专题02 科学家怎么研究有机物（六大题型）-【举一反三】2024-2025学年高二化学同步讲与练（苏教版2019选择性必修3）

专题02 科学家怎样研究有机物 ◆题型01 有机化合物的分离、提纯 ◆题型02 确定实验式 ◆题型03 确定分子式 ◆题型04 有机分子结构确定 ◆题型05 有机物的6种表示和两个模型 ◆题型06 甲烷取代反应和相应计算 ◆题型01 有机化合物的分离、提纯 知识积累 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 。 【典例1-1】选择下列实验方法分离提纯物质，将分离提纯方法的字母序号填在横线上。 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 提取碘水中的碘。 ③ 分离水和汽油的混合物。 ④ 分离CCl4(沸点为77 ℃)和甲苯(沸点为110.6 ℃)的混合物。 ⑤ 除去混在乙烷中的乙烯。 【典例1-2】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 除去中混有的NaCl 重结晶 的溶解度随温度变化比NaCl大 D 除去丁醇中的乙醚 蒸馏 丁醇与乙醚的沸点相差较大 【变式1-1】下列分离提纯的方法错误的是 A．重结晶法提纯含有少量食盐和泥沙的苯甲酸 B．萃取法分离Br2和苯 C．升华法除去NaCl(s)中的I2(s) D．蒸馏法分离CH2Cl2和CCl4 【变式1-2】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 【变式1-3】某粗苯甲酸样品中含有少量氯化钠和泥沙。在重结晶法提纯苯甲酸的过程中，下列操作未涉及的是 A． B． C． D． ◆题型02 确定实验式 知识积累 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。 （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 。 【典例2-1】将一定量的有机物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)，则该物质的实验式是 。 【典例2-2】下列有关研究有机物的方法和结论中，不正确的是 A．提纯苯甲酸可采用重结晶的方法 B．分离正已烷(沸点69℃)和正庚烷(沸点98℃)可采用蒸馏的方法 C．某烃类物质的相对分子质量为44，则该物质一定为丙烷 D．某有机物完全燃烧生成的和的物质的量之比为1：1，则其实验式为 【变式2-1】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 【变式2-2】1924年，我国药物学家发现麻黄碱有平喘作用，于是从中药麻黄中提取麻黄碱作为平喘药，这一度风靡世界。麻黄碱完全燃烧，可得和，同时测得麻黄碱的实验式为，则麻黄碱的分子式为 A． B． C． D． 【变式2-3】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，求其实验式为 ，并推测其分子式为 。 ◆题型03 确定分子式 知识积累 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。 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 。 【典例3】测得A的蒸气密度是同状况下甲烷的4.375倍，将5.6 g A在足量氧气中燃烧，并将产物依次通过浓硫酸和碱石灰，分别增重7.2 g和17.6 g。A的分子式为 。 【变式3-1】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3-2】现取2.3g某有机物在足量的氧气中完全燃烧，生成和。对该物质的组成有下列推断：①一定含元素②一定不含元素③可能含元素④一定含元素⑤分子中的原子个数比为2：5⑥分子中的元素质量比为12：3：8.其中正确的是 A．①②⑤ B．①④⑥ C．①③⑤ D．①④⑤ 【变式3-3】回答下列问题： (1)某烃A的相对分子质量为84。回答下列问题： ①物质的量相同，下列物质充分燃烧与A消耗氧气的量不相等的是（填序号） 。 A．C7H12O2       B．C6H14         C．C6H14O       D．