1.2.2 有机物分子式和分子结构的确定 讲义 2024-2025学年高二化学人教版（2019）选择性必修3

Chemistry 不积跬步，无以至千里；不积小流，无以成江海 有机化合物分子式和分子结构的确定 ( 钠及其化合物 ) 一、确定实验式和分子式 （一）确定实验式 1．原理：将一定量的有机化合物燃烧，转化为简单的无机化合物(如C→CO2，H→H2O)，并通过测定无机物的质量，推算出该有机化合物所含各元素的质量分数，然后计算出该有机化合物分子内各元素原子的最简整数比，确定其实验式(也称最简式)。 2．元素分析方法 ①李比希法 分析思路：C、H、O的质量分数C、H、O的原子个数比实验式。 ②元素分析仪 元素定量分析使用现代化的元素分析仪，分析的精确度和分析速度都达到了很高的水平。 【课堂小练1】 1．为了测定有机物M的分子式，进行了如下实验。取4.6 g M和4.8 g O2于一密闭容器中燃烧，产物为CO2、CO和水蒸气，测得的有关实验数据如下(实验前装置内的空气已排尽)，则该有机物M的实验式为(　　) A．C4H8O B．C2H4O2 C．C3H8O3 D．CH2O （二）确定分子式 1．确定相对分子质量 ①质谱法 a．原理：质谱仪用高能电子流等轰击样品，使有机分子失去电子，形成带正电荷的分子离子和碎片离子等。这些离子因质量不同、电荷不同，在电场和磁场中的运动行为不同。计算机对其进行分析后，得到它们的相对质量与电荷数的比值，即质荷比。 b．质谱图：以质荷比为横坐标，以各类离子的相对丰度为纵坐标，根据记录结果所建立的坐标图。如图为某有机化合物的质谱图： 从图中可知，该有机物的相对分子质量为46，即质荷比最大的数据就是样品分子的相对分子质量。 ②计算法 相对分子质量数值上等于摩尔质量(以g·mol－1为单位时)的值。 a．标况密度法：已知标准状况下气体的密度ρ，摩尔质量：M＝ρ×22.4 L·mol－1。 b．相对密度法：根据气体A相对于气体B(已知)的相对密度d：MA＝d×MB。 c．混合气体平均摩尔质量：＝。 2．确定分子式 在确定了物质的实验式(最简式)和相对分子质量之后，就可进一步确定其分子式。 计算依据：分子式是实验式的整数倍。 【课堂小练2】 2．咖啡和茶类饮料中都含有兴奋剂咖啡因。经元素分析测定，咖啡因中各元素的质量分数是：碳49.5%，氢5.2%，氮28.9%，氧16.5%。 (1)咖啡因的实验式为___________。 (2)质谱法测得咖啡因的相对分子质量为194，则咖啡因的分子式为___________。 3．某有机物的质谱图如图所示，该有机物的结构简式可能是(　　) A. B. C. D．CH3CH2OCH3 4．某烃蒸气折合成标准状况下的密度为3.215 g·L－1，现取3.6 g该烃完全燃烧，将全部产物依次通入足量的浓硫酸和碱石灰，浓硫酸增重5.4 g，碱石灰增重11 g。 (1)求该烃的分子式，写出计算过程。 (2)已知该烃的一氯代物只有一种，写出其结构简式。 二、确定分子结构 （一）红外光谱 原理 不同的化学键或官能团对红外线的吸收频率不同，在红外光谱图上将处于不同的位置。 作用 获得分子中所含化学键或官能团的信息。 实例 下图为有机物A(分子式为C2H6O)的红外光谱图。 有机物A的结构简式可能为CH3CH2OH或CH3OCH3，由红外光谱图知A中含有C—H、C—O、O—H，故A的结构简式为CH3CH2OH。 （二）核磁共振氢谱 原理 用电磁波照射含氢元素的化合物，处于不同化学环境中的氢原子因产生共振时吸收电磁波的频率不同，相应的信号在谱图上出现的位置不同，具有不同的化学位移，而且吸收峰的面积与氢原子数成正比。 作用 获得有机物分子中有几种处于不同化学环境的氢原子及它们的相对数目等信息，吸收峰数目＝氢原子种类数，吸收峰面积比＝氢原子数目比。 实例 下图为有机物A(分子式为C2H6O)的核磁共振氢谱。 