第14讲 研究有机化合物的一般方法-【寒假自学课】2024年高二化学寒假提升精品讲义（人教版2019）

第14讲 研究有机化合物的一般方法 模块一 思维导图串知识 模块二 基础知识全梳理（吃透教材） 模块三 核心考点精准练 模块四 小试牛刀过关测 1．初步学会分离提纯有机化合物的常规方法。 2．知道红外光谱、核磁共振氢谱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。 3．通过测定有机化合物元素含量、相对分子质量的一般方法，能确定有机化合物分子式，并能根据特征结构和现代物理技术确定物质结构。 【学习新知】 知识点一 分离、提纯 1．蒸馏 (1)蒸馏的原理 蒸馏是分离和提纯_______有机化合物的常用方法。利用有机物与杂质沸点的差异，将有机物以蒸气的形式蒸出，然后冷凝得到产品。 (2)适用范围 ①有机化合物_________性较高。 ②有机化合物的沸点与杂质的沸点相差_______。 (3)装置图 2．萃取和分液 (1)萃取的原理 ①液—液萃取：利用待分离组分在两种不互溶的溶剂中的_________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：用_________从_________中溶解出待分离组分的过程。 (2)液—液装置图 (3)萃取剂的选择及常用试剂 ①萃取剂的选择条件：溶质在萃取剂中的溶解度必须_________在原溶剂中；萃取剂必须与原溶剂_________，且有一定的密度差别；萃取剂与原溶剂和溶质_________。 ②常用的萃取剂：乙醚(结构简式C2H5OC2H5)、乙酸乙酯(结构简式CH3COOC2H5)、苯、二氯甲烷等。 (4)分液 ①含义：将萃取后的两层液体分开的操作。 ②注意事项：分液时下层液体从____________，上层液体从____________。 3．重结晶 (1)原理： 重结晶是提纯_________有机化合物常用的方法，是利用被提纯物质与杂质在同一溶剂中的溶解度_________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_________或溶解度_________，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_________，能够进行冷却结晶。 (3)装置图及操作步骤 【实验探究】重结晶法提纯苯甲酸 苯甲酸可用作食品防腐剂。纯净的苯甲酸为无色结晶，熔点122℃，沸点249℃，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 1．实验目的 利用重结晶法分离、提纯苯甲酸，除去苯甲酸样品中含有的少量氯化钠和泥沙，掌握重结晶的基本操作。 2．实验步骤 (1)观察粗苯甲酸样品的状态。 (2)将1.0 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。 (3)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。 (4)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。 【交流讨论】 1．重结晶法提取苯甲酸的原理是什么？ 2．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？ 3．如何检验提纯后的苯甲酸中氯化钠已被除净？ 知识点二 有机化合物实验式和分子式的确定 1．确定实验式 (1)概念： 实验式：有机化合物分子内各元素原子的_______________，又称为最简式。例如，乙酸的分子式为C2H4O2，实验式为_________。 实验式(最简式)与分子式的关系：分子式＝_________。 (2)元素分析： ①定性分析：用化学方法测定有机化合物的元素组成。 ②定量分析： 将一定量的有机化合物燃烧，转化为简单的无机化合物(如C→CO2，H→H2O)，并定量测定各产物的质量，从而推算出有机物中各组成元素的质量分数，然后计算出该有机化合物分子内各元素原子的最简整数比，确定其实验式。 (3)李比希定量分析的一般步骤 (4)实例分析： 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52.2%，氢的质量分数为13.1%。则： ①氧的质量分数为_________。 ②C、H、O的原子个数比N(C)∶N(H)∶N(O)≈_________。 ③该未知物A的实验式为_________。 2．确定分子式 (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________________。 (3)实例分析： 如图是某未知物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_______。 