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第一章
有机化合物的结构特点与研究方法
第二节 研究有机化合物的一般方法
第1课时 有机物的分离、提纯和确定实验式
必
备
知
识
自
主
预
习
热稳定性较高
液态
蒸馏烧瓶支管口处
使液体平稳沸腾，防止暴沸
下
上
液?液
固?液
溶解性
溶剂
固体物质
大
乙醚
乙酸乙酯
分液漏斗
固体
溶解度
很大或溶解度很小
冷却结晶
最简式
34.70%
2∶6∶1
C2H6O
关
键
能
力
核
心
突
破
有机物的分离、提纯
有机化合物实验式的确定
学
科
素
养
应
用
养
成
双
基
达
标
随
堂
检
测
尾接管(牛角管)
碎瓷片
石棉网
锥形瓶
高考赘源网
高考资源
边的高考专家!】
答宥
重难点
重难点2有机物的分离、提纯和确定实验式
(建议用时：40分钟)
[合格过关练]
1．下列关于蒸馏操作有关说法正确的是
( )
A．温度计的水银球应插入到液面以下
B．蒸馏过程中，加入沸石(或碎瓷片)的目的是防止暴沸
C．冷凝管进出水的方向是：上进下出
D．用烧杯接收蒸馏出来的液体
B [蒸馏操作中温度计的水银球应放在支管口处；冷凝管进出水的方向是下进上出；蒸馏时用锥形瓶接收蒸馏出来的液体。]
2．下图实验装置一般不用于分离物质的是
( )
[答案] D
3．下列各组物质中，可以用分液漏斗分离的是( )
A．酒精与汽油
B．溴苯与溴乙烷
C．硝基苯与水
D．苯与硝基苯
C [分液是分离互不相溶且密度不等的两种液体混合物的方法。有机物溶解性的特点：有机物一般易溶于有机溶剂而难溶于水，但也有一些有机物能与水混溶，如乙醇等，A、B、D三组物质均为有机物，能够互溶，而C组中的硝基苯为有机物，难溶于水。]
4．天然色素的提取往往采用萃取操作，下列溶剂不能用来萃取水溶液中的天然色素的是
( )
A．石油醚
B．二氯甲烷
C．乙醇
D．乙醚
C [乙醇与水互溶，不能用来萃取水溶液中的溶质。]
5．下列实验方案不合理的是
( )
A．用饱和Na2CO3溶液除去乙酸乙酯中混有的乙酸等
B．分离苯和硝基苯的混合物，可用蒸馏法
C．可用苯将溴从溴苯中萃取出来
D．可用水来鉴别苯、乙醇、四氯化碳
C [因乙酸乙酯在饱和Na2CO3溶液中的溶解度很小，且乙酸可与饱和Na2CO3溶液发生反应，因此可用饱和Na2CO3溶液来除去乙酸乙酯中混有的乙酸等杂质。苯与硝基苯的沸点相差较大，可用蒸馏法将两者分离开来。溴易溶于溴苯，也易溶于苯，因此不能用苯作萃取剂将溴从溴苯中除去。苯不溶于水，加入水时，液体分为两层，上层为苯(油状液体)，下层为水；乙醇与水混合时不分层；四氯化碳不溶于水，加水混合时，液体也分为两层，上层为水，下层为四氯化碳(油状液体)，因此可用水来鉴别苯、乙醇、四氯化碳。]
6．为提纯下列物质(括号内为杂质)，所用的除杂试剂和分离方法都正确的是( )
选项
不纯物
除杂试剂
分离方法
A
C2H6(C2H4)
酸性KMnO4溶液
洗气
B
苯(Br2)
NaOH溶液
过滤
C
C2H5OH(H2O)
生石灰
蒸馏
D
乙酸乙酯(乙酸)
饱和Na2CO3溶液
蒸馏
C [乙烯与酸性KMnO4溶液反应生成CO2，引入新杂质，A项错误；溴单质能与NaOH溶液反应，而苯不能，再用分液法分离，B项错误；水与生石灰反应生成的氢氧化钙沸点高，而乙醇沸点低，可用蒸馏的方法分离，C项正确；乙酸乙酯不溶于饱和碳酸钠溶液，乙酸可与饱和碳酸钠反应，应用分液法分离，D项错误。]
7．下列实验中，不能达到预期目的的是( )
①用升华法分离碘和氯化铵的混合物
②用重结晶法分离硝酸钾和氯化钠的混合物
③用分液法分离水和硝基苯的混合物
④用蒸馏法分离乙醇(沸点为78.5
℃)和苯(沸点为80.1
℃)的混合物
A．①④
B．②③
C．③④
D．②④
A [①中碘受热升华，NH4Cl受热分解生成NH3和HCl，二者遇冷又反应生成NH4Cl，无法分离；④中两者沸点十分接近，不能用蒸馏法分离。
]
8．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
分离溶于水中的碘
乙醇萃取
碘在乙醇中的溶解度较大
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KNO3固体中混有的NaCl
重结晶
NaCl在水中的溶解度很大
D
除去丁醇中的乙醚
蒸馏
丁醇与乙醚的沸点相差较大
D [乙醇与水互溶，不能作萃取剂，A错误；乙酸乙酯与乙醇互溶，不能用分液的方法分离，B错误；除去硝酸钾中的氯化钠可用重结晶的方法，是由于氯化钠在水中的溶解度受温度变化的影响较小，C错误；乙醚和丁醇互溶，但沸点相差较大，可用蒸馏的方法进行分离，D正确。]
9．化学家从有机反应RH＋Cl2(g)RCl(l)＋HCl(g)中受到启发，提出的在农药和有机合成工业中可获得副产品的设想已成为事实，试指出从上述反应产物中分离得到盐酸的最佳方法是( )
A．水洗分液法
B．蒸馏法
C．升华法
D．有机溶剂萃取法
[答案] A
10．有A、B两种互溶的化合物都不溶于水且密度比水小，常温下A、B为液体，A的沸点比B的低，A不与NaOH反应，B与NaOH作用生成水和可溶的C，C与盐酸作用可得NaCl和B。分离A和B的混合物，可采用下列方法：
