第3章 第2节 第2课时 有机化合物结构式的确定-【金版教程】2024-2025学年高中化学选择性必修3创新导学案word（鲁科版2019）

第2课时　有机化合物结构式的确定 核心素养 学业要求 科学探究与创新意识 能列举物质组成与结构测定的仪器分析方法，并能用测得的数据或图表推测物质的结构。 1.了解测定分子结构的几种现代仪器及其作用。 2．会计算有机物分子的不饱和度，并能通过谱图分析有机物分子中官能团结构及其位置。 宏观辨识与微观探析 通过质谱、红外光谱等现代仪器测定、探析有机物的分子组成、结构及其异同。 1．确定有机化合物结构式的程序 2．有机化合物分子不饱和度的计算 (1)不饱和度：反映有机物分子不饱和程度的量化标志，能为测定分子结构提供分子中是否含有不饱和键或环等结构的信息，用Ω表示。 (2)有机化合物分子不饱和度的计算公式Ω＝x＋1－。 ①x为碳原子数，y为氢原子数。 ②分子中的卤素原子可视为氢原子，如C2H5Cl的不饱和度＝2＋1－＝0。 ③分子中若含有氧、硫原子，则不予考虑。若有氮、磷原子，则在氢原子总数中减去氮、磷原子数，如C6H5NO2的不饱和度＝6＋1－＝5。 (3)常见基团的不饱和度 常见基团 不饱和度 常见基团 不饱和度 一个 1 一个 2 一个 1 一个 4 一个—C≡C— 2 一个—C≡N 2 一个脂环 1 一个 1 3.确定有机化合物的官能团 (1)化学实验法 可能的官能团 试剂 判断依据 备注 碳碳双键或碳碳三键 溴的四氯化碳溶液(或溴水) 橙红色溶液褪色(或橙黄色溶液褪色) 必须先排除醛基等的干扰 酸性KMnO4溶液 紫色溶液褪色 卤素原子 NaOH水溶液(加热)、稀硝酸、AgNO3溶液 有沉淀产生 在加入AgNO3溶液前，必须先用稀硝酸酸化 醇羟基 钠 有氢气放出 必须排除羧基、酚羟基的干扰　　 酚羟基 FeCl3溶液 显色 不同的酚所显颜色不完全相同 溴水 有白色沉淀产生 该法可用于酚的定量检测 醛基 银氨溶液 有银镜生成 水浴加热 新制氢氧化铜悬浊液 有砖红色沉淀产生 加热 羧基 NaHCO3溶液 有CO2气体放出 — 硝基(—NO2) (NH4)2Fe(SO4)2溶液、硫酸及KOH的甲醇溶液 1分钟内溶液由浅绿色变为红棕色 — 氰基(—CN) 强碱水溶液 有氨气放出 加热 (2)物理测试法 现代物理测试方法和仪器分析法的应用，使人们能通过红外光谱(IR)和核磁共振(NMR)等方法快速准确地确定有机化合物分子的结构。 1．某芳香族有机物的分子式为C8H6O2，它的分子(除苯环外不含其他环)中不可能有(　　) A．两个羟基 B．一个碳碳三键 C．两个醛基 D．一个羧基 答案　D 2．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．核磁共振氢谱 答案　A 3．据报道，化学家合成了一种分子式为C200H200、含多个的链状烃，该分子含有的个数最多可以有(　　) A．98个 B．102个 C．50个 D．101个 答案　D 4．现有一物质的核磁共振氢谱如图所示： 则可能是下列物质中的(　　) A．CH3CH2CH3 B．CH3CH2CH2OH C．CH3CH2CH2CH3 D．CH3CH2CHO 答案　B 5．化学式为C4H8O3的有机物在浓硫酸存在下加热时有如下性质： ①能分别与CH3CH2OH和CH3COOH发生酯化反应； ②能脱水生成一种使溴水褪色的物质，此物质只存在一种结构简式； ③分子内能脱水生成一种分子式为C4H6O2的五元环状化合物。则C4H8O3的结构简式为(　　) A．HOCH2COOCH2CH3 B．CH3CH(OH)CH2COOH C．HOCH2CH2CH2COOH D．CH3CH2CH(OH)COOH 答案　C 探究　有机化合物分子结构式的确定 某种医用胶的结构测定 (1)测定实验式 燃烧30.6 g医用胶样品，实验测得生成70.4 g CO2、19.8 g H2O、2.24 L N2(已换算成标准状况)，确定其实验式为C8H11NO2。 (2)确定分子式 已知：由质谱分析法测定出该样品的相对分子质量为153.0。设该化合物的分子式为(C8H11NO2)n，求得分子式为C8H11NO2。 (3)推导结构式 ①不饱和度＝N(C)＋1－＝4； ②用化学法测定分子中官能团： a．加入溴的CCl4溶液，橙红色褪去，说明可能含有或—C≡C—。 b．加入(NH4)2Fe(SO4)2溶液、硫酸及KOH的甲醇溶液，无明显变化，说明不含有—NO2。 c．加入NaOH溶液并加热，有氨气放出，说明含有—CN。 ③推测样品分子的碳骨架结构和官能团在碳链上的位置。 a．样品分子红外光谱图提示：该有机化合物分子中含有—C≡N、、(酯羰基)、基团。 b．样品分子核磁共振氢谱图和核磁共振碳谱图提示：该有机化合物分子含有五种不同化学环境的H原子，其个数比为1∶1∶2∶1∶6，进而推出该化合物分子中含有、等基团。 ④确定有机物的结构简式为。 1．某有机化合物由碳、氢、氧三种元素组成，其红外光谱图上有C—H键、O—H键、C—O键的振动吸收，该有机物的相对分子质量是60，则该有机物的结构简式是(　　) A．CH3CH2OCH3 B．CH3CH2CH(OH)CH3 C．CH3CH2CH2OH D．CH3CH2CHO 答案　C 2．有机物A可由葡萄糖发酵得到，也可从酸牛奶中提取，纯净的A为无色黏稠液体，易溶于水。 为研究A的组成与结构，进行了如下实验： 实验步骤 解释或实验结论 (1)称取A 9.0 g，升温使其汽化，测得其密度是相同条件下H2的45倍 试通过计算填空： (1)A的相对分子质量为________ (2)将此9.0 g A在足量纯O2中充分燃烧，并使其产物依次缓缓通过浓硫酸、碱石灰，发现两者分别增重5.4 g和13.2 g (2)A的分子式为__________________ (3)另取A 9.0 g，跟足量的NaHCO3粉末反应，生成2.24 L CO2(标准状况)，若与足量金属钠反应则生成2.24 L H2(标准状况) (3)用结构简式表示A中含有的官能团：______________ (4)A的核磁共振氢谱如图： (4)A中含有________种氢原子，综上所述A的结构简式：____________ 答案　(1)90　(2)C3H6O3　 (3)—COOH、—OH　 (4)4　 解析　(2)浓硫酸增重5.4 g，则生成水的质量是5.4 g，物质的量为＝0.3 mol，所含氢原子的物质的量是0.6 mol，碱石灰增重13.2 g，即生成二氧化碳的质量是13.2 g，物质的量是＝0.3 mol，所以碳原子的物质的量是0.3 mol，根据相对分子质量是90，则9.0 g A的物质的量为0.1 mol，所以有机物中碳原子个数是3，氢原子个数是6，氧原子个数是＝3，即分子式为C3H6O3。 (3)只有羧基可以和碳酸氢钠发生化学反应生成二氧化碳，0.1 mol A反应生成0.1 mol CO2，则含有一个羧基；羧基和羟基可以和金属钠发生反应生成氢气，0.1 mol A与足量金属钠反应生成0.1 mol H2，则还含有1个羟基。 有机物分子结构的确定方法 (1)根据价键规律确定 某些有机物只存在一种结构，可直接由分子式确定结构。 (2)通过定性实验确定 根据分子式写出其可能的同分异构体→根据定性实验确定其可能存在的官能团→确定结构式。 (3)通过定量实验确定 通过定量实验，确定有机物中官能团的种类和数目。 (4)物理方法 ①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。 ②核磁共振氢谱中峰的组数＝分子中不同化学环境的氢原子种类，峰面积之比＝不同化学环境的氢原子数目之比。 ③红外光谱图中可以获得有机物分子中含有的化学键或官能团。 本课小结 课时作业 一、选择题(每小题只有1个选项符合题意) 1．下列说法不正确的是(　　) A．有机分子中插入O原子对不饱和度没有影响 B．有机分子中去掉H原子对不饱和度没有影响 C．用CH原子团代替有机分子中的N原子对有机分子的不饱和度没有影响 D．