂从固体物质中溶解出有机物的过程。
装置：专用的仪器和设备
（3）分液漏斗的使用：
梨形分液漏斗
球形分液漏斗
筒形分液漏斗
1、关闭分液漏斗颈部旋塞，向分液漏斗内注入适量的蒸馏水，观察旋塞的两端以及漏斗的下口处是否漏水。2、若不漏水，关闭上磨口塞，左手握住旋塞，右手食指摁住上磨口塞，倒立，检查是否漏水；若不漏水，正立，将上磨口塞旋转180度，倒立，检查是否漏水，若不漏水，则此分液漏斗可以使用。
（4）实验步骤及注意事项：
（以四氯化碳萃取碘水为例）
①
混合：用量筒量取10mL碘的饱和水溶液，倒入分液漏斗，然后再加入4mL
四氯化碳，盖好玻璃塞。
振荡
②
振荡：用右手压住分液漏斗口部（上端的玻璃塞），左手握住活塞部分，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，使漏斗内气体放出。
静置
③
静置：将分液漏斗放在铁架台上静置。
分液
④
分液：待液体分层后，将漏斗上端玻璃塞打开（或使塞上的凹槽对准漏斗上的小孔），再将漏斗下面的活塞打开，使下层液体慢慢沿烧杯壁留下，到有色液体接近流完时快速关闭活塞。
3、重结晶（再结晶）
（1）概念
将晶体溶于溶剂或熔融以后，又重新从溶液或熔体中结晶的过程。
（3）溶剂的选择
①杂质在溶剂中溶解度很小或溶解度很大，易于除去；
②被提纯的有机物在溶剂中的溶解度，受温度的影响较大。有机物在热溶液中的溶解度较大，在冷溶液中的溶解度较小，冷却后易于结晶析出。
杂质在热过滤时被滤去。
杂质留在母液中，不随被提纯晶体一同析出。
（2）原理
利用被提纯物质与杂质在同一溶剂中的溶解度不同而将其杂质除去的方法。
资料1：苯甲酸为白色片状晶体，沸点249℃，其在水中的溶解度：0.17g
(25℃)，0.95g
(50℃)，6.8g
(95℃)。
资料2：粗苯甲酸中主要杂质为砂子，NaCl，苯甲醇(可溶于水，20℃的溶解度为
4g/100gH2O，易溶于有机溶剂，沸点205.7
℃)
等。
苯甲酸的重结晶实验
粗苯甲酸的状态：______________________________
观察滤液冷却时实验现象：______________________________
重结晶后苯甲酸的状态：______________________________
灰黄色粉末
不断有白色晶体析出
白色片状晶体
小结
固体有机粗品
溶于溶剂，制成热溶液，趁热过滤
滤渣
（溶解度较小杂质）
滤液
冷却结晶，过滤洗涤
母液
（溶解度较大杂质及部分被提纯物）
晶体（产品）
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？
（1）温度过低，杂质的溶解度也会降低，部分杂质析出，达不到提纯苯甲酸的目的；
（2）温度极低时，溶剂（水）也会结晶，给实验操作带来麻烦。
学与问
结晶
降温结晶
蒸发结晶
：溶解度随温
度变化小的
（蒸发溶剂）
：溶解度随温
度变化大的
NaCl(KNO3)：___________
KNO3(NaCl)：___________
除去括号内的杂质
拓展
蒸发结晶
降温结晶
课外实践活动：
用粉笔分离菠菜叶中的色素
色
谱
法
分液
洗气
蒸馏
渗析
过滤
结晶
色谱
萃取
分离
提纯
练习1：下列物质中的杂质（括号中是杂质）分别可以用什么方法除去。
①甲烷（乙烯）
②溴水（水）
③硝基苯（苯）
④乙酸乙酯（乙醇）
⑤淀粉胶体（NaCl）
——洗气（用溴水）
——萃取
——蒸馏
——分液（饱和Na2CO3溶液）
——渗析
课堂反馈
练习2：下列关于物质的分离、提纯实验中的一些操作或做法及现象，错误的是(　　)
①．在组装蒸馏装置时，温度计的水银球应伸入液面下②．用96%的工业酒精制取无水乙醇，可采用的方法是
加生石灰，再蒸馏
③．在苯甲酸重结晶实验中，粗苯甲酸加热溶解后还要
加少量蒸馏水，冷却到常温才过滤
④．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
⑤．使用分液漏斗萃取提纯物质前，要先检漏
⑥．用酒精萃取溴水中的溴
⑦．称量时，称量物放在称量纸上，置于托盘天平的左
盘，砝码放在托盘天平的右盘
A.
