第02讲 科学家怎么研究有机物（寒假预习讲义）高二化学苏教版

第02讲 科学家怎么研究有机物 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 教材习题学解题 模块四 核心考点精准练（4大考点） 模块五 小试牛刀过关测 （基础练10题） （提升练5题） 1．认识分离和提纯有机化合物的常用方法。 2．了解有机化合物组成的研究方法，学会研究有机化合物的一般步骤和方法。 3．了解基团理论对有机化合物结构研究的影响。 4．知道红外、核磁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。 5．知道研究有机反应机理的基本方法和有机化学反应的研究内容。 第1课时 有机化合物的分离、提纯　有机化合物组成的研究 一 有机化合物 1．有机化合物组成特点 有机化合物是指含有 ，其中绝大多数含有氢元素，很多有机化合物还含有氧元素、氮元素、卤族元素、硫元素和磷元素等。  2．有机化合物性质特点 有机化合物的组成和结构特点，决定了大多数有机物与无机物具有不同的性质。例如，多数有机物易溶于极性较小的溶剂，熔点、沸点较低，容易燃烧，受热易分解，发生化学反应时其反应速率通常较小，副反应较多。 3．有机化合物研究的发展阶段 （1）从天然的动植物中提取、分离出一些纯净物。 （2）研究有机化合物的组成、结构、性质和应用。 （3）根据需要对有机化合物分子进行设计和合成。 2． 有机化合物的分离、提纯 1．重结晶 重结晶是提纯固体有机化合物常用的方法。 （1）原理：将混合物中第一次 得到的晶体溶于一定量的溶剂中，再进行 、 、 ，如此的多次操作称为重结晶。 重结晶是利用混合物中各组分在同一溶剂中的溶解度不同而使它们相互分离。  （2）溶剂的选择 ①杂质在所选溶剂中的溶解度很小或很大，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，冷却后易于结晶析出。 2．萃取 萃取分为 和 两种。 （1）萃取的原理 萃取是利用混合物中各组分在萃取剂中的溶解度不同而使它们相互分离的操作。 （2）液-液萃取 ①原理：液-液萃取是向待分离溶液中加入与之不互溶(或部分互溶)的萃取剂，形成共存的两个液相，一般是用有机溶剂从水中萃取某种组分 。 ②实例：四氯化碳萃取溶解在水中的碘，几乎所有的碘都溶解到四氯化碳中，碘得以与大量的水分离。 ③分液漏斗是液-液萃取常用的操作仪器。 ④常用的与水不互溶的有机溶剂有 、 和 等。 （3）固-液萃取 ①原理：固-液萃取是利用溶剂使固体物料中的可溶性物质溶解于其中而加以分离的操作，又称 。 ②实例：从植物种子中提取食用油，从甜菜中提取糖。 3．蒸馏 蒸馏是分离和提纯液态有机化合物的常用方法。 （1）原理：利用混合物中各组分 ，达到分离液态混合物的目的。 当液态混合物中含有多种沸点不同的有机物组分时，经过多次 和 可以将这些成分（馏分）逐步分离，这一过程称为分馏，如石油的分馏等。 （2）优点：蒸馏的优点是不需要使用混合物组分以外的其他溶剂，不易引入新的杂质。 （3）实验装置 注意事项： ① 。 ②碎瓷片的作用： 。 ③冷凝管中水流的方向是 。 3． 有机化合物组成的研究 1．最简式：又称为 ，指有机化合物所含各元素原子个数的最简整数比。 2．确定有机物中含有哪些元素（定性分析） （1）将某有机物在O2中充分燃烧后，各元素对应的燃烧产物： 。 （2）若将有机物完全燃烧，生成物只有H2O（ ）和CO2（ ），则该有机物中一定含有的元素是C、H，可能含有的元素是O。 （3）判断是否含氧元素，可先求出产物CO2和H2O中C、H两元素的质量和，再与有机物的质量比较，若两者相等，则说明原有机物中无氧元素，若有机物的质量大于C、H两元素的质量和，则有机物中有氧元素。 （4）使用 可确定有机物中是否存在氮、氯、溴、硫等元素，氮、氯、溴、硫等元素将以氰化钠、氯化钠、溴化钠、硫化钠等形式存在。 （5）用铜丝 可定性确定有机物中是否存在卤素，用红热的铜丝蘸上试样灼烧时，若含有卤素则火焰为 。 3．确定有机物中各元素的质量分数（李比希定量分析） 利用氧化铜在高温下氧化有机物，生成水和二氧化碳，然后分别采用高氯酸镁和烧碱石棉剂（简称碱石棉，即附有氢氧化钠的石棉）吸收水和二氧化碳，根据吸收前后的质量变化获得反应生成的水和二氧化碳的质量，进而确定有机化合物中氢和碳的质量分数 4．仪器分析法 人们常借助元素分析仪来确定有机物的组成。 （1）工作原理：在不断通入氧气流的条件下，把样品加热到950~1 200 ℃，使之充分燃烧，再对燃烧产物进行自动分析。 （2）优点：自动化程度高、所需样品量小、分析速度快、同时对多种元素进行分析等，若与计算机连接还可进行数据存储和统计分析，并可生成各种形式的分析报告。 第2课时 有机化合物结构的研究 有机化学反应的研究 一． 有机化合物结构的研究 1．有机化合物的结构 （1）在有机化合物分子中，原子主要通过共价键结合在一起。分子中的原子之间结合方式或连接顺序的不同导致了所形成物质在性质上的差异。 （2）1838年，德国化学家李比希提出了“基团理论”。常见的基团有 (—OH)、 (—CHO)、 (—COOH)、 (—NH2)、 (—R)等，它们有不同的结构和性质特点。  2．测定有机化合物结构的分析方法 （1）1H核磁共振谱（1H-NMR） ①原理：有机物分子中的氢原子核所处的化学环境（即其附近的基团）不同，表现出的核磁性就不同，代表核磁性特征的峰在核磁共振谱图中横坐标的位置（化学位移，符号为δ）也就不同。 ②在1H核磁共振谱中：特征峰的个数就是有机物中 ；特征峰的面积之比就是 。 ③乙醇和二甲醚的1H核磁共振谱分析 乙醇 二甲醚 核磁共振氢谱 结论 氢原子类型有3种，不同氢原子的个数之比＝ 。 氢原子类型有 。 （2）红外光谱法 ①原理：利用有机化合物分子中不同基团在红外光辐射的特征吸收频率不同，测试并记录有机化合物对一定波长范围的红外光吸收情况。 ②应用：初步判断该有机物中具有哪些基团。 （3）质谱法 ①原理：用高能电子束轰击有机物分子，使之分离成带电的“碎片”，不同的带电“碎片”的质量（m）和所带电荷（z）的比值不同，就会在不同的m/z处出现对应的特征峰。可根据特征峰与碎片离子的结构对应关系分析有机物的结构。 ②质荷比（m/z）：指分子离子、碎片离子的 。质谱图中，质荷比的最大值就表示了样品分子的 。 2． 有机化学反应的研究 1．有机化学反应研究的内容 设计并合成新的有机化合物是有机化学的重要研究内容，包括有机化学反应需要什么条件、受哪些因素的影响、反应机理如何等。 2．甲烷与氯气取代反应的反应机理 （1）反应机理 甲烷与氯气在光照条件下发生的卤代反应是一个自由基型链反应。 链引发：Cl2·Cl+·Cl 链增长：·Cl＋CH4―→HCl＋·CH3 ·CH3＋Cl2―→CH3Cl＋·Cl 链终止：·Cl+·Cl―→Cl2 ·Cl+·CH3―→CH3Cl 其中Cl2、CH4为反应物，·Cl、·CH3为自由基，HCl、CH3Cl为生成物。 （2）反应产物： 。 3．同位素示踪法研究酯的水解反应 （1）方法：将乙酸乙酯与H218O在硫酸催化下加热水解，检测18O的分布情况，判断酯水解时的断键情况。  （2）反应机理 由此可以判断，酯在水解过程中断开的是酯中的①键，水中的—18OH连接在①键上形成羧酸。 4．反应机理研究手段——仪器分析 乙烯与溴化氢反应机理： HBr―→H＋＋Br－ CH2===CH2＋H＋―→CH3H2 CH3H2＋Br－―→CH3CH2Br 利用质谱仪可以检测出该反应过程中产生的中间体——乙基碳正离子(CH3H2)，据此可推出该反应为离子型反应。 教材习题01 下列关于有机化合物的说法正确的是 A．含碳元素的化合物一定都是有机化合物 B．有机化合物除含碳元素外，一定还含有氢元素 C．碳原子成键方式的多样性是有机化合物种类繁多的原因之一 D．易溶于汽油、酒精、苯的物质一定是有机化合物 解题思路 【答案】 教材习题02 某有机物在氧气中充分燃烧，生成等物质的量的水和二氧化碳，则该有机物必须满足的条件是（    ） A． 分子中的C、H、O的个数比为1：2：3 B． 分子中C、H个数比为1：2 C． 该有机物的相对分子质量为14 D． 该分子中肯定不含氧元素 解题思路 【答案】 核心考点一：有机化合物的分离与提纯 【例1】（23-24高二下·辽宁·阶段练习）下列玻璃仪器在相应实验中选用合理的是 A．重结晶法提纯苯甲酸：②③ B．蒸馏法分离苯和溴苯：③⑤⑥ C．用苯萃取碘水中的碘单质并分液：①⑥ D．酸碱滴定法测定NaOH溶液浓度：①④⑥ 核心考点二：有机化合物组成的研究 【例2】（23-24高二下·四川成都·期中）某学习小组研究某烃的含氧衍生物A的组成和结构，研究过程如下： 称取9gA在足量氧气中充分燃烧，并使产物依次缓缓通过浓硫酸、碱石灰，发现两者分别增重5.4g和13.2g，对A进行波谱分析结果如图。 下列说法正确的是 A．由质谱图可知A的分子式为C3H6O2 B．结合红外光谱和核磁共振氢谱可知A的结构简式为CH2(OH)CH2COOH C．若取A和C2H6O的混合物1mol进行燃烧实验，该混合物完全燃烧消耗氧气的物质的量取决于混合物中二组分的比例 D．B是A的位置异构体，则B在核磁共振氢谱中峰面积之比为2∶2∶1∶1 核心考点三：有机化合物结构的确定 【例3】（23-24高二下·河南濮阳·期中）确定较复杂的有机化合物结构，需要借助现代分析仪器，根据图谱进行分析确定。一组分析仪器的图片如图所示。下列有关说法正确的是    A．甲为核磁共振氢谱图，乙为质谱图 B．甲表明该有机化合物的相对分子质量为31 C．乙表明该有机化合物中含4种不同化学环境的H原子 D．丙表明该有机化合物中只含C－H、C－O、O－H三种化学键 核心考点四：有机化学反应的研究 【例4】（22-23高二下·重庆沙坪坝·期中）下列有机反应中，反应类型相同的是 ①CH3CH2OH→CH2=CH2+H2O ②CH3CH=CH2+Br2→CH3CHBrCH2Br ③C6H6+HNO3→C6H5NO2+H2O ④CH3COOH+CH3CH2OH→CH3COOCH2CH3+H2O A．①② B．③④ C．①③ D．②④ 【基础练】 1．（22-23高二下·辽宁朝阳·阶段练习）化学分析的手段通常有定性分析、定量分析、仪器分析等，现代化学中仪器分析是研究物质结构的基本方法和实验手段。下列关于仪器分析的说法不正确的是 A．光谱分析：利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素 B．质谱分析：利用质荷比来测定分子的相对分子质量，与的质谱图完全相同 C．红外光谱分析：获得分子中含有的化学键或官能团的信息，可用于区分与 D．X衍射图谱分析：获得分子结构的有关信息，包括晶胞形状和大小、分子或原子在微观空间有序排列呈现的对称类型、原子在晶胞里的数目和位置等 2．（22-23高二下·河南南阳·阶段练习）下列说法错误的是 A．利用红外光谱仪可分析出分子中含有何种化学键或官能团的信息 B．碳碳三键和碳碳双键的键能分别是单键键能的3倍和2倍 C．H2O2是一种含极性键和非极性键的极性分子 D．