第3章 第2节 有机化合物结构的测定-【精讲精练】2024-2025学年高中化学选择性必修3同步学习方案（鲁科版2019）

第3章有机合成及其应用 合成高分子化合物 H,O① 0.2 CH2=CH2 A B (4)用流程图表示出 CH制备 催化剂，加热、加压 Cu△ 经若干步骤 -CH CHO CHO的方案，例如： ③ Br: OH →E ④ 肉桂醛 H 催化剂，△ 光照 Br 请回答： (1)E中含氧官能团的名称是 (2)反应①~④中属于加成反应的是 (填序号)。 (3)反应②的化学方程式是 温馨 提亦 请完成[知能达标训练】作业（十六） 第2节 有机化合物结构的测定 [素养目标了1.了解测定有机化合物结构的基本流程。2.知道确定有机化合物分子式的常见 方法。3.能根据官能团的特殊性质确定官能团的存在。4.知道红外光谱、核磁共振氢谱等现代仪 器分析方法在有机化合物分子结构测定中的应用。 核心突破 知识整合·新知探究 素养初成 知识点一有机化合物分子式的确定 2.有机化合物分子式的确定 知识梳理 自主预习 (1)元素组成的测定方法 ①碳、氢元素质量分数的测定—燃烧分 1.测定有机化合物结构的流程 析法 有机化合物 定性 -CO 。一增重计算C的质量分数 定量 相对质量 分析 分子测定 化学分析 样氧气流中 元素组成 相对分子质量 需 品充分燃烧 H,0一增重计算H的质 量分数 分子式 官能团及碳骨架状况 ②氮元素质量分数的测定 样 C02气流 分子结构 CuO、△ 计算N的质量分数 97 。化学·选择性必修3有机化学基础（配LK版） ③卤素质量分数的测定 2.实验式法：先利用有机物中各元素的质量 品 AgX 计算X的质量 分数求出有机物的最简式，再结合有机物 的相对分子质量求得分子式。例如： 分数 (2)氧元素质量分数的计算 N(C):N(H):N(O)=C:H%: 12·1 氧元素的 100%一其他元素 0% 质量分数 质量分数之和 16 =a:b:c(最简整数比)，则最简式为 (3)有机化合物相对分子质量的测定 CH,O,分子式为(CH,O。)n ①通过实验测定有关数据计算相对分子 M 12a+b+16c9 质量。 ②用 另外： 测定有机物的相对分子质量。 (1)某些特殊组成的实验式，在不知化合物 关键能力 合作探究 相对分子质量时，也可根据组成特点确定 ○思考探究 其分子式。实验式为(CH,O)。的有机化 1.9.0g某有机化合物与足量氧气在密闭容 : 合物，当n=2时，氢原子数达到饱和，则其 器中完全燃烧后，将反应生成的气体依次 分子式为C2HO2。 通过浓硫酸和碱石灰，浓硫酸质量增加 (2)部分有机化合物的实验式中，氢原子数 9.0g,碱石灰质量增加17.6g,该有机化 已达到饱和，则该有机化合物的实验式即 合物的化学式是 为其分子式，如实验式为CH,、CHCl、 2.实验式和分子式有何异同？ C2H,O、C,HoO等有机化合物，其实验式 即为分子式。 3.通式法 类别 通式 相对分子质量 ○归纳提升 烷烃 C.H2+2 M.=14n+2(n≥1) 有机化合物分子式的确定方法 M,=14n(烯烃，n≥2)， 1.直接法 烯烃、环烷烃 C H2m M.=14n(环烷烃，n≥3)》 (1)由题意求算出1mol有机化合物中各 元素原子的物质的量，从而确定分子中各 M,=14n-2(炔烃， 炔烃、二烯烃 C,H2-: 原子的个数，即可推出分子式。 n≥2：二烯烃，n≥4) (2)利用相对分子质量及各元素质量分数 苯及其同系物 C.H2- M,=14n-6(n≥6) 直接求算出1分子有机物中各元素的原子 饱和一元醇 C.H2+2O M,=14n+2+16 个数，从而确定分子式。