【交流讨论】 某含碳、氢、氧三种元素的有机化合物X，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%，且该有机化合物的质谱图如下。 1．有机化合物X的实验式为________。 2．根据质谱图分析有机化合物X的相对分子质量，并分析确定其分子式___________。 知识点三 有机化合物分子结构的确定 1．红外光谱 (1)作用：初步判断有机物分子中所含有的_________或_________。 (2)原理：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。如分子式为C2H6O的红外光谱： 该有机化合物分子中有3种不同的化学键，分别是 C—H、O—H、C—O，可推知该分子的结构为_________。 2．核磁共振氢谱 (1)作用：测定有机物分子中氢原子的_________和它们的相对数目。 (2)原理：氢原子核具有磁性，如果用电磁波照射含氢元素的化合物，其中的氢核会吸收特定频率电磁波的能量而产生核磁共振现象，用核磁共振仪可以记录到有关信号。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，相应的信号在谱图中出现的位置也不同，具有不同的化学位移(用δ表示)，而且吸收峰的面积与氢原子数成正比。 (3)关系 吸收峰组数＝化合物中氢原子_________ 吸收峰面积比＝___________________________ (4)乙醇和二甲醚的核磁共振氢谱 乙醇 二甲醚 核磁共振氢谱 3．X射线衍射 (1)原理：X射线是一种波长很短(约10－10 m)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。 【交流讨论】 有机物X是一种重要的有机合成中间体，用于制造塑料、涂料和黏合剂等高聚物。为研究X的组成与结构，进行了如下实验： (1)有机物X的质谱图如图所示，该有机物X的相对分子质量为________。 (2)将10.0 g X在足量O2中充分燃烧，并将其产物依次通过足量的无水CaCl2和KOH浓溶液，发现无水CaCl2增重7.2 g，KOH浓溶液增重22.0 g。该有机物X的分子式为________。 (3)经红外光谱测定，有机物X中含有醛基；有机物X的核磁共振氢谱图上有2组吸收峰，峰面积之比为3∶1。该有机物X的结构简式为________。 核心考点一：有机化合物的分离、提纯 【例1】按以下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。 (1)步骤(1)的操作是___________________。 (2)步骤(2)的操作是_________________，需要用到的玻璃仪器有__________________。 (3)步骤(3)的操作是__________________、过滤、洗涤、干燥。 (4)步骤(4)中从有机层溶液中得到甲苯的方法是_________。 (5)提纯最后得到的粗产品可以采用___________的方法。 【变式训练1】青蒿素是治疗疟疾效果最好的药物，我国科学家屠呦呦因提取青蒿素用于治疗疟疾而获得诺贝尔奖，从中药材中提取青蒿素的一种方法如图。 已知：①常温下，青蒿素是含有过氧基团的倍半萜内酯的无色针状晶体，难溶于水，易溶于有机溶剂，熔点为156～157 ℃； ②乙醚的沸点为35 ℃，易燃、可用作外科手术的麻醉剂； ③石油醚的沸点为30～80 ℃。 下列有关提取过程的叙述中不正确的是(　　) A．“操作Ⅰ”需要用到的玻璃仪器有分液漏斗、烧杯 B．若将“操作Ⅰ”中的乙醚用石油醚代替，也能达到实验目的 C．“操作Ⅲ”温度过高，会降低青蒿素的产率，其原因可能是青蒿素热稳定性差 D．“操作Ⅲ”包含了浓缩、结晶、过滤 【变式训练2】关于苯甲酸的重结晶实验，其结论或解释错误的是(　　) 选项 实验步骤 实验现象 结论或解释 A 常温溶解 苯甲酸几乎不溶解 苯甲酸常温时不溶于水或微溶于水 B 加热溶解 苯甲酸完全溶解 温度升高，苯甲酸溶解度增大 C 趁热过滤 过滤时伴有晶体析出 此晶体为杂质所形成 D 冷却结晶，滤出晶体 针状晶体 针状晶体为苯甲酸 核心考点二：有机化合物实验式和分子式的确定 【例2】某有机物蒸气14.8 g，充分燃烧后得到26.4 g CO2和10.8 g H2O。该有机物的质谱图如图所示，该有机物可与金属钠反应放出氢气，该有机物可能是(　　) A．CH3CH2COOH B．CH3CH2CH2COOH C．CH3CH===CHCH2OH D．HCOOCH2CH3 【变式训练】某有机化合物在塑料工业中用于制造酚醛树脂和增塑剂等。将3.24 g该有机化合物装入元素分析装置，然后通入足量氧气使之完全燃烧，将生成的气体依次通过无水CaCl2管(A)和碱石灰管(B)，测得A管增重2.16 g，B管增重9.24 g。已知该有机化合物的相对分子质量小于200，求其实验式并推测其分子式。 核心考点三：有机化合物分子结构的确定 【例2】某有机物X的质谱、核磁共振氢谱和红外光谱如图所示，下列说法错误的是(　　) A．由图1可知，该有机物的相对分子质量为46 B．