气体单质分子中不一定有σ键 3．（22-23高二下·安徽芜湖·阶段练习）有按如下特点排列的一系列(n种)稠环芳香烃：①；②；③。该系列化合物中所含碳的质量分数最大值是 A．86% B．90% C．96% D．无法确定 4．（23-24高二下·贵州六盘水·期中）相对分子质量为60的有机化合物，在足量氧气中完全燃烧，生成和。下列说法错误的是 A．该有机化合物的实验式为 B．该有机化合物一定为乙酸 C．该有机物中碳原子数与氢原子数之比为 D．该有机物中一定含有氧元素 5．（23-24高二下·贵州六盘水·期中）下列关于仪器分析或物质分离提纯的说法错误的是 A．X射线衍射仪可测定晶体结构 B．红外光谱仪测定有机化合物的化学键或官能团信息 C．质谱法能快速、精确地测定有机物中氢原子的种类和数目 D．色谱法能从植物色素中提取出较纯的叶绿素、胡萝卜素等 6．（23-24高二下·甘肃天水·期中）某有机物中碳元素的质量分数为60%，氢元素的质量分数为13.33%。0.2mol该有机物质量为12g。其红外光谱图只有C—C键、C—H键、O—H键、C—O键的振动吸收峰，则该有机物的结构简式可能是 A．CH3CH2CH2CH2OH B．CH3CH(OH)CH3 C．CH3CH2OCH3 D．CH3COOH 7．（22-23高二下·浙江·期中）下列说法不正确的是 A．利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析 B．用X射线衍射测定乙酸晶体，每个晶胞中含有4个乙酸分子 C．红外光谱可以测定未知物分子中所含有的化学键或官能团，以此判断物质的结构 D．质谱仪是通过分析最小的碎片离子测出分子的相对质量 8．（23-24高二下·河南信阳·期中）有关物质聚集状态与现代仪器分析，下列说法正确的是 A．等离子体是一种特殊的液体，由带电的阳离子、电子及电中性粒子组成 B．离子晶体的熔沸点由离子键强度决定，离子键强度取决于离子所带的电荷数和离子的半径大小 C．质谱分析：利用质荷比来测定相对分子质量，与的质谱图完全相同 D．红外光谱分析：确定氢原子的类型及相对数目，可用于区分与 9．（23-24高二下·河北保定·期中）将6.8g有机物X完全燃烧可生成3.6gH2O和8.96L(标准状况下)CO2。X的质谱图、核磁共振氢谱图、红外光谱图分别如图甲、乙、丙所示，其分子中只含有一个苯环且苯环上只有一个取代基。下列关于有机物X的叙述不正确的是 A．该有机物的分子式为 B．由核磁共振氢谱可知，该有机物分子中有4种不同化学环境的氢原子 C．由以上信息可以推测A分子可能为含有酯基的芳香族化合物 D．X属于芳香族化合物的同分异构体中，含有羧基的有机物有3种 10．（23-24高二下·四川雅安·期中）在由、、组成的混合物中，已知氧元素的质量分数为a%，则该混合物中氢元素的质量分数为 A． B． C． D． 【提升练】 1．（22-23高二下·浙江·期中）某有机物X4.5g在足量氧气中完全燃烧，生成6.6gCO2和2.7g水。下列说法不正确的是 A．分子中一定含有氧元素 B．的分子式可能为CH2O C．X分子中碳原子数与氢原子数之比一定是1∶2 D．若X与乙醇、乙酸都能发生酯化反应，则X分子中可能含有2个碳原子 2．（23-24高二下·四川雅安·期中）苯甲酸()微溶于水，易溶于乙醇等有机溶剂。纯净的苯甲酸为无色结晶。下列说法正确的是 A．苯甲酸不能发生氧化反应 B．苯甲酸的空间填充模型如图1所示 C．可采用如图2所示装置(滤纸已略去)分离苯甲酸和乙醇的混合液 D．苯甲酸与互为同分异构体 3．（23-24高二下·福建福州·期末）使用现代分析仪器对有机化合物X的分子结构进行测定，相关结果如图，下列说法正确的是 A．根据质荷比可确定X的相对分子质量为74g/mol B．X官能团有醚键和烷基 C．X有两个峰且面积比为2：3，则它的结构简式可能是(CH3CH2)2CO D．X的分子式可能为C4H10O 4．（23-24高二下·辽宁·阶段练习）将6.8g有机物X完全燃烧可生成3.6gH2O和8.96L(标准状况下)CO2。X的质谱图、核磁共振氢谱图、红外光谱图分别如图甲、乙、丙所示，其分子中只含有一个苯环且苯环上只有一个取代基。下列关于有机物X的叙述错误的是 A．该有机物的分子式为C8H8O2 B．由核磁共振氢谱可知，该有机物分子中有4种不同化学环境的氢原子，核磁共振氢谱的峰面积比为2：2：3：1 C．X属于芳香族化合物的同分异构体中，含有羧基的有机物有3种 D．由以上信息可以推测X分子可能为含有酯基的芳香族化合物 5．（23-24高二下·辽宁锦州·阶段练习）由和组成的混合气体中，已知碳元素的质量分数为，则混合物中氧元素的质量分数是 A． B． C． D． / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第02讲 科学家怎么研究有机物 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 教材习题学解题 模块四 核心考点精准练（7大考点） 模块五 小试牛刀过关测 （基础练10题） （提升练5题） 1．认识分离和提纯有机化合物的常用方法。 2．了解有机化合物组成的研究方法，学会研究有机化合物的一般步骤和方法。 3．了解基团理论对有机化合物结构研究的影响。 4．知道红外、核磁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。 5．知道研究有机反应机理的基本方法和有机化学反应的研究内容。 第1课时 有机化合物的分离、提纯　有机化合物组成的研究 一 有机化合物 1．