第二节 研究有机化合物的一般方法
【A组】
1.研究有机化合物一般经过以下几个基本步骤:分离、提纯→确定实验式→确定分子式→确定结构式。以下用于研究有机化合物的方法错误的是( )
A.蒸馏常用于分离提纯液态有机化合物
B.燃烧法是研究确定有机化合物成分的有效方法
C.对有机化合物分子红外光谱图的研究有助于确定有机化合物分子中的官能团
D.核磁共振氢谱通常用于分析有机化合物的相对分子质量
答案D
解析蒸馏是利用互溶液态混合物中各成分的沸点不同而进行物质分离的方法,液态有机混合物中各成分的沸点相差较大时,可用蒸馏的方法进行分离,A正确;利用燃烧法,能将有机化合物转化为简单无机化合物,并作定量测定,通过无机化合物的质量推算出组成该有机化合物的元素的质量分数,然后计算出该有机化合物分子所含元素原子的最简整数比,即燃烧法是研究确定有机化合物成分的有效方法,B正确;不同的化学键或官能团吸收频率不同,在红外光谱图上处于不同的位置,所以红外光谱图能确定有机化合物分子中的化学键或官能团,C正确;从核磁共振氢谱图上可以推知有机化合物分子有几种不同类型的氢原子及它们的相对数目,从而确定有机化合物的分子结构,质谱图通常用于分析有机化合物的相对分子质量,D错误。
2.二甲醚和乙醇是同分异构体,鉴别二者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.利用金属钠或金属钾 B.利用燃烧法
C.利用红外光谱法
D.利用核磁共振氢谱
答案B
解析二者燃烧后的产物均为CO2、H2O,通过它们只能求得其最简式和分子式,但燃烧法并不能判断原物质中存在的基团及其相对位置。
3.下列有关叙述正确的是( )
A.质谱法通常用来确定有机化合物的分子结构
B.将有机化合物燃烧进行定量分析,可以直接确定该有机化合物的分子式
C.在核磁共振氢谱中能出现三组峰,峰面积之比为3∶1∶4
D.乙醚与1-丁醇不能利用红外光谱法进行鉴别
答案C
解析质谱法通常用来确定有机化合物的相对分子质量,A错误;将有机化合物燃烧进行定量分析,不能直接确定该有机化合物的分子式,B错误;根据有机化合物结构简式可知,在核磁共振氢谱中能出现三组峰,峰面积之比为6∶2∶8=3∶1∶4,C正确;乙醚与1-丁醇含有的官能团不同,可以利用红外光谱法进行鉴别,D错误。
4.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.该化合物分子中碳、氢原子个数之比为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
答案B
解析n(CO2)==0.2
mol,n(H2O)==0.4
mol。m(C)+m(H)=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
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,故实验式即为分子式。
5.为了提纯下表所列物质(括号内为杂质),有关除杂试剂和分离方法的选择均正确的是( )
选项
被提纯的物质
除杂试剂
分离方法
A
己烷(己烯)
溴水
分液
B
淀粉溶液(NaCl)
水
过滤
C
CH3CH2OH(CH3COOH)
CaO
蒸馏
D
CO2(SO2)
Na2CO3
溶液
洗气
答案C
解析A中己烯与Br2反应的产物与己烷仍互溶,用分液法不能将己烷提纯;B中淀粉溶液(胶体)和NaCl溶液均可透过滤纸;D中除杂试剂Na2CO3既可与杂质SO2反应,又可吸收被提纯气体CO2,所以用Na2CO3溶液作除杂试剂不可行,可改用NaHCO3溶液为除杂试剂,应选C。
6.下列物质的核磁共振氢谱图中,有5个吸收峰的是( )
A.
B.
C.
D.
答案B
解析核磁共振氢谱图中峰的数目等于氢原子类型的数目。A项分子中含有2种氢原子,错误;B项分子中含有5种氢原子,正确;C项分子中含有4种氢原子,错误;D项分子中含有4种氢原子,错误。
7.(2020山东菏泽高二检测)某烃中碳元素和氢元素的质量比是24∶5,该烃在标准状况下的密度是2.59
g·L-1,其分子式为( )
A.C2H6
B.C4H10
C.C5H8
D.C7H8
答案B
解析N(C)∶N(H)==2∶5,得其实验式为C2H5,M=ρVm=2.59
g·L-1×22.4
L·mol-1≈58
g·mol-1,(24+5)n=58,n=2,故其分子式为C4H10。
8.为测定某有机化合物A的结构,进行如下实验:
(1)将一定量的有机化合物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),则该物质的实验式是 。?