①⑤
B.
②③⑦
C.⑤⑥⑦
D.①③⑥
D
研究有机化合物要经过以下几个步骤:
粗产品
分离提纯
定性分析
定量分析
除杂质
确定组成元素
质量分析
测定分子量
结构分析
实验式或最简式
分子式
结构式
有机物（纯净）
确定
实验式
？
首先要确定有机物中含有哪些元素
如何利用实验的方法确定有机物中C、H、O各元素的质量分数？
李比希法
现代元素分析法
1、元素分析→确定实验式
二、元素分析与相对分子质量的测定
“李比希元素分析法”的原理：
取定量含C、H（O）的有机物
加氧化铜
氧化
H2O
CO2
用无水
CaCl2吸收
用KOH浓
溶液吸收
得前后质量差
得前后质量差
计算C、H含量
计算O含量
得出实验式
讨论：某含C、H、O三种元素的未知物A，经燃烧分析实验测定A中碳的质量分数为52.16%，氢的质量分数为13.14%，求A的实验式。
解：
氧的质量分数=
1－
52.16%－
13.14%
=
34.70%
各元素原子个数比
N(C)：N(H)：N(O)
=
=
2：6：1
A的实验式为：
C2H6O
延伸：若要确定它的分子式，还需要什么条件？
（1）确定相对分子质量的常见方法：
①根据标况下气体的密度可求：
M
=
22.4L/mol
?ρg/L=22.4ρ
g/mol
2、相对分子质量→确定分子式
④运用质谱法来测定相对分子质量
②依据气体的相对密度：M1
=
DM2
(D:相对密度)
③求混合物的平均式量：
测定相对分子质量最精确快捷的方法
相对分子质量
的测定——
　质谱仪
由于分子离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间最长，因此谱图中的质荷比最大的就是未知物的相对分子质量。
（1）质荷比是什么？
（2）如何确定有机物的相对分子质量？
分子离子与碎片离子的相对质量与其电荷的比值
阅读教材P21
未知化合物A的质谱图
结论：A的相对分子质量为46
讨论1：2002年诺贝尔化学奖获得者的贡献之一是发明了对有机物分子进行结构分析的质谱法。其方法是让极少量的（10－9g）化合物通过质谱仪的离子化室使样品分子大量离子化，少量分子碎裂成更小的离子。如C2H6离子化后可得到C2H6＋、C2H5＋、C2H4＋
……，然后测定其质荷比。某有机物样品的质荷比如右图所示（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
?
