内容正文:
有机化学基础
主题十二
第一讲
有机化合物的结构特点与研究方法
|内|容|与|目|标|
1.知道有机化合物是有空间结构的,认识其中碳原子的成键特点;认识有机化合物的分子结构决定于原子间的连接顺序、成键方式。
2.认识有机化合物存在构造异构和立体异构等同分异构现象;知道简单有机化合物的命名。
3.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。
一、
二、
逐点清(一) 有机化合物的结构特点
三、
目 录
逐点清(二) 同分异构现象及
同分异构体
逐点清(三) 常见有机化合物的命名
四、
逐点清(四) 研究有机化合物
的一般方法
五、
渗透实验在平时(10)——有机化合物
分离、提纯方法的选择
六、
课时跟踪检测
逐点清(一) 有机化合物的结构特点
输入你的标题
系统教材 ·固本强基
1.有机化合物中碳原子的结构特点和成键特点
4
4
碳碳双键
碳碳三键
碳环
2.有机化合物常见的表示方法
根据下列物质的结构式写出相应物质的结构简式和键线式:
名称 结构式 结构简式 键线式
丙烯 CH3CH==CH2
乙醇 _____________
乙酸 ____________
乙酸乙酯 ________________
CH3CH2OH
CH3COOH
CH3COOCH2CH3
3.有机化合物中的共价键及空间结构
甲烷型 碳为sp3杂化,形成σ键,四面体形结构
乙烯型 碳为 杂化,含π键,以双键为中心 原子共平面
苯型 碳为 杂化,含大π键,以苯环为中心 原子共平面
乙炔型 —C≡C— 碳为 杂化,含π键,以三键为中心 原子共直线
注意:①在分子中,形成单键的原子可以绕键轴旋转,而形成双键、三键等其他键的原子不能绕键轴旋转。②若平面间靠单键相连,所连平面可以绕键轴旋转,可能旋转到同一平面上,也可能旋转后不在同一平面上。③若平面间被多个点固定,则不能旋转,一定共面。如 分子中所有环一定共面。
sp2
6
sp2
12
sp
4
基本能力自查
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)乙烯分子中含有π键,所以化学性质比甲烷活泼( )
(2)乙烷、乙烯、乙炔中的碳原子杂化类型分别为sp3、sp2、sp ( )
(3)结构中若出现一个饱和碳原子,则整个分子不可能共平面( )
(4)乙炔的结构简式是CHCH ( )
(5)(2024·甘肃卷)CH2==CHCH2CH2CH3的分子结构模型为 ( )
(6)CH3COOH分子中碳原子的杂化方式有sp3和sp2,既含σ键又含π键( )
√
√
√
×
√
√
2.写出下列物质的分子式。
(1) 和 的分子式分别为 、 。
(2) 和 的分子式分别为 、 。
C7H12
C10H16
C13H20O
C5H6N2O2
3.科学家在-100 ℃的低温下合成了一种烃X,该分子的结构模型如图所示。
(1)X的分子式为 。
(2)X分子中每个碳原子均形成4个共价键,则1个X分子中含有 个σ键,
个π键。
(3)1 mol X在一定条件下可与 mol H2发生反应。
(4)该分子碳原子的杂化类型为 。
C5H4
10
2
2
sp2、sp3
4.(人教选3 P10“资料卡片”栏目改编)在表示有机化合物的组成和结构时,如果将碳、氢元素符号省略,只表示分子中键的连接情况和官能团,每个拐点或终点均表示有一个碳原子,则得到键线式。
根据上述对键线式的描述,写出丁烷、丙烯、乙醇的结构简式和键线式。
提示:丁烷:CH3CH2CH2CH3、 乙醇:CH3CH2OH、
丙烯:CH2==CH—CH3、
√
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|牛刀小试|
题点(一) 有机化合物的结构与表示方法
1.(2025·湖北荆州中学模拟)下列化学用语表达正确的是( )
A.次氯酸钠的电子式:Na+[︰︰︰]-
B.CCl4分子的空间填充模型为
C.甲基的电子式为︰︰H
D.2⁃丁烯的键线式:
解析: 次氯酸钠是离子化合物,由Na+和ClO-构成,次氯酸根中O原子和Cl原子之间共用一对电子对,A正确;CCl4分子的空间构型为正四面体形,且Cl原子半径大于C原子半径,B错误;甲基的电子式为·︰H,C错误;2⁃丁烯的键线式为 ,
D错误。
√
2.(2024·浙江6月选考)下列表示不正确的是 ( )
A.CO2的电子式:︰︰︰︰
B.Cl2中共价键的电子云图:
C.NH3的空间填充模型:
D. 3,3⁃二甲基戊烷的键线式:
解析:CO2的电子式为︰︰C︰︰,故A错误;Cl2中的共价键是由2个氯原子各提供1个含未成对电子的3p轨道重叠形成的,共价键电子云图为 ,故B正确;NH3的中心原子N形成3个σ键和1个孤电子对,为sp3杂化,NH3为三角锥形,空间填充模型为 ,故C正确;3,3⁃二甲基戊烷的主链上有5个C,3号碳上连接有2个甲基,键线式为 ,故D正确。
题点(二) 有机化合物的空间结构分析及共价键类型的判断
3.下列有关说法正确的是( )
A.CH3CH==CHCH3分子中的4个碳原子可能在同一直线上
B.苯乙烯( )分子的所有原子可能在同一平面上
C. 分子中的所有原子都在同一平面上
D.丙烯CH2==CHCH3共平面的原子最多为6个