C7H14O3 ②若烃A为链烃，分子中所有的碳原子在同一平面上，该分子的一氯取代物只有一种。则A的结构简式为 。 ③若A不能使溴水褪色，且其一氯代物只有一种，则A的结构简式为 。 (2)有机物A可由葡萄糖发酵得到，也可从酸牛奶中提取。纯净的A为无色黏稠液体，易溶于水。为研究A的组成与结构，进行了如下实验： 实验步骤 实验结论 ①称取A4.5g，升温使其汽化，测其密度是相同条件下H2的45倍。 ②将此4.5gA在足量纯O2中充分燃烧，并使其产物依次缓缓通过浓硫酸、碱石灰，发现两者分别增重2.7g和6.6g A的分子式为： 。 ③另取A4.5g，跟足量的NaHCO3粉末反应，生成1.12LCO2(标准状况)，若与足量金属钠反应则生成1.12LH2(标准状况) 写出A中含有的官能团 、 。 ④A的核磁共振氢谱如下图： 综上所述，A的结构简式为 ◆题型04 有机分子结构确定 知识积累 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。 【典例4-1】 某种有机物的核磁共振氢谱如图所示，图中峰面积之比为；利用红外光谱仪测得其红外光谱如图所示。 分子中含氧官能团的名称为 ，该物质的结构简式为 。 【典例4-2】已知化合物A的式量为192，其中C、H、O三种元素的质量分数分别为37.5%、4.2%和58.3%。请填空： (1)A的分子式是 。 (2)实验表明：A分子中不含醛基。与足量的碳酸氢钠溶液反应可放出二氧化碳。在浓硫酸催化下，A与乙酸可发生酯化反应。A分子的核磁共振氢谱中有4个吸收峰，且峰面积之比为1∶1∶2∶4.则A的结构简式是 。 【变式4-1】将的X完全燃烧生成的和 (标准状况)的，X分子中只含一个苯环且苯环上只有一个取代基，其质谱图、核磁共振氢谱与红外光谱如图，关于X的下列叙述正确的是 A．化合物X的分子式为 B．由核磁共振氢谱可知，X分子中有3种不同化学环境的氢原子 C．符合题中X分子核磁共振氢谱、红外光谱的有机物有1种 D．X分子中所有的原子在同一个平面上 【变式4-2】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． 【变式4-3】某有机物蒸气与在一定条件下恰好燃烧，生成水蒸气、和(气体体积均在相同条件下测得)。 ①的最大值为 ，有机物的结构简式为 。 ②当有机物为乙二醇时，的值为 。 ◆题型05 有机物的6种表示和两个模型 【典例5-1】下列化学用语错误的是 A．的电子式： B．二甲醚的结构式： C．溴乙烷的核磁共振氢谱图： D．石墨结构中未参与杂化的p轨道： 【变式5-1】下列说法不正确的是 A．羰基硫(COS)的电子式： B．白磷的结构式： C．乙炔分子中π键示意图： D．乙醛的核磁共振氢谱： 【变式5-2】化学用语构建了化学基础知识体系。下列有关表述正确的是 A．分子的空间填充模型： B．的VSEPR模型： C．的电子式： D．异丁烷的键线式： 【变式5-3】下列表示物质结构的化学用语或模型不正确的是 A．氮气的结构式： B．分子的球棍模型： C．的结构示意图： D．异丁烷的结构简式： ◆题型06 甲烷取代反应和相应计算 知识积累 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。 【典例6-1】甲烷与氯气在光照条件下存在如下反应历程(“·”表示电子)： ①Cl22Cl·(慢反应) ②CH4+Cl·→·CH3+HCl(快反应) ③·CH3+Cl2→CH3Cl+Cl·(快反应) ④·CH3+Cl·→CH3Cl(快反应) 下列说法不正确的是 A．上述过程中总反应的化学方程式为CH4+Cl2CH3Cl+HCl B．光照的主要作用是促进反应①的进行从而使总反应速率加快 C．根据反应④推测会发生反应·CH3+·CH3→CH3CH3 D．反应①是释放能量的反应 【典例6-2】有一氧化碳、甲烷和乙烷组成的混合气体8.96L(标准状况下)，在足量氧气中充分燃烧后，生成的气体先通过足量浓硫酸，再通过足量氢氧化钠溶液，测知氢氧化钠溶液质量增加26.4g，则原混合气体中乙烷的物质的量 A．等于0.2 mol B．小于0.1 mol C．等于0.1 mol D．大于0.2 mol 【变式6-1】 室温下两种气态烷烃的混合物，室温下其密度为 1.08g/L(已知室温下气体摩尔体积为 24L/mol)， 则关于此混合物组成的说法正确的是 A．