由图2可知，该有机物分子中含有三种不同化学环境的氢原子 C．该有机物X能与金属Na反应放出H2 D．该有机物X的所有同分异构体的质谱图完全相同 【变式训练】某有机物A的红外光谱如图所示。则该有机物的结构简式可能为(　　) A． B． C． D． 【基础练】 1．甲烷与氯气在光照条件下反应，得到的产物中含有二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳，分离它们的操作方法是( ) A．萃取 B．蒸馏 C．过滤 D．重结晶 2．3.0 g某有机化合物在足量氧气中完全燃烧，生成和。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．该有机化合物中一定含有氧元素 C．该有机化合物的分子式可能是 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 3．某有机化合物样品的质谱图如图所示，则该有机化合物可能是( ) A．甲醇 B．甲烷 C．乙烷 D．乙烯 4．具有下列结构的化合物，其核磁共振氢谱中有两组峰的是( ) A． B． C． D． 5．乙酰苯胺是一种具有解热镇痛作用的白色晶体，20 ℃时在乙醇中的溶解度为36．9 g，在水中的溶解度如下表： 温度/℃ 25 50 80 100 溶解度/g 0.56 0.84 3.5 5.5 某种乙酰苯胺样品中混入了少量氯化钠杂质，下列提纯乙酰苯胺的方法正确的是( )（注：氯化钠可分散在乙醇中形成胶体。） A．用水溶解后分液 B．用乙醇溶解后过滤 C．用水作溶剂进行重结晶 D．用乙醇作溶剂进行重结晶 7．某有机化合物完全燃烧只生成CO2和H2O，将12g该有机化合物完全燃烧的产物通过足量浓硫酸，浓硫酸增重14.4g，再通过足量碱石灰，碱石灰增重26.4g。该有机化合物的分子式是( ) A． B． C． D． 8．有机化合物A的质谱图如图1所示，其核磁共振氢谱图如图2所示，则A的结构简式可能为( ) A． B． C． D． 9．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种化学环境不同的氢原子 B．该物质的分子式为 C．该有机物的结构简式为 D．在一定条件下，1mol该有机物可与3mol的氢气加成 10．某有机化合物是汽车防冻液的成分之一，经元素分析测定，该有机化合物中各元素的质量分数是：碳38．7%，氢9．7%，氧51．6%。 （1）该有机化合物的实验式为________。 （2）用相对密度法测得该有机化合物的密度是同温同压下氢气密度的31倍，则该物质的相对分子质量为________。 （3）根据该有机化合物的实验式和相对分子质量，推断其分子式。 （4）该有机化合物的红外光谱中有羟基O—H和烃基C—H的吸收峰，试写出其可能的结构简式。 【提升练】 1．某有机化合物含有C、H、O三种元素，其中氧的质量分数为25%，相对分子质量小于150，一个分子中最多含C原子的个数是(　　) A．10　　　　B．9　　　　C．8　　　　D．7 2．在一定条件下，萘可与浓硝酸、浓硫酸两种混酸反应生成二硝基化合物，它是1，5­二硝基萘和1，8­二硝基萘的混合物： 后者可溶于质量分数大于98%的硫酸，而前者不能。利用这一性质可以将这两种物质分离。在上述硝化产物中加入适量的98.3%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．对所得的滤液蒸发浓缩、冷却结晶 B．向滤液中缓缓加入水后过滤 C．将滤液缓缓加入水中后过滤 D．向滤液中缓缓加入Na2CO3溶液后过滤 3．咖啡因是弱碱性化合物，易溶于氯仿、乙醇、丙酮及热苯等，微溶于水、石油醚。含有结晶水的咖啡因是无色针状晶体，味苦，在100 ℃时失去结晶水并开始升华，120 ℃时升华相当显著，178 ℃时升华很快。它的结构简式为，实验室可通过下列简单方法从茶叶中提取咖啡因： 在步骤1中加入酒精进行浸泡，过滤得到提取液，步骤2、步骤3、步骤4所进行的操作或方法分别是(　　) A．加热、结晶(或蒸发)、升华 B．过滤、洗涤、干燥 C．萃取、分液、升华 D．加热、蒸馏、蒸馏 4．从茶叶中可以分离出茶多酚，工艺流程如图所示： 根据以上流程，下列说法不正确的是(　　) A．与传统方法使用Pb2＋、Cu2＋相比，改用ZnCl2作沉淀剂，会更加绿色环保 B．在减压蒸馏之前，一般会加入干燥剂，然后过滤除去，再进行蒸馏 C．操作a的名称是萃取分液，在实际工艺中该操作一般会多次进行 D．干燥产品时可以高温烘干，以加快干燥速度 5．电炉加热时用纯O2氧化管内样品，根据产物的质量确定有机物的组成。下列装置是用燃烧法确定有机物分子式常用的装置。 (1)盛装双氧水的仪器的名称________；装置B中浓硫酸的作用是_________。 (2)装置F的作用是__________________________________________________________。 (3)装置A中发生反应的化学方程式____________________________________________。 (4)若实验中所取样品只含C、H、O三种元素中的两种或三种，准确称取0.92 g样品，经充分反应后，D管质量增加1.08 g，E管质量增加1.76 g，则该样品的实验式为__________。 (5)用质谱仪测定其相对分子质量，得如图所示的质谱图，则该有机物的相对分子质量为________。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！15 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第14讲 研究有机化合物的一般方法 模块一 思维导图串知识 模块二 基础知识全梳理（吃透教材） 模块三 核心考点精准练 模块四 小试牛刀过关测 1．初步学会分离提纯有机化合物的常规方法。 2．知道红外光谱、核磁共振氢谱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。 3．通过测定有机化合物元素含量、相对分子质量的一般方法，能确定有机化合物分子式，并能根据特征结构和现代物理技术确定物质结构。 【学习新知】 知识点一 分离、提纯 1．蒸馏 (1)蒸馏的原理 蒸馏是分离和提纯液态有机化合物的常用方法。利用有机物与杂质沸点的差异，将有机物以蒸气的形式蒸出，然后冷凝得到产品。 (2)适用范围 ①有机化合物热稳定性较高。 ②有机化合物的沸点与杂质的沸点相差较大。 (3)装置图 2．萃取和分液 (1)萃取的原理 ①液—液萃取：利用待分离组分在两种不互溶的溶剂中的溶解度不同，将其从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程。 ②固—液萃取：用溶剂从固体物质中溶解出待分离组分的过程。 (2)液—液装置图 (3)萃取剂的选择及常用试剂 ①萃取剂的选择条件：溶质在萃取剂中的溶解度必须远大于在原溶剂中；萃取剂必须与原溶剂不互溶，且有一定的密度差别；萃取剂与原溶剂和溶质不反应。 ②常用的萃取剂：乙醚(结构简式C2H5OC2H5)、乙酸乙酯(结构简式CH3COOC2H5)、苯、二氯甲烷等。 (4)分液 ①含义：将萃取后的两层液体分开的操作。 ②注意事项：分液时下层液体从下口放出，上层液体从上口倒出。 3．重结晶 (1)原理： 重结晶是提纯固体有机化合物常用的方法，是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。 (3)装置图及操作步骤 【实验探究】重结晶法提纯苯甲酸 苯甲酸可用作食品防腐剂。纯净的苯甲酸为无色结晶，熔点122℃，沸点249℃，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 1．实验目的 利用重结晶法分离、提纯苯甲酸，除去苯甲酸样品中含有的少量氯化钠和泥沙，掌握重结晶的基本操作。 2．实验步骤 (1)观察粗苯甲酸样品的状态。 (2)将1.0 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。 (3)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。 (4)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。 【交流讨论】 1．重结晶法提取苯甲酸的原理是什么？ 提示：根据苯甲酸、氯化钠在水中的溶解度受温度的影响不同，使苯甲酸从饱和溶液中结晶析出，而氯化钠全部或大部分留在溶液中除去。 2．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？ 提示：溶解粗苯甲酸时加热是为了溶解较多的苯甲酸，得到热的饱和苯甲酸溶液。趁热过滤的目的是防止溶液冷却析出苯甲酸晶体。 3．如何检验提纯后的苯甲酸中氯化钠已被除净？ 提示：取部分提纯后的苯甲酸样品，溶于水后，加入硝酸银溶液，观察是否有白色沉淀生成，若无白色沉淀生成，说明氯化钠已被除净。 知识点二 有机化合物实验式和分子式的确定 1．确定实验式 (1)概念： 实验式：有机化合物分子内各元素原子的最简整数比，又称为最简式。例如，乙酸的分子式为C2H4O2，实验式为CH2O。 实验式(最简式)与分子式的关系：分子式＝(最简式)n。 (2)元素分析： ①定性分析：用化学方法测定有机化合物的元素组成。 ②定量分析： 将一定量的有机化合物燃烧，转化为简单的无机化合物(如C→CO2，H→H2O)，并定量测定各产物的质量，从而推算出有机物中各组成元素的质量分数，然后计算出该有机化合物分子内各元素原子的最简整数比，确定其实验式。 (3)李比希定量分析的一般步骤 (4)实例分析： 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52.2%，氢的质量分数为13.1%。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。 2．