解析:A项,以“ ”为中心,联想乙烯分子中的键角120°,碳原子不可能共线;B项,单键可绕轴旋转,烯平面与苯平面可能共面,因而所有原子可能共面;C项,含有饱和碳,所有原子不可能共面;D项,碳碳双键及与其直接相连的4个原子共面,CH2==CHCH3中甲基中的1个H原子也可能在该平面上,所以丙烯CH2==CHCH3共平面的原子最多为7个。
√
√
4.下列关于丙烯(CH3—CH==CH2)的说法正确的是 ( )
A.丙烯分子有7个σ键,1个π键
B.丙烯分子中的碳原子有sp3和sp2两种杂化类型
C.丙烯能发生加成反应,不能发生取代反应
D.丙烯分子的所有原子共平面
解析:C—C、C—H均为σ键,C==C中含有一个σ键,一个π键,则丙烯分子中含有8个σ键,1个π键,故A错误;甲基上的C原子为sp3杂化,C==C上的C原子为sp2杂化,故B正确;丙烯中含有σ键,也含有π键,所以可以发生取代反应,也可以发生加成反应,故C错误;丙烯中含有甲基,具有甲烷的结构特点,则所有原子不可能共平面,故D错误。
5.下列说法错误的是 ( )
A.三氟乙酸乙酯(CF3COOC2H5)是制备抗病毒药物的原料,1个该分子中含有13个σ键和1个π键
B.1 mol丙酮( )中含有σ键个数为9NA
C.一个乙炔(H—C≡C—H)分子中有3个π键
D.乙烷分子中只存在σ键,即6个C—H和1个C—C,无π键
解析:根据分子中价键可知,单键为σ键,双键为1个σ键和1个π键,三键为1个σ键和2个π键,故乙炔分子中有3个σ键和2个π键,C错误。
√
|练后补强|
掌握有机化合物中的σ键、π键的判断方法
(1)根据成键轨道类型判断
s轨道与其他原子轨道形成的共价键一定是σ键,p轨道之间可形成π键;杂化轨道形成的共价键全部为σ键。
(2)根据成键原子的价电子数判断
如果只有一个共用电子对(共价单键),则该共价键一定是σ键;如果形成多个共用电子对(共价双键或三键),则先形成一个σ键,另外的原子轨道形成π键。
逐点清(二) 同分异构现象及同分异构体
输入你的标题
系统教材 ·固本强基
(一)同系物
结构相似,分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的化合物互称为同系物。
(二)同分异构现象和同分异构体
1.概念:化合物分子式 、结构 的现象称为同分异构现象。具有同分异构现象的化合物互为同分异构体。
相同
不同
2.类型
3.简单有机物同分异构体的书写
(1)烷烃同分异构体的书写——主链减碳法
(主链由长到短,支链由整到散,位置由心到边)
写出C7H16的同分异构体(用碳架结构表示)。
答案:C—C—C—C—C—C—C、
、
、
、
、
、
、
、
(2)烯烃、炔烃同分异构体的书写——碳架异构→双键、三键位置异构→官能团异构
写出下列同分异构体的结构简式或键线式。
C4H8的所有同分异构体:____________________________________________________
。
C4H6的炔烃同分异构体: 。
CH2==CH—CH2CH3、CH3CH==CHCH3、
□
、
、
CH3C≡CCH3、CH≡CCH2CH3
(3)苯的同系物同分异构体的书写——苯环支链由整到散
写出C9H12的含有苯环的同分异构体的结构简式。
含有一个支链时 ;
含有两个支链时 ;
含有三个支链时 。
(4)简单的烃的衍生物的同分异构体的书写——确定类别→碳架异构→官能团位置异构
写出C4H10O的同分异构体(只写出碳骨架和官能团)。
答案: 、 、 、 、
C—O—C—C—C、 、C—C—O—C—C
(三)手性碳原子和手性分子
与四个不同原子或原子团相连的碳原子叫做手性碳原子(又叫不对称碳原子),含有手性异构体的分子叫做手性分子。用“*”标出乳酸分子结构中手性碳原子。如
基本能力自查
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)CH3OH和HOCH2CH2OH都属于醇类,互为同系物( )
(2) 和 所含官能团不同,互为官能团异构( )
(3)若有机物互为同分异构体,其化学性质可能相似,也可能不同( )
(4)CH2==CH2和 在分子组成上相差一个CH2原子团,两者互为同系物( )
×
√
√
×
2.已知下列各组有机化合物:
①CH3—CH2—CH2—OH和CH3—CH2—O—CH3
② 和
③CH3—CH2—CH==CH—CH3和
④CH2==CH—CH==CH2和
(1)其中属于同分异构体的是 (填序号,下同)。
(2)其中属于官能团异构的是 。
(3)其中属于同一种物质的是 。
解析:先写出各物质的分子式,若分子式相同,再判断分子中含有的官能团是否相同,再进一步确定官能团的位置,最终对两种物质的关系做出判断。
①③④
①③④
②
3.C4H10O可能有多种结构,则属于醇类的同分异构体有 种,属于醚类的同分异构体有 种(均不包括立体异构)。
4
3
4.有机化合物M在工业上可用作有机合成溶剂、香料的中间体。质谱法测出M的相对分子质量为152,M中各元素的质量分数分别为碳63.2%,氢5.3%,氧31.5%。
(1)写出M的分子式。
提示:M的相对分子质量为152,M中各元素的质量分数分别为碳63.2%,氢5.3%,氧31.5%,则M分子中C、H、O原子数目分别为=8、=8、=3,M的分子式为C8H8O3。
4.有机化合物M在工业上可用作有机合成溶剂、香料的中间体。质谱法测出M的相对分子质量为152,M中各元素的质量分数分别为碳63.2%,氢5.3%,氧31.5%。
(2)若M能与FeCl3溶液发生显色反应且能发生水解反应,则符合条件的M的同分异构体有多少种?
