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创新导学案课件PPT（鲁科版2019）

0 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 第2节　有机化合物结构 的测定 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。 学生自主学习 01 课堂互动探究 02 目录 CONTENTS 课时作业 03 学生自主学习 化学键 官能团 1．确定有机化合物结构式的程序 学生自主学习 5 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＝__________。 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＝_____________。 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＝_________________。 学生自主学习 6 1 2 1 4 2 2 1 1 (3)常见基团的不饱和度 学生自主学习 7 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) _________________ _________________ 必须先排除醛基等的干扰 酸性KMnO4溶液 ________________ 卤素原子 NaOH水溶液(加热)、稀硝酸、AgNO3溶液 ____________ 在加入AgNO3溶液前，必须先用稀硝酸酸化 橙红色溶液褪色(或橙黄色溶液褪色) 紫色溶液褪色 3.确定有机化合物的官能团 (1)化学实验法 有沉淀产生 学生自主学习 8 醇羟基 钠 _____________ 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__________产生 该法可用于酚的定量检测 醛基 银氨溶液 有_______生成 水浴加热 新制氢氧化铜 悬浊液 有____________产生 加热 有氢气放出 白色沉淀 银镜 砖红色沉淀 学生自主学习 9 羧基 NaHCO3溶液 有_______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________放出 加热 CO2 氨气 (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________________和_________________等方法快速准确地确定有机化合物分子的结构。 红外光谱(IR) 核磁共振(NMR) 学生自主学习 10 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 学生自主学习 11 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 学生自主学习 12 学生自主学习 13 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 学生自主学习 14 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 学生自主学习 15 课堂互动探究 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。 课堂互动探究 17 课堂互动探究 18 课堂互动探究 19 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 课堂互动探究 20 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______________ 90 C3H6O3 课堂互动探究 21 (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： ________________ —COOH、—OH 4 课堂互动探究 22 课堂互动探究 23 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。 课堂互动探究 24 (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。 课堂互动探究 25 本课小结 课堂互动探究 26 课时作业 一、选择题(每小题只有一个选项符合题意) 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 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 28 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 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 29 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(　　) 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 30 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 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。 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 31 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 32 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(　　) A．CH2==CH—COOH B．CH2==CH—CH3 C．HCOOCH2CH3 D．CH3CH2CH2OH 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 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 33 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 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 34 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(　　) 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 35 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。 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 36 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 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 37 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。 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 38 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 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 39 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 40 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 41 碳碳双键、羧基 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 42 (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。 C2H6O CH3CH2CH2OH、 酯化(或取代) 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 43 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 44 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________。 C5H12 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 45 1 2 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 46 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 47 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。 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 48 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)。 C9H10O2 bc (其他合理答案亦可) 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 49 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 50 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 ______________。 C6H8O7 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 51 (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____________________________________ _________________________________。 酯化反应 (或取代反应) 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 52 (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________________________________________________。 ，碳碳双键、羧基 ，酯基、羧基(其他合理答案均可) 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 53 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。 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 54 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。 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 55 　　　　　　　　　　　　　 R x＋1－eq \f(y,2) 2＋1－eq \f(5＋1,2)＝0 6＋1－eq \f(5－1,2)＝5 常见基团 不饱和度 常见基团 不饱和度 一个 _______ 一个 _______ 一个 _______ 一个 _______ 一个—C≡C— _______ 一个—C≡N _______ 一个脂环 _______ 一个 _______ 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 (3)推导结构式 ①不饱和度＝N(C)＋1－eq \f(N(H)－N(N),2)＝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。 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。 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＝eq \f(14,10.37%)≈135，选B。 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 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eq \f(1.44 g,18 g·mol－1)＝0.08 mol，碱石灰增重的1.76 g为CO2的质量，其物质的量为eq \f(1.76 g,44 g·mol－1)＝0.04 mol，设有机物燃烧生成的CO的物质的量为x mol，则： CuO＋COeq \o(=====,\s\up18(△))Cu＋CO2　固体减少的质量 28 g 16 g 28x g 0.64 g 则eq \f(28 g,28x g)＝eq \f(16 g,0.64 g)，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eq \f(2.4 g－1.12 g,16 g·mol－1)＝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__________________。 CH2==CH—COOH＋CH3CH2OHeq \o(,\s\up18(浓硫酸),\s\do18(△)) CH2==CH—COOCH2CH3＋H2O 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。 (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。 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。 解析　(1)有机物A分子中C原子个数N(C)＝eq \f(150×72%,12)＝9，H原子个数N(H)＝eq \f(150×6.67%,1)≈10，O原子个数N(O)＝eq \f(150×（1－72%－6.67%）,16)≈2，所以有机物A的分子式为C9H10O2。 $$