确定分子式 (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)实例分析： 如图是某未知物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。 【交流讨论】 某含碳、氢、氧三种元素的有机化合物X，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%，且该有机化合物的质谱图如下。 1．有机化合物X的实验式为________。 提示：由题意可知，氧的质量分数为1－64.86%－13.51%＝21.63%，各元素原子个数比：N(C)∶N(H)∶N(O)＝∶∶≈4∶10∶1，故该有机化合物的实验式为C4H10O。 2．根据质谱图分析有机化合物X的相对分子质量，并分析确定其分子式___________。 提示：实验式的相对分子质量为74，观察该有机化合物的质谱图，质荷比最大的数值为74，所以其相对分子质量为74，则该有机化合物的分子式为C4H10O。 知识点三 有机化合物分子结构的确定 1．红外光谱 (1)作用：初步判断有机物分子中所含有的化学键或官能团。 (2)原理：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。如分子式为C2H6O的红外光谱： 该有机化合物分子中有3种不同的化学键，分别是 C—H、O—H、C—O，可推知该分子的结构为C2H5OH。 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：氢原子核具有磁性，如果用电磁波照射含氢元素的化合物，其中的氢核会吸收特定频率电磁波的能量而产生核磁共振现象，用核磁共振仪可以记录到有关信号。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，相应的信号在谱图中出现的位置也不同，具有不同的化学位移(用δ表示)，而且吸收峰的面积与氢原子数成正比。 (3)关系 吸收峰组数＝化合物中氢原子种类 吸收峰面积比＝不同种类氢原子个数比 (4)乙醇和二甲醚的核磁共振氢谱 乙醇 二甲醚 核磁共振氢谱 3．X射线衍射 (1)原理：X射线是一种波长很短(约10－10 m)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。 【交流讨论】 有机物X是一种重要的有机合成中间体，用于制造塑料、涂料和黏合剂等高聚物。为研究X的组成与结构，进行了如下实验： (1)有机物X的质谱图如图所示，该有机物X的相对分子质量为________。 提示：质谱图中质荷比最大数值即为相对分子质量，由质谱图可知有机物X的相对分子质量为100。 (2)将10.0 g X在足量O2中充分燃烧，并将其产物依次通过足量的无水CaCl2和KOH浓溶液，发现无水CaCl2增重7.2 g，KOH浓溶液增重22.0 g。该有机物X的分子式为________。 提示：无水CaCl2增重的7.2 g是水的质量，氢元素的物质的量为×2＝0.8 mol，KOH浓溶液增重的22.0 g是二氧化碳的质量，碳元素的物质的量为＝0.5 mol，根据质量守恒，氧元素的质量为10.0 g－0.8 mol×1 g·mol－1－0.5 mol×12 g·mol－1＝3.2 g，则氧元素的物质的量为＝0.2 mol，则该分子中碳、氢、氧原子的个数之比为 0.5 mol∶0.8 mol∶0.2 mol＝5∶8∶2，结合X的相对分子质量可知，有机物X的分子式为C5H8O2。 (3)经红外光谱测定，有机物X中含有醛基；有机物X的核磁共振氢谱图上有2组吸收峰，峰面积之比为3∶1。该有机物X的结构简式为________。 提示：经红外光谱测定，有机物X中含有醛基，有机物X的核磁共振氢谱图上有2组吸收峰，则分子中含有2种不同化学环境的氢原子，其中一种是醛基中的氢原子，又因为峰面积之比为3∶1，则含两个醛基，故其结构简式为(CH3)2C(CHO)2。 核心考点一：有机化合物的分离、提纯 【例1】按以下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。 (1)步骤(1)的操作是___________________。 (2)步骤(2)的操作是_________________，需要用到的玻璃仪器有__________________。 (3)步骤(3)的操作是__________________、过滤、洗涤、干燥。 (4)步骤(4)中从有机层溶液中得到甲苯的方法是_________。 (5)提纯最后得到的粗产品可以采用___________的方法。 答案：(1)溶解、过滤 (2)萃取、分液 分液漏斗、烧杯 (3)蒸发浓缩、冷却结晶 (4)蒸馏 (5)重结晶 【变式训练1】青蒿素是治疗疟疾效果最好的药物，我国科学家屠呦呦因提取青蒿素用于治疗疟疾而获得诺贝尔奖，从中药材中提取青蒿素的一种方法如图。 已知：①常温下，青蒿素是含有过氧基团的倍半萜内酯的无色针状晶体，难溶于水，易溶于有机溶剂，熔点为156～157 ℃； ②乙醚的沸点为35 ℃，易燃、可用作外科手术的麻醉剂； ③石油醚的沸点为30～80 ℃。 