提示:符合条件的M的同分异构体: 、
、 、 、 ,共有19种。
、
√
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|牛刀小试|
题点(一) 同分异构体的判断
1.下列各组化合物中不互为同分异构体的是( )
A. B.
C. D.
解析:A不符合题意,分子式均为C6H6,结构不同,二者为同分异构体;B符合题意,分子式分别为C14H24、C13H22,不属于同分异构体;C不符合题意,分子式均为C3H6O2,结构不同,为同分异构体;D不符合题意,分子式均为C6H6O3,结构不同,为同分异构体。
√
2.下列同分异构体判断正确的是 ( )
A.戊二烯与环戊烷互为同分异构体
B. 与 互 为同分异构体
C.已知:吡啶( )是类似于苯的芳香化合物;
只有两种芳香同分异构体
D.C60与石墨互为同分异构体
解析:A错误,戊二烯的分子式为C5H8,环戊烷的分子式为C5H10,两者分子式不同;B正确,用不饱和度分析,同分异构体、同系物的不饱和度相同,两者的N(C)=10,N(O)=3,Ω=2,故互为同分异构体,分子式均为C10H18O3;C错误,由题干知,吡啶也属于芳香化合物,故吡啶的芳香类同分异构体要写苯环类和吡啶类,分别为
、 、 ,共3种;D错误,C60与石墨是碳元素的不同单质,互为同素异形体。
题点(二) 同分异构体的书写及数目判断
3.下列有关同分异构体数目(不考虑立体异构)的判断正确的是( )
A.分子式是C5H10O2且属于羧酸的结构有5种
B. 的一溴代物有4种
C.分子式为C4H8且属于烯烃的有机物有4种
D.分子式为C5H10且属于环状化合物的结构有5种
√
解析:羧酸具有—COOH,分子式是C5H10O2,可以表示为HOOC—C4H9,—C4H9有4种结构,故分子式为C5H10O2且属于羧酸的同分异构体有4种,A错误;
是对称的结构,含有5种环境的H原子,一溴代物有5种,B错误;C4H8中属于烯烃的同分异构体有CH2==CHCH2CH3、CH2==C(CH3)2、CH3CH==CHCH3,故符合条件的同分异构体有3种,C错误;分子式为C5H10且属于环状化合物的结构有 、 、 、 、 共5种,D正确。
4.回答下列问题:
(1) 两种分子 (填“互为”或“不互为”)同分异构体。
解析:该转换是自身结构的异构,元素守恒,前后的分子式也相同。
(2) 的同分异构体中,与其具有相同官能团的有 种(不考虑对映异构)。
解析:该有机物含羟基的同分异构体为C5H11—OH,可看成“C5H11—”的异构,共有8种,除去自身,还有7种同分异构体。
互为
7
(3)G( )的同分异构体中,含有两个 的化合物有 个(不考虑立体异构体)。
解析:G的同分异构体中,含有两个 的化合物有 、
、
,共10个。
10
、
、
、
、
、
、
题点(三) 手性碳原子判断
5.下列对手性碳原子个数的判断正确的是( )
A. 中含有2个手性碳原子
B. 中有3个手性碳
C. 分子中含有5个手性碳原子
D. 分子中有4个手性碳原子
√
解析:标注“ ”的碳原子为手性碳原子。 有4个手性
碳原子,A错误; 有4个手性碳原子,B错误; 有9个手
性碳原子,C错误; 有4个手性碳原子,D正确。
|练后补强|
掌握同分异构体数目的判断方法
(1)基团连接法
将有机化合物看作由基团连接而成,由基团的异构数目可推断有机化合物的异构体数目。如:丙基有2种,丁基有4种,戊基有8种,则C3H7Cl、C4H9OH、C5H11COOH分别有2种、4种、8种。
(2)等效氢法
分子中等效氢原子有如下情况:分子中同一个碳原子上连接的氢原子等效;同一个碳原子上所连接的甲基氢原子等效;分子中处于对称位置上的氢原子等效。
(3)定一移一法
分析二元取代产物的方法:如分析C3H6Cl2的同分异构体数目,可先固定其中一个氯原子位置,然后移动另一个氯原子。
(4)换位思考(氢原子取代)法
将有机化合物分子中的不同原子或基团换位进行思考。如:乙烷分子中共有6个H,有一个氢原子被Cl取代所得一氯乙烷只有一种结构,把五氯乙烷分子中的Cl看作H,而H看成Cl,其情况与一氯乙烷完全相同,故五氯乙烷也只有一种结构。同理二氯乙烷和四氯乙烷均有2种,二氯苯和四氯苯均有3种。
(5)组合法
若A的结构有m种,B的结构有n种,则A、B连接形成A—B的结构有m×n种。
逐点清(三) 常见有机化合物的命名
名师支教
有机物命名的简单模型
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1.烷烃的命名
(1)烷烃的习惯命名
(2)烷烃的系统命名
2.含官能团的链状有机物的命名
(1)烯烃、炔烃、醇、醛和羧酸的命名