例如：N(C)= N (N(O) 饱和一元醛 C,H2O M,=14n+16 1 饱和一元 O%·M C H2 O2 M,=14n+32 酸及酯 16 98 第3章有机合成及其应用合成高分子化合物。 4.商余法：用烃(CH,)的相对分子质量除以 应用体验 基础自测 14,看商数和余数。 1.燃烧3g某有机化合物生成0.1molC02 (1) =(m一1)…2，该烃分子式 14 和1.8gH2O,该有机化合物的蒸气对H2 为CnH2m+2。 的相对密度为30，则该有机化合物的分子 式为 ( =…0,该烃分子式为CH2m。 A.C2 H B.CHgOz =（m一1)…12，该烃分子式 (3)14 C.C2HO D.C2 HO2 2.有机化合物A的相对分子质量大于110， 为CnH2m-2o 小于150。经分析得知，其中C和H的质 =n…8,该烃分子式为C,H-t (4)14 量分数之和为52.24%，其余为0。请 (M:相对分子质量n:分子式中碳原子 回答： 的数目) (1)该化合物分子中含有 个氧 5.化学方程式法：利用有机反应中反应物、生 原子。 成物之间“量”的关系求分子式。 (2)该化合物的摩尔质量是 如利用燃烧反应的化学方程式，由题给条 (3)该化合物的分子式为 件并依据下列燃烧通式所得CO2和H,O 3.有机物A由碳、氢、氧三种元素组成。现 取3gA与4.48L(标准状况)氧气在密闭 的量求解x、y、z。 容器中充分燃烧，生成二氧化碳、一氧化碳 C,H,+(x+)0,点蒸C0,+多H,0、 和水蒸气（假设反应物没有剩余）。将反应 C,H,0.+(+-)o,意xC0,+ 生成的气体依次通过浓硫酸和碱石灰充分 吸收，浓硫酸增重3.6g,碱石灰增重 H,0。 4.4g,剩余气体体积为1.12L(标准状 6.平均值法：当几种烃混合时，往往能求出其 况)。 平均分子式。把混合物当成一种烃分子计 回答下列问题： 算时，可以得出平均摩尔质量，进而求出平 (1)3gA燃烧后生成物的物质的量分别为 均分子式。若平均摩尔质量为M,两种成 n(H,O)= ,n(C02)= 分的摩尔质量分别为M1、M2,且M1< n(C0)= M2,则一定有M1<M<M2。平均分子式 (2)通过计算确定A的分子式： 中C、H个数介于两种成分之间，故可确定 (3)写出A的所有可能的结构简式： 烃的范围。 99 。化学·选择性必修3有机化学基础（配LK版） 知识点二 有机化合物结构式的确定 续表 知识梳理 自主预习 可能的官 1.确定有机物结构式的流程 试剂 判断依据 能团种类 有机化合物分子式 (水浴) 计算 化学性质实验或 仪器分析 醛基 推测 判断 种类 (加热) 类型 及其所处位置 羧基 定有机化合 物 (NH)2Fe(SO1)2溶 2.有机化合物分子不饱和度的计算 溶液由淡绿色 液、硫酸及KOH的甲 硝基 (1)计算公式：不饱和度= 变为 醇溶液 若有机化合物分子中含卤素原子，视为 稀碱水溶液 有氨气放出 氰基 :若有氧原子不予考虑；若有氮原 子，则在氢原子总数中减去 (2)物理测试方法 (2)几种基团的不饱和度 通过紫外光谱(UV)、红外光谱(IR)及核 不饱 磁共振(NMR)等，能快速准确地确定有机 化学键 不饱和度 化学键 和度 化合物的分子结构。 一个碳碳双键 一个碳碳三键 关健能力 一个羰基 一个苯环 合作探究 一个脂环 一个氰基 。思考探究 3.确定有机化合物的官能团 1.红外光谱和核磁共振氢谱的作用是什么？ (1)常见官能团的实验推断方法 可能的官 试剂 判断依据 能团种类 2.