专题1 第2单元 第2课时 有机化合物结构及有机化学反应的研究-【金版教程】2024-2025学年高中化学选择性必修3创新导学案课件PPT（苏教版2019）

0 专题1　有机化学的发展及研究思路 第二单元　科学家怎样研究有机物 第2课时　有机化合物结构及有机化学反应的研究 1.能结合实例说明有机分子结构测定常用的仪器分析方法。2.能运用现代分析技术对简单有机物的结构进行分析和表征。3.能列举有机化学反应历程研究的方法和意义。 2 学生自主学习 01 课时作业 03 目录 CONTENTS 师生课堂互动 02 学生自主学习 一　有机化合物结构的研究 1．李比希“基团理论” (1)有机物的结构特点：在有机化合物分子中，原子主要通过________结合在一起。分子中的原子之间________或________的不同导致了所形成的物质在性质上的差异。 (2)基团理论：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(________)、醛基(________)、羧基(________)、氨基(________)、烃基 (________)等，不同基团具有不同的结构和性质特点。 共价键 结合方式 连接顺序 —OH —CHO —COOH —NH2 —R 学生自主学习 5 2．现代化学测定有机物结构的分析方法 (1)1H核磁共振谱 ①原理：有机物分子中的氢原子核所处的____________________________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_______________________也就不同。 ②应用：测定有机物分子中氢原子的类型。 (2)红外光谱 ①原理：利用有机物分子中不同基团在红外光辐射下的_____________不同。 ②应用：初步判断有机物中含有的______。如分子式为C2H6O的有机物A有两种可能的结构：Ⅰ(CH3CH2OH)或Ⅱ(CH3OCH3)，利用红外光谱测定，分子中有____________，可确定A的结构简式为Ⅰ(CH3CH2OH)。 化学环境(即其附近的基团) 横坐标的位置(化学位移) 特征吸收频率 基团 羟基(—OH) 学生自主学习 6 高能电子束 特征峰 学生自主学习 7 学生自主学习 8 酯基中的C—O键 羟基 氢 羟基 氢 学生自主学习 9 学生自主学习 10 1．下列能够获得有机物所含官能团信息的方法是(　　) A．红外光谱 B．质谱法 C．色谱法 D．核磁共振波谱 2．在有机物的研究过程中，能测出有机物相对分子质量的仪器是(　　) A．红外光谱仪 B．元素分析仪 C．质谱仪 D．核磁共振仪 学生自主学习 11 学生自主学习 12 学生自主学习 13 5．某烃类化合物A的质谱图表明其相对分子质量为84，红外光谱表明分子中含有碳碳双键，1H核磁共振谱表明分子中只有一种类型的氢。 (1)A的结构简式为______________________。 (2)A中的碳原子________都处于同一平面(填“是”或“不是”)。 是 学生自主学习 14 师生课堂互动 知识点一　有机物结构的确定 1．化学方法 根据有机物的特殊反应，确定分子中的官能团，从而进一步确定其结构。 2．由分子式确定结构式的方法 (1)通过价键规律确定：某些有机物根据价键规律只存在一种结构，则直接可由分子式确定其结构式。例如C2H6，根据价键规律，只有一种结构：CH3—CH3；又如CH4O，根据价键规律，只有一种结构：CH3—OH。 (2)通过定性或定量实验确定：当一个分子式可能代表两种或两种以上具有不同结构的物质时，可利用该物质的特殊性质，通过定性或定量实验来确定其结构式。 师生课堂互动 16 3．物理方法(波谱法) (1)质谱——可快速、准确测定有机物的相对分子质量。 (2)红外光谱——可以获得分子中含有何种化学键或基团的信息。 (3)1H核磁共振谱——可推知有机物分子中有几种不同类型的氢原子及它们的数目之比：峰的组数＝氢原子种类数，峰面积比＝不同类型氢原子个数比。 师生课堂互动 17 1．有机物Y的分子式为C4H8O2，其红外光谱图如图所示，则该有机物可能的结构简式为(　　) A．CH3COOCH2CH3 B．OHCCH2CH2OCH3 C．HCOOCH2CH2CH3 D．(CH3)2CHCOOH 解析：由红外光谱图可看出该分子中有不对称的—CH3，由图还可以看出有机物Y含有C===O、C—O—C，则Y的结构简式为CH3COOCH2CH3或CH3CH2COOCH3。 师生课堂互动 18 2．(1)化合物A和B的分子式都是C2H4Br2，A的1H核 磁共振谱如图所示，则A的结构简式为____________。 