(2)用质谱仪测定该有机化合物的相对分子质量,得到如图所示的质谱图,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: 。?
(4)核磁共振氢谱能对有机化合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相对数目。例如甲基氯甲基醚(Cl—CH2—O—CH3,有2种氢原子)的核磁共振氢谱如图1所示:
图1 图2
经测定,有机化合物A的核磁共振氢谱图如图2所示,则A的结构简式为 。?
答案(1)C2H6O (2)46 C2H6O
(3)CH3CH2OH、CH3OCH3 (4)CH3CH2OH
解析(1)根据题意有n(H2O)=0.3
mol,则有n(H)=0.6
mol;n(CO2)=0.2
mol,则有n(C)=0.2
mol。根据氧原子守恒有n(O)=n(H2O)+2n(CO2)-2n(O2)=0.3
mol+2×0.2
mol-2×=0.1
mol,则N(C)∶N(H)∶N(O)=n(C)∶n(H)∶n(O)=2∶6∶1,其实验式为C2H6O。(2)假设该有机化合物的分子式为(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C2H6O可知A为饱和化合物,推测其结构简式为CH3CH2OH或CH3OCH3。(4)分析A的核磁共振氢谱图可知:A分子中有3种处于不同化学环境的氢原子,而CH3OCH3只有1种化学环境的氢原子,故A的结构简式为CH3CH2OH。
【B组】
9.在核磁共振氢谱中出现两组峰,其氢原子数之比为3∶2的化合物是( )
A.
B.
C.
D.
答案D
解析因为在核磁共振氢谱中出现两组峰,说明该有机化合物分子中处在不同化学环境中的氢原子有两种,且根据题意这两种氢原子个数之比为3∶2,分析四个选项:A项中处在不同化学环境中的氢原子有2种,其个数比为6∶2,不合题意;B项如图所示:,有3种氢原子,其个数比为3∶1∶1,不合题意;C项如图所示:,分子中有3种氢原子,其个数比为6∶2∶8,不合题意;D项如图所示:分子中有2种氢原子,其个数比为3∶2,符合题意。
10.(2020山东青岛高二检测)在一定条件下,萘可以被浓硝酸、浓硫酸的混酸硝化生成二硝基物,它是1,5-二硝基萘()、1,8-二硝基萘()的混合物,后者可溶于质量分数大于98%的浓硫酸,而前者不能。利用这一性质可以将这两种同分异构体分离,将上述硝化产物加入适量的98%的浓硫酸,充分搅拌,用耐酸漏斗过滤,欲从滤液中得到固体1,8-二硝基萘,应采用的方法是( )
A.蒸发浓缩结晶
B.向滤液中加水后过滤
C.用Na2CO3溶液处理滤液
D.将滤液缓缓加入水中并过滤
答案D
解析根据题目信息知,滤液中有浓硫酸和1,8-二硝基萘,浓硫酸可溶于水,而1,8-二硝基萘不溶于水,故可以将滤液缓缓注入水中(相当于浓硫酸的稀释),然后过滤即可。
11.(双选)质谱图显示,某种含氧有机化合物的相对分子质量为74,燃烧实验发现其分子内碳、氢原子个数之比为2∶5,核磁共振氢谱图显示,该物质中只有2种类型的氢原子。下列关于该化合物的描述中正确的是( )
A.该化合物可能为CH3CH2CH2CH2OH
B.该化合物可能为CH3CH2CH2CH2OH的同分异构体
C.该化合物可能为CH3CH2OCH2CH3
D.该化合物为CH3CH2OCH2CH3的同系物
答案BC
解析分子内碳、氢原子个数之比为2∶5,则分子式可写作(C2H5)xOy,由相对分子质量为74推断分子式为C4H10O,CH3CH2CH2CH2OH有5种类型的氢原子,A错误;CH3CH2OCH2CH3和都符合题意,故B、C正确;CH3CH2OCH2CH3的同系物的分子式不是C4H10O,D错误。
12.某含C、H、O三种元素的未知物M的相对分子质量小于100,经燃烧分析实验测得该未知物中碳元素的质量分数为40%,氢元素的质量分数为6.7%。由此所得结论正确的是( )
