1.2 研究有机化合物的一般方法-【新课程能力培养】2024-2025学年高中化学选择性必修3学习手册（人教版）

学 高中化学选择性必修 3 （人教版） 学 习 目 标 1． 知道研究有机化合物的一般方法和主要 步骤。 2． 掌握蒸馏、 萃取、 重结晶的原理和操作， 能用这些方法对有机化合物进行分离和 提纯。 3． 知道有机分子结构测定的物理方法， 能根 据仪器分析数据和谱图获取推测分子结构 的信息。 知 识 梳 理 知识点 1 蒸馏 所用仪器： 铁架台 （铁圈、 铁夹）、 酒 精灯、 陶土网、 蒸馏烧瓶、 温度计、 冷凝 管、 接收器 （尾接管、 锥形瓶） 等。 装置 如图： 【蒸馏的注意事项】 1. 注意仪器组装的顺序： 先下后上， 由左 至右。 2. 不得直接加热蒸馏烧瓶， 需垫陶土网。 3. 蒸馏烧瓶盛装液体的体积， 最多不超过容 积的 2/3 ； 不得将全部溶液蒸干； 需使用 碎瓷片 （或沸石） 防止液体暴沸。 4. 冷凝水水流方向必须下口进水， 上口出水。 5. 温度计水银球位置应与蒸馏烧瓶支管口齐 平， 以测量馏出蒸气的温度。 第二节 研究有机化合物的一般方法 点拨： 变式训练 4 下列物质一氯取代后的同分异构体数目 相同的一组是 （ ） ① H 3 C — C — C — CH 3 CH 3 — — CH 3 CH 3 — — CH 3 ② H 3 C — CH 2 CH — CH 3 H 3 C ③ —CH 3 ④ — CH 3 CH 3 ⑤ ⑥ A. ①⑤⑥ B. ②③ C. ④⑤ D. ③⑤ 变式训练答案 1. A ２. Ｂ ３. Ｃ ４. Ｂ 找对称轴 取代数 判断 等效 H 位 12 学 第一章 有机化合物的结构特点与研究方法 知识点 2 萃取 1. 用于从一种溶剂中提取富集溶质， 分为固液 萃取和液液萃取。 如用苯从大豆中萃取植物 油就是固液萃取， 而常见的用 CCl 4 从溴水中 萃取溴就是液液萃取。 2. 萃取时萃取剂的选择要遵循以下原则： （ 1 ） 萃取剂要与原溶剂互不相溶。 （ 2 ） 溶质在萃取剂中的溶解度要远大于原 溶剂。 （ 3 ） 萃取剂不与溶质和原溶剂发生反应。 3. 萃取时使用的主要仪器是分液漏斗。 萃取 操作与分液操作往往密不可分。 分液时应 注意上层液由上口倒出， 下层液由下口 放出。 知识点 3 重结晶 用于分离提纯溶解度不同的混合物。 是 将已知的晶体在高温蒸馏水中配制饱和溶 液 → 冷却结晶 → 过滤得晶体， 重复多次得到 纯净物的操作。 重结晶的首要工作是选择适当的溶剂， 要求该溶剂： （ 1 ） 杂质在此溶剂中的溶解 度很小或溶解度很大， 易于除去； （ 2 ） 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。 注意： 温度过低， 杂质的溶解度也会降 低， 部分杂质也会析出， 达不到提纯目的； 降温过快， 晶体颗粒太小， 会给过滤带来 麻烦。 知识点 4 元素分析与相对分子质量的 测定 1. 元素分析——实验式的确定 （ 1 ） 传统化学方法 （李比希法）： 有机物氧化 → 测量产物质量 → 计算最简 式 （实验式） （ 2 ） 现代物理方法： 2. 相对分子质量的测定——分子式的确定 （ 1 ） 传统化学方法 （气体密度法）： 样品 → 测蒸气密度 → 计算相对分子质量 （ 2 ） 现代物理方法 （质谱法）： 质谱图： 质荷比： 分子离子、 碎片离子相对质量 与其电荷的比值。 质谱图信息： 质荷比最大的数值即所测 有机化合物的相对分子质量。 温馨提示 1. 蒸馏是用于分离和提纯液态有机化合 物的常用方法。 2. 采用蒸馏提纯或分离的有机化合物热 稳定性要高， 与杂质的沸点相差要大。 3. 蒸馏时使用的冷凝管只能使用直形冷 凝管。 样品 元素组成 及比例 最简式 元素分析仪 确定 样品 质谱图 相对 质量 质谱仪 确定 最简式 分子式 相 对 丰 度 / % 质荷比 27 29 45 46 31 13 学 高中化学选择性必修 3 （人教版） 知识点 5 分子结构的鉴定 1. 