一定有甲烷 B．一定有乙烷 C．可能是甲烷和戊烷的混合物 D．可能是乙烷和丙烷的混合物 【变式6-2】 探究甲烷的还原性并检验产物的实验设计如图。下列说法错误的是 A．D中可用无水硫酸铜 B．先通足量的甲烷气体，后点燃C处酒精灯 C．若D中盛装碱石灰，根据其质量变化可以推断甲烷组成 D．CH4与CuO的反应为：4CuO+CH44Cu+CO2+2H2O / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题02 科学家怎样研究有机物 ◆题型01 有机化合物的分离、提纯 ◆题型02 确定实验式 ◆题型03 确定分子式 ◆题型04 有机分子结构确定 ◆题型05 有机物的6种表示和两个模型 ◆题型06 甲烷取代反应和相应计算 ◆题型01 有机化合物的分离、提纯 知识积累 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 。 【典例1-1】选择下列实验方法分离提纯物质，将分离提纯方法的字母序号填在横线上。 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 提取碘水中的碘。 ③ 分离水和汽油的混合物。 ④ 分离CCl4(沸点为77 ℃)和甲苯(沸点为110.6 ℃)的混合物。 ⑤ 除去混在乙烷中的乙烯。 【答案】F A D E G ①分离食盐水与沙子的混合物，沙子不溶于水，可采用过滤分离，故选F； ②分离碘水中的碘，可采取有机溶剂萃取再分液进行分离，故选A； ③汽油不溶于水，可采取分液分离，故选D； ④四氯化碳与甲苯的沸点不同，可采取蒸馏分离，故选E； ⑤乙烯能与溴水反应，乙烷不能，故可采取用溴水洗气进行分离，故选G。 【典例1-2】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 除去中混有的NaCl 重结晶 的溶解度随温度变化比NaCl大 D 除去丁醇中的乙醚 蒸馏 丁醇与乙醚的沸点相差较大 【答案】CD 【解析】A．萃取的原则之一是两种溶剂互不相溶，因乙醇易溶于水，故不能分离，A错误； B．分液是分离互不相溶的液体，常温下乙酸乙酯和乙醇均为液态有机物，可以互溶，B错误； C．重结晶可以除去中混有的NaCl，是因为的溶解度随温度变化比NaCl大，C正确； D．丁醇与乙醚的沸点相差较大，可以用蒸馏的方法分离，D正确； 故选CD。 【变式1-1】下列分离提纯的方法错误的是 A．重结晶法提纯含有少量食盐和泥沙的苯甲酸 B．萃取法分离Br2和苯 C．升华法除去NaCl(s)中的I2(s) D．蒸馏法分离CH2Cl2和CCl4 【答案】B 【解析】A．提纯含有少量食盐和泥沙的苯甲酸时，先将混合物溶于热水，趁热过滤，再降低温度让苯甲酸结晶析出，再过滤，所以可采用重结晶法分离该混合物，A正确； B．Br2和苯都易溶于有机溶剂，不能采用萃取法分离，B错误； C．NaCl(s)沸点高，而I2(s)易升华，所以可采用升华法除去NaCl(s)中的I2(s)，C正确； D．CH2Cl2和CCl4的沸点相差较大，可采用蒸馏法分离CH2Cl2和CCl4，D正确； 故选B。 【变式1-2】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。 【变式1-3】某粗苯甲酸样品中含有少量氯化钠和泥沙。在重结晶法提纯苯甲酸的过程中，下列操作未涉及的是 A． B． C． D． 【答案】D 【解析】A．图中加热溶解，加快苯甲酸溶解速率，便于分离泥沙，A正确； B．苯甲酸加热溶解后，泥沙不溶，过滤除去，B正确； C．苯甲酸溶解度，随温度降低而减小，冷却结晶可析出苯甲酸晶体，C正确； D．重结晶实验中不涉及萃取、分液，D错误； 故选D。 ◆题型02 确定实验式 知识积累 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。 （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 。 【典例2-1】将一定量的有机物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)，则该物质的实验式是 。 