A.M的分子式为CH2O
B.M的实验式为CH3O
C.M不可能是CH3CHOHCOOH
D.M可能是饱和一元羧酸
答案D
解析未知物M中碳元素的质量分数为40%,氢元素的质量分数为6.7%,则氧元素的质量分数为1-40%-6.7%=53.3%,则该物质分子中碳、氢、氧原子个数之比=≈1∶2∶1,则M的实验式为CH2O,可能为HCHO、CH3COOH、HCOOCH3、CH3CHOHCOOH、CH2OHCH2COOH以及葡萄糖等,只有D正确。
13.(双选)某有机化合物的相对分子质量为74,其红外光谱如图所示,则有关该有机化合物的叙述正确的是
( )
A.该有机化合物属于醚类
B.该有机化合物分子中共有5个碳原子
C.该有机化合物具有环状结构
D.该有机化合物分子中有2种化学环境不同的氢原子
答案AD
解析对称结构至少为2个,2个—CH2的相对质量是28,2个—CH3的相对质量是30,余基的相对质量为74-28-30=16,所以余基为O,其结构简式为CH3CH2OCH2CH3,属于醚类,有2种化学环境不同的氢原子,A、D正确。
14.研究有机化合物一般经过以下几个基本步骤:分离、提纯→确定实验式→确定分子式→确定结构式。
已知:①2R—COOH+2Na2R—COONa+H2↑;
②R—COOH+NaHCO3R—COONa+CO2↑+H2O。
有机化合物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:
实验步骤
解释或实验结论
(1)称取A
9.0
g,升温使其汽化,测得其密度是相同条件下H2的45倍
试通过计算填空:
(1)A的相对分子质量为 ?
续 表
实验步骤
解释或实验结论
(2)将此9.0
g
A在足量纯O2中充分燃烧,并使其产物依次缓缓通过浓硫酸、碱石灰,发现两者分别增重5.4
g和13.2
g
(2)A的分子式为 ?
(3)另取A
9.0
g,跟足量的NaHCO3粉末反应,生成2.24
L
CO2(标准状况),若与足量金属钠反应则生成2.24
L
H2(标准状况)
(3)用结构简式表示A中含有的官能团为 ?
(4)A的核磁共振氢谱如图:
(4)A中含有 种氢原子;?
综上所述A的结构简式为 ?
答案(1)90 (2)C3H6O3
(3)—COOH、—OH
(4)4
解析(1)有机化合物A的密度是相同条件下H2的45倍,所以有机化合物A的相对分子质量为45×2=90。
(2)浓硫酸增重5.4
g,则生成水的质量是5.4
g,物质的量为=0.3
mol,所含氢原子的物质的量是0.6
mol,碱石灰增重13.2
g,即生成二氧化碳的质量是13.2
g,物质的量是=0.3
mol,所以碳原子的物质的量是0.3
mol,所以该有机化合物分子中碳原子个数是3,氢原子个数是6,根据A的相对分子质量是90,可计算出分子中所含氧原子个数是3,即分子式为C3H6O3。
(3)只有羧基可以和碳酸氢钠发生化学反应生成二氧化碳,9.0
g
A与足量NaHCO3反应生成2.24
L
CO2(标准状况),则说明分子中含有一个羧基;羧基、醇羟基可以和金属钠发生反应生成氢气,9.0
g
A与足量金属钠反应生成2.24
L
H2(标准状况),则说明分子中还含有1个羟基,故答案为—COOH、—OH。
(4)根据核磁共振氢谱图中有4个峰,则说明该有机化合物分子中含4种不同类型的氢原子,氢原子的个数比为3∶1∶1∶1,所以结构简式为。
【C组】
15.(2020江苏徐州高二检测)通常用燃烧的方法测定有机化合物的分子式,可在燃烧室内将有机化合物样品与纯氧在电炉加热下充分燃烧,根据产物的质量确定有机化合物的组成。如图所示是用燃烧法确定有机化合物分子式的常用装置。
现准确称取0.44
g样品(只含C、H、O三种元素中的两种或三种),经燃烧后A管增重0.88
g,B管增重0.36
g。请回答:
(1)按上述所给的测量信息,装置的连接顺序应是D→ →F→ → 。?