(1)利用这两种化合物在某种试剂中溶解性的差异，可采用萃取的方法加以分离，实验操作的正确顺序是________(填序号)，从分液漏斗的________(填“上”或“下”)层分离出的液体是A；________(填序号)，从分液漏斗的________(填“上”或“下”)层分离出的液体是B。
可供选择的操作有：
①向分液漏斗中加入稀盐酸
②向分液漏斗中加入A和B的混合物
③向分液漏斗中加入氢氧化钠溶液
④充分振荡混合液，静置，分液
⑤将烧杯中的液体重新倒回分液漏斗中
(2)利用两种化合物沸点的不同，可采用蒸馏的方法加以分离，实验中需要用到的仪器有：铁架台(附有铁夹、铁圈、石棉网)、蒸馏烧瓶、酒精灯、尾接管、________、________、________及必要的导管和橡胶塞，首先蒸馏出来的液体是________。
[解析](1)采用萃取的方法加以分离，混合物中加NaOH溶液，A在上层，实验操作的正确顺序是：②向分液漏斗中加入A和B的混合物，③向分液漏斗中加入氢氧化钠溶液，④充分振荡混合液，静置，分液，从上口分离出A。提取并分离B时在下层液体中加盐酸后，B在上层，提取并分离B的操作顺序是：⑤将烧杯中的液体重新倒回分液漏斗中，①向分液漏斗中加入稀盐酸，④充分振荡混合液，静置，分液，从上口分离出B。(2)在用蒸馏操作进行分离时，需要控制加热温度，冷却后用锥形瓶进行接收，即还缺少温度计、冷凝管(器)和锥形瓶。先蒸出沸点低的A。
[答案]
(1)②③④ 上 ⑤①④ 上
(2)温度计 冷凝管(器) 锥形瓶 A
[素养培优练]
11．工业上食用油的生产大多数采用浸出工艺。菜籽油的生产过程为将菜籽压成薄片，用轻汽油浸泡，进行操作A；过滤，得液体混合物；对该混合物进行操作B，制成半成品油，再经过脱胶、脱色、脱臭即制成食用油。操作A和B的名称分别是( )
A．溶解、蒸发
B．萃取、蒸馏
C．分液、蒸馏
D．萃取、过滤
B [操作A是用轻汽油浸泡，该过程属于萃取；汽油与油脂的混合物则需用蒸馏的方法分离。]
12．3
g某有机化合物在足量氧气中完全燃烧，生成4.4
g
CO2和1.8
g
H2O。下列说法不正确的是( )
A．该有机化合物中只含有碳元素和氢元素
B．该有机化合物的实验式为CH2O
C．该有机化合物的分子式可能是C2H4O2
D．该有机化合物分子中碳原子数与氢原子数之比一定是1∶2
A [n(C)＝0.1
mol，n(H)＝0.2
mol，n(O)＝＝0.1
mol，该有机物的最简式(实验式)为CH2O，A错误。]
13．化学上常用燃烧法确定有机物的组成。下图装置是用燃烧法确定有机物分子式常用的装置，这种方法是在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：
(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：_____________________________________。
(2)C装置中CuO的作用是____________________________。
(3)写出E装置中所盛放试剂的名称______________________，
它的作用是____________________。
(4)若将B装置去掉会对实验造成什么影响？
_______________________________________________________
_____________________________________________________。
(5)若准确称取1.20
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1.76
g，D管质量增加0.72
g，则该有机物的最简式为________。
(6)要确定该有机物的分子式，还需要测定_______________。
[解析] 本实验使用燃烧法测定有机物的组成，该实验装置按照“制氧气→干燥氧气→燃烧有机物→吸收水→吸收二氧化碳”排列。实验可测得燃烧生成的二氧化碳和水的质量，根据二氧化碳的质量可求得碳元素的质量，由水的质量可求得氢元素的质量，结合有机物的质量可求出氧元素的质量，由此即可确定有机物分子中C、H、O个数比，也就是确定了实验式，若要再进一步确定有机物的分子式，还需知道该有机物的相对分子质量。
[答案]
(1)H2O2溶液(或双氧水) 2H2O22H2O＋O2↑(或H2O 2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑)
(2)使有机物的燃烧产物全部转化为CO2和H2O
(3)碱石灰(或氢氧化钠) 吸收CO2
(4)测得有机物中含氢量偏大
(5)CH2O
(6)有机物的相对分子质量
14．(素养题)实验室制备苯甲醇和苯甲酸的反应原理为
已知：苯甲醛易被空气氧化，苯甲醇的沸点为205.3
℃，苯甲酸的熔点为121.7
℃，沸点为249
℃，溶解度为0.34
g；乙醚的沸点为34.8
℃，难溶于水，制备苯甲醇和苯甲酸的主要过程如下：
试根据上述信息回答下列问题：
(1)操作Ⅰ的名称是______________，乙醚溶液中所溶解的主要成分是________。
(2)操作Ⅱ的名称是________，产品甲是________。
(3)操作Ⅲ的名称是________，产品乙是________。
(4)如图所示，操作Ⅱ中温度计水银球放置的位置应是______(填“a”“b”“c”或“d”)，收集产品甲的适宜温度为________。