【答案】C2H6O 【解析】由题意可知，有机物A燃烧消耗标准状况下氧气6.72 L氧气，生成5.4 g水和8.8 g二氧化碳，由原子个数守恒可知，有机物A中含有的碳原子个数为×1=0.2mol、氢原子个数为×2=0.6mol、氧原子个数为0.2mol×2+0.3mol×1-×2=0.1mol，则有机物A的实验式为C2H6O； 【典例2-2】下列有关研究有机物的方法和结论中，不正确的是 A．提纯苯甲酸可采用重结晶的方法 B．分离正已烷(沸点69℃)和正庚烷(沸点98℃)可采用蒸馏的方法 C．某烃类物质的相对分子质量为44，则该物质一定为丙烷 D．某有机物完全燃烧生成的和的物质的量之比为1：1，则其实验式为 【答案】D 【解析】A．苯甲酸在水中溶解度不大，因此提纯苯甲酸可采用重结晶的方法，故A正确； B．正己烷(沸点69℃)和正庚烷(沸点98℃)相互溶解，沸点相差较大，可以用蒸馏法制取，故B正确； C．烃只含有C、H元素，相对分子质量为44，则C个数最多为3，H个数8，分子式为C3H8，一定是丙烷，故C正确； D．某有机物完全燃烧生成的和的物质的量之比为1：1，可以得出分子中C与H个数比为1：2，但是不能确定是否含有O，不能得出最简式，故D错误； 答案选D。 【变式2-1】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。 【变式2-2】1924年，我国药物学家发现麻黄碱有平喘作用，于是从中药麻黄中提取麻黄碱作为平喘药，这一度风靡世界。麻黄碱完全燃烧，可得和，同时测得麻黄碱的实验式为，则麻黄碱的分子式为 A． B． C． D． 【答案】A 【解析】由题给数据可知，1mol麻黄素中、，得到，结合麻黄碱的实验式可知，麻黄素的分子式为，故选A。 【变式2-3】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，求其实验式为 ，并推测其分子式为 。 【答案】 C7H8O C7H8O 【解析】该装置中，无水CaCl2吸收水，碱石灰吸收CO2，则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；C7H8O的式量是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。 ◆题型03 确定分子式 知识积累 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。 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 。 【典例3】测得A的蒸气密度是同状况下甲烷的4.375倍，将5.6 g A在足量氧气中燃烧，并将产物依次通过浓硫酸和碱石灰，分别增重7.2 g和17.6 g。A的分子式为 。 【答案】 C5H10 A的蒸气密度是同状况下甲烷的4.375倍，根据公式M=D·M(CH4)计算该有机物的相对分子质量为16×4.375=70； 由A的燃烧反应知,浓硫酸吸收水，碱石灰吸收二氧化碳，5.6 g A含m(C)=17.6 g×=4.8 g，m(H)=7.2 g×=0.8 g，确定该有机物只含碳、氢两种元素，n(C)=，n(H)=，n(C)：n(H)=1:2，故实验式为CH2；设分子式为(CH2)n，则12n＋2n=70，n=5，分子式为C5H10； 【变式3-1】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3-2】现取2.3g某有机物在足量的氧气中完全燃烧，生成和。对该物质的组成有下列推断：①一定含元素②一定不含元素③可能含元素④一定含元素⑤分子中的原子个数比为2：5⑥分子中的元素质量比为12：3：8.其中正确的是 A．①②⑤ B．①④⑥ C．①③⑤ D．①④⑤ 【答案】B 【解析】反应前后元素的种类不变，则二氧化碳中的碳元素和水中的氢元素一定来自于有机物中，且4.4g二氧化碳中碳元素的质量为=1.2g，2.7g水中氢元素的质量为=0.3g，由于1.2g+0.3g=1.5g＜2.3g,则有机物中一定含有氧元素，O元素的质量为2.3g-1.2g-0.3g=0.8g； ①由上述分析可知一定含元素，故正确； ②由上述分析可知一定含有O元素，故错误； ③由上述分析可知一定含有O元素，故错误； ④由上述分析可知一定含有O元素，故正确； ⑤分子中的原子个数比为=1：3，故错误； ⑥分子中的元素质量比为1.2：0.3：0.8=12：3：8，故正确； 正确的是①④⑥； 答案选B。 