第2节 有机化合物结构的测定 -【帮课堂】2024-2025学年高二化学同步学与练（鲁科版2019选择性必修3）

第3章 有机合成及其应用 合成高分子化合物 第二节 有机化合物结构的测定 板块导航 01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务 02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆 03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识 04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点 05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务 06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养 1．了解研究有机化合物的基本步骤。 2．能进行确定有机化合物分子式的简单计算。 3．能根据官能团的特殊性质确定官能团的存在。 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。 重点：有机化合物结构的测定方法。 难点：根据官能团的特殊性质确定官能团。 一、有机化合物分子式的确定 1．有机化合物元素组成的测定方法及步骤 （1）碳氢元素的测定 （2）氮元素的测定 （3）卤素元素的测定 （4）氧元素的测定 2．有机相对分子质量的测定 （1）通过实验，根据有关数据求算相对分子质量。 （2）有机物的相对分子质量一般用质谱仪进行测定。 3．有机化合物分子式的确定 有机化合物的分子式＝（实验式）n，n＝。 二、有机化合物结构式的确定 1．确定有机化合物结构式的流程 2．有机物的不饱和度 （1）计算公式： ①不含氮原子：Ω＝ ②含有氮原子：Ω＝ （2）说明 ①N（C）表示碳原子数，N（H）表示氢原子数，N（N）表示氮原子数。 ②若有机化合物分子中含有卤素原子，则将其视为氢原子。 （3）常见官能团或原子团的不饱和度 官能团或原子团 不饱和度 官能团或原子团 不饱和度 一个碳碳双键 1 一个碳碳三键 2 一个羰基 1 一个苯环 4 一个脂环 1 一个氰基 2 一个硝基 1 （4）有机物的不饱和度与分子结构的关系 ①Ω＝0，说明分子是饱和链状结构； ②Ω＝1，说明分子中有一个双键或一个环； ③Ω＝2，说明分子中有两个双键或一个三键，或一个双键和一个环，或两个环； ④Ω≥4，说明分子中很有可能有苯环。 3．确定有机化合物的官能团 （1）化学实验方法 官能团种类 试剂 判断依据 碳碳双键或碳碳三键 溴的四氯化碳溶液 橙红色溶液褪色 酸性KMnO4溶液 紫色溶液褪色 卤素原子 NaOH溶液（加热）、稀硝酸、AgNO3溶液 有沉淀产生，根据沉淀的颜色判断卤素的种类 醇羟基 钠 缓慢反应，有氢气放出 酚羟基 FeCl3溶液 显色 浓溴水 有白色沉淀产生 醛基 银氨溶液（水浴加热） 有银镜生成 新制氢氧化铜悬浊液（加热煮沸） 有砖红色沉淀产生 羧基 NaHCO3溶液 有二氧化碳气体放出 1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)验证有机物属于烃时只需测定产物中的CO2和H2O的物质的量之比(　　) (2)有机物燃烧后只生成CO2和H2O的物质一定只含有碳、氢两种元素(　　) (3)有机物的实验式、分子式一定不同(　　) (4)某有机物的蒸气对氢气的相对密度是16，则该有机物的相对分子质量为32(　　) (5)质谱图中最右边的谱线表示的数值为该有机物的相对分子质量(　　) (6)核磁共振氢谱能反映出未知有机化合物中不同化学环境的氢原子的种类和个数(　　) (7)的核磁共振氢谱中有4个吸收峰，且峰面积比为1∶2∶2∶1(　　) (8)CH3COOCH3在核磁共振氢谱图中只有一个吸收峰(　　) (9)根据红外光谱图的分析可以初步判断有机化合物中具有哪些基团(　　) 【答案】(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√ (6)×　(7)√　(8)×　(9)√ 2．已知某有机化合物A的核磁共振氢谱如图所示，下列说法中错误的是 A．若A的分子式为，则其结构简式为 B．由核磁共振氢谱可知，该有机物分子中有三种不同化学环境的氢原子，且个数之比为1:2:3 C．