烷烃和饱和一元醇的不饱和度都为0 答案　B 2．鉴别二甲醚和乙醇可采用化学方法或物理方法，下列方法不能对两者进行鉴别的是(　　) A．利用金属钠或金属钾法 B．利用红外光谱法 C．利用质谱法 D．利用核磁共振氢谱法 答案　C 3．一种称为“摇头丸”的毒品已从国外流入我国某些城市，服用这种毒品后会使人出现食欲减退、血压升高、飘飘然的幻觉等症状，对人体有很大伤害，必须予以缉查和打击。已知这种毒品中氮元素的质量分数为10.37%，它的结构简式可能是(　　) 答案　B 解析　由四个选项可看出该化合物分子中只有一个氮原子，依题意可得其相对分子质量为Mr＝≈135，选B。 4．有机物甲能发生银镜反应，甲催化加氢还原为乙，1 mol乙与足量金属钠反应放出22.4 L H2(标准状况)，据此推断乙一定不是(　　) A．CH2OH—CH2OH B．CH2OH—CHOH—CH3 C．HOOC—COOH D．HOOCCH2CH2OH 答案　C 解析　1 mol乙能跟Na反应放出1 mol H2，证明乙中含有两个与Na反应的官能团，甲能发生银镜反应，证明有醛基，则加氢反应后，产物中应有—CH2OH结构，则乙不可能是C项物质。 5．某有机物的分子式为C10H14Cl2O2，分子结构中不含有环和碳碳三键，只含有1个，则该分子中含有碳碳双键的数目为(　　) A．1 B．2 C．3 D．4 答案　B 6．下表为某有机物与各种试剂反应的现象，则这种有机物可能是(　　) 试剂 钠 酸性高锰酸钾溶液 NaHCO3溶液 现象 放出气体 褪色 无明显现象 A．CH2==CH—COOH B．CH2==CH—CH3 C．HCOOCH2CH3 D．CH3CH2CH2OH 答案　D 7．某有机化合物中碳原子和氢原子的原子个数比为3∶4，不能与溴水反应却能使酸性KMnO4溶液褪色。其蒸气密度是相同状况下甲烷密度的7.5倍。在铁存在时与Br2反应能生成两种一溴代物。该有机化合物可能是(　　) A．CH≡C—CH3 答案　B 8．①物质A与(NH4)2Fe(SO4)2溶液、硫酸以及KOH的甲醇溶液混合，在1 min内溶液由浅绿色变为红棕色；②物质A能与FeCl3溶液反应显色；③物质A与NaOH溶液混合、加热后，加入稀硝酸酸化，再加入AgNO3溶液，能产生淡黄色沉淀，则A可能的结构是(　　) 答案　D 解析　物质A与(NH4)2Fe(SO4)2溶液、硫酸以及KOH的甲醇溶液混合，在1 min内溶液由浅绿色变为红棕色，说明A中含有硝基；物质A能与FeCl3溶液反应显色，说明A中含有酚羟基；物质A与NaOH溶液混合、加热后，加入稀硝酸酸化，再加入AgNO3溶液，能产生淡黄色沉淀，说明A中含有溴原子。综上所述，D正确。 9．质谱图表明某有机物的相对分子质量为70，红外光谱表征到C==C键和C==O键的存在，核磁共振氢谱表明峰面积之比为1∶1∶1∶3，下列说法不正确的是(　　) A．分子中共有4种化学环境不同的氢原子 B．该物质的分子式为C4H8O C．该有机物的结构简式为CH3CH==CHCHO D．在一定条件下，1 mol该有机物可与2 mol的氢气加成 答案　B 解析　核磁共振氢谱有4组峰，说明分子中共有4种化学环境不同的氢原子，A正确；相对分子质量为70，红外光谱表征到C==C键和C==O键的存在，可得该物质的分子式为C4H6O，B错误；分子式为C4H6O，且核磁共振氢谱的峰面积之比为1∶1∶1∶3的有机物只有CH3CH==CHCHO，C正确；在一定条件下，1 mol CH3CH==CHCHO最多与2 mol的氢气加成，D正确。 10．将2.4 g某有机物M置于密闭容器中燃烧，定性实验表明产物是CO2、CO和水蒸气。将燃烧产物依次通过浓硫酸、碱石灰和灼热的氧化铜(试剂均足量，且充分反应)，测得浓硫酸增重1.44 g，碱石灰增重1.76 g，氧化铜减轻0.64 g。下列说法错误的是(　　) A．M的实验式为CH2O B．若要得到M的分子式，还需要测得M的相对分子质量或物质的量 C．