[解析](1)由题意可知，白色糊状物为苯甲醇和苯甲酸钾，加入水和乙醚后，根据相似相溶原理，乙醚中溶有苯甲醇，水中溶有苯甲酸钾，操作Ⅰ为萃取、分液。
(2)溶解在乙醚中的苯甲醇沸点高于乙醚，且沸点相差较大，可蒸馏分离。
(3)加入HCl后生成的苯甲酸为微溶于水的固体，可过滤分离。
[答案]
(1)萃取、分液 苯甲醇 (2)蒸馏 苯甲醇(3)过滤 苯甲酸 (4)b 34.8
℃
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-第1课时 有机物的分离、提纯和确定实验式
发
展
目
标
体
系
构
建
1.根据实验事实，掌握有机化合物的分离、提纯方法，培养“宏观辨识与科学探究”的核心素养。2．掌握李比希提出的燃烧有机物对产物的定量测定确定实验式，培养“科学探究与证据推理”的核心素养。
一、研究有机化合物的基本步骤
二、有机物的分离、提纯方法
1．蒸馏——分离和提纯液态有机化合物的常用方法
(1)适用范围
分离、提纯的有机物热稳定性较高，其沸点与杂质的沸点相差较大。
(2)实验装置(填仪器名称)
注意事项：①温度计水银球位于蒸馏烧瓶支管口处。
②碎瓷片的作用：使液体平稳沸腾，防止暴沸。
③冷凝管中水流的方向是下口进入，上口流出。
2．萃取——分为液?液萃取和固?液萃取。
(1)萃取的原理
①液?液萃取是利用待分离组分在两种互不相溶的溶剂中的溶解性不同，将其从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程。
②固?液萃取是利用溶剂从固体物质中溶解出待分离组分的过程。
(2)萃取剂的条件及常用试剂
待分离组分在萃取剂中的溶解度较大，常用的萃取剂有乙醚、乙酸乙酯、二氯甲烷等。
(3)分液：将萃取后的两层液体分开的操作。
(4)主要玻璃仪器为分液漏斗、烧杯。
微点拨：①分液时，上层液体从上口倒出。
②萃取剂与原溶剂不能互溶，且不与溶质反应。
3．重结晶——提纯固体有机化合物常用的方法
(1)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。
(2)溶剂的选择
①杂质在所选溶剂中的溶解度很大或溶解度很小，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，能够进行冷却结晶。
三、确定实验式——元素分析
1．实验式：有机化合物分子内各元素原子的最简整数比，也称为最简式。
2．李比希定量分析一般过程
[示例] 某种含C、H、O三种元素的未知物A，经燃烧分析实验测得其中碳的质量分数为52.16%，氢的质量分数为13.14%。则：
①氧的质量分数为34.70%。
②C、H、O的原子个数比N(C)∶N(H)∶N(O)≈2∶6∶1。
③该未知物A的实验式为C2H6O。
1．判断正误(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)
(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。
( )
(2)蒸馏、重结晶和萃取是分离提纯有机物的常用方法。
( )
(3)蒸馏时，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。
( )
[答案]
(1)× (2)√ (3)√ (4)√
2．某有机物在氧气中充分燃烧，生成的水蒸气和CO2的物质的量之比为1∶1。由此可得出的结论是
( )
A．该有机物分子中C、H、O原子个数比为1∶2∶3
B．分子中碳、氢原子个数比为2∶1
C．有机物中必定含氧元素
D．无法判断有机物中是否含有氧元素
[答案] D
3．选择下列实验方法分离、提纯物质，将分离、提纯方法的序号填在横线上。
A．萃取分液 B．升华
C．重结晶
D．分液
E．蒸馏
F．过滤 G．洗气
(1)________分离食盐水与沙子的混合物。
(2)________从硝酸钾和氯化钠的混合溶液中获得硝酸钾。
(3)________分离水和汽油的混合物。
(4)________分离CCl4(沸点为76.75
℃)和甲苯(沸点为110.6
℃)的混合物。
(5)________除去混在乙烷中的乙烯。
(6)________提取碘水中的碘。
[答案]
(1)F (2)CF (3)D (4)E (5)G (6)A
有机物的分离、提纯
重结晶法提纯苯甲酸
[问题]
某粗苯甲酸样品中含有少量氯化钠和泥沙，提纯苯甲酸需要经过哪些步骤？
[资料]
苯甲酸可用作食品防腐剂。纯净的苯甲酸为无色结晶，其结构可表示为，熔点122
℃，沸点249
℃。苯甲酸微溶于水，易溶于乙醇等有机溶剂。苯甲酸在水中的溶解度如下：
温度/℃
25
50
75
溶解度/g
0.34
0.85
2.2
[实验]
图示如图：
[讨论]
(1)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？
(2)实验操作中多次使用了玻璃棒，分别起到了哪些作用？
(3)如何检验提纯后的苯甲酸中氯化钠已被除净？
[提示](1)促进苯甲酸的快速溶解；防止苯甲酸析出，使苯甲酸与不溶杂质分离。
(2)溶解时，加速溶解；过滤时，引流。
(3)取提纯的苯甲酸少许，加入水溶解，然后加入硝酸酸化的AgNO3溶液，若无沉淀，说明苯甲酸中NaCl已除净。
有机物的分离、提纯
方法
目的
主要仪器
实例
蒸馏
分离、提纯沸点相差很大的液态混合物
蒸馏烧瓶、冷凝管
分离乙酸和乙醇