有机化合物组成特点 有机化合物是指含有 碳元素的化合物 ，其中绝大多数含有氢元素，很多有机化合物还含有氧元素、氮元素、卤族元素、硫元素和磷元素等。  2．有机化合物性质特点 有机化合物的组成和结构特点，决定了大多数有机物与无机物具有不同的性质。例如，多数有机物易溶于极性较小的溶剂，熔点、沸点较低，容易燃烧，受热易分解，发生化学反应时其反应速率通常较小，副反应较多。 3．有机化合物研究的发展阶段 （1）从天然的动植物中提取、分离出一些纯净物。 （2）研究有机化合物的组成、结构、性质和应用。 （3）根据需要对有机化合物分子进行设计和合成。 2． 有机化合物的分离、提纯 1．重结晶 重结晶是提纯固体有机化合物常用的方法。 （1）原理：将混合物中第一次 结晶 得到的晶体溶于一定量的溶剂中，再进行 蒸发（或冷却） 、结晶 、 过滤 ，如此的多次操作称为重结晶。 重结晶是利用混合物中各组分在同一溶剂中的溶解度不同而使它们相互分离。  （2）溶剂的选择 ①杂质在所选溶剂中的溶解度很小或很大，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，冷却后易于结晶析出。 2．萃取 萃取分为 液-液萃取 和 固-液萃取 两种。 （1）萃取的原理 萃取是利用混合物中各组分在萃取剂中的溶解度不同而使它们相互分离的操作。 （2）液-液萃取 ①原理：液-液萃取是向待分离溶液中加入与之不互溶(或部分互溶)的萃取剂，形成共存的两个液相，一般是用有机溶剂从水中萃取某种组分 。 ②实例：四氯化碳萃取溶解在水中的碘，几乎所有的碘都溶解到四氯化碳中，碘得以与大量的水分离。 ③分液漏斗是液-液萃取常用的操作仪器。 ④常用的与水不互溶的有机溶剂有 乙醚 、 石油醚 和 二氯甲烷 等。 （3）固-液萃取 ①原理：固-液萃取是利用溶剂使固体物料中的可溶性物质溶解于其中而加以分离的操作，又称 浸取 。 ②实例：从植物种子中提取食用油，从甜菜中提取糖。 3．蒸馏 蒸馏是分离和提纯液态有机化合物的常用方法。 （1）原理：利用混合物中各组分 沸点不同(一般有机物与杂质的沸点应相差30℃以上) ，达到分离液态混合物的目的。 当液态混合物中含有多种沸点不同的有机物组分时，经过多次 汽化 和 冷凝 可以将这些成分（馏分）逐步分离，这一过程称为分馏，如石油的分馏等。 （2）优点：蒸馏的优点是不需要使用混合物组分以外的其他溶剂，不易引入新的杂质。 （3）实验装置 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 。 3． 有机化合物组成的研究 1．最简式：又称为 实验式 ，指有机化合物所含各元素原子个数的最简整数比。 2．确定有机物中含有哪些元素（定性分析） （1）将某有机物在O2中充分燃烧后，各元素对应的燃烧产物： C→CO2；H→H2O；N→N2；S→SO2 。 （2）若将有机物完全燃烧，生成物只有H2O（ 使无水CuSO4变蓝 ）和CO2（ 使澄清石灰水变浑浊 ），则该有机物中一定含有的元素是C、H，可能含有的元素是O。 （3）判断是否含氧元素，可先求出产物CO2和H2O中C、H两元素的质量和，再与有机物的质量比较，若两者相等，则说明原有机物中无氧元素，若有机物的质量大于C、H两元素的质量和，则有机物中有氧元素。 （4）使用 钠熔法 可确定有机物中是否存在氮、氯、溴、硫等元素，氮、氯、溴、硫等元素将以氰化钠、氯化钠、溴化钠、硫化钠等形式存在。 （5）用铜丝 燃烧法 可定性确定有机物中是否存在卤素，用红热的铜丝蘸上试样灼烧时，若含有卤素则火焰为 绿色 。 3．确定有机物中各元素的质量分数（李比希定量分析） 利用氧化铜在高温下氧化有机物，生成水和二氧化碳，然后分别采用高氯酸镁和烧碱石棉剂（简称碱石棉，即附有氢氧化钠的石棉）吸收水和二氧化碳，根据吸收前后的质量变化获得反应生成的水和二氧化碳的质量，进而确定有机化合物中氢和碳的质量分数 4．仪器分析法 人们常借助元素分析仪来确定有机物的组成。 （1）工作原理：在不断通入氧气流的条件下，把样品加热到950~1 200 ℃，使之充分燃烧，再对燃烧产物进行自动分析。 （2）优点：自动化程度高、所需样品量小、分析速度快、同时对多种元素进行分析等，若与计算机连接还可进行数据存储和统计分析，并可生成各种形式的分析报告。 第2课时 有机化合物结构的研究 有机化学反应的研究 一． 有机化合物结构的研究 1．有机化合物的结构 （1）在有机化合物分子中，原子主要通过共价键结合在一起。分子中的原子之间结合方式或连接顺序的不同导致了所形成物质在性质上的差异。 （2）1838年，德国化学家李比希提出了“基团理论”。常见的基团有 羟基 (—OH)、 醛基 (—CHO)、 羧基 (—COOH)、 氨基 (—NH2)、 烃基 (—R)等，它们有不同的结构和性质特点。  2．测定有机化合物结构的分析方法 （1）1H核磁共振谱（1H-NMR） ①原理：有机物分子中的氢原子核所处的化学环境（即其附近的基团）不同，表现出的核磁性就不同，代表核磁性特征的峰在核磁共振谱图中横坐标的位置（化学位移，符号为δ）也就不同。 ②在1H核磁共振谱中：特征峰的个数就是有机物中 不同化学环境的氢原子的种类 ；特征峰的面积之比就是 不同化学环境的氢原子的个数比 。 ③乙醇和二甲醚的1H核磁共振谱分析 乙醇 二甲醚 核磁共振氢谱 结论 氢原子类型有3种，不同氢原子的个数之比＝ 3：2：1 。 氢原子类型有 1种 。 （2）红外光谱法 ①原理：利用有机化合物分子中不同基团在红外光辐射的特征吸收频率不同，测试并记录有机化合物对一定波长范围的红外光吸收情况。 ②应用：初步判断该有机物中具有哪些基团。 （3）质谱法 ①原理：用高能电子束轰击有机物分子，使之分离成带电的“碎片”，不同的带电“碎片”的质量（m）和所带电荷（z）的比值不同，就会在不同的m/z处出现对应的特征峰。可根据特征峰与碎片离子的结构对应关系分析有机物的结构。 ②质荷比（m/z）：指分子离子、碎片离子的 相对质量与其电荷的比值 。质谱图中，质荷比的最大值就表示了样品分子的 相对分子质量 。 2． 有机化学反应的研究 1．有机化学反应研究的内容 设计并合成新的有机化合物是有机化学的重要研究内容，包括有机化学反应需要什么条件、受哪些因素的影响、反应机理如何等。 2．甲烷与氯气取代反应的反应机理 （1）反应机理 甲烷与氯气在光照条件下发生的卤代反应是一个自由基型链反应。 链引发：Cl2·Cl+·Cl 链增长：·Cl＋CH4―→HCl＋·CH3 ·CH3＋Cl2―→CH3Cl＋·Cl 链终止：·Cl+·Cl―→Cl2 ·Cl+·CH3―→CH3Cl 其中Cl2、CH4为反应物，·Cl、·CH3为自由基，HCl、CH3Cl为生成物。 （2）反应产物：共有CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl五种。 3．同位素示踪法研究酯的水解反应 （1）方法：将乙酸乙酯与H218O在硫酸催化下加热水解，检测18O的分布情况，判断酯水解时的断键情况。  （2）反应机理 由此可以判断，酯在水解过程中断开的是酯中的①键，水中的—18OH连接在①键上形成羧酸。 4．反应机理研究手段——仪器分析 乙烯与溴化氢反应机理： HBr―→H＋＋Br－ CH2===CH2＋H＋―→CH3H2 CH3H2＋Br－―→CH3CH2Br 利用质谱仪可以检测出该反应过程中产生的中间体——乙基碳正离子(CH3H2)，据此可推出该反应为离子型反应。 教材习题01 下列关于有机化合物的说法正确的是 A．含碳元素的化合物一定都是有机化合物 B．有机化合物除含碳元素外，一定还含有氢元素 C．碳原子成键方式的多样性是有机化合物种类繁多的原因之一 D．易溶于汽油、酒精、苯的物质一定是有机化合物 解题思路 A． 有机化合物一定都是含碳元素的化合物，但是含碳元素的化合物一定都是有机化合物，如NaHCO3是含有C元素的化合物，但属于无机物，A错误； B． 有机化合物中除含碳元素外，可能还含有氢元素，但不一定含有H元素，如CCl4是有机化合物，其中含有C元素，但不含有H元素，B错误； C．碳原子最外层有4个电子，C原子之间可以形成共价单键、共价双键、共价三键，不仅可以形成碳链，也可以形成碳环；C原子不仅可以与C原子形成共价键，也可以与其它元素的原子形成共价键，碳原子成键方式的多样性是有机化合物种类繁多的原因之一，C正确；D．I2等卤素单质是由非极性分子构成的物质，在汽油、酒精、苯等由非极性分子构成的物质中易溶解，但卤素单质不是有机化合物，D错误； 【答案】C 教材习题02 某有机物在氧气中充分燃烧，生成等物质的量的水和二氧化碳，则该有机物必须满足的条件是（    ） A． 分子中的C、H、O的个数比为1：2：3 B． 分子中C、H个数比为1：2 C． 该有机物的相对分子质量为14 D． 该分子中肯定不含氧元素 解题思路 A．燃烧产物为二氧化碳和水，无法确定该有机物中是否含有氧元素，故A错误； B．根据生成等物质的量的水和二氧化碳可知，该有机物分子中含有C、H的原子个数比为1：2，故B正确； C．根据题意只能确定该有机物中碳原子和氢原子的个数比，不能判断出该有机物中是否含有氧元素，但可以确定该有机物的相对分子质量一定不是14，故C错误； D．燃烧产物为二氧化碳和水，无法确定该有机物中是否含有氧元素，故D错误； 【答案】B 核心考点一：有机化合物的分离与提纯 【例1】（23-24高二下·辽宁·阶段练习）下列玻璃仪器在相应实验中选用合理的是 A．重结晶法提纯苯甲酸：②③ B．蒸馏法分离苯和溴苯：③⑤⑥ C．用苯萃取碘水中的碘单质并分液：①⑥ D．酸碱滴定法测定NaOH溶液浓度：①④⑥ 【答案】B 【解析】A．重结晶法提纯苯甲酸，需要用到烧杯、玻璃棒、蒸发皿、酒精灯和漏斗，图示中没有，②③用不着，A不合题意； B．蒸馏法分离苯和溴苯需要用到蒸馏烧瓶、温度计、锥形瓶等，即用到图示中的③⑤⑥，B符合题意； C．用苯萃取碘水中的碘单质并分液需要用到烧杯、分液漏斗和玻璃棒，图示中没有，①⑥用不到，C不合题意；     D．酸碱滴定法测定NaOH溶液浓度需要用到酸式滴定管、碱式滴定管、锥形瓶和胶头滴管，图中①为漏斗用不到，D不合题意； 故答案为：B。 核心考点二：有机化合物组成的研究 【例2】（23-24高二下·四川成都·期中）某学习小组研究某烃的含氧衍生物A的组成和结构，研究过程如下： 称取9gA在足量氧气中充分燃烧，并使产物依次缓缓通过浓硫酸、碱石灰，发现两者分别增重5.4g和13.2g，对A进行波谱分析结果如图。 下列说法正确的是 A．由质谱图可知A的分子式为C3H6O2 B．结合红外光谱和核磁共振氢谱可知A的结构简式为CH2(OH)CH2COOH C．若取A和C2H6O的混合物1mol进行燃烧实验，该混合物完全燃烧消耗氧气的物质的量取决于混合物中二组分的比例 D．B是A的位置异构体，则B在核磁共振氢谱中峰面积之比为2∶2∶1∶1 【答案】D 【分析】9gA在足量氧气中充分燃烧，并使其产物依次缓缓通过足量的浓硫酸和碱石灰，发现两者分别增重5.4g和13.2g，说明完全燃烧生成水的质量为5.4g，二氧化碳的质量为13.2g，9gA完全燃烧生成水的物质的量是==0.3 mol，9.0gA完全燃烧生成二氧化碳的物质的量是==0.3mol，n(O)===0.3mol，所以A的实验式为CH2O，通过质谱法测得A相对分子质量为90，设分子式为(CH2O)n，则(12+2+16)n=90，n=3，故A的分子式为C3H6O3，以此来解析。 