由图可知A的分子中有3种处于不同化学环境的氢原子且个数比为3∶2∶1，可推知该有机物的结构简式应为CH3CH2OH。 （三）X射线衍射 原理 X射线是一种波长很短的电磁波，它和晶体中的原子相互作用可以产生衍射图 作用 可获得分子结构的有关数据，如键长、键角等，用于有机化合物晶体结构的测定。 【归纳总结】 确定有机化合物结构的方法 【课堂小练3】 5．8.8 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 6．为测定某有机物的结构，用核磁共振仪处理后得到如图所示的核磁共振氢谱，则该有机物可能是(　　) A．C2H5OH B． C． D． 【课时对点练习】 1．3g某有机化合物在足量氧气中完全燃烧，生成4.4g CO2和1.8g H2O。下列说法不正确的是(　　) A．该有机化合物中只含有碳元素和氢元素 B．该有机化合物中一定含有氧元素 C．该有机化合物的分子式可能是C2H4O2 D．该有机化合物分子中碳原子数与氢原子数之比一定是1∶2 2．某有机物X对氢气的相对密度为30，分子中含碳40%，含氢6.7%，其余为氧，X可与碳酸氢钠溶液反应。下列关于X的说法不正确的是(　　) A．X的相对分子质量为60 B．X的分子式为C2H4O2 C．X的官能团为羧基 D．X的结构简式为HCOOCH3 3．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. CH3CH2CH2OCH3 D．( CH3)2CHOCH3 4．有机物R的核磁共振氢谱如图所示，则R的结构简式为(　　) A．CH3CH2CH3 B．HOCH2CH2OH C．CH3CH(OH)CH3 D．HOOCCH2CH2COOH 5．某有机物A用质谱仪测定如图①，核磁共振氢谱示意图如图②，则A的结构简式可能为(　　) A．HCOOH B．CH3CHO C．CH3CH2OH D．CH3CH2CH2COOH 6．化学分析的手段通常有定性分析、定量分析、仪器分析等，现代化学中仪器分析是研究物质结构的基本方法和实验手段。下列关于仪器分析的说法不正确的是(　　) A．光谱分析：利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素 B．质谱分析：利用质荷比来测定分子的相对分子质量，CH3CH2OH与CH3OCH3的质谱图完全相同 C．红外光谱分析：获得分子中含有的化学键或官能团的信息，可用于区分CH3CH2OH和CH3OCH3 D．X衍射图谱分析：获得分子结构的有关信息，包括晶胞形状和大小、分子或原子在微观空间有序排列呈现的对称类型、原子在晶胞里的数目和位置等 7．(2023·河南信阳高二期末)下列有关叙述正确的是(　　) A．质谱法通常用来确定有机化合物的分子结构 B．将有机化合物燃烧进行定量分析，可以直接确定该有机化合物的分子式 C．在核磁共振氢谱中能出现三组峰，峰面积之比为3∶1∶4 D．乙醚与1-丁醇不能利用红外光谱法进行鉴别 8．某学习小组研究某烃的含氧衍生物A的组成和结构，研究过程如下：称取9 g A在足量氧气中充分燃烧，并使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，对A进行波谱分析结果如图。下列说法错误的是(　　) A．由质谱图可知A的实验式为C3H6O3 B．结合红外光谱和核磁共振氢谱可知A的结构简式为CH3CH(OH)COOH C．B是A的位置异构体，则B在核磁共振氢谱中峰面积之比为2∶2∶1∶1 D．取1 mol A、C2H6O、C2H4的混合物，三者无论以何种比例混合，完全燃烧消耗氧气的物质的量均为3 mol 9．将3.4g的X完全燃烧生成1.8g的H2O和4.48L(标准状况)的CO2。X的核磁共振氢谱有4个峰且面积之比为3：2：2：1，X分子中只含一个苯环且苯环上只有一个取代基，其质谱图、核磁共振氢谱与红外光谱如图。关于X的下列叙述错误的是 A．