萃取
将有机物从一种溶剂转移到另一种溶剂
分液漏斗
用四氯化碳将碘水中的碘提取出来
分液
分离互不相溶的液态混合物
分液漏斗
分离汽油和水
重结晶
利用温度对溶解度的影响提纯有机物
烧杯、酒精灯、蒸发皿、漏斗
提纯苯甲酸
洗气
分离提纯气体混合物
洗气瓶
除去甲烷中的乙烯
微点拨：分离提纯物质的“四原则”
1．现有一瓶A和B的混合液，已知A和B的某些性质如下：
物质
分子式
熔点/℃
沸点/℃
密度/(g
·cm－3)
水溶性
A
C3H6O2
－24
141
0.99
可溶
B
C4H8O2
－84
77
0.90
可溶
由此推知分离A和B的最佳方法是
( )
A．萃取 B．结晶 C．蒸馏 D．分液
C [观察表中数据，得知A、B两种物质都是有机物，都溶于水，不能用萃取或分液方法进行分离；它们的熔点都比较低，常温下为液体，不能结晶方法析出；它们的沸点相差较大，故可以用蒸馏的方法将A、B分离。]
2．下列有关苯甲酸重结晶实验操作中说法正确的是( )
A．粗苯甲酸加热溶解后可以直接趁热过滤
B．趁热过滤中，为了防止苯甲酸结晶，可先将漏斗进行预热
C．趁热过滤后，为了析出更多晶体，热滤液用冰盐水充分冷却，同时缩短结晶的时间
D．温度越低，苯甲酸的溶解度越小，所以温度越低越有利于苯甲酸的重结晶实验
B [粗苯甲酸加热溶解后，为防止苯甲酸晶体提前析出，滞留在过滤器中，需在过滤前适当稀释，不能直接过滤，A项错误；漏斗进行预热，可减小温差，B项正确；趁热过滤后，用冰盐水冷却形成的结晶很小，比表面积大，吸附的杂质多，C项错误；重结晶过程中温度太低，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，D项错误。]
3．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
C [滤液与不溶物是用过滤的方法分离出的，A项正确；分离水层与有机层需要用分液漏斗，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。]
4．下列关于物质的分离、提纯、鉴别的实验中的一些操作或做法，正确的是( )
①在组装蒸馏装置时，温度计的水银球应伸入液面以下；
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溴水能鉴别出乙醇、甲苯、四氯化碳、环己烯；
④在苯甲酸重结晶实验中，待粗苯甲酸完全溶解，冷却到常温后过滤。
A．①②
B．③④
C．①④
D．②③
D [①在组装蒸馏装置时，温度计需要测量的是蒸气的温度，所以应该将温度计的水银球放在蒸馏烧瓶支管口处，错误；②酒精中含有少量的水，一般加入CaO(生石灰)来除去酒精中少量的水，CaO与水反应生成Ca(OH)2，氢氧化钙是离子化合物，沸点较高，利用此性质蒸馏将乙醇蒸出，正确；③乙醇、甲苯、四氯化碳、环己烯中加入溴水，现象分别为互溶、不分层不褪色，分层、上层为橙黄色，分层、下层为橙黄色，褪色，现象各不相同，能鉴别出来，正确；④在苯甲酸重结晶实验中，为了减少苯甲酸的损耗，待粗苯甲酸完全溶解后要趁热过滤，错误。]
有机化合物实验式的确定
已知由C、H、O元素组成的某化合物9.2
g完全燃烧后可以得到17.6
g
CO2和10.8
g
H2O，通过计算确定该化合物的实验式。(写出解题过程)
[解] n(C)＝＝0.4
mol，
n(H)＝×2＝1.2
mol，
n(O)＝＝＝0.2
mol
故n(C)∶n(H)∶n(O)＝N(C)∶N(H)∶N(O)＝2∶6∶1
答：该化合物的实验式为C2H6O。
一般有机物中氧元素的确定方法
一般来说，某有机物完全燃烧后，若产物只有CO2和H2O，其组成元素可能为碳、氢元素或碳、氢、氧元素。欲判断该有机物分子是否含氧元素，首先应求出产物CO2中碳元素的质量及H2O中氢元素的质量，然后将C、H的质量之和与原来有机物质量比较，若两者相等，则原有机物分子的组成中不含氧元素；否则，原有机物分子的组成中含氧元素。
1．某有机物在空气中完全燃烧时，生成水和二氧化碳的分子数之比为2∶1，则该物质可能是
( )
①CH4 ②C2H4 ③C2H5OH ④CH3OH
A．②③
B．①④
C．①③
D．②④
B [该物质完全燃烧生成水和二氧化碳的分子数之比为2∶1，即N(H2O)∶N(CO2)＝2∶1，则该物质中N(H)∶N(C)＝4∶1，分子式满足N(C)∶N(H)＝1∶4的有①CH4、④CH3OH。]
2．验证某有机物属于烃，应完成的实验内容是( )
A．只测定它的C、H原子个数比
B．只要证明它完全燃烧后产物只有H2O和CO2
C．只测定其燃烧产物中H2O与CO2的物质的量的比值
D．测定该试样的质量及试样完全燃烧后生成CO2和H2O的质量
D [当CO2和H2O中m(C)＋m(H)＝m(有机物)时，说明有机物中没有氧元素。]
正丁醛是一种化工原料。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：
CH3CH2CH2CH2OHCH3CH2CH2CHO
反应物和产物的相关数据列表如下：
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4.0
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