仅由其核磁共振氢谱无法得知其分子中的氢原子总数 D．若A的分子式为，则其能与反应的结构有两种 【答案】A 【解析】A．由核磁共振氢谱可知，该有机化合物分子中有三种不同化学环境的氢原子，只有两种等效氢，A错误； B．由图可知，该有机物分子中有三种不同化学环境的氢原子，且个数之比为1:2:3，B正确； C．分子式未知，仅由其核磁共振氢谱无法得知其分子中的氢原子总数，C正确； D．若A能与反应，则其中含有羧基或酯基，结合分子式知A可能的结构有，D正确；故选A。 3．芳香化合物M的分子式为,已知M的苯环上只有一个取代基，其红外光谱与核磁共振氢谱如图．下列关于M的说法正确的是 A．M的—氯代物有5种 B．M的结构简式可能为 C．与M属于同类化合物的同分异构体还有5种（不考虑立体异构） D．M及其同类别的同分异构体均不能使酸性溶液褪色 【答案】C 【分析】M的分子式为C8H8O2，不饱和度为5，根据核磁共振氢谱其分子结构中有4种类型的氢原子，分子中苯环上只有一个取代基，结合红外光谱可知，分子中存在酯基等基团，则其结构为，含有苯环，能与氢气发生加成反应，含有酯基，具有酯的性质，以此解答该题。 【解析】A．M分子中含有4类氢原子，其一氯代物有4种，故A错误； B．有机物M的结构简式为，故B错误； C．与M属于同类化合物，即均为酯类，同分异构体有、、、、，共5种，故C正确； D．M及其同类别的同分异构体，如中含有甲基，可以被酸性高锰酸钾氧化为羧基，使酸性溶液褪色，故D错误；故选C。 ►问题一 有机化合物分子式的确定方法 【典例1】将3.7g有机化合物X(仅含C、H、O)在氧气中完全燃烧，生成了和；X的质谱图和核磁共振氢谱如图所示。下列有关X的说法错误的是 A．分子式为 B．相对分子质量为74 C．能与金属钠反应 D．X的同分异构体中，与X官能团相同的有2种 【答案】C 【解析】A．3.7g有机化合物X在氧气中完全燃烧，生成了8.8gCO2和4.5gH2O，根据质量守恒可知，碳、氢分别为=0.2mol，=0.5mol，则X中含有氧=0.05mol，则分子式为C4H10O，故A正确； B．由质谱图可知，有机化合物X的相对分子质量为74，故B正确； C．核磁共振氢谱显示有2组峰且吸收峰面积之比为2：3，其结构简式为CH3CH2OCH2CH3，分子中不含有羟基，不能与钠反应，故C错误； D．X的同分异构体中，与X官能团相同的有CH3CH2CH2OCH3、CH(CH3) 2OCH3，共2种，故D正确； 答案选C。 【解题必备】 1．直接法 （1）由题意求算出1mol有机化合物中各元素原子的物质的量，从而确定各原子的个数，即可推出分子式。 （2）利用相对分子质量及各元素质量分数直接求算出1分子有机物中各元素的原子个数，从而确定分子式。例如：N（C）＝，N（H）＝，N（O）＝。 （3）实验式法：先利用有机物中各元素的质量分数求出有机物的最简式，再结合有机物的相对分子质量求得分子式。例如： N（C）∶N（H）∶N（O）＝∶∶＝a∶b∶c（最简整数比），则最简式为CaHbOc，分子式为（CaHbOc）n，n＝。 3．通式法 类别 通式 相对分子质量 烷烃 CnH2n+2 Mr＝14n+2（n≥1） 烯烃、环烷烃 CnH2n Mr＝14n（烯烃，n≥2），Mr＝14n（环烷烃，n≥3） 炔烃、二烯烃 CnH2n－2 Mr＝14n－2（炔烃，n≥2；二烯烃，n≥4） 苯及其同系物 CnH2n－6 Mr＝14n－6（n≥6） 饱和一元醇和醚 CnH2n+2O Mr＝14n+2+16 饱和一元醛和酮 CnH2nO Mr＝14n+16 饱和一元酸和酯 CnH2nO2 Mr＝14n+32 4．“商余法”推断烃的分子式（设烃的相对分子质量为M） 的余数为0或碳原子数大于或等于氢原子数时，将碳原子数依次减少一个，每减少一个碳原子即增加12个氢原子，直到饱和为止。 5．化学方程式法：利用有机反应中反应物、生成物之间“量”的关系求分子式的方法。 （1）CxHy+（x+）O2xCO2+H2O（g） （2）CxHyOz+（x+－）O2xCO2+H2O（g） （3）CxHyOzNp+（x+－）O2xCO2+H2O+N2 6．平均值法：当几种烃混合时，往往能求出其平均分子式。把混合物当成一种烃分子计算时，可以得出平均摩尔质量，进而求出平均分子式。若平均摩尔质量为，两种成分的摩尔质量分别为M1、M2，且M1＜M2，则一定有M1＜＜ M2。平均分子式中C、H个数介于两种成分之间，故可确定烃的范围。 