X分子中的C、O原子杂化方式相同 B．X分子中所有的原子可能在同一个平面上 C．X的分子式为C8H8O2 D．符合题中X分子结构的有机物的结构简式为 10．通常用燃烧的方法测定有机物的分子式，可在燃烧室内将有机物样品与纯氧在电炉加热下充分燃烧，根据产品的质量确定有机物的组成。如图所示的是用燃烧法确定有机物分子式的常用装置 现准确称取1.8 g样品(只含C、H、O三种元素中的两种或三种)，经燃烧后A管增重1.76 g，B管增重0.36 g。请回答： (1)用该方法可测定含有哪些元素和什么状态的有机物：_________________________________________ (2)A、B管内均盛有固态试剂，B管的作用是________________________________________ (3)根据气流方向将装置进行连接，连接的顺序是_____________________________________ (4)E中应盛装的试剂是___________________________________________________ (5)如果把CuO网去掉，A管增重将__________(填“增大”“减小”或“不变”) (6)该有机物的最简式为_________________________________________ (7)要确定该有机物的分子式，还必须知道的数据是__________(填序号) A．消耗液体E的质量 B．样品的摩尔质量 C．CuO固体减小的质量 D．C装置增加的质量 E．燃烧消耗O2的物质的量 (8)在整个实验开始之前，需先让D装置产生的气体通过整套装置一段时间，其目的是__________________ 11．某同学为测定有机物A的实验式，取1.5 g样品，置于铂舟并放入燃烧管中，不断通入氧气流，用电炉持续加热样品，将生成物依次通过如图所示装置。生成物被完全吸收后，测得装置Ⅰ增重0.9 g，装置Ⅱ增重3.96 g。请回答下列问题： (1)试剂a、试剂b分别为____________(填字母)。 A．CaCl2、碱石灰 B．碱石灰、碱石灰 C．碱石灰、P2O5 D．碱石灰、CaCl2 (2)有机物A中碳元素的质量分数为__________，其组成中____________(填“含有”或“不含有”)氧元素，各元素原子的个数比为____________。 (3)实验测得有机物A的质谱图如下，则A的相对分子质量为__________，A的分子式为__________。 (4)核磁共振仪测出A的核磁共振氢谱和红外光谱图(只显示部分基团)分别如图。 ①峰面积之比为____________。 ②A的结构简式可能为____________(任写一种)。 12．有机物M(只含C、H、O三种元素中的两种或三种)具有令人愉悦的牛奶香气，主要用于配制奶油、乳品、酸奶和草莓型香精等，是我国批准使用的香料产品，其沸点为148 ℃。某化学兴趣小组从粗品中分离提纯有机物M，然后借助李比希法、现代科学仪器测定有机物M的分子组成和结构，具体实验过程如下： 步骤一：将粗品用蒸馏法进行纯化 (1)蒸馏装置如图1所示，仪器a的名称是 ，图中虚线框内应选用图中的________(填“仪器x”或“仪器y”) 步骤二：确定M的实验式和分子式。 (2)利用元素分析仪测得有机物M中碳的质量分数为54.5%，氢的质量分数为9.1% ①M的实验式为________ ②已知M的密度是同温同压下二氧化碳密度的2倍，则M的相对分子质量为 ，分子式为________ 步骤三：确定M的结构简式 (3)用核磁共振仪测出M的核磁共振氢谱如图2所示，图中峰面积之比为1∶3∶1∶3；利用红外光谱仪测得M的红外光谱如图3所示 M中官能团的名称为 ，M的结构简式为________________ 【参考答案】 【课堂小练1】 1．为了测定有机物M的分子式，进行了如下实验。