℃以上的馏分。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
℃馏分，产量为2.0
g。
(1)装置中D冷凝管能否换成球形冷凝管？为什么？
[提示] 否，若用球形冷凝管，冷凝所得的馏分不能流出。
(2)C1温度计的作用是什么？
[提示] 控制反应温度90～95
℃。
(3)A中加入沸石的作用是什么？若加热后发现忘加沸石，应如何操作？
[提示] 防止加热时液体暴沸。冷却后补加沸石。
(4)将收集的正丁醛粗产品置于分液漏斗中除去其中的水时，水在哪层？为什么？
[提示] 水在下层，正丁醛微溶于水且密度小于水的密度。
(5)本实验中，正丁醛的产率为多少？
[提示] 根据关系式：C4H10O～C4H8O
74
72
4.0
g
m
74∶72＝4.0
g∶m，m≈3.89
g，
产率＝×100%≈51.4%。
通过本素材实验探究，培养学生“科学探究与社会责任”的核心素养。
1．下列有关实验原理或操作正确的是( )
① ②
③
④
A．①分离CCl4和水
B．②洗涤沉淀时，向漏斗中加入适量水，搅拌并滤干
C．③液体分层，下层呈无色
D．④除去氯气中的少量氯化氢
[答案] A
2．现有3组混合物：①乙酸乙酯和乙酸钠溶液、②乙醇和丁醇、③溴化钠和单质溴的水溶液，分离以上各组混合物的正确方法依次是( )
A．分液法、萃取法、蒸馏法
B．萃取法、蒸馏法、分液法
C．分液法、蒸馏法、萃取法
D．蒸馏法、萃取法、分液法
C [乙酸乙酯和乙酸钠溶液不互溶，可以用分液的方法将它们分离；乙醇和丁醇互溶但沸点不同，可用蒸馏的方法将它们分离；单质溴易溶于有机溶剂，溴化钠不溶于有机溶剂，可用萃取的方法将它们分离。]
3．在一定条件下，甲苯可生成二甲苯混合物和苯。有关物质的沸点、熔点如下：
对二甲苯
邻二甲苯
间二甲苯
苯
沸点/℃
138
144
139
80
熔点/℃
13
－25
－47
6
下列说法不正确的是( )
A．该反应属于取代反应
B．甲苯的沸点高于144
℃
C．用蒸馏的方法可将苯从反应所得产物中首先分离出来
D．从二甲苯混合物中，用冷却结晶的方法可将对二甲苯分离出来
B [甲苯生成二甲苯和苯，可分别理解成甲苯中苯环上的氢原子被甲基取代、甲苯中的甲基被氢原子取代，A项正确；同系物中，碳原子数越多，沸点越高，所以甲苯的沸点应低于对二甲苯，即低于138
℃，B项错误；苯的沸点最低，且与二甲苯的沸点相差较大，可最先分离出来，C项正确；三种二甲苯之间沸点相近，但熔点差异大，将温度控制在一定条件下，可使对二甲苯结晶析出，D项正确。]
4．有A、B两种烃，所含碳元素的质量分数相同。下列关于A和B的叙述正确的是( )
A．二者不可能是同系物
B．二者一定是同分异构体
C．二者的最简式相同
D．1
mol
A和1
mol
B分别燃烧生成CO2的质量一定相等
[答案] C
5．除去下列括号内的杂质通常采用的方法是什么？将答案填在横线上。
(1)H2O(NaCl、MgCl2)_____________________________。
(2)CH3OH(H2O)__________________________
(已知CH3OH为甲醇，沸点为64.7
℃)。
(3)
___________________________________。
(4)
_______________________________________。
[解析] 蒸馏是根据液体的热稳定性及与杂质(可以是液体也可以是固体)的沸点差别大小(一般约相差30
℃)，来提纯液态物质；重结晶用于固体的分离。
[答案]
(1)蒸馏 (2)蒸馏(或先加入生石灰后再蒸馏) (3)重结晶 (4)碱洗分液(或用NaOH溶液碱洗分液)
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-(共44张PPT)
第一章
有机化合物的结构特点与研究方法
第二节 研究有机化合物的一般方法
第2课时 有机物分子式与分子结构的确定
必
备
知
识
自
主
预
习
正电荷
质量
电荷
相对质量
电荷数
最大值
最右侧
46
C2H5—OH
化学键或官能团
氢原子数之比
氢原子数
氢原子类型种类
CH3CH2OH
3
3∶2∶1
关
键
能
力
核
心
突
破
有机物分子式和分子结构的确定
双
基
达
标
随
堂
检
测
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边的高考专家!】
答宥
重难点
相
31
对
100
丰80
度60
29
45
40127
20
46
0
20304050质荷比
未知物A的质谱
1
10
未知物A的核磁共振氢谱
拓展链接
100
80
60
幽
40
20
C-H
0-H
C-0
0l
300020001500
1000950850700
波数m-1
未知物A红外光谱
0
未知物A的核磁共振氢谱有机物分子式与分子结构的确定
(建议用时：25分钟)
[合格过关练]
1．把丙烯气体通入质谱仪中，得到的质谱图中质荷比的最大值为
( )
A．26 B．38 C．42 D．54
C [丙烯(C3H6)的相对分子质量是42，它失去1个电子形成C3H时的质荷比最大，为42，即质荷比的最大值等于该有机物的相对分子质量。]
2．下列有机物分子在核磁共振氢谱图中只有1组吸收峰的是( )
A．CH3OH
B．HCHO
C．HCOOH
D．CH3COOCH3