【变式1-1】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；故选D。 ►问题二 有机化合物结构式的确定方法 【典例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。 【解题必备】 1．确定有机化合物结构式的基本思路 2．确定有机化合物结构式的常用方法 （1）根据价键规律确定：某些有机物根据价键规律只存在一种结构，则可直接根据分子式确定其结构式。例如：C2H6，只能是CH3CH3。 （2）通过定性实验确定官能团的种类：实验→有机物表现的性质及相关结论→官能团→确定结构式。例如：能使溴的四氯化碳溶液褪色的有机物分子中可能含有或－C≡C－，不能使溴的四氯化碳溶液褪色却能使酸性高锰酸钾溶液褪色的可能是苯的同系物等。 （3）通过定性实验确定官能团的位置。 ①若由醇氧化得到醛或羧酸，可推知－OH一定连接在有2个氢原子的碳原子上，即存在－CH2OH；由醇氧化为酮，推知－OH一定连在有1个氢原子的碳原子上，即存在－－；若醇不能在催化剂作用下被氧化，则－OH所连的碳原子上无氢原子。 ②由消去反应的产物，可确定－OH或－X的位置。 ③由取代反应产物的种数，可确定碳链结构。如烷烃，已知其分子式和一氯代物的种数时，可推断其可能的结构。有时甚至可以在不知其分子式的情况下，判断其可能的结构简式。 ④由加氢后碳链的结构，可确定原物质分子或－C≡C－的位置。 （4）常用读谱方法 ①质谱：相对分子质量＝最大质荷比。 ②红外光谱：化学键和官能团信息。 ③核磁共振氢谱：吸收峰数目＝氢原子种类数，不同吸收峰的面积之比（强度之比）＝不同氢原子的个数之比。 【变式2-1】某有机物A的质谱图、核磁共振氢谱图如下，则A的结构简式可能为 A． B． C． D． 【答案】C 【分析】由图知有机物A的相对分子质量为46，有3种等效氢，个数比为3：2：1。 【解析】A．HCOOH相对分子质量为46，但只有2种等效氢，故A错误； B．相对分子质量为60，有3种等效氢，故B错误； C．相对分子质量为46，有3种等效氢，且个数比为3：2：1，故C正确； D．相对分子质量为58，有3种等效氢，故D错误；故选C。 1．某物质的红外光谱图如图，其结构可能为下列选项中的 A． B． C． D． 【答案】B 【分析】由红外光谱图谱可以看出，该有机物存在C-O-C、碳氧双键等结构。 【解析】A．该结构中不存在C-O-C，故A错误； B．该结构符合红外光谱图中的化学键信息，故B正确； C．该结构中不含C-O-C，故C错误； D．该结构中不含C-O-C，故D错误；故选B。 2．下列有关叙述错误的是 A．X射线衍射仪可以确定菁蒿素的分子结构 B．质谱仪可测定有机分子的相对分子质量和分子结构 C．红外光谱仪可以确定新戊烷分子中只有一种化学环境的氢原子 D．元素分析仪可以确定果糖和蔗糖所含元素相同 【答案】C 【解析】A．通过X射线晶体衍射，可以测定青蒿素分子的结构，A正确； B．质谱仪能够提供化合物的分子量、元素组成以及官能团信息，可用于测定有机分子的相对分子质量和分子结构，B正确； C．红外光谱仪测定有机物分子中官能团和化学键，核磁共振氢谱确定新戊烷分子中只有一种化学环境的氢原子，C错误； D．元素分析仪可测定果糖和蔗糖所含的元素种类相同，D正确；故选C。 3．为测定某有机物的结构，用核磁共振仪处理后的核磁共振氢谱如图所示，该有机物可能是 A．C2H5OH B．CH3CH2CH2COOH C． D． 【答案】A 【分析】由图可知，核磁共振氢谱有3个吸收峰，故有机物分子中有3种H原子，H原子数目之比等于对应峰的面积之比，结合等效氢判断。 【解析】A．C2H5OH即CH3CH2OH，，羟基上1种H原子、甲基上有1种H原子，亚甲基上有1种H原子，故核磁共振氢谱中有3个峰，A正确； B．CH3CH2CH2COOH中甲基中的H原子与羧基中的H原子、2个亚甲基上H原子所处化学环境不同，共有4种H原子，核磁共振氢谱中有4个峰，B错误； C．中2个甲基上的H原子与碳碳双键中的H原子所处化学环境不相同，有2种H原子，核磁共振氢谱中有2个峰，C错误； D．为对称结构，甲基与苯环上的H原子所处化学环境不同，有2种H原子，核磁共振氢谱中有2个峰，D错误；故选A。 4．某有机物在氧气中完全燃烧，生成和，则该有机物的分子式不可能为 A． B． C． D． 【答案】A 【解析】根据题意可知，生成的CO2的物质的量为1mol，生成的水的物质的量为1mol，则有机物中C与H的个数比为1：2，故该有机物的分子式不可能为，故A符合题意。