【解析】A．由分析可知A的分子式为，A错误； B．根据红外光谱只A中含有-OH和-COOH，由核磁共振氢谱可知，A中含有4种氢原子，其数目比为1：1：1：3，故A的结构简式为CH3CH(OH)COOH，B错误； C．由分析可知A的分子式为，假设有机物的物质的量都为1mol，混合物中的两种有机物物质的量相同时，完全燃烧消耗的氧气的物质的量相等，无论以何种物质的量的比例混合，完全燃烧消耗氧气的量是否都为3mol，C错误； D．B是A的位置异构体，则B为CH2(OH)CH2COOH，共有4种氢原子，个数比为2：2：1：1，即B在核磁共振氢谱中峰面积之比为2:2:1:1，D正确； 故选D。 核心考点三：有机化合物结构的确定 【例3】（23-24高二下·河南濮阳·期中）确定较复杂的有机化合物结构，需要借助现代分析仪器，根据图谱进行分析确定。一组分析仪器的图片如图所示。下列有关说法正确的是    A．甲为核磁共振氢谱图，乙为质谱图 B．甲表明该有机化合物的相对分子质量为31 C．乙表明该有机化合物中含4种不同化学环境的H原子 D．丙表明该有机化合物中只含C－H、C－O、O－H三种化学键 【答案】C 【解析】A．乙为核磁共振氢谱图，甲为质谱图，A错误； B．由图，甲表明该有机化合物的相对分子质量为74，B错误； C．乙表明该有机化合物中含4种不同化学环境的H原子，C正确； D．丙表明该有机化合物中含C－H、C－O、O－H三种化学键，应该还含有碳碳键，D错误； 故选C。 核心考点四：有机化学反应的研究 【例4】（22-23高二下·重庆沙坪坝·期中）下列有机反应中，反应类型相同的是 ①CH3CH2OH→CH2=CH2+H2O ②CH3CH=CH2+Br2→CH3CHBrCH2Br ③C6H6+HNO3→C6H5NO2+H2O ④CH3COOH+CH3CH2OH→CH3COOCH2CH3+H2O A．①② B．③④ C．①③ D．②④ 【答案】B 【解析】①是消去反应，②是加成反应，③是取代反应，④是取代反应，所以反应类型相同的是③和④，均为取代反应，答案：B。 【基础练】 1．化学分析的手段通常有定性分析、定量分析、仪器分析等，现代化学中仪器分析是研究物质结构的基本方法和实验手段。下列关于仪器分析的说法不正确的是 A．光谱分析：利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素 B．质谱分析：利用质荷比来测定分子的相对分子质量，与的质谱图完全相同 C．红外光谱分析：获得分子中含有的化学键或官能团的信息，可用于区分与 D．X衍射图谱分析：获得分子结构的有关信息，包括晶胞形状和大小、分子或原子在微观空间有序排列呈现的对称类型、原子在晶胞里的数目和位置等 【答案】B 【解析】A．不同元素原子的吸收光谱或发射光谱不同，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，故A正确； B．CH3CH2OH与CH3OCH3的结构不同，最大荷比相同，则质谱图不完全相同，故B错误； C．红外吸收光谱仪可以测得未知物中的化学键或官能团，CH3CH2OH和CH3OCH3所含官能团为羟基和醚键，可用红外光谱分析区别，故C正确； D．X-射线衍射法是区分晶体和非晶体的最科学的方法，能获得晶胞形状和大小、分子或原子在微观空间有序排列呈现的对称类型、原子在晶胞里的数目和位置等，故D正确； 故选：B。 2．下列说法错误的是 A．利用红外光谱仪可分析出分子中含有何种化学键或官能团的信息 B．碳碳三键和碳碳双键的键能分别是单键键能的3倍和2倍 C．H2O2是一种含极性键和非极性键的极性分子 D．气体单质分子中不一定有σ键 【答案】B 【解析】A．红外光谱是反映有机物分子中含有的化学键或官能团的信息，故A正确； B．单键只含有一个σ键，双键含一个σ键和1个π，三键含有一个σ键和2个π，σ键的键能大于π键，则碳碳三键、双键的键能与单键的键能不成整数比关系，故B错误； C．H2O2分子中O-O为非极性键，O-H键为极性键，H2O2是展开书页型结构，该物质结构不对称，正负电荷重心不重合，为极性分子，故C正确； D．稀有气体单质中不含化学键，则气体单质分子中，不一定有σ键，故D正确； 故选：B。 3．有按如下特点排列的一系列(n种)稠环芳香烃：①；②；③。该系列化合物中所含碳的质量分数最大值是 A．86% B．90% C．96% D．无法确定 【答案】C 【解析】的分子式为C6H6，的分子式为C10H8，的分子式为C14H10，该系列稠环化合物的通式为：C4n+2H2n+4，碳的质量分数为，当n无穷大时，； 故答案选C； 4．（23-24高二下·贵州六盘水·期中）相对分子质量为60的有机化合物，在足量氧气中完全燃烧，生成和。下列说法错误的是 A．该有机化合物的实验式为 B．该有机化合物一定为乙酸 C．该有机物中碳原子数与氢原子数之比为 D．该有机物中一定含有氧元素 【答案】B 【分析】依题意可知，0.1mol该物质中含有氢原子的个数为0.4mol，碳原子的个数为0.2mol，由其相对分子质量可知其分子式为：C2H4O2 【解析】A．根据上述分析可知，其实验式为CH2O，A正确； B．分子式为C2H4O2的物质不一定为乙酸，也可能是甲酸甲酯，B错误； C．