取4.6 g M和4.8 g O2于一密闭容器中燃烧，产物为CO2、CO和水蒸气，测得的有关实验数据如下(实验前装置内的空气已排尽)，则该有机物M的实验式为(　　) A．C4H8O B．C2H4O2 C．C3H8O3 D．CH2O 【答案】C 【解析】燃烧产物通入浓硫酸中，浓硫酸的质量增加3.6 g，即生成水的质量为3.6 g，其物质的量为0.2 mol；通入浓NaOH溶液中，溶液的质量增加4.4 g，即生成CO2的质量为4.4 g，其物质的量为0.1 mol；剩余气体通入浓硫酸中干燥后再与CuO反应，CuO的质量减少0.8 g，根据化学方程式CO＋CuOCO2＋Cu可知，CuO的物质的量减少0.05 mol，CO的物质的量为0.05 mol。4.6 g该有机物中，m(C)＝0.15 mol×12 g·mol－1＝1.8 g，m(H)＝0.4 mol×1 g·mol－1＝0.4 g，则m(O)＝4.6 g－1.8 g－0.4 g＝2.4 g，则n(O)＝＝0.15 mol，因此n(C)∶n(H)∶n(O)＝0.15 mol∶0.4 mol∶0.15 mol＝3∶8∶3，则有机物M的实验式为C3H8O3，因为实验式中的碳原子已经达到饱和，所以该实验式即为M的分子式，C项正确。 【课堂小练2】 2．咖啡和茶类饮料中都含有兴奋剂咖啡因。经元素分析测定，咖啡因中各元素的质量分数是：碳49.5%，氢5.2%，氮28.9%，氧16.5%。 (1)咖啡因的实验式为___________。 (2)质谱法测得咖啡因的相对分子质量为194，则咖啡因的分子式为___________。 【答案】 (1)C4H5N2O (2)C8H10N4O2 3．某有机物的质谱图如图所示，该有机物的结构简式可能是(　　) A. B. C. D．CH3CH2OCH3 【答案】A 【解析】由质谱图可知该有机物的相对分子质量为78。苯的分子式为C6H6，相对分子质量为78，A项符合题意；的分子式为C5H10，相对分子质量为70，B项不符合题意；的分子式为C4H8O，相对分子质量为72，C项不符合题意；CH3CH2OCH3的分子式为C3H8O，相对分子质量为60，D项不符合题意。 4．某烃蒸气折合成标准状况下的密度为3.215 g·L－1，现取3.6 g该烃完全燃烧，将全部产物依次通入足量的浓硫酸和碱石灰，浓硫酸增重5.4 g，碱石灰增重11 g。 (1)求该烃的分子式，写出计算过程。 (2)已知该烃的一氯代物只有一种，写出其结构简式。 答案　(1)该烃的摩尔质量为M＝3.215 g·L－1×22.4 L·mol－1≈72 g·mol－1，则3.6 g该烃的物质的量为0.05 mol。该烃的燃烧产物中：n(C)＝n(CO2)＝＝0.25 mol，n(H)＝2n(H2O)＝×2＝0.6 mol，n(烃)∶n(C)∶n(H)＝0.05 mol∶0.25 mol∶0.6 mol＝1∶5∶12，此时碳原子全部饱和，所以，该烃的分子式为C5H12。　(2) 解析　(2)其一氯代物只有一种，说明其结构高度对称，分子中只有一种化学环境的氢原子，则该有机物是新戊烷：。 【课堂小练3】 5．8.8 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项正确；由有机物C的红外光谱图可知，其可能为、、CH3COCH2OCH3等，C项正确、D项错误。 6．为测定某有机物的结构，用核磁共振仪处理后得到如图所示的核磁共振氢谱，则该有机物可能是(　　) A．C2H5OH B． C． D． 【答案】A 【解析】根据有机物的核磁共振氢谱知该有机物中含有3种氢原子，且峰面积之比为3∶2∶1，根据等效氢的概念判断。乙醇分子中含有3种氢原子，峰面积之比为3∶2∶1，故A正确；2-甲基丙烯中含有2种氢原子，故B错误；对氨基苯酚中含有4种氢原子，故C错误；对二甲苯中含有2种氢原子，故D错误。 【课时对点练习】 1．