请预测B的1H核磁共振谱上有___组信号峰。 (2)用1H核磁共振谱的方法来研究C2H6O的结构，请简要说明根据1H核磁共振谱的结果来确定C2H6O分子结构的方法：__________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________。 BrCH2CH2Br 2 若1H核磁共振谱图中给出3组信号峰，则C2H6O的结构简式为CH3CH2OH；若谱图中给出1组信号峰，则C2H6O的结构简式为CH3OCH3 师生课堂互动 19 知识点二　有机反应机理 常见测定反应机理的方法 1．通过研究反应的中间体来测定 当反应的中间体比较稳定时，可以将中间体从反应体系中分离出来，检测其结构，从而测定反应机理。 2．用同位素示踪法来测定 用放射性同位素来标记分子中的关键反应部位，通过追踪放射性同位素的踪迹来测定。 师生课堂互动 20 师生课堂互动 21 师生课堂互动 22 本课归纳总结 师生课堂互动 23 课时作业 一、选择题(每小题只有1个选项符合题意) 1．随着科学技术的发展，人们可以利用很多先进的方法和手段来测定有机物的组成和结构。下列说法正确的是(　　) A．李比希元素分析仪可以测定有机物的结构简式 B．质谱仪能根据最小的碎片离子确定有机物的相对分子质量 C．红外光谱仪能测出各种化学键和官能团 D．对有机物CH3CH(OH)CH3进行核磁共振分析，能得到4组峰，且峰面积之比为1∶1∶3∶3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 课时作业 25 A B C D 分析方法 质谱法 红外光谱 1H核磁共振谱 X射线衍射 结论 相对分子质量为282 分子中含有酯基 分子中含有过氧基(—O—O—) 测定分子结构 2.(2024·成都市高三摸底测试)光学分析法是融合物理学和化学实验技术的一类重要仪器分析方法。在青蒿素分子(相对分子质量为282)结构测定中，使用下列方法不能得到对应结论的是(　　) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 课时作业 26 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 课时作业 27 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 课时作业 28 5．某化合物由碳、氢、氧三种元素组成，其红外光谱显示有四种共价键的振动吸收，1H核磁共振谱显示有三组峰，峰面积比为6∶1∶1，则该有机物的结构简式是(　　) A．C2H5OCH3 B．CH3CH(OH)CH3 C．CH3CH2CH2OH D．CH3CH2CHO 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 课时作业 29 6．已知CH4与Cl2反应的产物中除CH3Cl外，还有CH2Cl2、CHCl3、CCl4，下列有关生成CH2Cl2的过程中，可能出现的是(　　) ①2Cl·＋CH4―→2HCl＋·CH2Cl ②·CH2Cl＋Cl2―→CH2Cl2＋Cl· ③·CH2Cl＋Cl·―→CH2Cl2 ④CH3Cl＋HCl―→CH2Cl2＋H2 A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 课时作业 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 课时作业 31 7．某有机物A的分子式为C4H10O，红外光谱图如图所示，则A的结构简式为(　　) A．CH3CH2OCH2CH3 B．CH3OCH2CH2CH3 C．CH3CH2CH2CH2OH D．(CH3)2CHOCH3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 课时作业 32 8．现有一物质的1H核磁共振谱如图所示，则可能是下列物质中的(　　) A．CH3CH2CH3 B．CH3CH2CH2OH C． D．CH3CH2CHO 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 课时作业 33 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 课时作业 34 解析： 反应体系中，冬青油的沸点最高，不能边反应边蒸馏出冬青油，故B错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 课时作业 35 10．