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word（苏教版2019）

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。 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，原子主要通过共价键结合在一起。分子中的原子之间结合方式或连接顺序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(—OH)、醛基(—CHO)、羧基(—COOH)、氨基(—NH2)、烃基 (—R)等，不同基团具有不同的结构和性质特点。 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)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特征吸收频率不同。 ②应用：初步判断有机物中含有的基团。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，分子中有羟基(—OH)，可确定A的结构简式为Ⅰ(CH3CH2OH)。 (3)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(质荷比)处出现对应的特征峰。 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) Cl2Cl·＋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HO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：HO和。于是判断酯水解时断裂的是酯基中的C—O键，在的碳原子上加上羟基，在R—O—的氧原子上加上氢。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，即酸脱羟基醇脱氢。 3．乙烯与溴化氢反应的机理(离子型反应) HBr―→H＋＋Br－ CH2===CH2＋H＋―→CH3H2 CH3H2＋Br－―→CH3CH2Br 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 答案：A 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 答案：C 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＋HOCH3COOH＋CH3CHOH B．氯酸钾和浓盐酸反应：K37ClO3＋6HCl===K37Cl＋3Cl2↑＋3H2O C．乙醇催化氧化：2CH3CH2OH＋18O2　2CH3CH18O＋2H2O D．CH3COOH＋CH3CHOHCH3CO18OCH2CH3＋H2O 答案：D 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． 答案：A 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”)。 答案：(1) 　(2)是 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＝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。 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。 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。 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 答案：A 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。 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：____________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：(1)BrCH2CH2Br　2 (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 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。 3．CH4与Cl2反应的机理是①Cl2·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 答案：B 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．HO 答案：B 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。 本课归纳总结 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 答案：C 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(　　) 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 答案：C 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． 答案：C 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 答案：A 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 答案：B 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 答案：B 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：Cl2Cl·＋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。 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 答案：A 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 答案：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 ℃)：＋CH3OH＋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CHOH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 答案：B 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。 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 答案：C 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。 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 答案：D 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。 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 答案：D 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。 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。 答案：红外光谱法　(1)5　2　(2)3　2 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。 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______________。 答案：(1)90　C3H6O3　(2)羧基 (3)CH3CH(OH)COOH 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＝0.1 mol，燃烧生成二氧化碳的物质的量为＝0.3 mol，生成水的物质的量为＝0.3 mol，则有机物分子中N(C)＝＝3、N(H)＝＝6，则N(O)＝＝3，故有机物A的分子式为C3H6O3。 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________。 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________________。 答案：(1)分子中n(C)∶n(H)＝5∶12，分子式为C5H12Ox(x＝0，1，2，……) (2)C5H12O4　(3)羟基　(4)C(CH2OH)4 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＝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。 (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 学科网（北京）股份有限公司 $$