3g某有机化合物在足量氧气中完全燃烧，生成4.4g CO2和1.8g H2O。下列说法不正确的是(　　) A．该有机化合物中只含有碳元素和氢元素 B．该有机化合物中一定含有氧元素 C．该有机化合物的分子式可能是C2H4O2 D．该有机化合物分子中碳原子数与氢原子数之比一定是1∶2 答案　A【解析】A．根据分析，该有机物中除含有碳、氢两种元素外，还含有氧元素，A错误； B．根据分析，该有机物中C、H两种元素质量和并不等于有机物总质量，说明该有机物中还含有O元素，B正确； C．根据有机物中各元素质量可得，该有机物的实验式为CH2O，则该有机物的分子式可能为C2H4O2，C正确； D．根据有机物中各原子的质量的，有机物中碳原子数与氢原子数比为∶=1∶2，D正确； 故答案选A。 2．某有机物X对氢气的相对密度为30，分子中含碳40%，含氢6.7%，其余为氧，X可与碳酸氢钠溶液反应。下列关于X的说法不正确的是(　　) A．X的相对分子质量为60 B．X的分子式为C2H4O2 C．X的官能团为羧基 D．X的结构简式为HCOOCH3 答案　D。解析：某有机物X对氢气的相对密度为30，所以该有机物的相对分子质量为60，分子中含碳40%，含氢6.7%，其余为氧，C原子的个数为＝2，H原子的个数为＝4，O原子的个数为≈2，所以X的分子式中C2H4O2，X可与碳酸氢钠溶液反应，可知X含有羧基，结构简式是CH3COOH。故A、B、C正确，D错。 3．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. CH3CH2CH2OCH3 D．( CH3)2CHOCH3 【答案】A 【解析】红外光谱图中显示存在对称的甲基、对称的亚甲基和醚键，可得分子的结构简式为CH3CH2OCH2CH3。 4．有机物R的核磁共振氢谱如图所示，则R的结构简式为(　　) A．CH3CH2CH3 B．HOCH2CH2OH C．CH3CH(OH)CH3 D．HOOCCH2CH2COOH 答案　C 解析　根据有机物R的核磁共振氢谱图可知：该物质分子中含有3种不同化学环境的H原子，个数比是1∶1∶6。A、B、D项分子中均含有2种不同化学环境的H原子；C项分子中含有3种不同化学环境的H原子，个数比是1∶1∶6。 5．某有机物A用质谱仪测定如图①，核磁共振氢谱示意图如图②，则A的结构简式可能为(　　) A．HCOOH B．CH3CHO C．CH3CH2OH D．CH3CH2CH2COOH 【答案】C 【解析】根据图①可知，该有机物的最大质荷比为46，则A的相对分子质量为46，故B、D错误；根据图②可知，A分子的核磁共振氢谱有3组吸收峰，则其分子中有3种H原子，HCOOH分子中含有2种H原子，CH3CH2OH分子中含有3种H原子，故C正确。 6．化学分析的手段通常有定性分析、定量分析、仪器分析等，现代化学中仪器分析是研究物质结构的基本方法和实验手段。下列关于仪器分析的说法不正确的是(　　) A．光谱分析：利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素 B．质谱分析：利用质荷比来测定分子的相对分子质量，CH3CH2OH与CH3OCH3的质谱图完全相同 C．红外光谱分析：获得分子中含有的化学键或官能团的信息，可用于区分CH3CH2OH和CH3OCH3 D．X衍射图谱分析：获得分子结构的有关信息，包括晶胞形状和大小、分子或原子在微观空间有序排列呈现的对称类型、原子在晶胞里的数目和位置等 答案　B 解析　不同元素原子的吸收光谱或发射光谱不同，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，故A正确；CH3CH2OH与CH3OCH3的结构不同，最大质荷比相同，则质谱图不完全相同，故B错误；红外光谱仪可以测得未知物中的化学键或官能团，CH3CH2OH和CH3OCH3所含官能团为羟基和醚键，可用红外光谱分析区别，故C正确；X射线衍射法是区分晶体和非晶体的最科学的方法，能获得晶胞形状和大小、分子或原子在微观空间有序排列呈现的对称类型、原子在晶胞里的数目和位置等，故D正确。 