故选A。 5．可利用多种方法研究有机物的结构，如元素定量分析、质谱法、红外光谱分析和核磁共振氢谱分析等。下列有关说法正确的是 A．利用质谱法可以鉴别乙醇和二甲醚 B．利用红外光谱法可以鉴别甲苯和溴苯 C．在核磁共振氢谱中有两组吸收峰 D．由某有机物完全燃烧的产物可推测其实验式为 【答案】B 【解析】A．二者为同分异构体，相对分子质量相等，不能用质谱法鉴别，故A错误； B．甲苯和溴苯含有的化学键特征不同，则利用红外光谱法可以鉴别，故B正确； C．只有一种等效氢，在核磁共振氢谱中有一组吸收峰，故C错误； D．某有机物完全燃烧的产物，可以推知C和H的个数比为1：3，但是无法确定是否含有O，因此无法推测其实验式，故D错误；故选B。 6．下列有关物质的检测说法正确的是 A．能鉴别和 B．可以通过X射线获得包括键长、键角、键能等分子结构信息 C．质谱法测得某有机物的相对分子质量为72，可推断其分子式为 D．红外光谱不仅可以测有机物的化学键和官能团，还可以测定元素组成和含量 【答案】A 【解析】A．核磁共振氢谱可以获得氢原子的种类数和不同种类氢原子数目之比，有两种环境的氢原子，吸收峰面积之比为3:1，有两种环境的氢原子，吸收峰面积之比为1:3，但二者核磁共振氢谱中吸收峰的化学位移不同，A正确； B．X射线衍射不能测键能，B错误； C．质谱法测得某有机物的相对分子质量为72，不可据此推断其分子式为C5H12，相对分子质量为72的有机物还可以是C4H8O、C3H4O2等，C错误； D．红外光谱可以测定有机物中所含化学键和官能团，不能测定元素组成和含量，D错误；故选A。 7．图1和图2是分子式为C2H6O的两种有机化合物的1H核磁共振谱图。下列说法错误的是 A．图1只有一种化学环境的氢原子 B．图2的结构简式为二甲醚 C．图2所代表有机物中不同化学环境氢原子个数比为1：2：3 D．图1和图2所代表有机物互为同分异构体 【答案】B 【解析】A．根据核磁共振谱图可知，图1只有一种峰，故只有一种化学环境的氢原子，故A正确； B．图2有三个峰，峰面积之比为1：2：3，可推知其结构简式为CH3CH2OH，为乙醇，故B错误； C．图2有三个峰，峰面积之比为1：2：3，则图2所代表有机物中不同化学环境氢原子个数比为1：2：3，故C正确； D．图1和图2所代表有机物乙醇和二甲醚，互为同分异构体，故D正确；故选B。 8．将5.8g的某有机物A完全燃烧，生成13.2gCO2和5.4gH2O，该有机物的分子式为 A．C2H4 B．C3H8 C．C3H6O D．C2H6O 【答案】C 【解析】，，，，分子式为C3H6O，答案选C。 9．使用现代分析仪器对有机化合物M(链状化合物)的分子结构进行测定，相关结果如图(图1为质谱图，图2为红外光谱图)。下列有关有机物M的说法错误的是 A．分子式为 B．结构简式可能为 C．键线式可能为 D．核磁共振氢谱有3组峰 【答案】C 【分析】由有机物M的质谱图可知，其相对分子质量为88，由题给红外光谱图可知，该有机物中含C-O-C、C=O、-CH3，又因其相对分子质量为88，结合核磁共振氢谱图，则M的分子式为C4H8O2，据此分析作答； 【解析】根据分析，M的分子式为C4H8O2，A正确；M的相对分子质量为88，M分子中有2个不对称的-CH3、C-O-C、C=O，结构简式可能为CH3COOCH2CH3，B正确；M分子中有2个不对称的-CH3、则键线式不可能为，C错误；M可能为CH3COOCH2CH3或CH3CH2COOCH3，核磁共振氢谱有3组峰，D正确；故选C。 10．用波谱方法测定某有机化合物的结构，质谱图表明其相对分子质量为60；红外光谱图上发现有C—H键、O—H键、C—O键的振动吸收；核磁共振氢谱图如图所示(峰面积之比为2∶1∶2∶3)。 下列说法错误的是 A．该物质的分子式为 B．该物质中有4种不同化学环境的氢原子 C．该物质的同分异构体有3种 D．该物质在加热条件下能与HBr反应 【答案】C 【分析】红外光谱图上发现有键、键、键的振动吸收，则属于醇，质谱图表明其相对分子质量为60，则该有机化合物的分子式为C3H8O；核磁共振氢谱图中峰面积之比即四种氢原子数目为2：1：2：3，则结构简式为CH3CH2CH2OH，据此分析。 【解析】A．由分析可知，红外光谱图上发现有键、键、键的振动吸收，则含有C、H、O元素，质谱图表明其相对分子质量为60，假设有1个O原子，则则该有机化合物的分子式为C3H8O，故A正确； B．