下列有关提取过程的叙述中不正确的是(　　) A．“操作Ⅰ”需要用到的玻璃仪器有分液漏斗、烧杯 B．若将“操作Ⅰ”中的乙醚用石油醚代替，也能达到实验目的 C．“操作Ⅲ”温度过高，会降低青蒿素的产率，其原因可能是青蒿素热稳定性差 D．“操作Ⅲ”包含了浓缩、结晶、过滤 答案：A 解析：操作Ⅰ是浸取、过滤，需要用到的玻璃仪器有分液漏斗、烧杯、漏斗、玻璃棒，A不正确；青蒿素易溶于乙醚和石油醚，若将“操作Ⅰ”中的乙醚用石油醚代替，也能达到实验目的，B正确；青蒿素含有过氧基团，热稳定性差，温度过高，可能会使青蒿素分解，降低产率，C正确；“操作Ⅲ”包含了浓缩、结晶、过滤等操作，得到精品，D正确。 【变式训练2】关于苯甲酸的重结晶实验，其结论或解释错误的是(　　) 选项 实验步骤 实验现象 结论或解释 A 常温溶解 苯甲酸几乎不溶解 苯甲酸常温时不溶于水或微溶于水 B 加热溶解 苯甲酸完全溶解 温度升高，苯甲酸溶解度增大 C 趁热过滤 过滤时伴有晶体析出 此晶体为杂质所形成 D 冷却结晶，滤出晶体 针状晶体 针状晶体为苯甲酸 答案：C 解析：常温下，苯甲酸的溶解度较小，所以常温溶解时，苯甲酸几乎不溶解，A正确；苯甲酸的溶解度随温度的升高增大，加热苯甲酸完全溶解，B正确；过滤时，过滤器的温度低，所以与过滤器接触的溶液的温度降低析出苯甲酸，即过滤时析出的晶体为苯甲酸，C错误；冷却苯甲酸的浓溶液，会析出苯甲酸晶体，所以冷却结晶时，溶液中析出的针状晶体是苯甲酸晶体，D正确。 核心考点二：有机化合物实验式和分子式的确定 【例2】某有机物蒸气14.8 g，充分燃烧后得到26.4 g CO2和10.8 g H2O。该有机物的质谱图如图所示，该有机物可与金属钠反应放出氢气，该有机物可能是(　　) A．CH3CH2COOH B．CH3CH2CH2COOH C．CH3CH===CHCH2OH D．HCOOCH2CH3 答案：A 解析：26.4 g CO2的物质的量为0.6 mol，其中含碳 0.6 mol，质量为7.2 g；10.8 g H2O的物质的量为 0.6 mol，其中含氢1.2 mol，质量为1.2 g；有机物为14.8 g，所以该有机物中含氧14.8 g－7.2 g－1.2 g＝6.4 g，物质的量为0.4 mol；该有机物中碳、氢、氧的物质的量之比即原子个数比为0.6 mol∶1.2 mol∶0.4 mol＝3∶6∶2，则该有机物的最简式为C3H6O2；从质谱图可以看出，该有机物的相对分子质量是74，所以该有机物的分子式为C3H6O2；该有机物能与金属钠反应放出氢气，所以该有机物分子中含有羧基或羟基，选A。 【变式训练】某有机化合物在塑料工业中用于制造酚醛树脂和增塑剂等。将3.24 g该有机化合物装入元素分析装置，然后通入足量氧气使之完全燃烧，将生成的气体依次通过无水CaCl2管(A)和碱石灰管(B)，测得A管增重2.16 g，B管增重9.24 g。已知该有机化合物的相对分子质量小于200，求其实验式并推测其分子式。 答案：实验式：C7H8O；分子式：C7H8O(详细步骤见解析) 解析：n(C)＝＝0.21 mol，n(H)＝×2＝0.12 mol×2＝0.24 mol，n(O)＝＝0.03 mol，n(C)∶n(H)∶n(O)＝7∶8∶1，实验式为C7H8O，式量是108。由于该有机化合物的相对分子质量小于200，所以该有机化合物的分子式为C7H8O。 核心考点三：有机化合物分子结构的确定 【例2】某有机物X的质谱、核磁共振氢谱和红外光谱如图所示，下列说法错误的是(　　) A．由图1可知，该有机物的相对分子质量为46 B．由图2可知，该有机物分子中含有三种不同化学环境的氢原子 C．该有机物X能与金属Na反应放出H2 D．该有机物X的所有同分异构体的质谱图完全相同 答案：D 解析：质谱图中最大的数据即是相对分子质量，由其质谱图1可以得知A分子的相对分子质量为46，故A正确；核磁共振氢谱中有几组峰就有几种H原子，由核磁共振氢谱图2知，该有机物分子含有三种不同化学环境的氢原子，故B正确；由红外光谱图3可知，有机物X中含有官能团—OH，能与Na反应放出H2，故C正确；各同分异构体在质谱图中最大质荷比相同，但谱图不完全相同，故D错误。 【变式训练】某有机物A的红外光谱如图所示。则该有机物的结构简式可能为(　　) A． B． C． D． 答案：C 解析：从红外光谱中可以看出该有机物分子中含有C—H、C===O、C—O、C—C、，结合选项同时满足以上结构的物质为。 【基础练】 1．甲烷与氯气在光照条件下反应，得到的产物中含有二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳，分离它们的操作方法是( ) A．萃取 B．蒸馏 C．过滤 D．重结晶 答案：B 解析：二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳互溶在一起，但沸点不同，分离它们应该用蒸馏的方法。 2．3.0 g某有机化合物在足量氧气中完全燃烧，生成和。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．