7．(2023·河南信阳高二期末)下列有关叙述正确的是(　　) A．质谱法通常用来确定有机化合物的分子结构 B．将有机化合物燃烧进行定量分析，可以直接确定该有机化合物的分子式 C．在核磁共振氢谱中能出现三组峰，峰面积之比为3∶1∶4 D．乙醚与1-丁醇不能利用红外光谱法进行鉴别 答案　C 解析　质谱法通常用来确定有机化合物的质荷比，即得出相对分子质量，A错误；有机化合物燃烧进行定量分析，只能通过生成的CO2和H2O算出分子中的最简整数比，得出该有机化合物的最简式，B错误；根据分子的对称性，在核磁共振氢谱中能出现三组峰，峰面积之比为3∶1∶4，C正确；红外光谱可以读出分子中特殊的化学键和官能团，乙醚的分子为CH3CH2OCH2CH3,1-丁醇为CH3CH2CH2CH2OH，分子中含有不同的官能团，故可以利用红外光谱法进行鉴别，D错误。 8．某学习小组研究某烃的含氧衍生物A的组成和结构，研究过程如下：称取9 g A在足量氧气中充分燃烧，并使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，对A进行波谱分析结果如图。下列说法错误的是(　　) A．由质谱图可知A的实验式为C3H6O3 B．结合红外光谱和核磁共振氢谱可知A的结构简式为CH3CH(OH)COOH C．B是A的位置异构体，则B在核磁共振氢谱中峰面积之比为2∶2∶1∶1 D．取1 mol A、C2H6O、C2H4的混合物，三者无论以何种比例混合，完全燃烧消耗氧气的物质的量均为3 mol 【答案】A 【解析】由题意知，9 g A完全燃烧生成水的物质的量是＝0.3 mol，生成二氧化碳的物质的量是＝0.3 mol，n(O)＝＝0.3 mol，所以A的实验式为CH2O，通过质谱法测得A的相对分子质量为90，设A的分子式为(CH2O)n，则(12＋2＋16)n＝90，n＝3，故A的分子式为C3H6O3，A错误；根据红外光谱知A中含有—OH和—COOH，由核磁共振氢谱知A中含有4种氢原子，其数目之比为1∶1∶1∶3，故A的结构简式为CH3CH(OH)COOH，B正确；B是A的位置异构体，则B为CH2(OH)CH2COOH，共有4种氢原子，B在核磁共振氢谱中峰面积之比为2∶2∶1∶1，C正确；根据1 mol CxHyOz完全燃烧消耗氧气的量为(x＋－) mol知，1 mol C3H6O3完全燃烧消耗(3＋－) mol＝3 mol氧气，1 mol C2H6O完全燃烧消耗(2＋－) mol＝3 mol氧气，1 mol C2H4完全燃烧消耗 (2＋) mol＝3 mol氧气，所以三者无论以何种比例混合，完全燃烧消耗氧气的物质的量均为3 mol，D正确。 9．将3.4g的X完全燃烧生成1.8g的H2O和4.48L(标准状况)的CO2。X的核磁共振氢谱有4个峰且面积之比为3：2：2：1，X分子中只含一个苯环且苯环上只有一个取代基，其质谱图、核磁共振氢谱与红外光谱如图。关于X的下列叙述错误的是 A．X分子中的C、O原子杂化方式相同 B．X分子中所有的原子可能在同一个平面上 C．X的分子式为C8H8O2 D．符合题中X分子结构的有机物的结构简式为 【答案】B 【分析】由质谱图数据可知，X的相对分子质量为136，有机物X的物质的量为n(X)= =0.025mol，完全燃烧后生成水的物质的量为n(H2O)= =0.1mol，氢原子的物质的量为n(H)=0.1mol×2=0.2mol，CO2的物质的量为n(CO2)= =0.2mol，碳原子的物质的量为n(C)=0.4mol，则1个有机物A分子中含有8个碳原子、8个氢原子，O原子个数为：=2，所以该有机物的分子式为C8H8O2；不饱和度为=5，X分子中只含一个苯环且苯环上只有一个取代基，其核磁共振氢谱有四个吸收峰，说明分子中含有4种H原子，峰面积之比为1：2：2：3，则四种氢原子个数之比=1：2：2：3，结合红外光谱可知，分子中存在酯基等基团，故有机物X的结构简式为，据此分析作答。 