B [A项，CH3OH有2种不同类型的氢原子，所以在核磁共振氢谱图中有2组吸收峰，错误；B项，只有1种氢原子，所以在核磁共振氢谱图中只有1组吸收峰，正确；C项，有2种不同的氢原子，所以在核磁共振氢谱图中有2组吸收峰，错误；D项，有2种不同类型的氢原子，所以在核磁共振氢谱图中有2组吸收峰，错误。]
3．(双选)某分子式为C4H8O2的有机物的红外光谱如图所示，已知醛基的C—H键在2
750cm－1附近有一个特征吸收峰。
则该有机物可能的结构简式为( )
A．CH3COOCH2CH3
B．CH3CH2COOCH3
C．HCOOCH(CH3)2
D．CH3CH2CH2COOH
AB [根据有机物的红外光谱图可知，其分子结构中应含有C===O和C—O—C结构，且含有不对称—CH3，即两个—CH3的位置不相同。选项A、B中都有两个—CH3，且不对称，都含有C===O和C—O—C，符合题意；选项C中的两个—CH3为对称结构，不符合题意；选项D中不含C—O—C结构，且只有一个—CH3，也不符合题意。]
4．现有某物质的核磁共振氢谱如图所示。
则该有机物可能是( )
A [由核磁共振氢谱图中峰的个数可推知该有机物有4种不同化学环境的氢原子。四个选项中有机物的氢原子种类分别为4种、2种、2种、1种。因此只有A项正确。]
5．A是一种含碳、氢、氧三种元素的有机化合物。已知A中碳元素的质量分数为44.1%，氢元素的质量分数为8.82%。则A的实验式是( )
A．C5H12O4
B．C5H12O3
C．C4H10O4
D．C5H10O4
A [氧元素的质量分数为100%－44.1%－8.82%＝47.08%，N(C)∶N(H)∶N(O)＝∶∶≈5∶12∶4，所以A的实验式为C5H12O4。]
6．下列物质的核磁共振氢谱图中，有5个吸收峰的是( )
B [核磁共振氢谱图中峰的数目等于氢原子种类的数目。A项分子中含有2种不同化学环境的氢原子，错误；B项分子中含有5种不同化学环境的氢原子，正确；C项分子中含有4种不同化学环境的氢原子，错误；D项分子中含有4种不同化学环境的氢原子，错误。]
7．为确定某有机物的分子式，进行以下实验：
(1)测定实验式：某含C、H、O三种元素的有机物，经燃烧实验测得其碳元素的质量分数为64.86%，氢元素的质量分数为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________。
[解析](1)该有机物的分子中C、H、O的原子个数比为N(C)∶N(H)∶N(O)＝∶∶≈4∶10∶1，因此该有机物的实验式为C4H10O。(2)根据质谱图中的质荷比最大的就是未知物的相对分子质量，该有机物的相对分子质量为74，因此该有机物的分子式为C4H10O。
[答案]
(1)C4H10O (2)74 C4H10O
[素养培优练]
8．质谱图表明某有机物的相对分子质量为70，红外光谱表征到
键和C===O键的存在，核磁共振氢谱表明峰面积之比为1∶1∶1∶3。下列说法正确的是( )
A．分子中共有5种不同化学环境的氢原子
B．该物质的分子式为C4H8O
C．该有机物的结构简式为CH3CH===CHCHO
D．在一定条件下，1
mol该有机物可与3
mol的氢气加成
C [核磁共振氢谱有4组峰，说明分子中共有4种不同化学环境的氢原子，A项错误；相对分子质量为70，红外光谱表征到键和C===O键的存在，可确定该物质的分子式为C4H6O，B项错误；分子式为C4H6O，且核磁共振氢谱的峰面积之比为1∶1∶1∶3的有机物只有CH3CH===CHCHO，C项正确；在一定条件下，1
mol
CH3CH===CHCHO最多与2
mol
H2加成，D项错误。]
9．(素养题)某芳香烃A的质谱图如图所示：
(1)A的名称为________。
(2)A的一氯代物共有________种。
(3)A中最多有________个原子共平面。
(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。
(5)A分子的核磁共振氢谱有________个峰，峰面积之比为________。
[解析](1)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)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。(3)苯环上的12个原子一定共平面，甲基上的3个H原子，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。(4)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。(5)甲苯分子具有对称性，苯环上和甲基上分别有3种和1种类型氢原子，其核磁共振氢谱有4个峰，峰面积之比为1∶2∶2∶3。
[答案]
(1)甲苯 (2)4 (3)13 (4)7.2 30.8 (5)4 1∶2∶2∶3
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4
-第2课时 有机物分子式与分子结构的确定
发
展
目
标
体
系
构
建
1.了解质谱法确定分子式的原理与方法，培养“证据推理”的核心素养。2.知道红外光谱、核磁共振等现代仪器分析方法在有机物分子结构测定中的应用。培养“科学态度与社会责任”的核心素养。
一、确定分子式——质谱法
1．原理