该有机化合物中一定含有氧元素 C．该有机化合物的分子式可能是 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 答案：A 解析：3.0 g该有机化合物中含0.1mol，m(C)=1.2g；n(H)=1.8g÷18g/mol×2=0.2mol，，则1.6 g一定是O元素的质量，，最简式为。所以该有机化合物中一定含有氧元素，其分子式可能为，碳原子和氢原子的个数之比为1:2。 3．某有机化合物样品的质谱图如图所示，则该有机化合物可能是( ) A．甲醇 B．甲烷 C．乙烷 D．乙烯 答案：B 解析：质谱图中显示该有机物的相对丰度为100%时的质荷比为16，即该物质的相对分子质量为16，所以是甲烷。 4．具有下列结构的化合物，其核磁共振氢谱中有两组峰的是( ) A． B． C． D． 答案：D 解析：乙醇的核磁共振氢谱中有3组峰；乙烷的核磁共振氢谱中有1组峰；甲醚的核磁共振氢谱中有1组峰，乙二醇的核磁共振氢谱中有2组峰。 5．乙酰苯胺是一种具有解热镇痛作用的白色晶体，20 ℃时在乙醇中的溶解度为36．9 g，在水中的溶解度如下表： 温度/℃ 25 50 80 100 溶解度/g 0.56 0.84 3.5 5.5 某种乙酰苯胺样品中混入了少量氯化钠杂质，下列提纯乙酰苯胺的方法正确的是( )（注：氯化钠可分散在乙醇中形成胶体。） A．用水溶解后分液 B．用乙醇溶解后过滤 C．用水作溶剂进行重结晶 D．用乙醇作溶剂进行重结晶 答案：C 解析：根据乙酰苯胺在水中的溶解度分析，首先用水配成乙酰苯胺的热饱和溶液，然后降温结晶即可让大量乙酰苯胺从溶液中析出，从而达到提纯的目的。 7．某有机化合物完全燃烧只生成CO2和H2O，将12g该有机化合物完全燃烧的产物通过足量浓硫酸，浓硫酸增重14.4g，再通过足量碱石灰，碱石灰增重26.4g。该有机化合物的分子式是( ) A． B． C． D． 答案：B 解析：浓硫酸增重，即水的质量为，则，，；碱石灰增重，即二氧化碳的质量为，则，，；，则该有机化合物中一定含有氧元素，有机化合物中含有的氧元素的质量为，，则，即该有机化合物的实验式为，由于中碳原子已经饱和，所以该有机化合物的分子式为，故选B。 8．有机化合物A的质谱图如图1所示，其核磁共振氢谱图如图2所示，则A的结构简式可能为( ) A． B． C． D． 答案：A 解析：根据题图可知，该有机化合物A的最大质荷比为46，则A的相对分子质量为46；根据核磁共振氢谱图可知，A分子的核磁共振氢谱有3组吸收峰，则其分子中有3种H原子。的相对分子质量为46，分子中有3种H原子；的相对分子质量为44，分子中有2种H原子；的相对分子质量为46，分子中有2种H原子；的相对分子质量为88，分子中有4种H原子。故选A。 9．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种化学环境不同的氢原子 B．该物质的分子式为 C．该有机物的结构简式为 D．在一定条件下，1mol该有机物可与3mol的氢气加成 答案：C 解析：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键的存在，可确定该物质的分子式为，B项错误；分子式为，且核磁共振氢谱的峰面积之比为1:1:1:3的有机物只有，C项正确；在一定条件下，1mol最多与2mol加成，D项错误。 10．某有机化合物是汽车防冻液的成分之一，经元素分析测定，该有机化合物中各元素的质量分数是：碳38．7%，氢9．7%，氧51．6%。 （1）该有机化合物的实验式为________。 （2）用相对密度法测得该有机化合物的密度是同温同压下氢气密度的31倍，则该物质的相对分子质量为________。 （3）根据该有机化合物的实验式和相对分子质量，推断其分子式。 （4）该有机化合物的红外光谱中有羟基O—H和烃基C—H的吸收峰，试写出其可能的结构简式。 答案：（1） （2）62 （3） （4） 解析：（1）1:3:1，所以实验式为。 （2）相对密度是相对分子质量的比值，所以该有机物的相对分子质量是氢气相对分子质量的31倍，即相对分子质量为62。 （3）设该有机化合物的分子式为，则有，推出，则分子式为。 （4）根据红外光谱中显示的化学键可知，其结构简式为。 【提升练】 1．某有机化合物含有C、H、O三种元素，其中氧的质量分数为25%，相对分子质量小于150，一个分子中最多含C原子的个数是(　　) A．10　　　　B．9　　　　C．8　　　　D．7 答案：D 解析：相对分子质量小于150，氧的质量分数为已知，则分子中氧原子数目小于≈2.34，当有机化合物分子中氧原子的数目为2时，有机化合物的相对分子质量最大，碳原子个数也最多，有机化合物的相对分子质量为＝128，设分子中含有x个C原子，y个H原子，则有12x＋y＋32＝128，当y＝12时，x＝7，此时分子中碳原子的个数最多，所以分子中碳原子的个数最多为7。 2．在一定条件下，萘可与浓硝酸、浓硫酸两种混酸反应生成二硝基化合物，它是1，5­二硝基萘和1，8­二硝基萘的混合物： 后者可溶于质量分数大于98%的硫酸，而前者不能。