鉴定分子结构的方法 （ 1 ） 化学方法： 分子式确定可能具有的结构， 逐一实验 验证。 （ 2 ） 现代物理方法： 2. 现代物理方法 （ 1 ） 红外光谱： 官能团或化学键在红外光谱中有特征吸 收峰。 通过谱图可确定官能团或化学键。 谱图： 谱图信息： 不同官能团有特定吸收峰， 特定吸收峰 出现说明存在特定官能团或化学键。 （ 2 ） 核磁共振氢谱： 不同化学环境的氢原子数目在核磁共振 氢谱中的吸收峰的强度及化学位移不同。 谱图： 谱图信息： ① 吸收峰数目 ＝ 不同化学环境氢原子种类数。 ② 不同吸收峰的面积之比 （强度之比） ＝ 不 同氢原子的个数之比。 （ 3 ） X 射线衍射 ①X 射线是一种波长很短的电磁波。 ②X 射线晶体衍射技术可以获得分子结构中 的键长、 键角等信息。 ③X 射线衍射是物质结构测定的重要技术。 要 点 精 析 要点 1 基本操作、 实验装置的辨识 典例 1 下列实验中， 所选装置不合理的是 （ ） 温馨提示 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。 样品 谱图 官能团 仪器 确定 波数 /cm -1 波长 /滋m 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 152 3000 2000 15004000 100 80 60 40 20 0 1000 950 850 700 C — O C — H O — H 透 过 率 / % 吸 收 强 度 5 4 3 2 1 0 啄 温馨提示 单独使用红外光谱或核磁共振氢谱 可能无法确定分子的结构。 通常是利用 几种谱图共同确定分子结构。 归纳总结 有 机 物 组 成 和 结 构 的 测 定 化学方法 氧化法 物理方法 元素分析仪 化学方法 蒸气密度法 物理方法 质谱法 相对分 子质量 测定 分子式 元素 分析 分 子 式 的 确 定 化学方法 推测官能团 性质检验 物理 方法 结 构 确 定 红外光谱 化学键 核磁共振氢谱 氢种类 X 射线衍射 键长、 键角 14 学 第一章 有机化合物的结构特点与研究方法 A． 分离 Na 2 CO 3 溶液和 CH 3 COOC 2 H 5 ， 选 ④ B． 用 CCl 4 提取碘水中的碘， 选 ③ C． 用 FeCl 2 溶液吸收 Cl 2 ， 选 ⑤ D． 粗盐提纯， 选 ① 和 ② 解析： A 选项， 乙酸乙酯难溶于碳酸钠溶 液， 已分层， 可以用分液法分离， 选择装置 ③ ； B 选项， 用四氯化碳萃取碘水中的碘， 选择装置 ③ ； C 选项， 装置 ⑤ 可以用作洗气 瓶， 可以用氯化亚铁溶液吸收氯气； D 选 项， 粗盐提纯需要过滤、 蒸发结晶， 选择装 置 ① 和 ② 正确。 答案： A 变式训练 1 化学工作者从有机反应 RH+Cl 2 （ g ） 光 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 要点 2 用传统方法测定并计算分子式 典例 2 某有机样品 3.1 g 完全燃烧， 燃烧 后的混合物通入过量的澄清石灰水中， 石 灰水共增重 7.1 g ， 经过滤得到 10 g 沉淀。 该有机样品可能是 （ ） A． 乙二醇 B． 乙醇 C． 乙醛 D． 甲醇 解析： n （ C ） ＝n （ CO 2 ） ＝n （ CaCO 3 ） ＝ 10 g 100 g/mol ＝0.1 mol ， n （ H ） ＝2n （ H 2 O ） ＝2× 7.1 g-0.1 mol×44 g/mol 18 g/mol ＝0.15 mol×2＝0.3 mol ， n （ O ） ＝ 3.1 g-0.1 mol×12 g/mol-0.3 mol×1 g/mol 16 g/mol ＝0.1 mol 。 有机物中 n （ C ） ∶ n （ H ） ∶ n （ O ） ＝0.1 ∶ 0.3 ∶ 0.1 ＝1 ∶ 3 ∶ 1 。 符合这一比例要求的为乙二醇 （ C 2 H 6 O 2 ）。 