现代化学测定有机物组成及结构的分析方法较多。下列有关说法正确的是(　　) A．元素分析仪不仅可以测出试样常见的组成元素及含量，还可以测定其分子的空间结构 B． 的1H核磁共振谱中有4组峰，峰面积之比为1∶2∶2∶3 C．通过红外光谱分析可以区分乙醇和乙酸乙酯 D．质谱法和红外光谱法不属于测定有机物组成和结构的现代分析方法 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 课时作业 36 解析：元素分析仪无法测定有机化合物的空间结构，故A错误； 的1H核磁共振谱中有5组峰，峰面积之比为2∶4∶4∶1∶3，故B错误；质谱法可以测定相对分子质量，红外光谱法可以测定分子中的化学键和官能团，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 课时作业 37 11．(2024·浙江省金丽衢十二校高三联考)使用现代仪器对有机化合物A的分子结构进行测定，相关结果如图所示： 则该有机化合物A的结构简式是(　　) A．CH3CHO B． C．HCOO(CH2)2CH3 D．CH3COOCH2CH3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 课时作业 38 解析：由1H核磁共振谱图可知，该有机物有3种不同化学环境的H原子，且个数比为3∶3∶2；由红外光谱图可知，该有机物中存在C===O和C—O；结合选项可知有机物A为CH3COOCH2CH3，故选D。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 课时作业 39 12．8.8 g有机物C在足量O2中充分燃烧后，将混合气体依次通过足量的浓硫酸和碱石灰，浓硫酸和碱石灰的质量分别增加7.2 g和17.6 g，经检验最终剩余的气体为O2。已知有机物C的质谱图与红外光谱图如图所示。下列有关有机物C的说法错误的是(　　) A．含有C、H、O三种元素 B．分子式为C4H8O2 C．可能含有酯基 D．有两种可能结构 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 课时作业 40 解析： 由题意可知，8.8 g有机物C完全燃烧生成7.2 g(0.4 mol)H2O和17.6 g(0.4 mol)CO2，则8.8 g有机物C中含有0.8 mol H原子和0.4 mol C原子，两种原子的总质量为5.6 g，故8.8 g有机物C中还含有3.2 g(0.2 mol)O原子。C分子中，n(C)∶n(H)∶n(O)＝0.4 mol∶0.8 mol∶0.2 mol＝2∶4∶1，其最简式为C2H4O。由有机物C的质谱图可知，其相对分子质量为88，则有机物C的分子式为C4H8O2，A、B正确；由有机物C的红外光谱图可知，其可能为 、 　　　　　　　、CH3COCH2OCH3等，C正确，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 课时作业 41 红外光谱法 5 2 3 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 课时作业 42 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 课时作业 43 14．有机物A常用于食品行业。已知9.0 g A在足量 O2中充分燃烧，将生成的混合气体依次通过足量的浓硫 酸和碱石灰，分别增重5.4 g和13.2 g，经检验剩余气体 为O2。 (1)A分子的质谱图如图所示，从图中可知其相对分子质量是________，则A的分子式是________。 (2)A能与NaHCO3溶液发生反应，A一定含有的官能团名称是________。 (3)A分子的1H核磁共振谱图有4组吸收峰，峰面积之比是1∶1∶1∶3，则A的结构简式是__________________。 90 C3H6O3 羧基 CH3CH(OH)COOH 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 课时作业 44 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 课时作业 45 15．某研究性学习小组为确定某蜡状有机物A的结构和性质，他们拟用传统实验的手段与现代技术相结合的方法进行探究。 Ⅰ.