若M的相对分子质量为60，则M一定为乙酸 D．通过红外光谱仪可分析M中的官能团 答案　C 解析　浓硫酸增重的1.44 g为水的质量，2.4 g该有机物燃烧生成水的物质的量为＝0.08 mol，碱石灰增重的1.76 g为CO2的质量，其物质的量为＝0.04 mol，设有机物燃烧生成的CO的物质的量为x mol，则： CuO＋COCu＋CO2　固体减少的质量 28 g 16 g 28x g 0.64 g 则＝，解得x＝0.04，2.4 g有机物M中含有C的物质的量为0.04 mol＋0.04 mol＝0.08 mol，含有H的物质的量为0.08 mol×2＝0.16 mol，含有C、H元素的总质量为12 g·mol－1×0.08 mol＋1 g·mol－1×0.16 mol＝1.12 g<2.4 g，说明M中含有O元素，含有O的物质的量为＝0.08 mol。M分子中C、H、O的物质的量之比为0.08 mol∶0.16 mol∶0.08 mol＝1∶2∶1，则M的实验式为CH2O，A正确；已经计算出M的实验式，再测得M的相对分子质量或物质的量即可计算出M的分子式，B正确；若M的相对分子质量为60，设M的分子式为(CH2O)x，30x＝60，解得x＝2，M的分子式为C2H4O2，M可能为乙酸或甲酸甲酯，C错误；用红外光谱仪可以确定有机物分子中含有的官能团，D正确。 二、非选择题 11．有机物A、B、C有如图所示转化关系：。A的分子式为C3H4O2，A可与Br2的四氯化碳溶液发生加成反应；1 mol A能与含1 mol NaHCO3的溶液恰好完全反应。B所含元素种类与A相同，相对分子质量为46，其中碳的质量分数为52.2%，氢的质量分数为13%。试回答下列问题： (1)A中所含官能团的名称是__________________。 (2)B的分子式为____________，B的同系物D的相对分子质量为60，则D可能的结构简式为______________________________。 (3)A与B反应生成C的化学方程式为________________________________ ______________________________________，该反应属于____________反应。 答案　(1)碳碳双键、羧基 (2)C2H6O　CH3CH2CH2OH、 (3)CH2==CH—COOH＋CH3CH2OHCH2==CH—COOCH2CH3＋H2O　酯化(或取代) 解析　由A的分子式可知其不饱和度为2，又A能与溴的四氯化碳溶液发生加成反应，故A中含有碳碳不饱和键，1 mol A能与含1 mol NaHCO3的溶液恰好完全反应，则A中含有—COOH，故A的结构简式为CH2==CH—COOH。由B的相对分子质量和其中碳、氢的质量分数可得B为CH3CH2OH。A与B发生酯化反应生成C，故C为CH2==CH—COOCH2CH3，D为CH3CH2CH2OH或。 12．一般来说，对一种未知有机物结构的测定主要包括以下几个方面：①确定相对分子质量；②测定元素组成(种类和比例)；③研究该有机物的各种性质；④确定结构。 (1)相对分子质量的确定一般利用质谱法，蒸气密度法等。某有机物A的质谱图显示其相对分子质量是72。组成元素的测定常采用元素分析仪，也可采用燃烧法。称取3.6 g A，在足量氧气中充分燃烧，生成物通过浓硫酸后，浓硫酸的质量增加5.4 g，剩余气体通过碱石灰，碱石灰的质量增加11 g，则A的分子式为________。 (2)核磁共振谱常用氢谱或碳谱，它主要测定分子中具有不同特点的H或C的种类与比例。如对于有机物，其碳谱有四组峰，峰面积比为2∶1∶1∶1；氢谱有四组峰，峰面积比为1∶2∶3∶6。有机物A的碳谱有两组峰，峰面积比为4∶1，氢谱有一组峰。试写出有机物A的结构简式：__________________。 (3)A的一氯代物有______种，二氯代物有______种。 