核磁共振氢谱图中有4组吸收峰，则该有机化合物分子中共有4种不同化学环境的氢原子，故B正确； C．该有机物的结构简式为CH3CH2CH2OH，该有机物与CH3CH(CH3)OH(官能团异构)，CH3CH2OCH3互为同分异构体，共有2种，故C错误； D．该有机物在加热条件下能与HBr反应：CH3CH2CH2OH+HBrCH3CH2CH2Br+H2O，故D正确；故选C。 11．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。 12．质谱可广泛用于化合物的结构测定，如只含C、H、O三种元素的某化合物的质谱图如图所示。从碎片峰看，有m/z 77、51、39等峰，说明化合物有苯环；有m/z107峰，说明化合物有C2H5取代基；有m/z 118峰，说明化合物有醇羟基，则下列说法正确的是 A．该化合物的相对分子质量为107 B．该化合物的分子式为C9H10O C．该化合物中至少存在7种不同环境的氢原子 D．该化合物可能的结构简式为C6H5CH(OH)CH2CH3 【答案】D 【解析】A．质谱图中质荷比最大的吸收峰对应数值才是其相对分子质量，根据题干图示可知，该化合物的相对分子质量为136，A错误； B．分子式为C9H10O的化合物的相对分子质量为134，B错误； C．该化合物可能为苯环上的一取代物，还可能为苯环上的二取代物，如，故最少存在6种不同环境的氢原子，C错误； D．C6H5CH(OH)CH2CH3的相对分子质量为136，且符合题干图示的碎片的质荷比，故该化合物可能的结构简式为C6H5CH(OH)CH2CH3，D正确；故选D。 13．李比希元素分析法是通过燃烧测定有机物组成的一种方法。实验室将一定质量的某烃在氧气中完全燃烧，产生的气体依次通过浓硫酸和碱石灰，充分吸收后依次增重10.8g、22g。下列说法错误的是 A．可以确定此烃的实验式为C5H12 B．无需其它数据也可确定该烃的分子式为C5H12 C．该烃一共有4种同分异构体 D．该烃能发生取代反应，不能发生加成反应 【答案】C 【解析】A．浓硫酸增重10.8g为水的质量，碱石灰增重22g为二氧化碳的质量，则n(H2O)==0.6mol，n(H)=0.6mol×2=1.2mol，n(CO2)==0.5mol，n(C)=0.5mol，则烃分子中N(C)∶N(H)=0.5mol∶1.2mol=5∶12，则烃的实验式为C5H12，故A正确； B．烃的实验式为C5H12，但实验式中氢原子已经饱和，则该烃的分子式为C5H12,故B正确； C．该烃的分子式为C5H12，为戊烷，戊烷有3种同分异构体，故C错误； D．该烃为戊烷，为饱和烃，能发生取代反应，不能发生加成反应，故D正确；故选C。 14．某烷烃完全燃烧后生成了和。该烷烃的结构简式是 A． B． C． D． 【答案】C 【分析】13.2 g CO2的物质的量为=0.3mol，7.2 g H2O的物质的量为=0.4mol，故N(C)∶N(H)=0.3mol∶(0.4mol×2)=3∶8。 【解析】A． 的N(C)∶N(H)=1∶4，故A不符； B． 的N(C)∶N(H)=1∶3，故B不符； C． 的N(C)∶N(H)=3∶8，故符合； D． 的N(C)∶N(H)=2∶5，故D不符；故选C。 15．使用现代分析仪器对有机化合物A的分子结构进行测定，相关结果如下： 则下列说法正确的是(提示：图3两组峰的面积比为2：3) A．分子式是 B．能与溶液反应生成气体 C．能被氧气催化氧化(非燃烧氧化) D．能与Na反应生成 【答案】A 【分析】图1中质荷比的最大值为A的相对分子质量，所以A的相对分子质量为74，由图2可知分子中含有烷基和醚键，即含有O，设A的分子式为CnH2n+2Ox，则14n+2+16x=74，讨论可得n=4，x=1，故A的分子式为C4H10O，可能为醚类，A的核磁共振氢谱有2个吸收峰有，说明含有两种氢原子，且吸收峰面积之比为2：3，则两种氢原子个数之比为2：3，则A存在对称结构，含有两个甲基和两个亚甲基，则A的结构简式为CH3CH2OCH2CH3； 【解析】A．由上述分析可知，A的分子式为，故A正确； B．A为CH3CH2OCH2CH3，不含有羧基，不能与溶液反应生成气体，故B错误； C．A为CH3CH2OCH2CH3，不能发生催化氧化反应，故C错误； D．A为CH3CH2OCH2CH3，不能与Na反应生成，故D错误；故选A。 16．测得某有机物中碳元素的质量分数为，氢元素的质量分数为13.33%。该有机物质量为12g。