实验式的确定 (1)取样品A进行燃烧法测定，发现燃烧后只生成CO2和H2O，某次燃烧后，经换算得到了0.125 mol CO2和0.15 mol H2O。据此得出的结论是_____________________________________________________________。 (2)另一实验中，取3.4 g蜡状有机物A在3.36 L(标准状况下，下同)氧气中完全燃烧，两者均恰好完全反应，生成2.8 L CO2和液态水。由此得出A的分子式是________。 分子中n(C)∶n(H)＝5∶12，分子式为C5H12Ox(x＝0，1，2，……) C5H12O4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 课时作业 46 Ⅱ.结构式的确定 (3)取少量样品熔化，加入钠有氢气放出，说明A分子中含有________。 (4)进行1H核磁共振，发现只有两组特征峰，且峰面积比为2∶1，再做红外光谱，发现与乙醇一样透过率在同一处波数被吸收。图谱如下： 则A的结构简式为_____________。 羟基 C(CH2OH)4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 课时作业 47 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 课时作业 48 (4)A的相对分子质量为136，进行1H核磁共振，发现只有两组特征峰，且峰面积比为2∶1，说明结构中含有两种氢原子，数目分别为8和4，再做红外光谱，发现与乙醇一样透过率在同一处波数被吸收，说明结构中含有羟基，从红外光谱图可以看出分子中含有O—H、C—O、C—H键，该有机物的结构简式为C(CH2OH)4。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 课时作业 49 　　　　　　　　　　　　　 R (3)质谱法 ①原理：用________________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eq \f(m,z)(质荷比)处出现对应的________。 ②应用：确定有机物的相对分子质量。 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。 二　有机化学反应的研究 1．甲烷与氯气反应的机理(自由基型链反应) Cl2eq \o(――→,\s\up17(光照))Cl·＋Cl· CH4＋Cl·―→CH3·＋HCl CH3·＋Cl2―→CH3Cl＋Cl· Cl·＋CH3Cl―→ClCH2·＋HCl…… 2．机理的研究方法——同位素示踪法 将反应物中某元素的原子替换为该元素的同位素原子，反应后再检验该同位素原子所在的生成物，从而确定化学反应机理的一种方法。 如乙酸乙酯水解反应的机理： 将乙酸乙酯与Heq \o\al(18,2)O混合后加入硫酸作催化剂，在加热条件下，反应一段时间后检测到存在18O的物质有两种：_______和_____________。于是判断酯水解时断裂的是_________________，在的碳原子上加上_______，在R—O—的氧原子上加上_______。明确了酯水解的反应机理，反过来也认识到了酯化反应的反应机理，即酸脱_______醇脱______。 Heq \o\al( 18,2)O 3．乙烯与溴化氢反应的机理(离子型反应) HBr―→H＋＋Br－ CH2===CH2＋H＋―→CH3eq \o(C,\s\up16(＋))H2 CH3eq \o(C,\s\up16(＋))H2＋Br－―→CH3CH2Br 3．“同位素示踪法”可帮助人们认识化学反应的机理，下列用“示踪原子”标示的化学方程式正确的是(　　) A．乙酸乙酯在酸性条件下水解： CH3COOCH2CH3＋Heq \o\al(18,2)Oeq \o(,\s\up17(H＋))CH3COOH＋CH3CHeq \o\al(18,2)OH B．氯酸钾和浓盐酸反应：K37ClO3＋6HCl===K37Cl＋3Cl2↑＋3H2O C．乙醇催化氧化：2CH3CH2OH＋18O2eq \o(――→,\s\up17(Cu),\s\do15(△))　2CH3CH18O＋2H2O D．CH3COOH＋CH3CHeq \o\al( 18,2)OHeq \o(,\s\up17(浓硫酸),\s\do15(△))CH3CO18OCH2CH3＋H2O 4．下列物质的1H核磁共振谱图中，吸收峰最少的是(　　) A． 　 B． C． 　 D． 