某有机化合物中含有碳元素的质量分数为 溴的四氯化碳溶液 碳碳双 键或碳 54.5%、含氢元素的质量分数为9.1%，其 酸性KMnO,溶液 碳三键 余为氧元素。用质谱法分析得知该有机化 NaOH溶液（加热）， 卤素 有沉淀产生 合物的相对分子质量为88。 稀硝酸、AgNO3溶液 原子 (1)写出该有机化合物的分子式。 钠 醇羟基 (2)若该有机化合物在水溶液中呈酸性，且 FcCl3溶液 酚羟基 结构中不含支链，求其核磁共振氢谱峰面 溴水 积之比。 100 第3章有机合成及其应用合成高分子化合物。 (3)若实验测得该物质不能发生银镜反应， 实验测得的往往不是完整的有机物，这就 该有机化合物分子的红外光谱图（省略了 需要我们根据有机物的结构规律，如价键 相关数据)如下： 规律、性质和量的规律等来对其进行“组 装”和“拼凑”。 (5)可用红外光谱、核磁共振氢谱确定有机物 中的官能团和各类氢原子数目，确定结构式。 不对称的—CH 应用体验 基础自测 试推断该有机化合物的结构简式。 1.确定有机化合物的不饱和度是判断有机化 合物结构的重要内容之一，下列物质中不 饱和度为3的是 CH, CH-CH, B.CH2 -CH-C=C-COOH C.CH2-CH-CH,-CI ○归纳提升 D. 确定有机化合物结构式的常用方法 2.已知某有机化合物A的红外光谱和核磁 (1)根据价键规律确定 共振氢谱图如下图所示，下列说法不正确 某些有机物根据价键规律只存在一种结 的是 构，则可直接根据分子式确定其结构式。 100 例如C2H只能为CH3CH3。 6 (2)通过定性实验确定 0 20 ALC-0 实验→有机物表现的性质及相关结论→官 40003000200015001000950 700 波数cmJ 能团→确定结构式。如能使溴的四氯化碳 未知物A的红外光谓 溶液褪色的有机物分子中可能含有 c-c ,不能使澳的四氯化碳溶液褪 色却能使酸性高锰酸钾溶液褪色的可能是 化学位移ppm 苯的同系物等。 未知物A的核磁共振氢谱 (3)通过定量实验确定 A.由红外光谱可知，该有机化合物中至少 ①通过定量实验确定有机物的官能团，如 有三种不同的化学键 乙醇结构式的确定；②通过定量实验确定 B.由核磁共振氢谱图可知，该有机化合物 官能团的数目，如1mol某醇与足量钠反 分子中有三种不同的氢原子 应可得到1mol气体，则可说明该醇分子 C.仅由其核磁共振氢谱图无法得到其分 中含2个OH。 子中的氢原子总数 (4)根据实验测定的有机物的结构片段“组 D.若A的化学式为C2HO,则其结构简 装”有机物 式为CH,一O—CH 101 。化学·选择性必修3有机化学基础（配LK版） 3.胡椒酚A是植物挥发油中的一种成分。 A的结构简式为 某研究性学习小组对其分子组成结构的研 究中发现：A的相对分子质量不超过150： (3)A的一种同分异构体中，苯环上含有两 A中C、O的质量分数分别为w(C)= 个取代基，取代基位置与A相同，且能发 80.60%,w(0)=11.94%,完全燃烧后产 生银镜反应。 物只有CO2和H2O。根据以上信息，填写 ①符合条件的A的同分异构体的结构简 下列内容： 式为 (1)A的摩尔质量为 ②写出上述A的一种同分异构体发生银 (2)光谱分析发现A中不含甲基（一CH), 镜反应的化学方程式 苯环上的一氯取代物只有2种；1molA 与足量溴水反应，最多消耗3 mol Br2,则 自主检测 随堂演练·巩固落实 素养提升 1.(2024·浙江1月卷)关于有机物检测，下 A.该有机化合物分子中C、H、O原子个数 列说法正确的是 ( 比为1：2：3 A.用浓溴水可鉴别溴乙烷、乙醛和苯酚 B.分子中C、H原子个数比为12 B.用红外光谱可确定有机物的元素组成 C.有机化合物中必定含有氧 C.质谱法测得某有机物的相对分子质量 D.有机化合物中一定不含氧 为72，可推断其分子式为CH2 ! 4.某化合物由碳、氢、氧三种元素组成，其红 D.麦芽糖与稀硫酸共热后加NaOH溶液 外光谱图中有C一H键、O一H键、C一O 键的振动吸收，该有机物的相对分子质量 调至碱性，再加人新制氢氧化铜并加 是74，则该有机物的结构简式是() 热，可判断麦芽糖是否水解 A.CH,CH OCH 2.在核磁共振氢谱中出现三组峰，其氢原子 B.CH,CH(OH)CH 数之比为3：1：1的化合物是 C.CHCH,CH,CH,OH H,C D.CHCH,CHO A C-CH2 5.某含氧有机化合物可以作为无铅汽油的抗 H,C 爆震剂，其相对分子质量为88.0，含C的 B OCH, 质量分数为0.682，含H的质量分数为 OCH 0.136,其余为0。 C. H,C- CH, (1)试确定该化合物的分子式： (2)经红外光谱和核磁共振氢谱显示，该分 D.H,C CH 子中有4个甲基。请写出其结构简式： 3.某有机化合物在氧气中充分燃烧，生成的 水蒸气和CO2的物质的量之比为1：1，由 此得出的结论是 请完成[知能达标训练」作业（十七） 102可实现转化,C项可以实现;光照下甲基上H被C1取 0.1molx12g·mol-1=1.2g,氢元素的质量为 代,氧代经在NaOH水溶液中发生水解反应生成 -CHOH ,可实现转化,D项可以实现。 +0.2g-1.4g,所以肯定含氧元素且氧元素的质量为 3.B 由化学键的不饱和度变化得知,第一步为消去反应, 3g-0.2g-1.2g-1.6g,氧原子的物质的量为 第二步为加成反应,第三步为取代(或水解)反应。 168.mol -0.1 mol,所以该有机化合物的一个分子 1.6g 4.C 过程l是异戍二梯和丙插发生加成反应,生成具 有对位取代基的六元环中间体HC--CHO, 一2,含氢原子的个数是 故A、B正确;根据该合成路线,可以合成对二甲茅和间 2 二甲笨,不能合成邻二甲茅,故C错误;该合成路线包含 两步,第一步为加成,第二步为脱水,两步的碳原子利用 0.05 率均为100%,故D正确。 式为C。HO。 5.解析 由框图可知A是乙醇,B是乙;在碱性条件下 2.解析 A中0的质量分数为1-52.24%一47.76%。 两个酸分子间可以发生反应,生成经基醒,故E中的含 若A的相对分子质量为150,则其中0原子的个数为 150×47.76%-4.4775;若A的相对分子质量为110. 氧官能团有经基和醛基;从给出的反应原理来看,两个 16 分子间的反应实质是加成反应,同时乙嫦和水的反应 则其中0原子的个数为10×47.76%-3.2835。由此 也是加成反应;在设计流程时一定要标明反应的条件。 答案(1)经基、基 16 (2)①③ 可知O原子的个数介于3.2835和4.4775之间,即0 原子的个数为4。A的相对分子质量为47.76%~134. 16×4 (3)2CHCHOH+O NaOH溶液, 即A的摩尔质量为134g·mol。其中C、H的相对 分子质量之和为134一16×4一70,利用商余法可得: △ 70. Cu,O )-CHOH- →/-CHO C.HoO。 △ 答案 (1)4 (2)134g·mol-1 (3)CHoO 第2节 有机化合物结构的测定 3.解析 反应物没有剩余,将反应生成的气体(二氧化碳 知识整合·新知探究 知识点一 一氧化碳和水蒸气)依次通过浓疏酸和碱石灰充分吸 收,浓疏酸增重的3.6g为水的质量,碱石灰增重的 [知识梳理] 4.4g为二氧化碳的质量,剩余气体体积为1.12L,则该 吸水剂 ②N。