【变式3-3】回答下列问题： (1)某烃A的相对分子质量为84。回答下列问题： ①物质的量相同，下列物质充分燃烧与A消耗氧气的量不相等的是（填序号） 。 A．C7H12O2       B．C6H14         C．C6H14O       D．C7H14O3 ②若烃A为链烃，分子中所有的碳原子在同一平面上，该分子的一氯取代物只有一种。则A的结构简式为 。 ③若A不能使溴水褪色，且其一氯代物只有一种，则A的结构简式为 。 (2)有机物A可由葡萄糖发酵得到，也可从酸牛奶中提取。纯净的A为无色黏稠液体，易溶于水。为研究A的组成与结构，进行了如下实验： 实验步骤 实验结论 ①称取A4.5g，升温使其汽化，测其密度是相同条件下H2的45倍。 ②将此4.5gA在足量纯O2中充分燃烧，并使其产物依次缓缓通过浓硫酸、碱石灰，发现两者分别增重2.7g和6.6g A的分子式为： 。 ③另取A4.5g，跟足量的NaHCO3粉末反应，生成1.12LCO2(标准状况)，若与足量金属钠反应则生成1.12LH2(标准状况) 写出A中含有的官能团 、 。 ④A的核磁共振氢谱如下图： 综上所述，A的结构简式为 【答案】(1)B (CH3)2C=C(CH3)2 (2)C3H6O3 -COOH -OH 【解析】（1）某烃A的相对分子质量为84，则该听分子式为C6H12；1mol C6H12燃烧消耗9mol氧气。 ①根据燃烧通式 ，1mol C7H12O2燃烧消耗9mol氧气；1mol C6H14燃烧消耗9.5mol氧气。1mol C6H14O燃烧消耗9mol氧气；1mol C7H14O3燃烧消耗9mol氧气；故选B。 ②A的不饱和度为1，若烃A为链烃，则分子中含有1个碳碳双键，分子中所有的碳原子在同一平面上,该分子的一氯取代物只有一种，说明结构对称，根据乙烯为平面结构，则A的结构简式为(CH3)2C=C(CH3)2。 ③A的不饱和度为1，若A不能使溴水褪色，说明不含碳碳双键，且其一氯代物只有一种，说明结构对称，则A的结构简式为。 （2）①由其密度是相同条件下H2的45倍，可知A的相对分子质量为：45×2=90； ②由题意可推知：有机物A的物质的量n(A)= ；分子中含有的碳原子的物质的量n(C)=n(CO2)=，含有的氢原子的物质的量为n(H)=2n(H2O)=2×，含有的氧原子的物质的量为n(O)=；则n(A)：n(C)：n(H)：n(O)=0.05:0.15:0.3:0.15=1:3:6:3，所以A的分子式为C3H6O3； ③4.5gA的物质的量为0.05mol，由0.05molA与NaHCO3反应放出0.05molCO2可知A分子中应含有一个羧基，A与足量金属钠反应则生成0.05molH2可知A分子中还含有一个羟基，A中的官能团为-COOH、-OH； ④核磁共振氢谱中有4个吸收峰，面积之比为1：1：1：3，可知A中应含有4种不同环境的氢原子，则A的结构简式为。 ◆题型04 有机分子结构确定 知识积累 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。 【典例4-1】 某种有机物的核磁共振氢谱如图所示，图中峰面积之比为；利用红外光谱仪测得其红外光谱如图所示。 分子中含氧官能团的名称为 ，该物质的结构简式为 。 【答案】 羟基、酮羰基 【分析】 该有机物分子中含有4种氢原子，且个数比为1：3：1：3，则其中含有2个甲基，含有-OH、C=O两种官能团，结合该有机物的分子式可知，其不饱和度为1，则除了羰基外没有不饱和键，则满足条件的结构简式为。 【解析】 根据分析可知，该有机物结构简式为，含氧官能团名称为羟基、酮羰基。该有机物的结构简式为。 【典例4-2】已知化合物A的式量为192，其中C、H、O三种元素的质量分数分别为37.5%、4.2%和58.3%。请填空： (1)A的分子式是 。 (2)实验表明：A分子中不含醛基。与足量的碳酸氢钠溶液反应可放出二氧化碳。在浓硫酸催化下，A与乙酸可发生酯化反应。A分子的核磁共振氢谱中有4个吸收峰，且峰面积之比为1∶1∶2∶4.则A的结构简式是 。 