讨论2：某有机物的结构确定过程前两步为：
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（
）。
C4H10O
74
C4H10O
【方法一】最简式法
根据分子式为最简式的整数倍，因此利用相对分子质量的最简式可确定其分子式。
（2）分子式的确定方法：
讨论：某同学为测定维生素C（可能含C、H或C、H、O）中碳、氢的质量分数，取维生素C样品研碎，称取该样品0.352
g，置于铂舟并放入燃烧管中，不断通入氧气流。用酒精喷灯持续加热样品，将生成物先后通过无水硫酸铜和碱石灰，两者分别增重0.144g和0.528g，生成物完全被吸收。试回答以下问题：
（1）维生素C中碳的质量分数是
，氢的质量分数是
。
（2）维生素C中是否含有氧元素？为什么？
（3）试求维生素C的实验式：
（3）若维生素C的相对分子质量为176，请写出它的分子式。
C3H4O3
41％
4.55％
肯定含有氧
C6H8O6
【方法一】最简式法
根据分子式为最简式的整数倍，因此利用相对分子质量的最简式可确定其分子式。
（2）分子式的确定方法：
【方法二】直接法
密度(或相对密度)→摩尔质量→1mol气体中元素原子各为多少摩尔→分子式
学与问
实验表明，许多咖啡和可乐饮料中含有兴奋性物质咖啡因。经实验测定，咖啡因分子中各元素的质量分数是:
碳49.5％，氢5.20％，氧16.5％，氮28.9％，其摩尔质量为194.1g/mol。
你能确定它的分子式吗？
课本P21
【方法一】最简式法
根据分子式为最简式的整数倍，因此利用相对分子质量的最简式可确定其分子式。
（2）分子式的确定方法：
【方法二】直接法
密度(或相对密度)→摩尔质量→1mol气体中元素原子各为多少摩尔→分子式
【方法三】余数法
①用烃的相对分子质量除以14，视商数和余数
②若烃的类别不确定CxHy，可用相对分子质量M除以12，看商和余数，即M/12＝x……余y，分子式为CxHy
M(CxHy)/M(CH2)＝M/14＝a……
(a为碳原子数)
余2为烷烃
整除为烯烃或环烷烃
差2整除为炔烃或二烯烃
差6整除为苯或其同系物
此法用于具有确定通式的烃(如烷、烯、炔、苯的同系物等)
练习：分别写出相对分子质量为128、72的烃的分子式
【方法一】最简式法
根据分子式为最简式的整数倍，因此利用相对分子质量的最简式可确定其分子式。
（2）分子式的确定方法：
【方法二】直接法
密度(或相对密度)→摩尔质量→1mol气体中元素原子各为多少摩尔→分子式
【方法三】余数法
【方法四】方程式法
练习：在同温同压下，10mL某气态烃在50mL
O2里充分燃烧，得到液态水和体积为35mL的混合气体，则该烃的分子式可能为（
）
A、CH4
B、C2H6
C、C3H8
D、C3H6
BD
例如：未知物A的分子式为C2H6O，其结构可能是什么？
　
H　H　　　　　　　　H　　
H
H－C－C－O－H　或　H－C－O－C－H　
　
H
H　　　　　　　　H　　
H
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，最后确定正确的结构
三、波谱分析——确定结构式
1、红外光谱
红外光谱法确定有机物结构的原理：
由于有机物中组成化学键、官能团的原子处于不断振动状态，且振动频率与红外光的振动频谱相当。所以，当用红外线照射有机物分子时，分子中的化学键、官能团可发生震动吸收，不同的化学键、官能团吸收频率不同，在红外光谱图中将处于不同位置。因此，我们就可以根据红外光谱图，推知有机物含有哪些化学键、官能团，以确定有机物的结构。
红外光谱鉴定分子结构
可以获得化学键和官能团的信息
CH3CH2OH的红外光谱
结论：A中含有O-H、C-O、C-H
2、核磁共振氢谱
核磁共振氢谱确定有机物结构的原理：
对于CH3CH2OH、CH3—O—CH3这两种物质来说，除了氧原子的位置、连接方式不同外，碳原子、氢原子的连接方式也不同、所处的环境不同，即等效碳、等效氢的种数不同。
处在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，在谱图上出现的位置也不同，这种差异叫化学位移δ。
从核磁共振氢图谱上可推知该有机物分子有几种不同类型的氢原子（波峰数）及它们的数目比（波峰面积比）。
核磁共振氢谱光谱鉴定分子结构
CH3CH2OH的红外光谱
可以推知未知物A分子有3种不同类型的氢原子及它们的数目比为3：2：1
因此，A的结构为：
　
H
H
H－C－C－O－H
　
H
H
讨论1：有一有机物的相对分子质量为74，确定分子结构，请写出该分子的结构简式
　　
　　
　　
C—O—C
对称CH3
对称CH2
CH3CH2OCH2CH3
讨论2：下图是一种分子式为C4H8O2的有机物的红外光谱谱图,则该有机物的结构简式为：
C—O—C
C=O
不对称CH3
CH3COOCH2CH3
讨论3：一个有机物的分子量为70,红外光谱表征到碳碳双键和C＝O的存在，核磁共振氢谱列如下图：
②写出该有机物的可能的结构简式：
①写出该有机物的分子式：
C4H6O
CH3CH=CHCHO
说明：这四种峰的面积比是：1：1：1：3