其红外光谱图只有键、键、OH键、键的振动吸收，则有关该有机物的叙述不正确的是 A．该有机物含有羟基 B．该有机物质谱图中最大质荷比是60 C．该有机物能与金属反应 D．该有机物核磁共振氢谱图中有4个吸收峰，峰面积之比为3:2:2:1 【答案】D 【解析】由，其中碳元素的质量分数，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，同上可求出氧原子数为1个。红外光谱图只有键、键、键、键的振动吸收，该物质为或。该有机物为醇，含有羟基，A正确；该有机物的相对原子质量为60，即最大质荷比是60，B正确；该有机物为醇，能与金属反应，C正确；因无法确定有机物的结构，峰面积之比无法确定，D错误；故选D。 ( 6 )原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第3章 有机合成及其应用 合成高分子化合物 第二节 有机化合物结构的测定 板块导航 01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务 02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆 03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识 04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点 05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务 06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养 1．了解研究有机化合物的基本步骤。 2．能进行确定有机化合物分子式的简单计算。 3．能根据官能团的特殊性质确定官能团的存在。 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。 重点：有机化合物结构的测定方法。 难点：根据官能团的特殊性质确定官能团。 一、有机化合物分子式的确定 1．有机化合物元素组成的测定方法及步骤 （1）碳氢元素的测定 （2）氮元素的测定 （3）卤素元素的测定 （4）氧元素的测定 2．有机相对分子质量的测定 （1）通过实验，根据有关数据求算相对分子质量。 （2）有机物的相对分子质量一般用 进行测定。 3．有机化合物分子式的确定 有机化合物的分子式＝（实验式）n，n＝。 二、有机化合物结构式的确定 1．确定有机化合物结构式的流程 2．有机物的不饱和度 （1）计算公式： ①不含氮原子：Ω＝ ②含有氮原子：Ω＝ （2）说明 ①N（C）表示碳原子数，N（H）表示氢原子数，N（N）表示氮原子数。 ②若有机化合物分子中含有卤素原子，则将其视为 原子。 （3）常见官能团或原子团的不饱和度 官能团或原子团 不饱和度 官能团或原子团 不饱和度 一个碳碳双键 一个碳碳三键 一个羰基 一个苯环 一个脂环 一个氰基 一个硝基 （4）有机物的不饱和度与分子结构的关系 ①Ω＝0，说明分子是 ； ②Ω＝1，说明分子中有 个双键或 个环； ③Ω＝2，说明分子中有 个双键或 个三键，或 个双键和 个环，或 个环； ④Ω≥4，说明分子中很有可能有 。 3．确定有机化合物的官能团 （1）化学实验方法 官能团种类 试剂 判断依据 碳碳双键或碳碳三键 卤素原子 有沉淀产生，根据沉淀的颜色判断卤素的种类 醇羟基 酚羟基 醛基 羧基 1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)验证有机物属于烃时只需测定产物中的CO2和H2O的物质的量之比(　　) (2)有机物燃烧后只生成CO2和H2O的物质一定只含有碳、氢两种元素(　　) (3)有机物的实验式、分子式一定不同(　　) (4)某有机物的蒸气对氢气的相对密度是16，则该有机物的相对分子质量为32(　　) (5)质谱图中最右边的谱线表示的数值为该有机物的相对分子质量(　　) (6)核磁共振氢谱能反映出未知有机化合物中不同化学环境的氢原子的种类和个数(　　) (7)的核磁共振氢谱中有4个吸收峰，且峰面积比为1∶2∶2∶1(　　) (8)CH3COOCH3在核磁共振氢谱图中只有一个吸收峰(　　) (9)根据红外光谱图的分析可以初步判断有机化合物中具有哪些基团(　　) 2．已知某有机化合物A的核磁共振氢谱如图所示，下列说法中错误的是 A．