解析：设该烃分子式为CxHy，其相对分子质量为84，则x的最大值为eq \f(84,12)＝7，此时y＝0，显然不合理；当x＝6时，y＝12，合理；当x＝5时，y＝24，显然不合理，所以A的分子式为C6H12。因分子中含有碳碳双键，且分子中只有一种类型的氢，即12个氢原子完全相同，故A的结构简式为，由CH2===CH2的空间结构知，6个碳原子共平面。 3．CH4与Cl2反应的机理是①Cl2eq \o(――→,\s\up17(光照))·Cl＋·Cl；②·Cl＋CH4―→·CH3＋HCl；③·CH3＋Cl2―→·Cl＋CH3Cl……。则下列说法正确的是(　　) A．可以得到纯净的CH3Cl B．产物中最多的是HCl C．该反应需一直光照 D．产物中CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4物质的量相等 4．已知在水溶液中存在平衡：  当与CH3CH2OH发生酯化反应时，不可能生成的是(　　) A． B． C．H2O D．Heq \o\al( 18,2)O 解析：溶液中存在和，二者均可与CH3CH2OH发生酯化反应。根据酯化反应的机理：酸脱羟基醇脱氢，可知B不可能。 3．在1H核磁共振谱中出现3组峰，且氢原子个数比为3∶1∶4的化合物是(　　) A． B． C． D． 4．乙酸和甲酸甲酯互为同分异构体，其结构式分别为和。在下列哪种检测仪上显示出的信号是完全相同的(　　) A．李比希元素分析仪 B．红外光谱仪 C．核磁共振仪 D．质谱仪 解析：CH4与Cl2反应为自由基型链反应，生成CH2Cl2的反应机理包括三个阶段：链引发阶段：Cl2eq \o(――→,\s\up17(光照))Cl·＋Cl·，Cl·＋CH3Cl―→·CH2Cl＋HCl；链传递阶段：Cl2＋·CH2Cl―→CH2Cl2＋Cl·；链终止阶段：Cl·＋Cl·―→Cl2，Cl·＋·CH2Cl―→CH2Cl2；故选B。 9．CO2参与有机合成是实现“碳中和”的途径之一。高温、高压条件下CO2和NH3可合成尿素[CO(NH2)2]。CO2与苯酚经过一系列反应可制得水杨酸(沸点210 ℃)，水杨酸和甲醇(沸点64.7 ℃)发生如下反应可制取冬青油(沸点222 ℃)：＋CH3OHeq \o(,\s\up17(浓硫酸),\s\do15(加热))＋H2O。对于水杨酸制备冬青油的反应，下列说法错误的是(　　) A．若用CHeq \o\al( 18,3)OH进行示踪，可得产物 B．可边反应边蒸馏出冬青油以提高水杨酸的转化率 C．油层厚度不再变化说明该反应已达到化学平衡状态 D．加入适量浓硫酸既能加快反应速率又能提高冬青油的产率 二、非选择题 13．有机物Y的结构可能有和两种，要对其结构进行物理方法鉴定，可用____________。 (1)有机物Y若为，则红外光谱中应该有____个振动吸收；1H核磁共振谱图中应有_____组峰。 (2)有机物Y若为，则红外光谱中应该有_____个振动吸收；1H核磁共振谱图中应有____组峰。 解析：(2) 中，化学键有C===O、C—O—C、C—H，所以共有3个振动吸收；分子中含有2种氢(—CH3、)，所以1H核磁共振谱图中应有2组峰。 解析：(1)由A分子的质谱图可知，A的相对分子质量为90，9.0 g A的物质的量为eq \f(9.0 g,90 g·mol－1)＝0.1 mol，燃烧生成二氧化碳的物质的量为eq \f(13.2 g,44 g·mol－1)＝0.3 mol，生成水的物质的量为eq \f(5.4 g,18 g·mol－1)＝0.3 mol，则有机物分子中N(C)＝eq \f(0.3 mol,0.1 mol)＝3、N(H)＝eq \f(0.3 mol×2,0.1 mol)＝6，则N(O)＝eq \f(90－12×3－6,16)＝3，故有机物A的分子式为C3H6O3。 解析：(1)取样品A进行燃烧法测定，发现燃烧后只生成CO2和H2O，某次燃烧后，经换算得到了0.125 mol CO2和0.15 mol H2O，说明该有机物中含有C、H元素，可能含有O元素，分子中C、H原子的物质的量比为n(C)∶n(H)＝0.125 mol∶(2×0.15) mol＝5∶12，因H原子已达到饱和，所以A的分子式为C5H12Ox(x＝0，1，2，……)。 (2)生成CO2的物质的量为eq \f(2.8 L,22.4 L·mol－1)＝0.125 mol，则生成水的物质的量为0.15 mol，3.4 g有机物中氧元素的质量为3.4 g－0.125 mol×12 g·mol－1－0.15 mol×2×1 g·mol－1＝1.6 g，则氧原子的物质的量为0.1 mol，分子中n(C)∶n(H)∶n(O)＝5∶12∶4，故分子式为C5H12O4。 $$