课时作业（4）有机化合物实验式、分子式和分子结构的确定（Word练习）-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中化学选择性必修第三册（人教版2024）

课时作业（四） （建议用时：40 min） （见学生用书P120） 1.研究有机化合物一般经过以下几个基本步骤：分离、提纯→确定实验式→确定分子式→确定分子结构，以下用于研究有机物的方法错误的是（　　） A.蒸馏常用于分离、提纯液态有机混合物 B.燃烧法是研究确定有机物成分的有效方法 C.核磁共振氢谱通常用于分析有机物的相对分子质量 D.对有机物分子红外光谱图的研究有助于确定有机物分子中的官能团 答案　C 解析　核磁共振氢谱确定的是有机化合物分子中有几种不同类型的氢原子及它们的相对数目等信息。 2.二甲醚和乙醇互为同分异构体，其鉴别可采用化学方法或物理方法。下列鉴别方法中不能对二者进行鉴别的是（　　） A.利用金属钠或金属钾 B.利用燃烧法 C.利用红外光谱法 D.利用核磁共振氢谱 答案　B 解析　利用金属钠或金属钾可以鉴别二甲醚和乙醇，乙醇与之反应会生成气体，二甲醚不与之反应；利用红外光谱、核磁共振氢谱可分别测出有机物分子中的官能团和化学键、H原子种类和个数比，都可以鉴别二甲醚和乙醇。 3.在核磁共振氢谱中出现两组峰，其氢原子数之比为3∶2的化合物是（　　） A. B. C. D. 答案　D 解析　核磁共振氢谱中峰的组数与不同化学环境氢原子的种数相同。A中有2种氢原子，个数比为3∶1；B中据镜面对称分析知有3种氢原子，个数比为3∶1∶1；C中据对称分析知有3种氢原子，个数比为1∶3∶4；D中据对称分析知有2种氢原子，个数比3∶2。 4.符合下面核磁共振氢谱图的有机物是（　　） A.CH3COOCH2CH3 B.CH3CHCHCH3 C.CH3CH2CH3 D. 答案　A 解析 　分析选项中各有机物不同化学环境的氢原子的种数及原子个数（吸收强度）之比，再与已知核磁共振氢谱对照即可找出答案　。A项，有3种不同化学环境的氢原子，且个数比为2∶3∶3；B项，有2种不同化学环境的氢原子，个数比为（3×2）∶（2×1）＝3∶1；C项，有2种不同化学环境的氢原子，个数比为（3×2）∶2＝3∶1；D项，有3种不同化学环境的氢原子，个数比为（3×2）∶1∶1＝6∶1∶1。由核磁共振氢谱可以看出该有机物中有3种不同化学环境的氢原子，再由原子个数（吸收强度）之比可知A项符合。 5.如图是一种分子式为C4H8O2的有机物的红外光谱图，则该有机物可能为（　　） A.CH3COOCH2CH3 B.CH3CH2CH2COOH C.HCOOCH2CH2CH3 D.（CH3）2CHCH2COOH 答案　A 解析　本题所给选项的结构简式分别为A项、B项CH3CH2CH2COOH、C项、D项，首先排除D项，因D项的分子式为C5H10O2，与题干不符；再由图像可知有不对称—CH3、C—O—C，则排除B、C项；而A项存在不对称—CH3、CO与C—O—C，所以有可能。 6.从微观上看，化学反应是微观粒子按一定的数目关系进行的。一定条件下，6.0 g某有机物在密闭容器内完全燃烧，生成二氧化碳和水。该反应中所有物质的分子数随反应过程的变化如图所示。下列说法不正确的是（　　） A.消耗的有机物与氧气的分子个数比1∶2 B.该有机物的化学式为C2H4O2 C.该反应生成的二氧化碳和水的质量之比为1∶1 D.反应结束后，密闭容器内消耗氧气的质量为6.4 g 答案　C 解析　由图可知，参加反应的有机物和氧气、生成二氧化碳和水的分子个数比为n∶2n∶2n∶2n＝1∶2∶2∶2，设有机物的化学式为CxHyOz，化学方程式可表示点燃为CxHyOz＋2O22CO2＋2H2O，根据质量守恒定律，化学反应前后，原子的种类和数目不变，生成物中含C、H、O的个数分别是2、4、6，反应物中也应含2个C、4个H、6个O，故该有机物的化学式为C2H4O2。由图可知，参加反应的有机物和氧气的分子个数比为n∶2n＝1∶2，A项正确；该有机物的化学式为C2H4O2，B项正确；由图可知，生成二氧化碳和水的分子个数比为2n∶2n＝1∶1，即物质的量之比为1∶1，则质量比为44∶18＝22∶9，C项错误；6.0 g某有机物的物质的量为＝0.1 mol，根据A项可知，参加反应的有机物和氧气的分子个数比为n∶2n＝1∶2，即物质的量之比为1∶2，故氧气的物质的量为0.2 mol，质量为0.2 mol×32 g/mol＝6.4 g，D项正确。 7.