(2)酯的命名
合成酯时需要羧酸和醇发生酯化反应,命名酯时“先读酸的名称,再读醇的名称,后将‘醇’改‘酯’即可”。如甲酸与乙醇形成酯的名称为 。
3.苯及其同系物的命名
(1)苯作为母体,其他基团作为取代基。
(2)如果苯分子中的两个氢原子被两个甲基取代后生成二甲苯,其有三种同分异构体,可分别用邻、间、对表示;也可将某个甲基所在的碳原子的位置编为1号,选取最小位次给另一个甲基编号。
甲酸乙酯
基本能力自查
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1) 的名称为1,4⁃二甲基丁烷( )
(2) 的名称为2⁃甲基硝基苯( )
(3) 的名称为二溴乙烷( )
(4)(2024·山东卷) 的系统命名为2⁃甲基苯酚( )
×
×
×
√
2.命名下列有机物。
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
5⁃甲基⁃3,6⁃二乙基壬烷
3⁃甲基⁃1⁃戊烯
4,4⁃二甲基⁃2⁃己炔
1,3⁃二甲苯(或间二甲苯)
1,4⁃二甲苯(或对二甲苯)
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题点(一) 烃的命名
1.下列有机物命名不正确的是( )
A.间二甲苯 B.2⁃甲基⁃3⁃乙基丁烷
C.3,3⁃二甲基⁃1⁃丁烯 D.4,4⁃二甲基⁃2⁃戊炔
解析:苯环上1、3号碳原子上各有1个甲基,名称为1,3⁃二甲苯(或间二甲苯),A正确;2⁃甲基⁃3⁃乙基丁烷,说明选取的主链不是最长的,该有机物最长碳链含有5个C,主链为戊烷,在2号C和3号C各有1个甲基,该有机物正确命名为2,3⁃二甲基戊烷,B错误;3,3⁃二甲基⁃1⁃丁烯,主链为丁烯,从靠近双键一端开始编号,3号碳上有2个甲基,符合系统命名规则,C正确;4,4⁃二甲基⁃2⁃戊炔,主链为戊炔,从靠近三键一端开始编号,4号碳上有2个甲基,符合系统命名规则,D正确。
√
2.下列有机化合物的系统命名正确的是 ( )
A. 3⁃甲基⁃2⁃乙基戊烷
B. 2,2,3⁃三甲基丁烷
C. 2⁃甲基⁃1⁃丙醇
D. 2⁃甲基⁃3⁃丁烯
解析:A.系统命名应为3,4⁃二甲基己烷,错误;B.系统命名为2,2,3⁃三甲基丁烷,正确;C.系统命名应为2⁃丁醇,错误;D.系统命名应为3⁃甲基⁃1⁃丁烯,错误。
√
题点(二) 含官能团有机物的命名
3.下列对有机物的命名中,正确的是( )
A. 2,3⁃二甲基⁃1⁃丙醇
B. 邻甲基苯酚
C. CH3OOCCH3 甲酸乙酯
D. 2⁃甲基丙酸
解析:A项,正确命名为3⁃甲基⁃2⁃丁醇;B项,正确命名为2⁃甲基环己醇;C项,
CH3OOCCH3是由乙酸和甲醇酯化反应所得,正确命名为乙酸甲酯;D项,系统命名法为2⁃甲基丙酸,正确。
√
4.填写下列有机物的名称。
(1) 。
(2) 。
(3) 。
(4) 。
2⁃硝基甲苯(或邻硝基甲苯)
3⁃甲基苯酚(或间甲基苯酚)
丁二酸二甲酯
2,6⁃二氯甲苯
|练后补强|
1.理清有机物命名时常用到的四种字及含义
(1)烯、炔、醇、醛、酮、酸、酯……指官能团。
(2)1、2、3……指官能团或取代基的位置。
(3)二、三、四……指官能团或取代基的个数。
(4)甲、乙、丙、丁、戊……指主链碳原子数。
2.谨记有机物命名时的注意事项
(1)带官能团有机物系统命名时,选主链、编号位要围绕官能团进行,且要注明官能团的位置及数目。
(2)书写有机物名称时不要遗漏阿拉伯数字之间的逗号及与汉字之间的短线。
(3)1⁃甲基和2⁃乙基是常见的烷烃命名错误,若1号碳原子上有甲基或2号碳原子上有乙基,则主链碳原子数都将增加1,使主链发生变化。
逐点清(四) 研究有机化合物的一般方法
1.研究有机化合物的基本步骤
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实验式
分子式
分子结构
2.分离、提纯有机化合物的常用方法
(1)萃取
液⁃液萃取 利用待分离组分在两种互不相溶的溶剂中的 不同,将其从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程
固⁃液萃取 用溶剂从固体物质中溶解出待分离组分的过程
注意事项 ①分液漏斗使用前要查漏;②分液时先将下层液体从下口放出,再将上层液体从上口倒出
溶解度
(2)蒸馏和重结晶
适用情况 要求
蒸馏 常用于分离、提纯液态有机化合物 ①该有机化合物热稳定性较高。
②该有机化合物与杂质的 相差较大
重结晶 常用于提纯固体有机化合物 ①杂质在所选溶剂中溶解度很小或很大。
②被提纯的有机化合物在此溶剂中的溶解度受_____的影响较大
沸点