(2)A、B管内均盛有固态试剂,A管的作用是 。?
(3)E中应盛装 (填化学式)。?
(4)如果把CuO网去掉,A管增重将 (填“增大”“减小”或“不变”)。?
(5)该有机化合物的实验式为 。?
(6)要确定该有机化合物的分子式,还必须知道的数据是 (填序号)。?
①消耗液体E的质量
②样品的摩尔质量
③CuO固体减少的质量
④C装置增加的质量
⑤燃烧消耗O2的物质的量
答案(1)C B A (2)吸收样品燃烧产生的CO2 (3)H2O2 (4)减小 (5)C2H4O (6)②
解析H2O2在MnO2催化下可产生O2,在加热条件下通入样品中使其燃烧;F装置中加CuO是为了使样品燃烧时产生的CO继续被氧化为CO2,否则,A管增重将减小造成误差;通过A、B中增加的质量可求得该样品的最简式;要得到该物质的分子式,在已知其质量的情况下,只需知道其摩尔质量即可。(共67张PPT)
第二节 研究有机化合物的一般方法
素养目标
1.通过对蒸馏、萃取、重结晶的实验原理和基本操作的学习,认识科学探究过程的步骤,形成科学探究与创新意识的学科素养。
2.通过质谱法、红外光谱、核磁共振氢谱、X射线衍射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,能结合简单图谱信息分析判断有机化合物的分子结构,形成宏观辨识与微观探析的学科素养。
3.通过实例的分析,形成确定有机化合物分子式、结构式的思维模型,培养学生的证据推理与模型认知的学科素养。
知识铺垫
必备知识
正误判断
1.物质分离、提纯的常用方法有:过滤、蒸发、蒸馏、萃取、升华等。
2.分离提纯的原则有:①不引入新杂质;②不减少被提纯的物质;③易分离;④易复原。
知识铺垫
必备知识
正误判断
一、分离、提纯
1.研究有机化合物的一般步骤
分离、提纯→确定实验式→确定分子式→确定分子结构
2.有机化合物的分离与提纯
提纯含杂质的有机化合物的基本方法是利用有机化合物与杂质
物理性质的差异将它们分离。在有机化学中常用的分离和提纯方法有蒸馏、萃取和重结晶等。
知识铺垫
必备知识
正误判断
(1)蒸馏
①
知识铺垫
必备知识
正误判断
②装置和仪器
知识铺垫
必备知识
正误判断
(2)萃取
①萃取的基本原理
知识铺垫
必备知识
正误判断
②主要仪器
知识铺垫
必备知识
正误判断
(3)重结晶
①原理
适用
范围
提纯固体有机化合物常用的方法
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杂质除去
选择溶
剂的条件
杂质在此溶剂中溶解度很小或很大,易于除去;
被提纯的有机化合物在此溶剂中的溶解度受温度的影响较大,能够进行冷却结晶
知识铺垫
必备知识
正误判断
实验仪
器及操
作步骤
?
保证纯
度措施
如果重结晶所得的晶体纯度不能达到要求,可以再次进行重结晶以提高产物的纯度
知识铺垫
必备知识
正误判断
②实例——苯甲酸的提纯
实验步骤
实验现象
Ⅰ
观察粗苯甲酸样品(含少量氯化钠和泥沙)的状态
土黄色固体
Ⅱ
将1
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
加热前有大量晶体存在,加热后,晶体消失,溶液变浑浊
Ⅲ
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
有大量无色晶体析出
Ⅳ
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
得到无色晶体
知识铺垫
必备知识
正误判断
【微思考1】实验步骤Ⅲ中趁热过滤的目的是什么?步骤Ⅳ中用少量蒸馏水洗涤的目的是什么?
提示减少苯甲酸因温度降低析出晶体而引起的损失。洗去晶体表面的氯化钠溶液。
【微思考2】如何检验提纯后的苯甲酸中氯化钠已除净?