某气态有机物X含C、H、O三种元素。现欲确定X的分子式，下列条件中所需的最少条件是（　　） ①X中碳的质量分数　②X中氢的质量分数 ③X在标准状况下的体积　④质谱确定X的相对分子质量　⑤X的质量 A.①② B.①②④ C.①②⑤ D.③④⑤ 答案　B 解析　由①②可得有机物的实验式，由①②④可知有机物的分子式。 8.有机物乙偶姻存在于啤酒中，是酒类调香中一个极其重要的品种。某研究性学习小组为确定乙偶姻的结构，进行如下探究。 步骤一：将乙偶姻蒸气通过热的氧化铜（催化剂）氧化成二氧化碳和水，再用装有无水氯化钙和固体氢氧化钠的吸收管完全吸收，如图1。2.64 g乙偶姻的蒸气氧化产生5.28 g二氧化碳和2.16 g水。 步骤二：通过仪器分析得知乙偶姻的相对分子质量为88。 步骤三：用核磁共振仪测出乙偶姻的核磁共振氢谱如图2，图中4组峰的面积比为1∶3∶1∶3。 步骤四：利用红外光谱仪测得乙偶姻分子的红外光谱如图3。 （1）步骤二中的仪器分析方法称为　　　　。 （2）燃烧管中CuO的作用是　　　　　　　　　　　　　。 （3）乙偶姻的分子式为　　　　　　。 （4）乙偶姻的结构简式为　　　　　　　。 解析　质谱法是快速、精确测定相对分子质量的重要方法。燃烧管中CuO的作用是确保有机物中的碳元素全部转化为CO2。n（乙偶姻）＝2.64 g÷88 g·mol－1＝0.03 mol，n（CO2）＝5.28 g÷44 g·mol－1＝0.12 mol，n（H2O）＝2.16 g÷18 g·mol－1＝0.12 mol，n（O）＝（2.64 g－0.12 mol×12 g·mol－1－0.12 mol×2×1 g·mol－1）÷16 g·mol－1＝0.06 mol，因n（乙偶姻）∶n（C）∶n（H）∶n（O）＝0.03 mol∶0.12 mol∶0.24 mol∶0.06 mol＝1∶4∶8∶2，所以其分子式为C4H8O2。由于分子中共有8个氢原子，且分为四类，结合氢原子个数比可知分子结构中含有2种不同化学环境的—CH3，由图3可知分子结构中含有和—OH，故另一个碳原子上也含有一个氢原子，且—OH 连在该碳原子上，所以乙偶姻的结构简式为。 答案　（1）质谱法　（2）确保有机物中的碳元素全部转化为CO2　（3）C4H8O2　（4） 9.某化合物由碳、氢、氧三种元素组成，其红外光谱图有C—H、O—H、C—O的振动吸收，该有机物的相对分子质量是60，其核磁共振氢谱只有3组峰，则该有机物的结构简式是（　　） A.CH3CH2OCH3 B.CH3CHOHCH3 C.CH3CH2CH2OH D.CH3CH2CHO 答案　B 解析　由红外光谱图知该有机物的分子中含C—H、O—H、C—O，A项中无O—H，D项中无O—H、C—O，B、C项含有三种化学键且相对分子质量都是60，B项核磁共振氢谱有3组峰，C项有4组峰，故B项正确。 10.将2.3 g有机物在氧气中完全燃烧，生成0.1 mol CO2和0.15 mol H2O，测得其质谱和核磁共振氢谱如图所示，核磁共振氢谱中3组吸收锋面积之比为1∶2∶3。 下列说法正确的是（　　） A.该有机物的相对分子质量为31 B.该有机物可用于提取碘水中的碘 C.1 mol该有机物含有的σ键数目为8 NA D.该物质可以与NaOH溶液反应 答案　C 解析　2.3 g该有机物中，n（C）＝n（CO2）＝0.1 mol，含有碳原子的质量为m（C）＝0.1 mol×12 g·mol－1＝1.2 g，氢原子的物质的量为n（H）＝0.15 mol×2＝0.3 mol，氢原子的质量为m（H）＝0.3 mol×1 g·mol－1＝0.3 g，该有机物中m（O）＝2.3 g－1.2 g－0.3 g＝0.8 g，氧原子的物质的量为n（O）＝＝0.05 mol，则n（C）∶n（H）∶n（O）＝0.1 mol∶0.3 mol∶0.05 mol＝2∶6∶1，所以该有机物的实验式为C2H6O，有两种可能的结构：CH3OCH3或CH3CH2OH；若为前者，则在核磁共振氢谱中应只有1个峰，若为后者，则在核磁共振氢谱中应有3个峰，而且3个峰的面积之比是1∶2∶3，显然CH3CH2OH符合题意，所以有机物为乙醇，结构简式为CH3CH2OH。在质谱图中，最大质荷比为46，所以其相对分子质量也是46，A项错误；乙醇能与水任意比互溶，不能用于提取碘水中的碘，B项错误；CH3CH2OH中只存在单键，1 mol该有机物含有的σ键数目为8NA，C项正确；CH3CH2OH中的官能团是羟基，不可以与NaOH溶液反应，D项错误。 11.