若A的分子式为，则其结构简式为 B．由核磁共振氢谱可知，该有机物分子中有三种不同化学环境的氢原子，且个数之比为1:2:3 C．仅由其核磁共振氢谱无法得知其分子中的氢原子总数 D．若A的分子式为，则其能与反应的结构有两种 3．芳香化合物M的分子式为,已知M的苯环上只有一个取代基，其红外光谱与核磁共振氢谱如图．下列关于M的说法正确的是 A．M的—氯代物有5种 B．M的结构简式可能为 C．与M属于同类化合物的同分异构体还有5种（不考虑立体异构） D．M及其同类别的同分异构体均不能使酸性溶液褪色 ►问题一 有机化合物分子式的确定方法 【典例1】将3.7g有机化合物X(仅含C、H、O)在氧气中完全燃烧，生成了和；X的质谱图和核磁共振氢谱如图所示。下列有关X的说法错误的是 A．分子式为 B．相对分子质量为74 C．能与金属钠反应 D．X的同分异构体中，与X官能团相同的有2种 【解题必备】 1．直接法 （1）由题意求算出1mol有机化合物中各元素原子的物质的量，从而确定各原子的个数，即可推出分子式。 （2）利用相对分子质量及各元素质量分数直接求算出1分子有机物中各元素的原子个数，从而确定分子式。例如：N（C）＝，N（H）＝，N（O）＝。 （3）实验式法：先利用有机物中各元素的质量分数求出有机物的最简式，再结合有机物的相对分子质量求得分子式。例如： N（C）∶N（H）∶N（O）＝∶∶＝a∶b∶c（最简整数比），则最简式为CaHbOc，分子式为（CaHbOc）n，n＝。 3．通式法 类别 通式 相对分子质量 烷烃 CnH2n+2 Mr＝14n+2（n≥1） 烯烃、环烷烃 CnH2n Mr＝14n（烯烃，n≥2），Mr＝14n（环烷烃，n≥3） 炔烃、二烯烃 CnH2n－2 Mr＝14n－2（炔烃，n≥2；二烯烃，n≥4） 苯及其同系物 CnH2n－6 Mr＝14n－6（n≥6） 饱和一元醇和醚 CnH2n+2O Mr＝14n+2+16 饱和一元醛和酮 CnH2nO Mr＝14n+16 饱和一元酸和酯 CnH2nO2 Mr＝14n+32 4．“商余法”推断烃的分子式（设烃的相对分子质量为M） 的余数为0或碳原子数大于或等于氢原子数时，将碳原子数依次减少一个，每减少一个碳原子即增加12个氢原子，直到饱和为止。 5．化学方程式法：利用有机反应中反应物、生成物之间“量”的关系求分子式的方法。 （1）CxHy+（x+）O2xCO2+H2O（g） （2）CxHyOz+（x+－）O2xCO2+H2O（g） （3）CxHyOzNp+（x+－）O2xCO2+H2O+N2 6．平均值法：当几种烃混合时，往往能求出其平均分子式。把混合物当成一种烃分子计算时，可以得出平均摩尔质量，进而求出平均分子式。若平均摩尔质量为，两种成分的摩尔质量分别为M1、M2，且M1＜M2，则一定有M1＜＜ M2。平均分子式中C、H个数介于两种成分之间，故可确定烃的范围。 【变式1-1】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 ►问题二 有机化合物结构式的确定方法 【典例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． 【解题必备】 1．确定有机化合物结构式的基本思路 2．确定有机化合物结构式的常用方法 （1）根据价键规律确定：某些有机物根据价键规律只存在一种结构，则可直接根据分子式确定其结构式。例如：C2H6，只能是CH3CH3。 （2）通过定性实验确定官能团的种类：实验→有机物表现的性质及相关结论→官能团→确定结构式。例如：能使溴的四氯化碳溶液褪色的有机物分子中可能含有或－C≡C－，不能使溴的四氯化碳溶液褪色却能使酸性高锰酸钾溶液褪色的可能是苯的同系物等。 （3）通过定性实验确定官能团的位置。 ①若由醇氧化得到醛或羧酸，可推知－OH一定连接在有2个氢原子的碳原子上，即存在－CH2OH；由醇氧化为酮，推知－OH一定连在有1个氢原子的碳原子上，即存在－－；若醇不能在催化剂作用下被氧化，则－OH所连的碳原子上无氢原子。 ②由消去反应的产物，可确定－OH或－X的位置。 ③由取代反应产物的种数，可确定碳链结构。如烷烃，已知其分子式和一氯代物的种数时，可推断其可能的结构。有时甚至可以在不知其分子式的情况下，判断其可能的结构简式。 ④由加氢后碳链的结构，可确定原物质分子或－C≡C－的位置。 （4）常用读谱方法 ①质谱：相对分子质量＝最大质荷比。 ②红外光谱：化学键和官能团信息。 ③核磁共振氢谱：吸收峰数目＝氢原子种类数，不同吸收峰的面积之比（强度之比）＝不同氢原子的个数之比。 【变式2-1】某有机物A的质谱图、核磁共振氢谱图如下，则A的结构简式可能为 A． B． C． D． 1．某物质的红外光谱图如图，其结构可能为下列选项中的 A． B． C． D． 2．下列有关叙述错误的是 A．X射线衍射仪可以确定菁蒿素的分子结构 B．质谱仪可测定有机分子的相对分子质量和分子结构 C．红外光谱仪可以确定新戊烷分子中只有一种化学环境的氢原子 D．元素分析仪可以确定果糖和蔗糖所含元素相同 3．为测定某有机物的结构，用核磁共振仪处理后的核磁共振氢谱如图所示，该有机物可能是 A．C2H5OH B．CH3CH2CH2COOH C． D． 4．某有机物在氧气中完全燃烧，生成和，则该有机物的分子式不可能为 A． B． C． D． 5．可利用多种方法研究有机物的结构，如元素定量分析、质谱法、红外光谱分析和核磁共振氢谱分析等。下列有关说法正确的是 A．利用质谱法可以鉴别乙醇和二甲醚 B．利用红外光谱法可以鉴别甲苯和溴苯 C．在核磁共振氢谱中有两组吸收峰 D．由某有机物完全燃烧的产物可推测其实验式为 6．下列有关物质的检测说法正确的是 A．能鉴别和 B．可以通过X射线获得包括键长、键角、键能等分子结构信息 C．质谱法测得某有机物的相对分子质量为72，可推断其分子式为 D．红外光谱不仅可以测有机物的化学键和官能团，还可以测定元素组成和含量 7．图1和图2是分子式为C2H6O的两种有机化合物的1H核磁共振谱图。下列说法错误的是 A．图1只有一种化学环境的氢原子 B．图2的结构简式为二甲醚 C．图2所代表有机物中不同化学环境氢原子个数比为1：2：3 D．图1和图2所代表有机物互为同分异构体 8．将5.8g的某有机物A完全燃烧，生成13.2gCO2和5.4gH2O，该有机物的分子式为 A．C2H4 B．C3H8 C．C3H6O D．C2H6O 9．使用现代分析仪器对有机化合物M(链状化合物)的分子结构进行测定，相关结果如图(图1为质谱图，图2为红外光谱图)。下列有关有机物M的说法错误的是 A．分子式为 B．结构简式可能为 C．键线式可能为 D．核磁共振氢谱有3组峰 10．用波谱方法测定某有机化合物的结构，质谱图表明其相对分子质量为60；红外光谱图上发现有C—H键、O—H键、C—O键的振动吸收；核磁共振氢谱图如图所示(峰面积之比为2∶1∶2∶3)。 下列说法错误的是 A．该物质的分子式为 B．该物质中有4种不同化学环境的氢原子 C．该物质的同分异构体有3种 D．该物质在加热条件下能与HBr反应 11．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 12．质谱可广泛用于化合物的结构测定，如只含C、H、O三种元素的某化合物的质谱图如图所示。从碎片峰看，有m/z 77、51、39等峰，说明化合物有苯环；有m/z107峰，说明化合物有C2H5取代基；有m/z 118峰，说明化合物有醇羟基，则下列说法正确的是 A．该化合物的相对分子质量为107 B．该化合物的分子式为C9H10O C．该化合物中至少存在7种不同环境的氢原子 D．该化合物可能的结构简式为C6H5CH(OH)CH2CH3 13．李比希元素分析法是通过燃烧测定有机物组成的一种方法。实验室将一定质量的某烃在氧气中完全燃烧，产生的气体依次通过浓硫酸和碱石灰，充分吸收后依次增重10.8g、22g。下列说法错误的是 A．可以确定此烃的实验式为C5H12 B．无需其它数据也可确定该烃的分子式为C5H12 C．该烃一共有4种同分异构体 D．该烃能发生取代反应，不能发生加成反应 14．某烷烃完全燃烧后生成了和。该烷烃的结构简式是 A． B． C． D． 15．使用现代分析仪器对有机化合物A的分子结构进行测定，相关结果如下： 则下列说法正确的是(提示：图3两组峰的面积比为2：3) A．分子式是 B．能与溶液反应生成气体 C．能被氧气催化氧化(非燃烧氧化) D．能与Na反应生成 16．测得某有机物中碳元素的质量分数为，氢元素的质量分数为13.33%。该有机物质量为12g。其红外光谱图只有键、键、OH键、键的振动吸收，则有关该有机物的叙述不正确的是 A．该有机物含有羟基 B．该有机物质谱图中最大质荷比是60 C．该有机物能与金属反应 D．该有机物核磁共振氢谱图中有4个吸收峰，峰面积之比为3:2:2:1 ( 6 )原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$