提示取少量苯甲酸溶于水,加入稀硝酸,再加入硝酸银溶液,若无白色沉淀生成,则证明苯甲酸中氯化钠已除净。
知识铺垫
必备知识
正误判断
二、确定实验式
1.元素的定性、定量分析
【微思考3】有机化合物的实验式和分子式一定不相同吗?
提示不一定,如CH4。
知识铺垫
必备知识
正误判断
2.定量分析的方法
(1)李比希法
确定有机化合物的实验式的具体流程如下:
知识铺垫
必备知识
正误判断
【微思考4】有机化合物燃烧后只生成CO2和H2O,有同学认为该有机化合物只含碳、氢两种元素,该说法对吗?
提示不对。该有机化合物可能含有碳、氢两种元素,也可能含有碳、氢、氧三种元素。
(2)元素分析仪
现代化的元素分析仪分析的精准度和分析速度都达到了很高的水平。
知识铺垫
必备知识
正误判断
三、确定分子式
质谱法
原理
用高能电子流等轰击样品分子,使有机分子失去电子,形成带正电荷的分子离子和碎片离子。这些离子因质量不同、电荷不同,在电场和磁场的运动行为不同,计算机对其进行分析得到质荷比,其结果被记录为质谱图
应
用
质
荷
比?
定义:分子离子、碎片离子的相对质量与其电荷数的比值
应用:质谱图中,质荷比的最大值即为该有机化合物的相对分子质量
知识铺垫
必备知识
正误判断
应
用
实
例
?
?
由图可知,样品的相对分子质量为46
知识铺垫
必备知识
正误判断
四、确定分子结构
1.红外光谱
(1)原理
知识铺垫
必备知识
正误判断
(2)实例
下图是分子式为C2H6O的有机化合物的红外光谱:
由此确定该有机化合物中含有C—H、O—H、C—O,则该有机化合物的结构简式为C2H5OH。
知识铺垫
必备知识
正误判断
2.核磁共振氢谱
(1)原理
知识铺垫
必备知识
正误判断
(2)实例
如图1、图2分别是分子式为C2H6O的两种同分异构体的核磁共振氢谱:
知识铺垫
必备知识
正误判断
①由图1确定该有机化合物分子中含有3种处于不同化学环境的氢原子,且个数之比为3∶2∶1,故其结构简式为CH3CH2OH。
②由图2确定该有机化合物分子中含有1种处于不同化学环境的氢原子,故其结构简式为CH3OCH3。
知识铺垫
必备知识
正误判断
3.X射线衍射
知识铺垫
必备知识
正误判断
(1)分离和提纯都只利用物质的物理性质,不利用物质的化学性质。
( )
提示×。
(2)蒸馏、重结晶和萃取是分离提纯有机化合物的常用方法。
( )
提示√。
(3)蒸馏时,冷却水从上口进,从下口出。( )
提示×。为了增强冷凝效果,冷却水从下口进,从上口出。
(4)提纯粗苯甲酸的方法可以用重结晶法。( )
提示√。
知识铺垫
必备知识
正误判断
(5)根据红外光谱只能确定有机化合物中化学键种类。( )
提示×。还可以获得有机化合物中所含官能团的相关信息。
(6)核磁共振氢谱中,有几个吸收峰就说明有几个氢原子。( )
提示×。有几个吸收峰就说明有几种氢原子,可以根据峰的面积之比,确定不同类型氢原子个数之比。
(7)根据某有机化合物的最简式CH2不能确定该有机化合物的分子式,但若某有机化合物的最简式若为C2H5,则可直接确定该有机化合物的分子式为C4H10。( )
提示√。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
物质分离、提纯常用的物理方法
问题探究
1.当互溶的两种液态有机化合物中各组分的沸点相差较小时如何处理?以乙醇中混有乙酸为例。
提示最好将混合物“预处理”,先将其中的一种物质转化为不挥发的盐类化合物,再进行蒸馏。比如乙醇中混有乙酸,可先加生石灰,将乙酸转化为乙酸钙再蒸馏。
2.玫瑰精油是世界上最昂贵的精油,被称为“精油之后”。玫瑰精油的提取起源于古代,最初用水浸渍鲜花,以提取其中的有效成分。用水浸渍鲜花,提取有效成分的方法在化学中属于什么操作方法?