质谱仪用高能电子流等轰击样品，使有机分子失去电子，形成带正电荷的分子离子和碎片离子等。这些离子因质量不同、电荷不同，在电场和磁场中的运动行为不同。计算机对其进行分析后，得到它们的相对质量与电荷数的比值，即质荷比。以质荷比为横坐标，以各类离子的相对丰度为纵坐标记录测试结果，就得到有机化合物的质谱图。
2．相对分子质量确定
质谱图中最右侧的分子离子峰或质荷比最大值表示样品中分子的相对分子质量。
3．示例说明
下图是某未知物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。
分子式为C2H6O的结构有哪几种？写出各自的键线式。
[提示] 2种。 。
二、确定分子结构——波谱分析
1．红外光谱
(1)作用：初步判断某有机物分子中所含有的化学键或官能团。
(2)原理：不同的化学键或官能团的吸收频率不同，在红外光谱图上将处于不同的位置。
例如：分子式为C2H6O的红外光谱上发现有O—H、C—H和C—O的吸收峰，可推知该分子的结构简式为C2H5—OH。
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：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，相应的信号在谱图上出现的位置也不同，具有不同的化学位移，而且吸收峰的面积与氢原子数成正比。
(3)分析：吸收峰数目＝氢原子类型种类，吸收峰面积比＝氢原子数之比。
(4)示例分析：某未知物A的分子式为C2H6O，核磁共振氢谱如下图，则有3种处于不同化学环境的氢原子，个数比为3∶2∶1，说明该未知物A的结构简式为CH3CH2OH。
3．X射线衍射
(1)原理：X射线是一种波长很短(约10－10m)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．判断正误(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)
(1)根据实验式CH4O可以确定分子式为CH4O。
( )
(2)根据红外光谱可以确定有机物中化学键种类。
( )
(3)核磁共振氢谱中，有几个吸收峰就说明有几个氢原子。
( )
(4)CH3CH2CH2OH的核磁共振氢谱中，有3个吸收峰，且吸收峰面积为4∶3∶1。
( )
[答案]
(1)√ (2)√ (3)× (4)×
2．能够快速、微量、精确地测定相对分子质量的物理方法是( )
A．质谱法
B．红外光谱法
C．元素分析法
D．核磁共振氢谱法
[答案] A
3．经测定，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%，且其相对分子质量为194，则咖啡因的分子式为________。
[答案] C8H10O2N4
有机物分子式和分子结构的确定
为测定某有机化合物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①所示质谱图，则其相对分子质量为________，该物质的分子式是________。
第二步，结构简式的确定。
(3)根据价键理论，预测A的可能结构并写出结构简式：
_____________________________________________________。
(4)经测定，有机物A的核磁共振氢谱如图②所示，则A的结构简式为_________________________________________________。
[解析](1)根据题意，n(H2O)＝0.3
mol，则n(H)＝0.6
mol；n(CO2)＝0.2
mol，则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，则该物质分子中各元素原子个数比N(C)∶N(H)∶N(O)＝n(C)∶n(H)∶n(O)＝2∶6∶1，该有机物的实验式为C2H6O。(2)假设该有机物的分子式为(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的分子式为C2H6O可知，A为饱和有机化合物，可推测其结构为CH3CH2OH或CH3OCH3。(4)分析A的核磁共振氢谱图可知：A有三种不同化学环境的氢原子，CH3OCH3只有一种化学环境的氢原子，故A的结构简式为CH3CH2OH。
[答案]
(1)C2H6O (2)46 C2H6O (3)CH3CH2OH(或CH3—O—CH3) (4)CH3CH2OH
1．确定分子式的方法
(1)根据有机物中各元素的质量分数，求出有机物的实验式，再根据有机物的相对分子质量确定分子式。
(2)根据有机物的摩尔质量和各元素的质量分数，求出1
mol
该有机物中各元素原子的物质的量，从而确定出该有机物的分子式。
(3)根据有机物燃烧时消耗O2的量及产物的量，求出有机物的实验式，再通过计算确定出有机物的分子式。
(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，常利用有机物燃烧等方程式对分子式进行求解。常用的化学方程式有：
CxHy＋(x＋)O2xCO2＋H2O；
CxHyOz＋(x＋－)O2xCO2＋H2O。
(5)余数法
用烃的相对分子质量除以14，看商数和余数。
＝＝A……
其中商数A为烃中的碳原子数，此法适用于具有特定通式的烃(如烷烃、烯烃、炔烃、苯和苯的同系物等)。
2．有机物分子结构的确定(物理方法)
1．某有机物质量为8.80