温度
3.有机化合物分子结构的确定
(1)元素定性、定量分析——确定实验式
①元素定性、定量分析:用化学方法测定有机化合物的元素组成,以及各元素的质量分数,如燃烧后C→CO2,H→H2O。
②李比希氧化产物吸收法定量分析原理:
一定量的有机物 简单的无机化合物 有机物中所含各元素的质量分数→各元素原子的最简整数比→实验式。如:
微点精研
(2)质谱法——测定相对分子质量
①在质谱图中,有机分子的相对分子质量=最大质荷比。
②根据有机分子的实验式和相对分子质量确定分子式。
(3)红外光谱——确定化学键和官能团
不同化学键或官能团 不同,在红外光谱图上将处于不同的位置。
注意:红外光谱几乎可以测量出所有化学键的种类,但不能测出化学键的个数。
(4)核磁共振氢谱——确定氢原子的类型和相对数目
不同化学环境的氢原子
(5)X射线衍射——分子结构的相关数据
根据X射线衍射图,经过计算可获得分子结构的有关数据,如键长、键角等,将X射线衍射技术用于有机化合物晶体结构的测定。
吸收频率
基本能力自查
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)在苯甲酸重结晶实验中,粗苯甲酸加热溶解后还要加入少量蒸馏水,然后趁热过滤( )
(2)用酒精萃取溴水中的溴单质的操作可选用分液漏斗,而后静置分液( )
(3)CH3CH2OH与CH3OCH3互为同分异构体,核磁共振氢谱相同( )
(4)用元素分析仪和红外光谱相结合即可确定有机物的结构( )
√
×
×
×
2.利用化学实验确定有机物分子结构。
化学方法 可能的官能团名称
①向某烃样品中滴加溴的四氯化碳溶液,红棕色褪去
②向某烃样品中滴加酸性KMnO4溶液,紫色褪去
③向某有机物样品中加入NaOH溶液,并加热、振荡,加入足量稀硝酸,再加AgNO3溶液,产生淡黄色沉淀
④向某有机物样品中加入金属钠,有无色无味气体放出
⑤向某有机物样品中加入足量饱和溴水,有白色沉淀产生
⑥向某有机物样品中滴加FeCl3溶液,溶液显紫色
碳碳双键或碳碳三键
碳碳双键或碳碳三键
溴原子
羟基或羧基
酚羟基
酚羟基
⑦将某有机物样品滴加到银氨溶液中,水浴加热,产生光亮的银镜
⑧将某有机物样品滴加到新制的氢氧化铜中,加热产生砖红色沉淀
⑨向某有机物样品中滴加NaHCO3溶液,有无色无味气体放出
续表
醛基
醛基
羧基
3.研究化学物质的方法有很多,常用的有
①核磁共振氢谱 ②蒸馏
③重结晶 ④萃取 ⑤过滤
⑥红外光谱,其中用于分子结构确定的有哪些?
答案:①⑥
题点(一) 有机物的提纯分离
1.(2025·四川成都一诊)下列除去样品中少量杂质(括号内为杂质)所用的试剂、方法及解释都正确的是( )
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样品(杂质) 除杂试剂与方法 解释
A C2H6(C2H4) 酸性高锰酸钾溶液,洗气 C2H4被酸性高锰酸钾溶液氧化
B 乙酸乙酯(C2H5OH) 饱和碳酸钠溶液,洗涤分液 降低乙酸乙酯溶解度,溶解乙醇
C 苯(苯酚) 适量浓溴水,过滤 酚羟基活化苯环,与浓溴水反应生成三溴苯酚
D 溴苯(Br2) 水洗,分液 溴苯和溴在水中溶解度不同
√
解析:乙烯会被酸性高锰酸钾氧化为二氧化碳,会引入新的杂质,A错误;饱和碳酸钠溶液可以吸收乙醇,降低乙酸乙酯溶解度,B正确;苯酚和浓溴水生成的三溴苯酚会溶于苯,无法通过过滤分离,C错误;溴不易溶于水,易溶于溴苯,除去溴苯中的溴应该加入氢氧化钠溶液,洗涤分液,D错误。
题点(二) 有机化合物结构的仪器测定分析
2.(2024·山东卷)我国科学家在青蒿素研究方面为人类健康作出了巨大贡献。在青蒿素研究实验中,下列叙述错误的是( )
A.通过萃取法可获得含青蒿素的提取液
B.通过X射线衍射可测定青蒿素晶体结构
C.通过核磁共振谱可推测青蒿素相对分子质量
D.通过红外光谱可推测青蒿素分子中的官能团
√
解析:某些植物中含有青蒿素,可以通过用有机溶剂浸泡的方法将其中所含的青蒿素浸取出来,这种方法叫作萃取,固液分离后可以获得含青蒿素的提取液,A正确;晶体中结构粒子的排列是有规律的,通过X射线衍射实验可以得到晶体的衍射图,通过分析晶体的衍射图可以判断晶体的结构特征,故X射线衍射可测定青蒿素晶体结构,B正确;通过核磁共振谱可推测青蒿素分子中不同化学环境的氢原子的种数及其数目之比,但不能测定青蒿素的相对分子质量,要测定青蒿素的相对分子质量应该用质谱法,C不正确;红外光谱可推测有机物分子中含有的官能团和化学键,故通过红外光谱可推测青蒿素分子中的官能团,D正确。
3.为测定某有机化合物A的结构,进行如下实验:
Ⅰ.分子式的确定:
(1)将有机物A置于氧气流中充分燃烧,实验测得:生成5.4 g H2O和8.8 g CO2,消耗氧气6.72 L(标准状况下),则该物质中各元素的原子个数比是
。
解析:由题给数据可知,有机物A分子中碳原子和氢原子的物质的量分别为=0.2 mol和×2=0.6 mol,由氧原子的原子个数守恒可知,A分子中氧原子的物质的量为0.2 mol×2+0.3 mol-×2=0.1 mol,则有机物中N(C)∶N(H)∶N(O)=0.2 mol∶0.6 mol∶0.1 mol=2∶6∶1。
N(C)∶N(H)∶N(O)=2∶6∶1
3.为测定某有机化合物A的结构,进行如下实验:
Ⅰ.分子式的确定:
(2)用质谱仪测定该有机化合物的相对分子质量,得到如图①所示质谱图,则其相对分子质量为 ,该物质的分子式是 。
解析:由质谱图可知,有机物A的最大质荷比为46,则相对分子质量为46,由原子个数比可知,A的实验式为C2H6O,相对分子质量为46,所以有机物A的分子式为C2H6O。
(3)根据价键理论,预测A的可能结构并写出结构简式 。
解析:由价键理论可知,A分子中碳原子为饱和碳原子,结构简式可能为CH3CH2OH、CH3OCH3。
46
C2H6O
CH3CH2OH、CH3OCH3
Ⅱ.结构式的确定:
(4)核磁共振氢谱能对有机物分子中不同位置的氢原子给出不同的峰值(信号),根据峰值(信号)可以确定分子中氢原子的种类和数目。例如:甲基氯甲基醚(Cl—CH2
—O—CH3)有两种氢原子如图②。经测定,有机物A的核磁共振氢谱示意图如图③,则A的结构简式为 。
综合应用·重点加练
确定有机物结构式波谱法的应用
CH3CH2OH
解析:CH3CH2OH、CH3OCH3的分子中不同化学环境的氢原子分别为3和1,由核磁共振氢谱可知,有机物A分子中有3种不同化学环境的氢原子,则A的结构简式为CH3CH2OH。
渗透实验在平时(10)——有机化合物分离、
提纯方法的选择
1.分离或除杂原则
(1)尽可能使加入的试剂只跟杂质发生作用,且尽可能将杂质转化为原料。
(2)提纯物质过程不能引入新的杂质。
(3)杂质与试剂反应生成的产物易分离出来。
(4)提纯过程应做到方法简单、现象明显、分离容易、所得产物纯度高。
(5)若要求“分离”则必须恢复被提纯物质原来的组成和状态:即“不增、不减、易分、复原”四原则。
2.分离或除杂方法的选择
类型 方法
固⁃固混合物分离 灼烧、升华、热分解、结晶(重结晶)等
固⁃液混合物分离 过滤、盐析、蒸发结晶、冷却结晶(重结晶)等
液⁃液混合物分离 萃取、分液、蒸馏等
气⁃气混合物分离 洗气(采用液体净化剂时用洗气瓶,采用固体净化剂时用干燥管)
3.常见有机化合物中的除杂(括号内物质为杂质)
有机化合物 常用除杂试剂 方法
CH4(C2H4) 溴水 洗气
CH3CH2Br(乙醇) 水 分液
CH3CH2OH(H2O) 新制生石灰 蒸馏
乙酸乙酯(乙酸) 饱和Na2CO3溶液 分液
苯(甲苯) 高锰酸钾溶液、氢氧化钠溶液 蒸馏
溴苯(溴) 氢氧化钠溶液 分液
苯(苯酚) 氢氧化钠溶液 分液
硝基苯(硝酸、硫酸) 氢氧化钠溶液 分液
1.(2024·广东卷)提纯2.0 g苯甲酸粗品(含少量NaCl和泥沙)的过程如下。其中,操作X为 ( )
A.加热蒸馏 B.加水稀释
C.冷却结晶 D.萃取分液
解析:苯甲酸粗品(含少量NaCl和泥沙)加水加热进行溶解,得到浊液,趁热过滤,除去泥沙,滤液中含有少量NaCl,由于苯甲酸的溶解度受温度影响大,而NaCl的溶解度受温度影响小,可通过冷却结晶的方式进行除杂,得到苯甲酸晶体,过滤后对晶体进行洗涤,得到苯甲酸,因此,操作X为冷却结晶,故C正确。
输入你的标题
[提能训练]
考题溯源
重结晶法提纯苯甲酸
(人教版教材选3)
√
2.实验室提纯以下物质(括号内为杂质),所选用除杂试剂和实验方法都正确的是 ( )
选项 被提纯的物质 除杂试剂 实验方法
A 乙炔(H2S) 酸性高锰酸钾溶液 洗气
B 苯甲酸(含少量泥沙、NaCl) 水 重结晶
C 溴苯(Br2) KI溶液 分液
D 苯(环己烯) 溴水 过滤
√
解析:乙炔、硫化氢都能被酸性高锰酸钾溶液氧化,因此不能用酸性高锰酸钾除掉乙炔中硫化氢,A错误;粗苯甲酸样品中含有少量氯化钠和泥沙,可先溶解、过滤除去泥沙,滤液含苯甲酸、氯化钠,然后重结晶分离出苯甲酸,B正确;溴单质与KI溶液生成溴化钾、碘单质,溴苯常温不与KI溶液反应,但生成的碘单质溶于溴苯,引入新杂质,因此用KI溶液除掉溴苯中溴单质,再通过分液分离,得不到纯净溴苯,C错误;环己烯与溴水发生加成反应得到的产物与苯互溶,因此不能用溴水和过滤的方法除掉苯中环己烯,D错误。
3.已知:CH3CH2CH2CH2OH CH3CH2CH2CHO。利用如图装置用正丁醇合成正丁醛,相关数据如表:
下列说法中,不正确的是 ( )
A.为防止产物进一步氧化,应将正丁醇逐滴加入酸化的重铬酸钠溶液中
B.当温度计1示数为90~95 ℃,温度计2示数在76 ℃左右时,收集产物
C.反应结束,将馏出物倒入分液漏斗中,分去水层,粗正丁醛从分液漏斗上口倒出
D.向获得的粗正丁醛中加入少量金属钠,不能检验其中是否含有正丁醇
√
物质 沸点/℃ 密度/(g·cm-3) 水中溶解性
正丁醇 117.2 0.810 9 微溶
正丁醛 75.7 0.801 7 微溶
解析:为防止产物进一步氧化,酸化重铬酸钠应少量,应将酸化的重铬酸钠溶液逐滴加入正丁醇中,A错误;温度计1确定反应温度,根据方程式可知温度为90~95 ℃,温度计2用于测定蒸馏过程中提纯物质的温度,即正丁醛的沸点,B正确;正丁醛密度为0.801 7 g·cm-3,小于水的密度,故粗正丁醛从分液漏斗上口倒出,C正确;正丁醇能与钠反应,但粗正丁醛中含有水,水可以与钠反应,所以无法检验粗正丁醛中是否含有正丁醇,D正确。
课时跟踪检测
(说明:标 题目配有讲评课件)
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一、选择题
1.下列化合物分子中,所有原子一定共平面的是( )
A.清洁能源: B.食品防腐剂:
C.阿司匹林: D.水果催熟剂:
解析:A项,甲烷的空间结构为正四面体形,分子中的C原子处于正四面体的体心,4个H原子则分别位于四个顶点,所有原子一定不共平面;B项,由于苯环和羧基之间以单键相连,单键可以旋转,所有原子不一定共平面;C项,阿司匹林结构中含有甲基,含有饱和碳原子的结构中所有原子一定不共平面;D项,乙烯中含有碳碳双键,六原子共面,即所有原子一定共平面。
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2.下列说法或表示方法正确的是 ( )
A.C2H4O的结构为
B.键线式为 的有机物不存在顺反异构
C.氯溴碘代甲烷的两种对映异构体如图:
D. 与 互为同分异构体
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解析:C2H4O的结构可能为乙醛 或环氧乙烷 ,A错误;
分子中含有碳碳双键,且双键相键合的每个碳原子连接两个互不相同的基团,则存在顺反异构现象,B错误;氯溴碘代甲烷中的C为手性碳,具有对映异构,C正确;
与 均为3⁃甲基戊烷,为同一种物质,D错误。
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3.下列有机物分子所有原子可能共平面的是 ( )
A.苯乙烯 B.乙醇
C.乙酸 D.丙炔
解析:乙烯为平面结构,苯是平面形结构,苯乙烯中苯环上的一个C处于乙烯中原来的一个H的位置上,由于单键可以旋转,所有原子可能处在同一平面上,A符合题意;乙醇结构中含有甲基、亚甲基,乙酸结构中含有甲基,丙炔(CH3C≡CH)结构中含有甲基,都含有饱和碳原子,饱和碳原子形成类似于甲烷的四面体结构,所有原子不可能共面,B、C、D不符合题意。
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4.为提纯下列物质(括号内的物质为杂质),所用除杂试剂和分离方法都正确的是 ( )
解析:乙酸能与碳酸钠溶液反应生成溶于水的乙酸钠,出现分层现象,应用分液法分离,故A错误;酒精与生石灰不反应,水与生石灰反应生成氢氧化钙,所以可以用生石灰除去酒精中的水,再通过蒸馏的方法分离,故B正确;乙烯具有还原性,能被酸性高锰酸钾溶液氧化成二氧化碳,故C错误;溴苯和溴都能溶于四氯化碳,所以不能分离,故D错误。
选项 A B C D
含杂物质 乙酸丁酯(乙酸) 酒精(水) 乙烯(二氧化碳) 溴苯(溴)
除杂试剂 Na2CO3溶液 生石灰 酸性KMnO4溶液 四氯化碳
分离方法 过滤 蒸馏 洗气 分液
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5.使用现代分析仪器对某有机化合物X的分子结构进行测定,相关结果如下:
由此推理得到有关X的结论不正确的是( )
A.相对分子质量为74
B.X不与金属Na发生反应
C.乙醇与浓硫酸混合液在140 ℃发生消去反应生成X
D.X的一氯代物有两种
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解析:由X的最大质荷比为74,则X的相对分子质量为74,A正确;含有醚键,有2种等效氢,结构简式为CH3CH2OCH2CH3,X不与金属Na发生反应,B正确;乙醇与浓硫酸混合液在140 ℃发生取代反应生成乙醚,而不是消去反应,C错误;X结构简式为CH3CH2OCH2CH3,有两种类型的氢原子,一氯代物有两种,D正确。