提示固-液萃取。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
3.乙二醇和丙三醇都可以作汽车和飞机燃料的防冻剂。现有一瓶乙二醇和丙三醇的混合液,已知它们的性质如下表:
物质
熔点/℃
沸点/℃
溶解性
乙二醇
-11.5
198
易溶于水和乙醇
丙三醇
17.9
290
与水和乙醇任意比互溶
分离乙二醇和丙三醇的最佳方法是什么?
提示蒸馏。两者均属于醇类,相互混溶。从表中数据可知两者的沸点相差较大,故可用蒸馏法将其分离。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
深化拓展
1.分离、提纯常用的物理方法
(1)固体与液体的混合物
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
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
(2)固体与固体的混合物
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
分离碳酸钠和碳酸钙
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
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
(3)液体与液体的混合物
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,沸点相差较大
分离酒精和水
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
2.重结晶的操作流程
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
素能应用
典例1环己烯用于有机合成,也用作溶剂。作为有机合成原料,可合成赖氨酸、环己酮、苯酚、聚环烯树脂、氯代环己烷、橡胶助剂、环己醇原料等。
某化学小组采用如图装置,由环己醇制备环己烯。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
物质
密度/(g·cm-3)
熔点/℃
沸点/℃
溶解性
环己醇
0.96
25
161
能溶于水
环己烯
0.81
-103
83
难溶于水
步骤一:制备粗品。
将12.5
mL环己醇加入试管A中,再加入1
mL浓硫酸,摇匀后放入碎瓷片,缓慢加热至反应完全,在试管C内得到环己烯粗品。
步骤二:制备精品。
(1)环己烯粗品中含有环己醇和少量酸性杂质等。加入饱和食盐水,振荡、静置、分层,环己烯在 层(填“上”或“下”),分液后用 (填入编号,下同)洗涤。?
a.KMnO4溶液 b.稀硫酸 c.Na2CO3溶液
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
(2)再将环己烯按如图装置进行蒸馏,冷却水从 口进入。蒸馏时要加入生石灰,目的是 。?
(3)收集产品时,控制的温度应在 左右,实验制得的环己烯精品产量低于理论产量,可能的原因是 。
a.蒸馏时从70
℃开始收集产品
b.环己醇实际用量多了
c.制备粗品时部分环己醇随产品一起蒸出
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
答案(1)上 c (2)g 除去水分
(3)83
℃ c
解析(1)精品的制备关键在于除杂,此问涉及分液和蒸馏。环己烯密度比水小,在上层,洗涤时选用KMnO4溶液会氧化环己烯,又因粗品中混有少量酸性物质,洗涤时不能再用稀硫酸,需用Na2CO3溶液将多余的酸除掉。(2)冷凝管的冷却水应该“下进上出”。蒸馏时,混合物中的水分可用生石灰除去。(3)蒸馏时应该按照环己烯的沸点控制温度。由于环己醇的沸点较低,制备粗品时可能随产品一起蒸出,导致产量低于理论值。
任务一
任务二
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变式训练1按如图所示实验方案可从海洋动物柄海鞘中提取具有抗肿瘤活性的天然产物。下列说法错误的是( )
A.步骤(1)需要过滤装置
B.步骤(2)需要用到分液漏斗
C.步骤(3)需要用到坩埚
D.步骤(4)需要蒸馏装置
任务一
任务二
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答案C
解析滤液与不溶物是用过滤的方法分离的,A项正确;分离水层与有机层需要用到分液漏斗,B项正确;溶液蒸发结晶应用蒸发皿,C项错误;可用蒸馏的方法从有机层中分离出甲苯,D项正确。
任务一
任务二
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方法点拨
有机混合物的分离提纯
(1)
任务一
任务二
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(2)
任务一
任务二
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有机化合物分子式和结构式的确定
问题探究
1.乙醇(CH3CH2OH)和二甲醚(CH3OCH3)的分子式都为C2H6O。你如何确定分子式为C2H6O的物质的类别?