【解析】A．由分析可知，X的结构简式为，C原子的杂化方式为sp2、sp3，酯基中O原子的杂化方式为sp2、sp3，X分子中的C、O原子杂化方式相同，A正确； B．化合物X的结构简式为，分子中甲基上的原子一定不共平面，B错误； C．由上述分析可知，X的分子式为C8H8O2，C正确； D．由上述分析可知，化合物X的结构简式为，D正确； 故选B。 10．通常用燃烧的方法测定有机物的分子式，可在燃烧室内将有机物样品与纯氧在电炉加热下充分燃烧，根据产品的质量确定有机物的组成。如图所示的是用燃烧法确定有机物分子式的常用装置 现准确称取1.8 g样品(只含C、H、O三种元素中的两种或三种)，经燃烧后A管增重1.76 g，B管增重0.36 g。请回答： (1)用该方法可测定含有哪些元素和什么状态的有机物：_________________________________________ (2)A、B管内均盛有固态试剂，B管的作用是________________________________________ (3)根据气流方向将装置进行连接，连接的顺序是_____________________________________ (4)E中应盛装的试剂是___________________________________________________ (5)如果把CuO网去掉，A管增重将__________(填“增大”“减小”或“不变”) (6)该有机物的最简式为_________________________________________ (7)要确定该有机物的分子式，还必须知道的数据是__________(填序号) A．消耗液体E的质量 B．样品的摩尔质量 C．CuO固体减小的质量 D．C装置增加的质量 E．燃烧消耗O2的物质的量 (8)在整个实验开始之前，需先让D装置产生的气体通过整套装置一段时间，其目的是__________________ 【答案】(1)含C、H或C、H、O元素的固态有机物　(2)吸收燃烧后产生的H2O(g) 　 (3)g接f，e接h，i接c( 或d)，d( 或c)接a( 或b) 　(4)H2O2　(5)减小　(6)CHO2　(7)B　 (8)赶出管内空气，减小实验误差 解析：(1)用F装置加热固体样品，用碱石灰测定CO2的质量，用无水氯化钙测定H2O的质量，根据有机物的质量，可以确定有机物中是否含氧元素，故该方法可以测定含C、H或C、H、O元素的固态有机物。 (2)根据(1)的分析，B管的作用是吸收有机物燃烧产生的水蒸气。 (3)D装置中生成氧气，先通过装有浓硫酸的C装置除去水蒸气，然后进入F装置与样品反应，生成物先通过B装置(吸收水蒸气)，然后再通过A装置(吸收二氧化碳)。 (4)有机物燃烧需要氧气，则D装置是制备氧气，利用过氧化氢在MnO2作用下分解产生氧气，分液漏斗中应盛放H2O2。 (5)CuO网可与有机物不完全燃烧生成的CO反应生成CO2，如去掉CuO网，可能存在部分CO不能被A装置吸收，导致A管增重减小。 (6)B管增重0.36 g，则n(H2O)＝＝0.02 mol，A管增重1.76 g，则n(CO2)＝＝0.04 mol，n(O)＝＝0.08 mol，n(C)∶n(H)∶n(O)＝0.04 mol∶0.04 mol∶0.08 mol＝1∶1∶2，故该有机物的最简式为CHO2。 (7)由上述分析可得该有机物的分子式可写为(CHO2)n，如果知道该有机物的摩尔质量便可求出其分子式，故B符合题意。 (8)装置内的空气中含有CO2和H2O，故在整个实验开始前需通入一段时间的O2，减小实验误差。 11．某同学为测定有机物A的实验式，取1.5 g样品，置于铂舟并放入燃烧管中，不断通入氧气流，用电炉持续加热样品，将生成物依次通过如图所示装置。