的体积 2.(1)①减液 ③发烟硝酸、固体 气体应为CO,说明有机物没有完全燃烧。 AgNO.(3)②质谱仪 (1)n(HO)一 3.6g [关键能力]-思考探究 188.mol--0.2mol;n(cO)- 1.提示:C.H。O。将反应生成的气体依次通过浓疏酸和 1.12L 碱石灰,浓碗酸增加的质量为水的质量,碱石灰增加的 22.41.·mol-1= 质量为二氧化碳的质量,生成水的物质的量为 0.05 mol. 9.0g (2)3gA中.n(H)-2n(HO)-2×0.2mol-0.4mol. n(C)=n(CO)+n(CO)=0.1mol+0.05 mol= 子的物质的量为0.5mol×2=1.0mol,生成二氧化碳 0.15mol,n(O)=2n(CO.)十n(CO)+n(H.0)- 2n(0 )-2×0.1mol+0.05 mol+0.2mol-2×0.2mol -0.05 mol,n(C):n(H):n(O)-0. 15 mol:0.4mol: 合物中含有C原子的物质的量为0.4mol,1.0molx 0.05mol-3:8;1.所以A的最简式为CH。O,由于 1g·mol-1+0.4molx12g·mol-1-5.8g<9.0g. A中氢原子已达到饱和,所以最简式就是该物质的分子 9.0g该有机化合物中含有氧原子的物质的量为 式,即该物质的分子式为CH。O。 (3)A(CH。O)可能为饱和一元醇,也可能为甲乙献,可 能的结构简式有CHCH。CHOH、CHCH(OH)CH) C、H、0原子的物质的量之比为0.4mol:1.0mol; CHCHOCH。 0.2mol-2:5:1,该有机化合物的最简式为CHO 答案 (1)0.2mol 0.1mol 0.05mol 由于H原子没有饱和,该有机化合物分子式为 (2)C。H。O(计算过程见解析) (3)CHCHCHOH.CHCH(OH)CH. C. HoO。 CHCHOCH 2.提示:实验式(最简式)只是说明了物质中元素原子的个 知识点二 数之比,分子式说明了物质分子的具体组成,二者中各 [知识梳理] 元素的质量百分比一定相同。可能不同的是原子的个 1.不饱和度 图谱 化学键 官能团 结构式 数,有些物质的实验式和分子式相同,如CH。。 2.(1)n(C)+1-“(H) [应用体验] 氢原子 氮原子数 2 1.D 有机化合物完全燃烧生成CO和H。O,说明该有 (2)121412 机物肯定含C、H元素,可能含有O元素,由该有机化合 3.(1)橙红色溶液褪色 紫色溶液褪色 有氢气放出 物的蒸气对H。的相对密度为30,可得该化合物相对分 色 有白色沉淀产生 银氛溶液 有银镜生成 新制 子质量为2×30-60;则3g该有机化合物为0.05mol. Cu(OH)。悬浊液 有砖红色沉淀产生 NaHCO。溶液 含碳原子的物质的量为0.1mol,则碳元素的质量为 有CO气体放出 红棕 26 2) [关键能力]--思考探究 CHO 1.提示:红外光谱可提供有机化合物分子中化学键和官能 团的信息;核磁共振氢谱可提供氢原子的种数及个数比 +2[Ag(NH。)。]oH△ 的信息。 2.提示:(1)1个有机化合物分子中C原子个数N(C)一 CHCH 54.5%×88~4.1个有机化合物分子中H原子个数 COONH. 12 +2Ag +3NH.+H.O CHCH 16 CH。CHO 合物的分子式为CHO。 (2)若该有机化合物在水溶液中呈酸性,根据分子式 +2[Ag(NHg):]OH△. C.H。O。可知,该有机化合物为饱和一元骏酸,且结构中 不含支链,则为CH。CH。CHCOOH,其核磁共振氢谱峰 CH。 面积之比为3:2:2:1。 