该物质的分子式为C2H4O2，碳原子数与氢原子数之比为，C正确； D．该物质的分子式为C2H4O2，一定含有氧元素，D正确； 故选B。 5．（23-24高二下·贵州六盘水·期中）下列关于仪器分析或物质分离提纯的说法错误的是 A．X射线衍射仪可测定晶体结构 B．红外光谱仪测定有机化合物的化学键或官能团信息 C．质谱法能快速、精确地测定有机物中氢原子的种类和数目 D．色谱法能从植物色素中提取出较纯的叶绿素、胡萝卜素等 【答案】C 【解析】A．X射线衍射可用于测定键长、键角等键参数分子结构信息，可测定晶体结构，A正确； B．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，根据红外光谱图可获得分子中含有的化学键或官能团的信息，B正确； C．核磁共振氢谱可用于测定有机物中不同类型的氢原子及其相对数目等信息，一般用质谱法测定有机物的相对分子质量，C错误； D．色谱法利用不同溶质（样品）与固定相和流动相之间的作用力（分配、吸附、离子交换等）的差别，当两相做相对移动时，各溶质在两相间进行多次平衡，使各溶质达到相互分离，可用于分离、提纯有机化合物，D正确； 故选C。 6．（23-24高二下·甘肃天水·期中）某有机物中碳元素的质量分数为60%，氢元素的质量分数为13.33%。0.2mol该有机物质量为12g。其红外光谱图只有C—C键、C—H键、O—H键、C—O键的振动吸收峰，则该有机物的结构简式可能是 A．CH3CH2CH2CH2OH B．CH3CH(OH)CH3 C．CH3CH2OCH3 D．CH3COOH 【答案】B 【解析】由，其中碳元素的质量分数为60%，M(C)=36，可知碳原子数为3个；，，可知氢原子数为8个，氧元素的质量分数为1-60%-13.33%=26.67%，，，可知氧原子数为1个，则该有机物的分子式为C3H8O，其红外光谱图只有C—C键、C—H键、O—H键、C—O键的振动吸收峰，则该有机物的结构简式可能是CH3CH(OH)CH3，故选B。 7．下列说法不正确的是 A．利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析 B．用X射线衍射测定乙酸晶体，每个晶胞中含有4个乙酸分子 C．红外光谱可以测定未知物分子中所含有的化学键或官能团，以此判断物质的结构 D．质谱仪是通过分析最小的碎片离子测出分子的相对质量 【答案】D 【解析】A．不同元素原子的吸收光谱或发射光谱不同，利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析，A正确； B．X射线衍射是测定微观结构的方法，可以测得乙酸晶体每个晶胞中含有4个乙酸分子，B正确； C．红外光谱可以测定未知物中所含各种化学键或官能团，以此判断物质的结构，C正确； D．质谱仪是通过分析最大的碎片离子测出分子的相对质量，D错误； 本题选D。 8．（23-24高二下·河南信阳·期中）有关物质聚集状态与现代仪器分析，下列说法正确的是 A．等离子体是一种特殊的液体，由带电的阳离子、电子及电中性粒子组成 B．离子晶体的熔沸点由离子键强度决定，离子键强度取决于离子所带的电荷数和离子的半径大小 C．质谱分析：利用质荷比来测定相对分子质量，与的质谱图完全相同 D．红外光谱分析：确定氢原子的类型及相对数目，可用于区分与 【答案】B 【解析】A．等离子体是由阳离子、电子和电中性粒子组成的整体呈电中性的气态物质聚集体，故A错误； B．离子晶体的构成微粒是阴阳离子，晶体的熔沸点由离子键强度决定，离子键强度取决于离子所带的电荷数和离子的半径大小，故B正确； C．乙醇和二甲醚的结构不同，最大荷比相同，但碎片离子的质荷比不完全相同，质谱图不完全相同，故C错误； D．红外光谱仪可以测得未知物中的化学键或官能团，乙醇和二甲醚的官能团不同，可用红外光谱分析区别，但红外光谱分析不能确定氢原子的类型，故D错误； 故选B。 9．（23-24高二下·河北保定·期中）将6.8g有机物X完全燃烧可生成3.6gH2O和8.96L(标准状况下)CO2。X的质谱图、核磁共振氢谱图、红外光谱图分别如图甲、乙、丙所示，其分子中只含有一个苯环且苯环上只有一个取代基。下列关于有机物X的叙述不正确的是 A．该有机物的分子式为 B．由核磁共振氢谱可知，该有机物分子中有4种不同化学环境的氢原子 C．由以上信息可以推测A分子可能为含有酯基的芳香族化合物 D．X属于芳香族化合物的同分异构体中，含有羧基的有机物有3种 【答案】D 【分析】由质谱图可知，X的相对分子质量为136，n(X)=，3.6gH2O的物质的量n(H2O)= ，8.96L(标准状况)CO2的物质的量n(CO2)= ，则X中n(H)=2n(H2O)=0.4mol，n(C)=n(CO2)=0.4mol，m(H)=nM=0.4mol×1g/mol=0.4g，m(C)=0.4mol×12g/mol=4.8g，0.4g+4.8g＜6.8g，所以X中含有O元素，m(O)=6.8g-4.8g-0.4g=1.6g，n(O)= ，n(X)：n(C)：n(H)：n(O)=0.05mol：0.4mol：0.4mol：0.1mol=1：8：8：2，化合物X的分子式为C8H8O2，其核磁共振氢谱有4个峰且面积之比为3：2：2：1，X分子中只含一个苯环且苯环上只有一个取代基，说明X分子中含有4种H原子，苯环上有三种氢原子，个数分别为1、2、2，所以侧链中含有-CH3，结合红外光谱可知，分子中存在酯基，且存在结构，故有机物X的结构简式为，据此分析解答。 【解析】A．