两种气态烃的混合气体共1 mol，在空气中燃烧得到1.5 mol CO2和2 mol H2O。关于该混合气体的说法合理的是（　　） A.一定含甲烷，不含乙烷 B.一定含乙烷，不含甲烷 C.一定是甲烷和乙烯的混合物 D.一定含甲烷，但不含乙烯 答案　A 解析　由题意可判断该混合物的平均组成为C1.5H4，因为碳原子数小于1.5的烃只有甲烷，所以混合气体中一定含有甲烷氢原子的平均组成是4，而甲烷中含有4个H，故另一气态烃中也应含有4个H，故该烃可以为C2H4、C3H4（丙炔）等。 12.由C、H、O三种元素组成的链状有机化合物X，只含有羟基和羧基两种官能团，且羟基数目大于羧基数目。称取2.04 g纯净的X，与足量金属钠充分反应，生成672 mL氢气（标准状况）。请确定摩尔质量最小的X分子中羟基、羧基数目及该X的相对分子质量为　　　　　　　　、　　　　　　　　　。 解析　n（H2）＝672 mL÷22 400 mL·mol－1＝0.03 mol，设X中羟基和羧基的总数为m个（m＞2）， 则n（X）＝ mol＝ mol，M（X）＝ g·mol－1＝34m g·mol－1。 若m＝3，M（X）＝102 g·mol－1，没有符合题意的有机化合物； 若m＝4，M（X）＝136 g·mol－1，含有3个羟基和1个羧基[HOCH2CH（OH）CH（OH）COOH]，符合题意。 答案　3个羟基和1个羧基　　136 13.三聚氰胺最早被李比希于1834年合成，它有毒，不可用于食品加工或食品添加剂。经李比希法分析得知，三聚氰胺分子中，氮元素的含量高达66.67％，氢元素的质量分数为4.76％，其余为碳元素。它的相对分子质量大于100，但小于150。试回答下列问题： （1）分子式中原子个数比N（　C　）∶N（　H　）∶N（　N　）＝　　　　　　　　　　　　。 （2）三聚氰胺分子中碳原子数为　　　　，理由是　　　　　　　（写出计算式）。 （3）三聚氰胺的分子式为　　　　　　　。 （4）若核磁共振氢谱显示只有1组吸收峰，红外光谱表征有1个由碳、氮两种元素组成的六元杂环。则三聚氰胺的结构简式为　　　　　　　　。 解析　（1）N（C）∶N（H）∶N（N）＝∶∶≈1∶2∶2。 （2）＜N（C）＜，即2.4＜N（C）＜3.6，又N（C）为正整数，所以N（C）＝3。（3）因为N（C）∶N（H）∶N（N）＝1∶2∶2，又N（C）＝3，所以，分子中N（C）、N（H）、N（N）分别为3、6、6，所以三聚氰胺的分子式为C2H6N6。（4）核磁共振氢谱显示只有1组吸收峰，说明是对称结构，这6个H原子的环境相同，又碳为四价元素，氮为三价元素，所以六元环中C、N各有3个原子交替出现。 答案　（1）1∶2∶2　（2）3　＜N（C）＜，即2.4＜N（C）＜3.6，又N（C）为正整数，所以N（C）＝3　（3）C3H6N6 （4） 14.取某有机物X 2.2 g，完全燃烧后将产物依次通入无水CaCl2和碱石灰，固体分别增重1.8 g和4.4 g。使用现代分析仪器对X的分子结构进行测定，相关结果如下： 图1　质谱 图2　红外光谱 （1）依据测定结果，X中是否含有O元素　　　　（填“有”或者“无”），其实验式为　　　　。 （2）该有机物的相对分子质量为　　　　，其分子式为　　　　。 （3）有机物X可能存在的官能团有　　　　。 （4）若该有机物不存在—CH2CH3的形式，则其结构简式可能为　　　　。 解析　由图2红外光谱可知，X中含有O元素；无水CaCl2的增重，是水的质量，n（H2O）＝＝0.1 mol，其中H元素的质量，m（H）＝0.1×2×1＝0.2 g，碱石灰的增重是二氧化碳的质量，n（CO2）＝＝0.1 mol，其中C元素的质量，m（C）＝0.1×12＝1.2 g，碳和氢的质量和为：0.2＋1.2＝1.4 g，则X中m（O）＝2.2－1.4＝0.8 g，n（O）＝＝0.05 mol，则n（C）∶n（H）∶n（O）＝0.1∶0.2∶0.05＝2∶4∶1，以此解题。（1）由分析可知X中含有O元素；其实验式为C2H4O。（2）由图1可知，该有机物的相对分子质量为88，由分析可知该有机物的实验式为C2H4O，因为其分子量为88，则其分子式为：C4H8O2。（3）根据分子式为C4H8O2，可知其不饱和度为1，结合分子式和图2可知，有机物X可能存在的官能团有酯基。（4）若该有机物不存在－CH2CH3，不对称甲基，可能有醛基和醚键或羰基和醚键的结构，则其结构简式可能为：。 答案　（1）有　C2H4O　（2）88　C4H8O2　（3）酯基　（4） 学科网（北京）股份有限公司 $$