CH (3)该物质不能发生银镜反应,则不含基,根据红 外光谱可知,该有机化合物含有不对称的一CH。) +2Ag+3NH.+HO) C-O、C-O-C,该有机化合物的结构简式可能是 CH COOCHCH、CHCHCOOCH、CHCOCHOCH。 CH.COONH [应用体验] 随堂演练·巩固落实 CH 1.A 涣乙婉不溶于水且与Br不反应,Br。和乙能发 生氧化还原反应而使浓澳水褪色,笨酸和浓澳水发生取 1.D CH一CH。中含有一个笨环、一个碳碳双 代反应,产生难溶于水的三澳笨酸,故浓澳水可鉴别澳 键,因此不饱和度为5;CH。-CH-C=C-COOH中 乙炕、乙酸和笨酸,A项正确;红外光谱可确定有机物的 含有一个碳碳双键、一个碳碳三键、一个碳氧双键,因此 化学键或官能团信息,元素分析仪可确定有机物的元素 不饱和度为4;CH。-CH一CH。-C1中含有一个碳碳 组成,B项错误;相对分子质量为72的有机物还可能是 双键,因此不饱和度为1;中含有一个碳碳双 C.H。O、C。H.O。等,C项错误;麦芽糖为还原性糖,能 和新制氢氧化铜在加热条件下反应生成砖红色沉淀 键、两个环状结构,因此不饱和度为3。 2.D 由红外光谱可知,该有机化合物中至少有C一H、 CuO.D项错误。 O-H、C-O三种不同的化学键,故A正确;由核磁共 2.B 由结构可知,含两种位置的H原子,故A错误;由结 振氢谱图可知,该有机化合物有三种不同的氢原子,故 构可知,含有三种位置的H原子,笨环上两种,-OCH。 B正确;根据核磁共振氢谱图中信号峰的个数和面积可 上一种,原子个数比为6:2;2-3:1:1,故B正确; 知其氢原子种类和数目比,但无法得知其分子中的氢原 由对称结构可知,含两种H原子,故C错误;由对称结 子总数,故C正确;若A的化学式为C。H。O,根据红外 构可知,含两种H原子,故D错误。 光谱分析其中化学键种类至少有C-H、O-H、C-0. 3.B 因生成的CO。和H。0的物质的量之比为1:1,则 根据核磁共振氢谱得到其氢原子种类有3种,则其结构 n(C):n(H)-1:(1×2)-1:2,不能判断有机物中是 简式应为CHCH。OH,故D错误。 否含有氧元素。 3.解析 由题意知胡椒盼中至少含有一个经基,A的摩尔质 4.C A项中无O一H键,故错误;B的相对分子质量为 16n 量M-194%,由于M<150,可知只能取1,解得M- 60.故错误;D中无O-H键及C-O键,故错误。 5.解析 (1)(实验式法)该化合物中:w(0)一1.000一 0.682-0.136-0.182 12 N(C):N(H):N(O)-0. 682.0.136.0.182~5: 氢原子数为134×(1-80.60%-11.94%)~10,因此A 12 1 16 12:1。 的化学式为C。H。O,A分子的不饱和度为5,含有一 个笨环(不饱和度为4),说明A中还含有一个碳碳双 设该化合物的分子式为(CH.。0).,则(12×5+1×12 十16)×n一88.0,解得n一1,该有机物的分子式为 键,且A中不含甲基,因此双键在末端,A中笨环上的 C:HO. 一氢取代物只有2种,说明酸经基和烧基在对位上,从 而可 确 定 胡 椒 粉 A 的 结 构 简 式 (2)(残基法)由于该有机物分子中有4个甲基,除去这4 为HO/CH2CH-CH2。 个甲基外,还有1个C和1个O。所以,该有机化合物 _ CH 答案(1)134g·mol-1 (2) HO-CH:CH-CH2 的结构简式为CH-C-O-CH。 CHO CHCHO CH CH (③)① 答案 (1)CHO (2)CH-C-O-CH CH3 CHCH CH3