1.2.2有机化合物实验式、分子式、分子结构的确定 课件 2024-2025学年高二化学人教版（2019）选择性必修3

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 第二课时 有机化合物实验式、分子式、分子结构的确定 1 主要步骤 分离、提纯 波谱分析 研究有机化合物一般经过以下几个基本步骤 除杂质 定量分析 确定元素组成及比例 测定相对 分子质量 分子式 结构分析 结构式 确定实验式 确定分子式 确定分子结构 常用方法 蒸馏、萃取 重结晶等 实验目的 2 一、确定实验式 元素分析 化学方法 定量分析 定性分析 确定有机物的元素组成 一般是将一定量的有机物燃烧，转化为简单的无机物 原理：通过无机物的质量推算出该有机物所含各元素的质量分数，然后计算出该有机物分子内各元素原子的最简整数比，确定其实验式（也称 最简式）。 3 有机物 燃烧 CO2 H2O 检验产物 有机物 元素组成 一定量 有机物 燃烧 CO2 H2O 测定产物 有机物 元素组成 推算 定性分析 定量分析 （J·von Liebig，1803—1873） 有机化合物的元素定量分析最早由德国化学家李比希提出。 李比希元素分析仪 5 (1)李比希法 1.元素定量分析法 一定量有机物 [含C、H、(O)] CuO 氧化 H2O CO2 无水CaCl2吸收 浓KOH吸收 反应前后装置质量差 计算 C、H 元素 质量 用C、H、O元素原子个数比确定实验式 依据总质量减去C、H元素质量确定是否有O元素 图1 李比希法设备图 图2 李比希简易装置图 【例题】含C、H、O三元素的未知物A，经燃烧分析实验测定该未知物中碳的质量分数为52.16%，氢的质量分数为13.14%。试求该未知物A的实验式。 (1) 该有机物中氧元素的质量分数为ω(O)=100%-52.16%-13.14%=34.7% (2) C、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。 注意CO2和H2O的吸收顺序：先用浓硫酸(或无水CaCl2)吸收H2O，再用氢氧化钾(或碱石灰)吸收CO2。 7 李比希还建立了含氮、硫、卤素等有机化合物的元素定量分析方法，这些方法为现代元素定量分析奠定了基础。 元素定量分析使用现代化的元素分析仪分析的精确度和分析速度都达到了很高的水平。 现代化的元素分析仪 8 ①元素定量分析原理： 一定量有机物 充分燃烧 转为简单的有机物（CO2、H2O、N2、SO2、HX） 测定无机物的质量 推算分子中各元素质量分数 确定实验式或最简式 （各元素原子的最简整数比） 测定N元素质量分数 CuO，加热 CO2气流 测氮气体积 卤素质量分数测定 稀HNO3酸化 与NaOH溶液反应 AgNO3溶液 测卤化银沉淀的质量 氧元素质量分数测定 100％ - 其他元素质量分数总和 差值为0没有氧 差值不为0有氧 :可以直接测出有机物中各元素原子的质量分数 (2)现代元素分析仪 元素定量分析只能确定有机化合物分子中各组成原子的最简整数比，得到实验式。要确定它的分子式，还必须知道其相对分子质量。 目前有许多测定相对分子质量的方法，质谱法是其中最精确而快捷的方法。 二、确定分子式 质谱法 12 质荷比：有机分子离子或碎片离子的相对质量与电荷的比值 质谱图：以质荷比为横坐标，以各类离子的相对丰度（与粒子的浓度 成正比）为纵坐标，根据记录结果所建立的坐标图。 1、相关概念 13 2、读数方法：相对分子质量＝最大质荷比＝最右边的分子离子峰 未知物A的实验式为C2H6O 其质谱图中最右侧的分子离子峰（ 的信号）的质荷比数值为46，则A的相对分子质量为46。推算出A的分子式也是C2H6O。 （1）定义法：M = m / n (6) 质谱法——测定相对分子质量的方法很多，质谱法是最精确、最快捷的方法。 （3）标准状况密度法：已知标准状况下气体的密度ρ，求算摩尔质量。 M＝ρ×22.4 L·mol－1。 （2）根据有机物蒸气的相对密度 D D = = （5）利用各类有机物的分子通式及相应的化学反应方程式 思考：回顾所学知识，有哪些方法可以求相对分子质量？ （4）混合气体平均摩尔质量： 三、确定分子结构 波谱分析 符合分子式C2H6O的可能的结构有以下两种： 二甲醚 乙醇 质谱图中的碎片峰对我们确定有机化合物的分子结构有一定帮助，但未知物A究竟是二甲醚还是乙醇？ 16 1、红外光谱： 有机化合物受到红外线照射时，能吸收与它的某些化学键或官能团的振动频率相同的红外线，通过红外光谱仪的记录形成该有机化合物的红外光谱图。 谱图中不同的化学键或官能团的吸收频率不同，因此分析有机化合物的红外光谱图，可获得分子中所含有的化学键或官能团的信息。 （1）原理 测定物的质官能团或者化学键的测定方法。 (2) 红外光谱图 17 如图所示是未知物A（化学式为C2H6O）的红外光谱图，从图中可以找到C—O、C—H和O—H的吸收峰，因此，可以初步推测该未知物A是含有羟基官能团的化合物，结构可表示为C2H5OH。 18 看吸收峰波谷上标出的化学键或官能团。 （3）读图技巧： 含有：C—H C—O—C 含有：C—H C—C C—O O—H 有机化合物A为乙醇 二甲醚 乙醇 【练习】有机化合物X的分子式为C4H8O2，其红外光谱如下图所示，则该有机化合物可能的结构为 (双选，填字母)。 A.CH3COOCH2CH3 B.CH3CH2COOCH3 C.HCOOCH2CH2CH3 D.(CH3)2CHCOOH A B 图中信息： ①不对称—CH3 ②C=O ③C－O－C 含不对称—CH3 C=O C－O－C 含1个—CH3 没有C－O－C 含对称—CH3 没有C－O－C 2、核磁共振氢谱： 氢原子核具有磁性。处于不同化学环境中的氢原子因产生共振时吸收的频率不同，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） 吸收峰的面积与氢原子数成正比 （1）原理 核磁共振仪 测定有机物中 H 原子的种类和数目 （2）读图技巧： 吸收峰数目＝氢原子种类（分子中等效H数） 峰面积之比 = 等效氢数目之比 21 22 3、X射线衍射谱 X射线是一种波长很短的电磁波（约10－10 m），它和晶体中的原子相互作用可以产生衍射图， (1) 原理 可获得分子结构的有关数据，如键长、键角等，用于有机化合物晶体结构的测定 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。 (2) 应用 23 总结：确定有机物分子结构的步骤和方法 ＝。 $$