答案： A 点拨： 变式训练 2 一定量有机物充分燃烧后的产物通入 ① ② ③ 水 水 ④ ⑤ 碳、 氢元素测定 测 CO 2 和 H 2 O 的质量 O 2 气流中燃烧 或 CuO 氧化 氮元素测定 测 N 2 的体积 CO 2 气流中 催化转化 卤素测定 测 AgX 的质量 转化为 X － ， 加 入酸化 AgNO 3 样品 CO 2 质量 H 2 O 质量 C 质量 H 质量 O 质量 最 简 式 分 子 式 C 、 H 质量 燃烧 15 学 高中化学选择性必修 3 （人教版） 足量石灰水中完全吸收， 经过滤得到沉淀 20 g ， 滤液的质量比原石灰水减少 5.8 g ， 该有机物可能是 （ ） A. 乙烯 B. 乙二醇 C. 乙醇 D. 甲酸甲酯 要点 3 谱图的识别与辨析 质谱图读图信息： 质荷比最大值为所测 有机物的相对分子质量。 红外光谱图读图信息： 根据吸收峰对应 的官能团， 确定分子可能的结构。 核磁共振氢谱图读图信息： 根据吸收峰 的数目和峰强度确定分子中氢的种类数和不 同氢的个数之比。 确定分子可能的结构。 典例 3 某有机化合物 A 经李比希法测得其 中含碳为 72.0% ， 含氢为 6.67% ， 其余为氧。 现用下列方法测定该有机化合物的相对分子 质量和分子结构。 方法一： A 分子的质谱图如图 A 。 方法二： A 分子的核磁共振氢谱图如图 B ， 共有 5 个峰， 其面积之比为 1 ∶ 2 ∶ 2 ∶ 2 ∶ 3 。 方法三： A 分子的红外光谱图如图 C 所示。 （ 1 ） A 的分子式为 。 （ 2 ） A 的分子中含一个甲基的依据是 。 a． A 的相对分子质量 b． A 的分子式 c． A 的核磁共振氢谱图 d． A 分子的红外光谱图 （ 3 ） A 的结构简式为 。 解析： 由质谱图可知化合物相对分子质量为 150 ， 根据李比希法可得分子式为 C 9 H 10 O 2 。 由核磁共振氢谱图知 5 个峰氢原子数比为 1 ∶ 2 ∶2 ∶2 ∶3 ， 共 10 个氢原子， 故只有 1 个甲基。 再结合红外光谱的原子团， 可知 A 的结构。 答案： （ 1 ） C 9 H 10 O 2 （ 2 ） bc （ 3 ） — COOCH 2 CH 3 或 — CH 2 COOCH 3 点拨： 变式训练 3 为了测定某有机物 A 的结构， 做如下 实验： ① 将 2.3 g 该有机物完全燃烧 ， 生成 0.1 mol CO 2 和 2.7 g 水； ② 用质谱仪测定其相对分子质量， 得如 图一所示的质谱图； 100 80 60 40 20 0 25 50 75 100 125 150 相 对 丰 度 / % 质荷比 A 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 B 啄 吸 收 强 度 100 50 0 透 过 率 1500 1000200030004000 500 C — H C — C C O 苯环骨架 波数 /cm -1 C — O — C C — C /% 李比希法 最简式 质谱法 相对质量 分子式 官能团红外光谱 核磁共振氢谱 氢种类个数 结构式 16 学 第一章 有机化合物的结构特点与研究方法 ③ 用核磁共振仪处理该化合物， 得到如 图二所示图谱， 图中三个峰的面积之比是 1 ∶ 2 ∶ 3 。 试回答下列问题： （ 1 ） 有 机 物 A 的 相 对 分 子 质 量 是 。 （ 2 ） 有机物 A 的实验式是 。 （ 3 ） 能否根据 A 的实验式确定 A 的分 子式： （填 “能” 或 “不能”）。 若 能， 则 A 的分子式是 ； 若不能， 则 此空不填。 （ 4 ） 写出有机物 A 可能的结构简式 ： 。 变式训练答案 1. A ２. Ｂ ３. （ 1 ） 46 （ 2 ） C 2 H 6 O （ 3 ） 能 C 2 H 6 O （ ４ ） CH 3 CH 2 OH 相 对 丰 度 质荷比 27 29 45 46 31 吸 收 强 度 4 3 2 1 0 化学位移 啄 图一 图二 17