g，完全燃烧后得到CO2
22.0
g、H2O
10.8
g，该有机物的蒸气密度是相同状况下H2密度的44倍，则该有机物的分子式为
( )
A．C5H6O
B．C5H12
C．C5H12O2
D．C5H12O
D [该有机物的蒸气密度是相同条件下氢气密度的44倍，则该有机物的相对分子质量为2×44＝88,8.80
g有机物的物质的量为＝0.1
mol,22.0
g
CO2的物质的量为＝0.5
mol,10.8
g水的物质的量为＝0.6
mol，故1个分子中C原子数目为＝5，H原子数目为＝12，分子中C、H的相对原子质量之和为12×5＋12＝72，故1个该有机物分子中还含1个氧原子，则该有机物的分子式为C5H12O，故选D。]
2．有机物A常用于食品行业，已知9.0
g
A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。
(1)A分子的质谱图如图所示，从图中可知其相对分子质量是________，则A的分子式是________。
(2)A能与NaHCO3溶液发生反应，A一定含有的官能团名称是________。
(3)A分子的核磁共振氢谱有4个峰，峰面积之比是1∶1∶1∶3，则A的结构简式是_________________________________________。
[解析](1)根据图示可知其相对分子质量等于其最大质荷比，即其相对分子质量为90；9.0
g
A的物质的量为0.1
mol，在足量O2中充分燃烧，气体产物依次通过足量的浓硫酸和碱石灰，增重分别为水蒸气和CO2的质量，即n(H2O)＝0.3
mol，n(CO2)＝0.3
mol，则该有机物中含N(H)＝×2＝6，N(C)＝＝3，则N(O)＝＝3，即有机物A的分子式为C3H6O3。(2)A能和碳酸氢钠溶液反应，说明A中一定含有的官能团为羧基。(3)A分子的核磁共振氢谱有4组峰，峰面积之比是1∶1∶1∶3，说明A中含1个—OH、1个—COOH、1个和1个—CH3，即A的结构简式为。
[答案]
(1)90 C3H6O3 (2)羧基
(3)
有机物结构确定的其他方法
(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，则直接根据分子式确定其结构简式。例如C2H6，只能是CH3CH3。
(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→确定结构简式。
如能使溴的四氯化碳溶液褪色的有机物分子中可能含有双键或三键。
(3)根据实验测定的有机物的结构片段“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”。
(4)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1个该醇分子中含2个—OH。
1．某有机物X含C、H、O三种元素，已知下列条件：
①碳的质量分数 ②氢的质量分数 ③X蒸气的体积(已折算成标准状况下的体积) ④X对氢气的相对密度
⑤X的质量 ⑥X的沸点，确定X的分子式所需要的最少条件是( )
A．①②⑥
B．①③⑤
C．①②④
D．①②③④⑤
C [确定分子式的方法有许多种，若有碳、氢元素的质量分数，则可求出氧元素的质量分数，根据质量分数可计算各元素的原子个数之比，从而确定最简式；再根据相对分子质量即可求得分子式，相对分子质量可由标准状况下气体的密度或相对密度求出。]
2．设H＋的质荷比为β，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，相对丰度与该离子的质量有关)，则该有机物可能是( )
A．甲醇
B．甲烷
C．丙烷
D．乙烯
B [根据图示可知该有机物的相对分子质量为16。]
3．已知某有机物A的红外光谱和核磁共振氢谱如图所示，下列说法中不正确的是
( )
A．由红外光谱可知，该有机物分子中至少有三种不同的化学键
B．由核磁共振氢谱可知，该有机物分子中有三种不同的氢原子
C．仅由核磁共振氢谱无法得知其分子中的氢原子总数
D．若A的分子式为C3H8O，则其结构简式可能为
D [由红外光谱可知有机物中至少有C—H、O—H、C—O
三种化学键，A正确；由核磁共振氢谱可知有机物分子中三种不同的氢原子的个数比，但不知总的氢原子数，B、C正确；因为中的不同化学环境的氢原子个数比为1∶1∶6，与图像不符，D错误。]
4．乙酸和甲酸甲酯互为同分异构体，其结构式分别为，通过下列方法或检测仪得出的信息或信号完全相同的是( )
A．李比希元素分析法
B．红外光谱仪
C．核磁共振仪
D．质谱仪
A [二者互为同分异构体，则通过李比希元素分析法得出的信息完全相同，A项符合题意；官能团不同，红外光谱信号不同，B项不符合题意；二者含有的氢原子的种类和个数虽然相同，但峰出现的位置不同，核磁共振氢谱信号不完全相同，C项不符合题意；二者的相对分子质量相等，质谱法测定的最大质荷比相同，但信号不完全相同，D项不符合题意。]
5．有一种有机物的分子式为C7H8O，苯环上有1个羟基，请写出该有机物可能的结构简式：_____________________，核磁共振氢谱图上观察到氢原子的峰面积比为______(前后要对应)。
[答案]
1∶1∶1∶1∶1∶3、1∶1∶1∶1∶1∶3、1∶2∶2∶3
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