由质谱图可知，X的相对分子质量为136，分析可知n(C)：n(H)：n(O)=0.4mol：0.4mol：0.1mol=8：8：2，化合物X的分子式为C8H8O2，故A正确； B．X的核磁共振氢谱有4个峰，故含有H种类为4种，故B正确； C．由上述分析可知， X分子结构简式为，为含有酯基的芳香族化合物，故C正确； D．X属于芳香族化合物的同分异构体中，含有羧基的有机物有4种，分别为、、、，故D错误； 故答案选D。 10．（23-24高二下·四川雅安·期中）在由、、组成的混合物中，已知氧元素的质量分数为a%，则该混合物中氢元素的质量分数为 A． B． C． D． 【答案】A 【解析】由、、组成的混合物，其平均组成可表示为(CH2)xOy，已知氧元素的质量分数为a%，则C、H元素的质量分数之和为(1-a%)，从而得出该混合物中氢元素的质量分数为=，故选A。 【提升练】 1．某有机物X4.5g在足量氧气中完全燃烧，生成6.6gCO2和2.7g水。下列说法不正确的是 A．分子中一定含有氧元素 B．的分子式可能为CH2O C．X分子中碳原子数与氢原子数之比一定是1∶2 D．若X与乙醇、乙酸都能发生酯化反应，则X分子中可能含有2个碳原子 【答案】D 【分析】由题干信息可知，有机物X4.5g在足量氧气中完全燃烧，生成6.6gCO2和2.7g水，则有机物中含有n(C)=n(CO2)==0.15mol，n(H)=2n(H2O)==0.3mol，n(O)==0.15mol，则n(C)：n(H)：n(O)=0.15mol：0.3mol：0.15mol=1:2:1，有机物的最简式为：CH2O，据此分析解题。 【解析】A．由分析可知，分子中一定含有氧元素，A正确； B．由分析可知，的分子式可能为CH2O，B正确； C．由分析可知，X分子中碳原子数与氢原子数之比一定是1∶2，C正确； D．由分析可知，有机物的最简式为：CH2O，若X与乙醇、乙酸都能发生酯化反应即既含羟基又含羧基，则X分子中至少含有3个碳原子，不可能含有2个碳原子，D错误； 故答案为：D。 2．（23-24高二下·四川雅安·期中）苯甲酸()微溶于水，易溶于乙醇等有机溶剂。纯净的苯甲酸为无色结晶。下列说法正确的是 A．苯甲酸不能发生氧化反应 B．苯甲酸的空间填充模型如图1所示 C．可采用如图2所示装置(滤纸已略去)分离苯甲酸和乙醇的混合液 D．苯甲酸与互为同分异构体 【答案】D 【解析】A．苯甲酸中碳元素没有达到最高价，它具有还原性，能发生氧化反应，A不正确； B．此图形为苯甲酸的球棍模型，而不是空间填空模型，B不正确； C．苯甲酸易溶于乙醇，不能采用过滤法分离，C不正确； D．苯甲酸与的分子式相同、结构不同，二者互为同分异构体，D正确； 故选D。 3．（23-24高二下·福建福州·期末）使用现代分析仪器对有机化合物X的分子结构进行测定，相关结果如图，下列说法正确的是 A．根据质荷比可确定X的相对分子质量为74g/mol B．X官能团有醚键和烷基 C．X有两个峰且面积比为2：3，则它的结构简式可能是(CH3CH2)2CO D．X的分子式可能为C4H10O 【答案】D 【解析】A．根据质荷比可确定X的相对分子质量为74，故A错误； B．X官能团有醚键，烷基不是官能团，故B错误； C．X的相对分子质量为74，含有醚键，X有两个峰且面积比为2：3，则它的结构简式可能是CH3CH,OCH2CH3，故C错误； D．X的相对分子质量为74，含有醚键，X的分子式可能为C4H10O，故D正确； 选D。 4．（23-24高二下·辽宁·阶段练习）将6.8g有机物X完全燃烧可生成3.6gH2O和8.96L(标准状况下)CO2。X的质谱图、核磁共振氢谱图、红外光谱图分别如图甲、乙、丙所示，其分子中只含有一个苯环且苯环上只有一个取代基。下列关于有机物X的叙述错误的是 A．该有机物的分子式为C8H8O2 B．由核磁共振氢谱可知，该有机物分子中有4种不同化学环境的氢原子，核磁共振氢谱的峰面积比为2：2：3：1 C．X属于芳香族化合物的同分异构体中，含有羧基的有机物有3种 D．由以上信息可以推测X分子可能为含有酯基的芳香族化合物 【答案】C 【分析】3.6gH2O是，8.96L(标准状况下)CO2是，则H原子质量为：0.4g，碳原子质量为：，则氧元素质量为：，氧元素物质的量为：，则，根据质谱图知，有机物X的相对分子质量为136，则该有机物的分子式为C8H8O2。 【解析】A．根据分析知，该有机物的分子式为C8H8O2，A正确； B．由核磁共振氢谱可知，该有机物分子中有4组峰，且峰面积比为2∶2∶3∶1，则该有机物分子中有4种不同化学环境的氢原子，核磁共振氢谱的峰面积比为2∶2∶3∶1，B正确； C．该分子中只含有一个苯环且苯环上只有一个取代基，再根据红外光谱图知，X结构简式为，X属于芳香族化合物的同分异构体中，含有羧基的有机物有4种，苯乙酸、邻甲基苯甲酸、间甲基苯甲酸、对甲基苯甲酸，C错误； D．根据C知，X结构简式为，是含有酯基的芳香族化合物，D正确； 故选C。 5．（23-24高二下·辽宁锦州·阶段练习）由和组成的混合气体中，已知碳元素的质量分数为，则混合物中氧元素的质量分数是 A． B． C． D． 【答案】A 【解析】甲醛分子式为CH2O，丙烯分子式为C3H6、环丙烷分子式为C3H6，三种分子中碳、氢原子的个数比均为1:2，所以混合中碳、氢原子的个数比也为1:2，质量比为12:2=6:1，碳元素质量分数为78%，则碳元素质量分数为13%，则混合物中氧元素质量分数为1-78%-13%=9%，故答案为A。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$