利用这一性质可以将这两种物质分离。在上述硝化产物中加入适量的98.3%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．对所得的滤液蒸发浓缩、冷却结晶 B．向滤液中缓缓加入水后过滤 C．将滤液缓缓加入水中后过滤 D．向滤液中缓缓加入Na2CO3溶液后过滤 答案：C 解析：1，8­二硝基萘可溶于质量分数大于98%的硫酸，蒸发不会使1，8­二硝基萘析出，故A错误；因硫酸溶于水会放出大量的热而导致液体飞溅，应将浓硫酸加入水中，故B错误；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，可将滤液注入水中(相当于浓硫酸的稀释)，然后过滤即可，故C正确；向滤液中缓缓加入Na2CO3溶液相当于向浓硫酸中加入水溶液，会因放出大量热而导致液体飞溅，故D错误。 3．咖啡因是弱碱性化合物，易溶于氯仿、乙醇、丙酮及热苯等，微溶于水、石油醚。含有结晶水的咖啡因是无色针状晶体，味苦，在100 ℃时失去结晶水并开始升华，120 ℃时升华相当显著，178 ℃时升华很快。它的结构简式为，实验室可通过下列简单方法从茶叶中提取咖啡因： 在步骤1中加入酒精进行浸泡，过滤得到提取液，步骤2、步骤3、步骤4所进行的操作或方法分别是(　　) A．加热、结晶(或蒸发)、升华 B．过滤、洗涤、干燥 C．萃取、分液、升华 D．加热、蒸馏、蒸馏 答案：A 解析：在步骤1中加入了乙醇，下面要分离咖啡因和乙醇，可进行加热得到浓缩液再结晶(或蒸发)得到粗产品，因咖啡因易升华，为进一步得到较为纯净的咖啡因，可进行升华，故选A。 4．从茶叶中可以分离出茶多酚，工艺流程如图所示： 根据以上流程，下列说法不正确的是(　　) A．与传统方法使用Pb2＋、Cu2＋相比，改用ZnCl2作沉淀剂，会更加绿色环保 B．在减压蒸馏之前，一般会加入干燥剂，然后过滤除去，再进行蒸馏 C．操作a的名称是萃取分液，在实际工艺中该操作一般会多次进行 D．干燥产品时可以高温烘干，以加快干燥速度 答案：D 解析：与传统方法使用Pb2＋、Cu2＋相比，改用ZnCl2作沉淀剂，减少有毒重金属的污染，会更加绿色环保，故A正确；在减压蒸馏之前，一般会加入干燥剂除去水，防止蒸馏时存在蒸气压，然后过滤除去干燥剂，再进行蒸馏，故B正确；操作a的名称是萃取分液，在实际工艺中该操作一般会多次进行，提高萃取率，减少茶多酚的损失，故C正确；干燥产品时低温烘干，防止茶多酚在高温下被氧化，故D错误。 5．电炉加热时用纯O2氧化管内样品，根据产物的质量确定有机物的组成。下列装置是用燃烧法确定有机物分子式常用的装置。 (1)盛装双氧水的仪器的名称________；装置B中浓硫酸的作用是_________。 (2)装置F的作用是__________________________________________________________。 (3)装置A中发生反应的化学方程式____________________________________________。 (4)若实验中所取样品只含C、H、O三种元素中的两种或三种，准确称取0.92 g样品，经充分反应后，D管质量增加1.08 g，E管质量增加1.76 g，则该样品的实验式为__________。 (5)用质谱仪测定其相对分子质量，得如图所示的质谱图，则该有机物的相对分子质量为________。 答案：(1)分液漏斗　干燥氧气　(2)吸收空气中的水和CO2，防止影响实验结果 (3)2H2O22H2O＋O2↑ (4)C2H6O　(5)46 解析：装置A中过氧化氢在二氧化锰的催化作用下生成氧气，装置B中浓硫酸干燥氧气，氧气与有机物在装置C中反应，氧化铜可使生成的CO转化为二氧化碳，装置D中的无水氯化钙可吸收生成的水蒸气，而不影响二氧化碳的量，装置E中的碱石灰可吸收反应生成的二氧化碳；装置F可防止空气中的二氧化碳、水进入装置E影响实验结果。 (1)盛装双氧水的仪器的名称为分液漏斗；装置B中浓硫酸的作用是干燥氧气，防止水蒸气进入后续装置影响结果。 (2)装置F的作用为吸收空气中的水和CO2，防止影响实验结果。 (3)装置A中过氧化氢在二氧化锰的催化作用下生成水和氧气，化学方程式为2H2O22H2O＋O2↑。 (4)D管质量增加1.08 g，即水的质量为1.08 g，物质的量为0.06 mol，则m(H)＝0.12 g；E管质量增加1.76 g，即二氧化碳的质量为1.76 g，物质的量为0.04 mol，m(C)＝0.48 g，则m(O)＝0.92 g－0.48 g－0.12 g＝0.32 g，n(O)＝0.02 mol，n(C)∶n(H)∶n(O)＝0.04∶0.12∶0.02＝2∶6∶1，则有机物的实验式为C2H6O。 (5)根据质谱图可知，相对分子质量为46，则该有机物的分子式为C2H6O。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！15 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$