【答案】(1)C6H8O7 (2) 【解析】（1）已知化合物A 的式量为192，C、H、O 三种元素的质量分数分别为37.5%、4.2%和58.3%，则C原子个数=192×37.5%÷12=6，H原子个数=192×4.2%÷1=8，O原子个数=192×58.3%÷16=7，有机物A的分子式为C6H8O7； （2） 1 mol A 与足量的碳酸氢钠溶液反应可放出3 mol 二氧化碳，则A中含有3个羧基；在浓硫酸催化下，A 与乙酸可发生酯化反应，则含有羟基，A分子的核磁共振氢谱中有 4 个吸收峰，且峰面积之比为 1∶1∶2∶4，则A 的结构简式是； 【变式4-1】将的X完全燃烧生成的和 (标准状况)的，X分子中只含一个苯环且苯环上只有一个取代基，其质谱图、核磁共振氢谱与红外光谱如图，关于X的下列叙述正确的是 A．化合物X的分子式为 B．由核磁共振氢谱可知，X分子中有3种不同化学环境的氢原子 C．符合题中X分子核磁共振氢谱、红外光谱的有机物有1种 D．X分子中所有的原子在同一个平面上 【答案】C 【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．由以上分析可知，化合物X的分子式为C8H8O2，故A错误； B．由核磁共振氢谱可知，含四组吸收峰，吸收峰的个数代表H原子的种类，则X中含有H种类为共4种，故B错误； C．由上述分析可知，符合题中X分子结构特征的有机物有1种，其结构简式为，故C正确； D．由上述分析可知，X为，分子的侧链中含有-CH3，甲基是四面体结构，所有原子不可能全部共平面，故D错误； 故选：C。 【变式4-2】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 【分析】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。 【解析】A．的相对分子质量为46，分子中有3种H原子，A符合； B．的相对分子质量为44，分子中有2种H原子，B不符合； C．的相对分子质量为46，分子中有2种H原子，C不符合； D．的相对分子质量为88，分子中有4种H原子，D不符合； 故选A。 【变式4-3】某有机物蒸气与在一定条件下恰好燃烧，生成水蒸气、和(气体体积均在相同条件下测得)。 ①的最大值为 ，有机物的结构简式为 。 ②当有机物为乙二醇时，的值为 。 【答案】0.3 CH3CH3 0.2 ①相同条件下气体体积之比，等于分子个数之比，则有机物中含有碳原子2个，氢原子是6个。如果有机物中没有氧原子，则消耗的氧气最多。根据氧原子守恒可知，氧气是0.15+0.1 +0.05 =0.3；有机物的结构简式为CH3CH3； ②乙二醇的化学式为C2H6O2，根据氧原子守恒可知，0.2+2a=0.3+0.2+0.1，解得a=0.2。 ◆题型05 有机物的6种表示和两个模型 【典例5-1】下列化学用语错误的是 A．的电子式： B．二甲醚的结构式： C．溴乙烷的核磁共振氢谱图： D．石墨结构中未参与杂化的p轨道： 【答案】A 【解析】 A．二氧化碳中碳氧原子共用电子对数为2，电子式应为，A错误； B．二甲醚中均为单键，其结构式为：，B正确； C．溴乙烷结构简式为CH3CH2Br，等效氢有2种，个数比为3：2，C正确； D．石墨结构中未参与杂化的p轨道原子轨道垂直于碳原子平面，其中未成对电子形成大Π键，D正确； 故选A。 【变式5-1】下列说法不正确的是 A．羰基硫(COS)的电子式： B．白磷的结构式： C．乙炔分子中π键示意图： D．乙醛的核磁共振氢谱： 【答案】A 【解析】 A．羰基硫(COS)与二氧化碳(CO2)是等电子体，结构相似，C原子与O原子形成双键，与S原子形成双键，其电子式为：，A错误； B．P原子最外层有5个电子，白磷分子中，P原子与P原子之间形成三个共价键，还有一个孤电子对，白磷的结构式：，B正确； C．乙炔分子中，C原子与C原子之间有一个和2个π键，分子中π键示意图：，C正确； D．乙醛分子中有2种等效氢原子，原子个数比为3∶1，故核磁共振氢谱：，D正确； 故选A。 【变式5-2】化学用语构建了化学基础知识体系。下列有关表述正确的是 A．分子的空间填充模型： B．的VSEPR模型： C．的电子式： D．异丁烷的键线式： 【答案】B 【解析】A．选项中模型为正四面体，氨气的空间构型为三角锥型，A错误； B．的价层电子对数，VSEPR模型为三解形：，B正确； C．氯化铵是离子化合物，电子式为，C错误； D．异丁烷的键线式有关为，D错误； 故选B。 【变式5-3】下列表示物质结构的化学用语或模型不正确的是 A．氮气的结构式： B．分子的球棍模型： C．的结构示意图： D．异丁烷的结构简式： 【答案】B 【解析】A．N原子最外层为5个电子，共用3个电子稳定，故氮气的结构式N≡N，A正确； B．