提示乙醇和二甲醚属于同分异构体,通过结构分析能确定二者的类别;借助与Na的反应也可以确定二者的类别。
任务一
任务二
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2.分子式为C3H6O2的有机化合物,如果在PMR谱(核磁共振氢谱)上观察到的氢原子给出的峰有两种强度。一种强度比为3∶3,另一种强度比为3∶2∶1。请写出该有机化合物可能的结构简式。
任务一
任务二
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任务一
任务二
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3.咖啡、可可与茶为世界三大饮料,同为流行于世界的主要饮品。
(1)经实验测定,咖啡因分子中各元素的质量分数是:碳49.5%,氢5.1%,氧16.5%,氮28.9%,其摩尔质量为194
g·mol-1,请写出确定咖啡因分子式的过程。
任务一
任务二
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(2)咖啡因的结构简式如下:
它的核磁共振氢谱有几种峰?峰面积之比是多少?
提示4种,比值为3∶3∶3∶1。咖啡因的分子结构不对称,故有4种处于不同化学环境的氢原子。
任务一
任务二
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深化拓展
1.有机化合物分子式的确定
(1)确定流程
任务一
任务二
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(2)确定方法
①直接法:
任务一
任务二
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④化学方程式法:
利用有机反应中反应物、生成物之间“量”的关系求分子式的方法。在有机化学中,常利用有机化合物燃烧的化学方程式对分子式进行求解。常用的化学方程式有:
利用燃烧反应的化学方程式时,要抓住以下关键:①气体体积变化;②气体压强变化;③气体密度变化;④混合物平均相对分子质量等。同时可结合适当方法,如平均值法、十字交叉法、讨论法等技巧来速解有机化合物的分子式。
任务一
任务二
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2.有机化合物结构简式的确定
(1)物理方法:红外光谱、核磁共振氢谱和X射线衍射。
(2)价键规律法
根据价键规律可以判断出某些分子式已知的化合物只存在一种结构,则可直接根据分子式确定其结构简式。如C2H6的结构只能是CH3CH3;CH4O的结构只能是CH3OH。
任务一
任务二
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(3)化学方法
方法
依据
结论或实例
①
定性
实验
实验中有机化合物表现出的性质
确定官能团
②
定量
实验
确定有机化合物的官能团
如乙醇结构简式的确定
确定官能团的数目
如1
mol某醇与足量钠反应可得到1
mol氢气,则说明1个该醇分子中含2个—OH
③
进行
“组装”
确定
根据实验测得的官能团种类、数目,联系价键规律等进行“组装”和“拼凑”
确定有机化合物的结构简式
任务一
任务二
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素能应用
典例2为了测定某有机化合物A的结构,做如下实验:
①将2.3
g该有机化合物完全燃烧,生成0.1
mol
CO2和2.7
g水。
②用质谱仪测定其相对分子质量,得到如图一所示的质谱图。
③用核磁共振仪处理该化合物,得到如图二所示谱图,图中三个峰的面积之比是1∶2∶3。
任务一
任务二
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图一
图一
任务一
任务二
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请回答下列问题:
(1)有机化合物A的相对分子质量是 。?
(2)有机化合物A的实验式是 。?
(3)能否根据有机化合物A的实验式确定其分子式 (填“能”或“不能”);若能,则有机化合物A的分子式是 (若不能,则此空不填)。?
(4)写出有机化合物A可能的结构简式: 。?