生成物被完全吸收后，测得装置Ⅰ增重0.9 g，装置Ⅱ增重3.96 g。请回答下列问题： (1)试剂a、试剂b分别为____________(填字母)。 A．CaCl2、碱石灰 B．碱石灰、碱石灰 C．碱石灰、P2O5 D．碱石灰、CaCl2 (2)有机物A中碳元素的质量分数为__________，其组成中____________(填“含有”或“不含有”)氧元素，各元素原子的个数比为____________。 (3)实验测得有机物A的质谱图如下，则A的相对分子质量为__________，A的分子式为__________。 (4)核磁共振仪测出A的核磁共振氢谱和红外光谱图(只显示部分基团)分别如图。 ①峰面积之比为____________。 ②A的结构简式可能为____________(任写一种)。 答案　(1)B　(2)72%　含有　N(C)∶N(H)∶N(O)＝9∶10∶2　(3)150　C9H10O2　(4)1∶2∶2∶2∶3　或(其他合理答案) 解析　(2)装置Ⅰ吸收H2O，n(H2O)＝＝0.05 mol；装置Ⅱ吸收CO2，n(CO2)＝＝0.09 mol；所以有机物A中m(H)＝0.05 mol×2×1 g·mol－1＝0.1 g，m(C)＝0.09 mol×12 g·mol－1＝1.08 g；则m(O)＝1.5 g－0.1 g－1.08 g＝0.32 g；所以有机物A中碳元素的质量分数为×100%＝72%；各元素原子的个数比为N(C)∶N(H)∶N(O)＝n(C)∶n(H)∶n(O)＝0.09∶(0.05×2)∶＝9∶10∶2。(3)根据有机物A的质谱图可知，A的相对分子质量为150；且各元素原子的个数比为9∶10∶2；可知A的分子式为C9H10O2。(4)①由A的核磁共振氢谱可知，有机物A共有5种不同化学环境的H，且峰面积之比为1∶2∶2∶2∶3。 12．有机物M(只含C、H、O三种元素中的两种或三种)具有令人愉悦的牛奶香气，主要用于配制奶油、乳品、酸奶和草莓型香精等，是我国批准使用的香料产品，其沸点为148 ℃。某化学兴趣小组从粗品中分离提纯有机物M，然后借助李比希法、现代科学仪器测定有机物M的分子组成和结构，具体实验过程如下： 步骤一：将粗品用蒸馏法进行纯化 (1)蒸馏装置如图1所示，仪器a的名称是 ，图中虚线框内应选用图中的________(填“仪器x”或“仪器y”) 步骤二：确定M的实验式和分子式。 (2)利用元素分析仪测得有机物M中碳的质量分数为54.5%，氢的质量分数为9.1% ①M的实验式为________ ②已知M的密度是同温同压下二氧化碳密度的2倍，则M的相对分子质量为 ，分子式为________ 步骤三：确定M的结构简式 (3)用核磁共振仪测出M的核磁共振氢谱如图2所示，图中峰面积之比为1∶3∶1∶3；利用红外光谱仪测得M的红外光谱如图3所示 M中官能团的名称为 ，M的结构简式为________________ 答案　(1)蒸馏烧瓶　仪器y(2)①C2H4O　②88　C4H8O2 (3)羟基、酮羰基　 解析：(1)球形冷凝管一般用于冷凝回流装置中，故虚线框内应选仪器y。 (2)①根据M中碳、氢元素的质量分数确定氧元素的质量分数为w(O)＝100%－54.5%－9.1%＝36.4%，分子内各元素原子的个数比N(C)∶N(H)∶N(O)＝∶∶＝2∶4∶1，其实验式为C2H4O。②M的相对分子质量为2×44＝88，设分子式为(C2H4O)n，则44n＝88，n＝2，则M的分子式为C4H8O2。 (3)根据核磁共振氢谱图中有4组峰，说明分子中含有4种不同化学环境的氢原子，且个数比为1∶3∶1∶3，结合红外光谱图所示含有C—H、H—O、C==O等化学键，其结构简式为，所含官能团为羟基、酮羰基。 ( 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $$