3.2.1 有机化合物分子式的确定-【步步高】2023-2024学年高二化学选择性必修3（鲁科版2019，京粤闽皖豫宁陕）

色学科网书城■ 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+敷辅专家 第2节 有机化合物结构的测定 第1课时有机化合物分子式的确定 [核心素养发展目标]1学会测定有机物元素含量、相对分子质量的一般方法，建立确定有机 物分子式的思维模型。2能通过燃烧分析法、质谱法等微观探析有机物分子的元素组成、相 对分子质量及元素的质量分数。3学会蒸馏法、萃取法、重结晶法的实验原理，根据有机物 性质的差异选择有机化合物分离、提纯的正确方法。 一、有机化合物分离、提纯的常用方法 从自然界提取或通过人工合成的有机化合物通常含有杂质，需要通过分离、提纯后才能进行 结构测定，常见的分离、提纯有机化合物的方法有蒸馏、重结晶和萃取等。 1.蒸馏 ()原理：利用沸点差异分离液体混合物。 (2)适用条件：①液态有机物中含有少量杂质：②有机物热稳定性较强；③有机物与杂质的沸 点相差较大（一般大于30℃）。 3)蒸馏装置及注意事项 ①实验装置：在横线上写出相应仪器的名称。 -温度计 蒸馏烧 (直形)冷凝管 沸石或 ,尾接管（牛角管） 碎瓷片 石棉网 风锥形瓶 动 ②注意事项：蒸馏烧瓶底部加垫石棉网；溶液体积约为蒸馏烧瓶体积的13~23：投放沸石或 碎瓷片防暴沸：温度计水银球处于蒸馏烧瓶支管口处：冷凝水下口进上口出。 2.重结晶 ◆独家授权侵权必究· 色学科网书城■ 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+敷辅专家 分离、提纯固态有机化合物的常用方法 利用有机化合物在某种溶剂中的溶解 度受温度影响较大，加热使其溶解于 理 溶剂中，再降温使其溶解度下降，从 重 而析出该有机化合物的结晶 (1)选择适当的溶剂。杂质在此溶剂 中的溶解度较大或较小，易于除去： 关 被提纯的有机化合物在此溶剂中温度 较高时溶解度较大，温度降低时溶解 度迅速减小，冷却后易于结品析出。 【2)样品中杂质含量较少（通常质量分 数小于5%) 3.萃取 ()萃取的基本原理 液液萃取：利用待分离组分在两种互 不相溶的溶剂中溶解性不同，将其从一 原理 种溶剂转移到另一种溶剂的过程 固-液萃取：用溶剂从固体物质中溶解出 待分离组分的过程 取 萃取剂与原溶液中溶剂不反应、不互溶 萃取剂 的选择 待分离组分在萃取剂中的溶解度大于 原溶剂 萃取剂与待分离组分不反应 (2)分液：将萃取后的两层液体分开的操作。 ①主要仪器： 分液漏斗 烧杯 ②操作步骤： 液-液萃取：检漏一→装液一一→振荡一→静置一一→分液。 ③注意事项： a.分液时，将漏斗上口的玻璃塞打开或使塞上的凹槽对准漏斗口上的小孔。 b.分液时，漏斗下端管口尖嘴部分紧靠烧杯内壁。 c.分液时，下层液体从下口放出，上层液体从上口倒出。 「正误判断」 ()利用蒸馏法分离液态有机物时，温度计可以插入液面以下() 2)在蒸馏实验中，发现忘记加沸石，应立即停止实验，马上加入() (3)重结晶要求杂质的溶解度比被提纯的物质小才能进行分离() ◆独家授权侵权必究· 色学科网书城■ 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.ZXXK.c0m○ 您身边的互联网+教辅专家 (4常用重结晶法提纯苯甲酸() (⑤)能用分液的方法分离植物油和水的混合物( (6B2、I2在水中的溶解度较小，但易溶于有机溶剂，故可用酒精萃取溴水中的B2或碘水中 的2() 答案(1)×(2)×(3)×(4)√(5)√（⑥× 「应用体验」 1.关于物质的分离、提纯实验中结晶的一些操作，说法正确的是() A.提取NaC1和KNO3晶体常采用不同的结晶方式是因为它们的溶解度不同 B.在苯甲酸重结晶实验中，滤液放置冷却可以结晶出纯净的苯甲酸晶体 C.在苯甲酸重结晶实验中，粗苯甲酸加热溶解后，还要加少量NaOH溶液 D.在苯甲酸重结晶实验中，待粗苯甲酸完全溶解后，要冷却到常温才过滤 答案B 解析NCI和KNO3晶体提取方法不同是因为它们的溶解度受温度影响不同，A错误；在苯 甲酸的承结晶实验中，滤液中还含有少量的杂质，放置冷却可以结品出纯净的苯甲酸晶体， 但温度不宜过低，防止杂质析出，B正确：苯甲酸能溶于水，水在加热过程中会蒸发，为防 止苯甲酸过饱和提前析出而损失，在加热溶解后还要加少量蒸馏水，而不是氢氧化钠溶液， C错误；苯甲酸的溶解度不大，应趁热过滤防止苯甲酸损失，D错误。 2.选择下列实验方法分离、提纯物质，将分离、提纯方法的字母填在横线上。 A.萃取B.重结晶C.分液D.蒸馏E.过滤F.洗气 (1)分离水和汽油的混合物： (2)分离四氯化碳（沸点为76.75℃）和甲苯（沸点为110.6℃）的混合物： (3)提取碘水中的碘： (4)除去混在乙烷中的乙烯： (⑤)从硝酸钾和氯化钠的混合物中获得硝酸钾： 答案(1)C(2)D(3)A(4)F(5)B 解析(1)水与汽油分层。(2)四氯化碳和甲苯互溶，但沸点差异较大。(3)碘易溶于有机溶剂。 (4)乙烯能与溴水中的B2反应，而乙烷不能。（⑤）硝酸钾和氯化钠的溶解度随温度的变化不同。 ·归纳总结 分离、提纯方法的选择 (1)过滤：不溶性的固体和液体。 (2)蒸馏：沸点相差较大的互溶液体。 (③)分液：互不相溶的液体。 (4)重结晶：溶解度受温度影响较大的固体混合物。 (⑤)蒸发：提纯溶解度随温度变化较小的溶质。 独家授权侵权必究 色学科网书城■ 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+敷辅专家 (⑥萃取：利用溶解性差异提取溶液中的溶质。 二、有机化合物分子式的确定 1.有机化合物分子式的测定方法 (1)确定有机化合物分子式的关键 首先要知道该物质的组成元素、各元素的质量分数，必要时还要测定其相对分子质量。 (2)确定有机化合物的元素组成 ①碳、氢元素质量分数的测定 —燃烧分析法 CO。 破液，增重计算碳元素的 质量分数 样氧气流中 品充分燃烧 H,0吸水剂增重计算氢元素的 质量分数 ②氮元素质量分数的测定 样品 CO:气流N,测定，VN 计算氨元素的 CuO催化 质量分数 ③卤素质量分数的测定 I.发烟硝酸 样品I.周体AgN 一AgX计算卤素的质量分数 ④氧元素质量分数的计算 氧元素的质量分数=100%-其他元素质量分数之和 2.有机物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。 质谱法：质谱图中质荷比最大的峰的数值就是该有机物的相对分子质量。 如某含碳、氢、氧三种元素的有机物X的质谱图如图所示，该有机物的相对分子质量为4。 100 80 度 60 40 20 0古20253动54045505需606需707污 质荷比 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=Mr 有机物Mr实验式。 4.确定有机化合物分子式的一般途径 独家授权侵权必究 色学科网书城■ 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+敷辅专家 M=Vm×p 相 M=D×M' 摩 通式法 质谱法 分 商余法 子 根据化学方程式 量 质 计算 最简式法 量 各元素的质量比 各元素的质量分数 各元素原子的 物质的量之比 燃烧后生成的水蒸 气和CO,的量（限只 m.M 含C、H或C,H、O n(C):n(H):n(O)(比例法) 元素的有机物) 「正误判断」 (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HO的物质不一定只含有碳、氢两种元素() (3)有机物的实验式、分子式一定不同() (④)元素分析法和质谱法能分别确定有机物的实验式和相对分子质量() (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() 答案(1)×(2)√(3)×(4)√(5)√ 「应用体验」 1.某烃蒸气折合成标准状况下的密度为3215gL-1,现取3.6g该烃完全燃烧，将全部产物 依次通入足量的浓硫酸和碱石灰，浓硫酸增承54g,碱石灰增重11g。 (1)求该烃的分子式，写出计算过程。 (2)己知该经的一氯代物只有一种，写出其结构简式。 答案(1)该烃的摩尔质量为M=3.215gL-1×22.4Lmol-1≈72gmol-1,则3.6g该烃的物 质的量为0.05mol。该烃的燃烧产物中：n(C=n(CO2)=11g44g·mol一1=0.25mol,n =2nH2O)=5.4g18g·mol-1×2=0.6mol,(经)：(C):mH)=0.05mdl:0.25mol:0.6 CH CH,-C-CH mol=1:5:12,此时碳原子全部饱和，所以，该烃的分子式为CH2。(2) CH 解析(2)其一氣代物只有一种，说明其结构高度对称，分子中只有一种化学环境的氢原子， CH, CH一CCH 则该有机物是新戊烷： CH 2.某化合物6.4g在氧气中完全燃烧，只生成88gC02和7.2gHO。 (1)该有机物的实验式为 (2)若该有机物的蒸气与空气的相对密度为110，则该有机物的分子式为 ·独家授权侵权必究· 色学科网书城■ 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 答案(1)CH,O(2)CH,O 解析(1)m(CO2)=8.8g44g·mol-1=0.2mol,m(C=02mol×12gmol-1=2.4g,n (H2O)=7.2 g18 g.mol-1=0.4 mol,m(H)=0.4 molX2X1g mol-1=0.8g,m(C)+m(H)= 2.4g十0.8g=32g<6.4g,所以该化合物中含氧元素，mO)=6.4g-3.2g16g·mo1-1 0.2mol,所以C:nHD:O)=0.2:0.8:0.2=1:4:1,则实验式为CHO。 (2)该有机物的相对分子质量为1.10×29≈32，由于实验式的式量也为32，因而其分子式为 CH4O。 课时对点练 【对点训练 题组一分离、提纯有机化合物的常用方法 1.我国明代《本草纲目》中收载药物1892种，其中“烧酒”条目下写道：“自元时始创其 法，用浓酒和糟入甑，蒸令气上…其清如水，味极浓烈，盖酒露也。”这里所用的“法”是 指() A.萃取 B.渗析 C.蒸馏 D.过滤 答案C 解析这里所用的“法”是指我国古代制烧酒的方法一蒸馏，加热使酒精汽化再冷凝收集 得到烧酒，C正确。 2.(2023上海浦东高二期末)可以用分液漏斗分离的一组混合物是() A.乙醇和水 B.乙酸乙脂和乙酸 C.溴乙烷和水 D.乙醛和乙酸 答案C 解析乙醇和水互溶，乙酸乙酯和乙酸互溶，乙醛和乙酸互溶，均不分层，故A、B、D不 符合题意：溴乙烷和水互不相溶，分层，故C符合题意。 3.(2023江苏盐城高二期末)下列有关除杂（括号中为杂质）的操作正确的是() A.苯（乙烯）：加入足量的溴水，过滤 B.溴乙烷（乙醇）：多次加水振荡，分液，弃水层 C,乙醇（乙酸）：加入足量饱和碳酸钠溶液充分振荡，分液，弃水层 D.乙酸乙酯（乙酸）：加入适量乙醇、浓硫酸，加热，蒸馏，收集馏出物 答案B 解析加入溴水，乙烯与溴水反应生成CH2BrCH2Br,但CH2BrCH2Br能溶于苯，所以不能 ·独家授权侵权必究 色学科网书城■ 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 通过过滤除去，A项错误；溴乙烷不溶于水，乙醇易溶于水，所以多次加水振荡，分液，可 以除去乙醇，B项正确；乙醇易溶于水，最后液体不分层，不能通过分液除去，C项错误。 4.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，下列说法错误的 是() 水层 析出固体 NaNO: 滤液溶液 溶液（③）（粗产品） 样品甲苯+甲醇 (2) 有机层 甲 粉末 (1) 溶液 不溶性物质 A.步骤(1)需要过滤装置 B.步骤(2)需要用到分液漏斗 C.步骤(3)需要用到坩埚 D.步骤(4)需要蒸馏装置 答案C 解析步骤(1)是分离固液混合物，其操作为过滤，需要过滤装置，故A正确：步骤(2)是分 离互不相溶的液体混合物，需进行分液，要用到分液漏斗，故B正确：步骤(3)是从溶液中得 到固体，操作为蒸发，需要用到蒸发皿，而不用坩埚，故C错误：步骤(4)是利用混合液中各 组分的沸点不同，采取蒸馏樑作，从有机层溶液中得到甲苯，需要用到蒸馏装置，故D正确。 5.正丁醛经催化加氢可制各正丁醇。为提纯含少量正丁醛杂质的正丁醇，现设计如下路线： 饱和NaHSO,溶液 乙醚 品 操作1 液 萃取操作2 纯 操作4正丁醇、固体干燥剂 品 乙醚 操作3 己知：①正丁醛与饱和NHSO3溶液反应可生成沉淀：②乙醚的沸点是34.5℃，微溶于水， 与正丁醇互溶：③正丁醇的沸点是118℃。则操作1~4分别是() A.萃取、过滤、蒸馏、蒸馏 B.过滤、分液、蒸馏、萃取 C.过滤、蒸馏、过滤、蒸馏 D.过滤、分液、过滤、蒸馏 答案D 解析正丁醛与饱和NHSO3溶液反应生成沉淀，且经操作1可得到滤液，故操作1为过滤； 操作2是分液：加固体干燥剂后，要把干燥剂分离出来，故操作3为过滤：由乙醚与正丁醇 的沸点相差较大可知，操作4为蒸馏。 题组二有机化合物分子式的确定 6.某有机物质量为8.80g,完全燃烧后得到22.0gCO2、10.8gH2O,该有机物的蒸气密度是 ◆独家授权侵权必究 色学科网书城■ 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 相同条件下H2密度的44倍，则该有机物的分子式为( A.CHO B.CsH12 C.CsH12O2 D.C3H12O 答案D 解析该有机物的蒸气密度是相同条件下氢气密度的44倍，则该有机物的相对分子质量为2 ×44=888.80g该有机物的物质的量为8.80g88g·mo1一1=0.1mol,22.0gCO2的物质的 量为22.0g44g·mo1-1=0.5mol,10.8gH20的物质的量为10.8g18g·mo1-1=0.6mol, 故1个该有机物分子中碳原子数目为0.5mo10.1mo1=5,氢原子数目为0.6mo1×20.1mol =12,分子中C、H的相对原子质量之和为12×5+1×12=72，故1个该有机物分子中还含 有1个氧原子，则该有机物的分子式为C,H2O。 7.(2023北京一七一中高二期中)链状有机物M分子中不含甲基，11.6gM完全燃烧可产生 0.6 mol CO2和0.6molH2O,M的蒸气与氢气的相对密度为29。下列关于M的说法不正确的 是() A.M的实验式为CHO B.分子中最多有8个原子共平面 C,可以发生取代、加成、加聚、氧化、还原反应 D.M的水溶性比烷烃好但比乙醇差 答案A 解析M的蒸气与氢气的相对密度为29，其相对分子质量为58，nQM0=11.6g58g· mol-1=0.2 mol,n(C)=n(CO2)=0.6 mol,n(H)=2n(H2O)=2X0.6 mol=1.2 mol,m(C)+m D=0.6mol×12g mol-1+1.2mol×1gmol-1=8.4g<11.6g,所以M中还含有0元素，(O)=11.6g-8.4 g16g·mol-1=0.2mol,所以M与C、H、0原子个数之比为0.2mol:0.6mol:1.2mol: 0.2mol=1:3:6:1,其实验式为CH6O,设其分子式为(C3HO)m,n=5812×3+1×6+16 ×1=1,所以其分子式为CHO。M的实验式为CHO,故A错误；链状有机物M分子中 不含甲基，M为烯丙醇，除与羟基相连的碳上的2个H外，分子中最多有8个原子共平面， 故B正确：分子中含有碳碳双键、羟基，可以发生取代、加成、加聚、氧化、还原反应，故 C正确。 8.(2022黑龙江大庆实验中学高二月考)为了测定有机物M的分子式，进行了如下实验。取 4.6gM和4.8gO2于一密闭容器中燃烧，产物为CO2、CO和水蒸气，测得的有关实验数据 如下（实验前装置内的空气己排尽），则该有机物M的分子式为() ·独家授权侵权必究 色学科网书城■ 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 燃烧产物 足量浓硫酸， 足量浓氢氧浓硫酸足量氧化铜， 其质量增加3.6g化钠溶液，其 其质量减少 质量增加4.4g 08g A.C.HgO B.C2HOz C.CHgO D.CH2O 答案C 解析燃烧产物通入浓硫酸中，浓硫酸的质量增加3.6g,即生成水的质量为3.6g,其物质的 量为0.2mol;通入浓NaOH溶液中，溶液的质量增加4.4g,即生成CO2的质量为44g,其 物质的量为0.1mol;剩余气体通入浓硫酸中干燥后再与CuO反应，CuO的质量减少0.8g, 根据化学方程式CO+CuO CO2十Cu可知，CuO的物质的量减少0.05mol,CO的物质的量 为0.05mol。4.6g该有机物中，m(C)=0.15mol×12gmol-1=1.8g,mHD=0,4mol×1g mol-1=0.4g,则m(O)=4.6g-1.8g-0.4g=2.4g,则O)=2.4g16gmo1-1=0.15mol, 因此C):nD:nO)=0.15mol:0.4mol:0.15mol=3:8:3,则有机物M的实验式为 CHgO,因为实验式中的碳原子已经达到饱和，所以该实验式即为M的分子式，C项正确。 9.在20℃时将来气态烃与O2的混合气体装入密闭容器中，点燃爆炸后恢复至20℃，此时 容器内压强为反应前压强的一半，经NOH溶液吸收后，容器内几乎为真空，此烃的分子式 为() A.CH B.C2H6 C.CaHs D.CH16 答案C 点燃 解析烃完全燃烧的通式为CH,十(x十y4)O2xC2十y2H2O①，由题意得1十x十y4=2, 即x=1+y4,因x、y均为正整数且y≤2x+2,故有x=2,y=4:x=3,y=8。所以符合条 件的选项只有C。 综合强化 10.某气态化合物X只含C、H、O三种元素，现已知下列条件：①X中C的质量分数；② X中H的质量分数；③X在标准状况下的体积；④X对氢气的相对密度，⑤X的质量。欲确 定化合物X的分子式，所需的最少条件是() A.①②④B.②③④C.①③⑤D.①② 答案A ·独家授权侵权必究 色学科网书城■ 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 解析确定X的分子式应知道X的相对分子质量，条件④可以求出X的相对分子质量：确 定X分子中C、H、O的原子个数时，至少应已知X中两种元素的质量分数，①和②能满足 要求。所以最少的条件为①②④。 11.已知青蒿素是烃的含氧衍生物，为无色针状晶体，易溶于有机溶剂如丙酮、氯仿，可溶 于乙醇、乙醚等，在水中几乎不溶，熔点为156~157℃，热稳定性差。乙醚的沸点为35℃。 如图是从黄花青蒿中提取青蒿素的工艺流程，下列有关实验操作的说法正确的是() 黄花于燥固闲乙能厂提取液提作旷乙酰 粗品操作Ⅲ精品 青蒿研碎粉末操作 儿残渣 A.研碎时应该将黄花青蒿置于烧杯中 B.操作「是萃取，所用的玻璃仪器有烧杯、分液漏斗 C.操作Ⅱ是蒸馏，所用的玻璃仪器主要有蒸馏烧瓶、酒精灯、冷凝管、温度计、锥形瓶等 D.操作Ⅲ是用酒精灯加热，然后加水溶解、过滤 答案C 解析研碎时应该将黄花青蒿置于研钵中，A错误；操作【是将固体和液体分离的操作，是 过滤，B错误；操作Ⅱ是将提取液中的乙醚分离出去的操作，是蒸馏，蒸馏用到的玻璃仪器 主要有蒸馏烧瓶、酒精灯、冷凝管、温度计、锥形瓶等，C正确；酒精灯加热温度较高，青 蒿素热稳定性差，由粗品得精品时不能用酒精灯加热，且青蒿素在水中几乎不溶，D错误。 12.化学上常用燃烧法确定有机化合物的组成。这种方法是在电炉加热时用纯氧氧化管内样 品，根据产物质量确定有机化合物的组成。选用如图所示装置用燃烧法确定有机化合物的化 学式。 碱石灰 CaCl 固体 固体 浓硫酸率 HO溶液 =g 电炉电炉 MnO2 he n 样品CuO ⊙ 回答下列问题： ()若产生的氧气的流向按从左到右，所选择装置中各导管的连接顺序是 (装置 可重复利用)。 (②)在该实验中，多次用到A装置，A装置的作用分别为 (3)D装置中MnO2的作用为 独家授权侵权必究