任务一
任务二
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答案(1)46 (2)C2H6O (3)能 C2H6O
(4)CH3CH2OH
解析(1)在A的质谱图中,最大质荷比为46,所以其相对分子质量是46。
任务一
任务二
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(3)因为实验式C2H6O中,氢原子数已经达到饱和,所以其实验式即为分子式。
(4)有机化合物A有如下两种可能的结构:CH3CH2OH或CH3OCH3;若为后者,则在核磁共振氢谱中应只有一个峰;若为前者,则在核磁共振氢谱中应有三个峰,而且三个峰的面积之比是1∶2∶3,显然前者符合,所以A为乙醇。
任务一
任务二
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变式训练2(双选)已知某有机化合物A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( )
未知物A的红外光谱
任务一
任务二
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未知物A的核磁共振氢谱
A.由红外光谱图可知,该有机化合物中至少含有三种不同的化学键
B.由核磁共振氢谱可知,该有机化合物分子中有三种不同类型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CH3OCH3
D.仅由其核磁共振氢谱就可得知其分子中的氢原子总数
任务一
任务二
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答案CD
解析A项,由红外光谱图可知,A中至少含有C—H、O—H、C—O三种化学键,A项正确;由A的核磁共振氢谱的三种峰的面积之比可推知,三种处于不同化学环境的氢原子的个数比值为3∶2∶1,B项正确,C、D项不正确。
任务一
任务二
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方法点拨
确定有机化合物分子式、结构式的思维模型
任务一
任务二
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任务一
任务二
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1.下列关于物质的分离、提纯实验中的一些操作或做法,正确的是( )
A.在组装蒸馏装置时,温度计的水银球应伸入液面下
B.用96%的工业酒精制取无水乙醇,可直接蒸馏
C.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
D.在苯甲酸重结晶实验中,待粗苯甲酸完全溶解后要冷却到常温才过滤
答案C
解析在组装蒸馏装置时,温度计的水银球应放在蒸馏烧瓶的支管口处,A不正确;由工业酒精制取无水乙醇的方法是先加生石灰,再蒸馏,B不正确;在苯甲酸重结晶实验中,为了减少过滤过程中消耗的苯甲酸,一般要加入少量的蒸馏水,趁热过滤,C正确,D不正确。
任务一
任务二
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2.现有某物质的核磁共振氢谱如图所示。
则该有机化合物可能是( )
A.CH3CH2CH2OH
B.HOOCCH2CH2COOH
任务一
任务二
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答案A
解析由核磁共振氢谱图中峰的个数可推知,该有机化合物分子中有4种处于不同化学环境的氢原子。四个选项中有机化合物分子所含的氢原子种数分别为4种、2种、2种、1种。因此只有A项正确。
任务一
任务二
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3.现有三组混合液:①乙酸乙酯和碳酸钠溶液;②乙醇和丁醇;③溴化钾和单质溴的水溶液,分离以上各混合液的正确方法依次是( )
A.分液、萃取、蒸馏
B.萃取、蒸馏、分液
C.分液、蒸馏、萃取
D.蒸馏、萃取、分液
答案C
解析①乙酸乙酯和碳酸钠溶液是互不相溶的两种液体,分离它们可采取分液的方法;②乙醇和丁醇是互溶的两种有机化合物,不能用分液和萃取的方法,应利用它们的沸点不同将它们分开,即蒸馏;③溴化钾和单质溴可利用它们在有机溶剂中溶解性的差异分离,即萃取的方法。
任务一
任务二
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4.下图是一种分子式为C4H8O2的有机化合物的红外光谱图,则该有机化合物分子可能为( )
A.CH3COOCH2CH3
B.CH3CH2CH2COOH
C.HCOOCH2CH2CH3
D.(CH3)2CHCH2COOH
任务一
任务二
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答案A
任务一
任务二
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5.某有机化合物A
1.44
g完全燃烧生成2.16
g
H2O,生成的CO2恰好与200
mL
1
mol·L-1
KOH溶液作用生成正盐,将A试样进行检测所得质谱图如下。
任务一
任务二
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(1)A的最简式为 。?
(2)A的分子式为 。?
(3)若A的一氯代物只有一种,A的结构简式为 。?
答案(1)C5H12 (2)C5H12 (3)C(CH3)4
解析生成的CO2恰好与200
mL
1
mol·L-1
KOH溶液作用生成正盐,KOH的物质的量为0.2
mol,则CO2的物质的量为0.2
mol÷2=0.1
mol,由质谱图可知此有机化合物A的相对分子质量为72,则1.44
g有机化合物A的物质的量为1.44
g÷72
g·mol-1=0.02
mol,完全燃烧生成2.16
g
H2O的物质的量为2.16
g÷18
g·mol-1=0.12
mol,此有机化合物分子内含有的碳原子数为0.1
mol÷0.02
mol=5,氢原子数为0.12
mol÷0.02
mol×2=12,因为C5H12的相对分子质量恰好为72,则A的分子式为C5H12。若A的一氯代物只有一种,则A分子中只有一种氢原子,即有4个—CH3,A的结构简式为C(CH3)4。