CO2为直线形结构，B错误； C．氯离子为氯原子得到1个电子后的稳定结构，C正确； D．丁烷的分子式为C4H10，则异丁烷的结构简式为，D正确； 故答案为：B。 题型06 甲烷取代反应和相应计算 知识积累 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。 【典例6-1】甲烷与氯气在光照条件下存在如下反应历程(“·”表示电子)： ①Cl22Cl·(慢反应) ②CH4+Cl·→·CH3+HCl(快反应) ③·CH3+Cl2→CH3Cl+Cl·(快反应) ④·CH3+Cl·→CH3Cl(快反应) 下列说法不正确的是 A．上述过程中总反应的化学方程式为CH4+Cl2CH3Cl+HCl B．光照的主要作用是促进反应①的进行从而使总反应速率加快 C．根据反应④推测会发生反应·CH3+·CH3→CH3CH3 D．反应①是释放能量的反应 【答案】D 【解析】A．由反应历程可知，甲烷与氯气在光照条件下发生的反应为甲烷与氯气发生取代反应生成一氯甲烷和氯化氢，则总反应方程式为，选项A正确； B．光照的主要作用是破坏氯气分子中的共价键，形成氯原子，促进反应①的进行从而使总反应速率加快，选项B正确； C．根据反应④·CH3+Cl·→CH3Cl推测，有·CH3参与反应，则可以为两个·CH3反应，会发生反应·CH3+·CH3→CH3CH3，选项C正确； D．反应①是吸收能量、破坏氯气分子中的共价键形成氯原子的过程，选项D不正确； 答案选D。 【典例6-2】有一氧化碳、甲烷和乙烷组成的混合气体8.96L(标准状况下)，在足量氧气中充分燃烧后，生成的气体先通过足量浓硫酸，再通过足量氢氧化钠溶液，测知氢氧化钠溶液质量增加26.4g，则原混合气体中乙烷的物质的量 A．等于0.2 mol B．小于0.1 mol C．等于0.1 mol D．大于0.2 mol 【答案】A 【解析】混合气体的物质的量为，浓硫酸吸收水、溶液吸收二氧化碳，故溶液增重的为二氧化碳的质量，其物质的量为，所以混合气体平均组成中碳原子数为。一氧化碳、甲烷分子中都含有一个碳原子，设一氧化碳、甲烷的总物质的量为，乙烷的物质的量为，则，解得：，则原混合气体中乙烷的物质的量为，A项正确。 故选A。 【变式6-1】 室温下两种气态烷烃的混合物，室温下其密度为 1.08g/L(已知室温下气体摩尔体积为 24L/mol)， 则关于此混合物组成的说法正确的是 A．一定有甲烷 B．一定有乙烷 C．可能是甲烷和戊烷的混合物 D．可能是乙烷和丙烷的混合物 【答案】A 【解析】该混合烃的平均摩尔质量为1.08g/L×24L/mol=26g/mol，即平均相对分子质量为26，相对分子质量小于26的烷烃是甲烷，甲烷的相对分子质量为16，其他烷烃相对分子质量都大于26，所以混合物中一定有甲烷。 A．由上述分析可知，混合物中一定含有甲烷，选项A正确； B．乙烷的相对分子质量为30，可能含有乙烷，也可能不含有乙烷，选项B错误； C．戊烷不是气态烃，选项C错误； D．乙烷与丙烷的相对分子质量都大于26，不可能是乙烷和丙烷的混合物，选项D错误； 答案选A。 【变式6-2】 探究甲烷的还原性并检验产物的实验设计如图。下列说法错误的是 A．D中可用无水硫酸铜 B．先通足量的甲烷气体，后点燃C处酒精灯 C．若D中盛装碱石灰，根据其质量变化可以推断甲烷组成 D．CH4与CuO的反应为：4CuO+CH44Cu+CO2+2H2O 【答案】C 【分析】由题给装置图可知，探究甲烷的还原性并检验产物时应先通足量的甲烷气体排尽装置中的空气，然后点燃C除的酒精灯，D中盛有的无水硫酸铜用于检验水的生成，装置E中澄清石灰水用于测量二氧化碳的质量，装置F为处理未反应甲烷的尾气处理装置。 【解析】A．由分析可知，D中盛有的无水硫酸铜用于检验水的生成，故A正确； B．甲烷是可燃性气体，为防止甲烷与空气混合受热发生爆炸，实验前应先通足量的甲烷气体排尽装置中的空气，故B正确； C．若D中盛装碱石灰，碱石灰会吸收反应生成的二氧化碳和水，无法测定反应生成二氧化碳和水的质量，不能根据其质量变化可以推断甲烷组成，故C错误； D．由题给装置图可知，甲烷在加热条件下与氧化铜反应生成铜、二氧化碳和水，反应的化学方程式为4CuO+CH44Cu+CO2+2H2O，故D正确； 故选C。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$