答案　(1)C5H12　(2) (3)1　2 解析　(1)n(H)＝2n(H2O)＝2×5.4 g÷18 g·mol－1＝0.6 mol，m(H)＝0.6 mol×1 g·mol－1 ＝0.6 g，n(C)＝n(CO2)＝11 g÷44 g·mol－1＝0.25 mol，m(C)＝0.25 mol×12 g·mol－1＝3 g，n(C)∶n(H)＝0.25 mol∶0.6 mol＝5∶12，由于m(C)＋m(H)＝3.6 g，即该有机物不含C、H之外的其他元素，故A的最简式为C5H12，又由于A的相对分子质量为72，故其分子式为C5H12。 (2)A的核磁共振碳谱中有两组峰，峰面积比为4∶1，说明A中只有两种碳，个数比为4∶1。核磁共振氢谱中只有一组峰，说明所有的氢原子所处的化学环境相同，故A的结构简式为。 13．某有机化合物A经李比希法测得其中碳的质量分数为72%、氢的质量分数为6.67%，其余为氧。 方法一：用质谱法分析得知A的相对分子质量为150。 方法二：用核磁共振仪测出A的核磁共振氢谱有5组峰，其面积之比为1∶2∶2∶2∶3，如图1。 方法三：利用红外光谱仪测得A的红外光谱，如图2。 试回答下列问题： (1)A的分子式为________。 (2)A的分子中只含一个甲基的依据是________(填字母)。 a．A的相对分子质量 b．A的分子式 c．A的核磁共振氢谱图 (3)A中含有酯基，则A的结构简式可能为________________________(填一种即可)。 答案　(1)C9H10O2　(2)bc　 (3) (其他合理答案亦可) 解析　(1)有机物A分子中C原子个数N(C)＝＝9，H原子个数N(H)＝≈10，O原子个数N(O)＝≈2，所以有机物A的分子式为C9H10O2。 14．已知化合物A中各元素的质量分数分别为C：37.5%，H：4.2%和O：58.3%。请填空： (1)0.01 mol A在空气中充分燃烧需消耗氧气1.01 L(标准状况)，则A的分子式是________。 (2)实验表明：A不能发生银镜反应。1 mol A与足量的碳酸氢钠溶液反应可放出3 mol二氧化碳。在浓硫酸催化作用下，A与乙酸可发生酯化反应。核磁共振氢谱表明A分子中有4个氢原子处于完全相同的化学环境。则A的结构简式是______________。 (3)在浓硫酸催化和适宜的反应条件下，A与足量的乙醇反应生成B(C12H20O7)，B只有两种官能团，其数目之比为3∶1。由A生成B的反应类型是________，该反应的化学方程式是_____________________________________ ____________________________________________________________________。 (4)A失去1分子水后形成化合物C，写出C的两种可能的结构简式及其官能团的名称 ①________________________________； ②________________________________。 答案　(1)C6H8O7 (2) (3)酯化反应(或取代反应) (4) ，碳碳双键、羧基，酯基、羧基(其他合理答案均可) 解析　根据A中C、H、O三种元素的质量分数可以确定其实验式为C6H8O7，再结合0.01 mol A充分燃烧消耗O2的体积为1.01 L(标准状况)可知，1 mol A约消耗4.5 mol O2，可确定A的分子式为C6H8O7。 (2)根据题中描述可知1 mol A与足量的碳酸氢钠溶液反应可放出3 mol二氧化碳，则1 mol A中含有3 mol羧基。在浓硫酸催化作用下，A与乙酸可发生酯化反应，说明A中含有醇羟基。核磁共振氢谱表明A分子中有4个氢原子处于完全相同的化学环境，可确定A的结构简式为。 (4)A失去1分子水后形成化合物C，由于A中含有3个羧基和1个羟基，羟基所连碳原子的邻位碳原子上有氢原子，在浓硫酸、加热条件下A可以发生消去反应形成碳碳双键，A还能发生酯化反应。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$