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6.下列有机物的命名正确的是 ( )
A. 乙二酸乙二酯
B.CH2BrCH2Br 二溴乙烷
C. 2⁃甲基⁃1⁃丙醇
D. 间甲基苯酚
解析: 的化学名称为乙二酸二乙酯,A错误;CH2BrCH2Br的名称为1,2⁃二溴乙烷,B错误; 的名称为2⁃丁醇,C错误; 的名称为间甲基苯酚,D正确。
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7.我国科学家屠呦呦等使用乙醚从中药中提取并用柱色谱分离得到抗疟有效成分青蒿素。青蒿素为无色针状晶体,在乙醇、乙醚、石油醚中可溶解,在水中几乎不溶。实验室模拟操作流程如下:
已知:步骤③为柱色谱分离。
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以上实验步骤中不需要用到的装置是 ( )
A B
实验
装置
C D
实验
装置
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解析:步骤⑤为从有机溶剂中提取青蒿素,利用了乙醚与青蒿素的沸点相差较大,需要蒸馏操作,A正确;步骤④分离出大量的乙醚需要用到该装置,B正确;步骤②分离浸出液和残渣需要过滤,C正确;该图是灼烧固体的操作,题述实验步骤中不需要用到,D错误。
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8.下列有关同分异构体数目的叙述中,正确的是 ( )
A.与 互为同分异构体的芳香族化合物有5种
B.甲苯分子中的一个氢原子被甲基取代,所得产物有3种
C.菲的结构简式为 ,它与硝酸反应,可生成6种一硝基取代物
D.结构简式为 的烃,分子中含有两个苯环的同分异构体为5种
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解析:与 互为同分异构体的芳香族化合物有5种,分别是只有一个支链: 、 ,有两个支链: 、 、 ,A正确;甲苯分子中的一个氢原子被甲基取代,以连接甲基的碳原子为1号位,分别有邻间对三种产物,如果直接与甲基相连,可以形成乙苯,所得产物有4种,B错误;菲
与硝酸反应,可生成5种一硝基取代物 ,C错误;结构简式为
的烃,分子中含有两个苯环的同分异构体有: 、 、 ,
存在三种同分异构体,D错误。
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9.间苯三酚通过甲基化反应可以合成重要的有机合成中间体3,5⁃二甲氧基苯酚。
反应结束后,先分离出甲醇(操作①),再加入乙醚,将获得的有机层(含少量氯化氢)进行洗涤(操作②),然后分离提纯得到产物。有关物质的部分物理性质如下:
间苯三酚 3,5⁃二甲氧基苯酚
物质 沸点/℃ 熔点/℃ 溶解性
甲醇 64.7 -97.8 易溶于水
3,5⁃二甲氧基苯酚 172~175 33~36 易溶于甲醇、乙醚,微溶于水
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下列说法正确的是 ( )
A.分离出甲醇的操作①是蒸馏
B.间苯三酚与3,5⁃二甲氧基苯酚的核磁共振氢谱分别有2组峰和3组峰
C.用FeCl3溶液可以鉴别间苯三酚是否完全转化为3,5⁃二甲氧基苯酚
D.洗涤有机层(操作②)时,可使用NaOH溶液
解析:从该有机混合物中分离出某种有机物(甲醇),常利用沸点的差异,操作方法是蒸馏,A正确;间苯三酚核磁共振氢谱有2组峰,3,5⁃二甲氧基苯酚的核磁共振氢谱有4组峰,B错误;间苯三酚、3,5⁃二甲氧基苯酚都含有酚羟基,都可以与FeCl3溶液发生显色反应,不能用FeCl3溶液来鉴别,C错误;酚羟基也可以与NaOH溶液反应,故不能用NaOH溶液洗涤,D错误。
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二、非选择题
10.(14分)通常将一定量的有机化合物充分燃烧转化为简单的无机化合物,根据产物的质量确定有机化合物的组成。下列是用燃烧法确定有机化合物分子式的常用装置。
(1)使产生的O2按从左到右的方向流动,则所选装置中各导管的正确连接顺序是
。
g→f→e→h→i→c(或d)→d(或c)→a(或b)→b(或a)
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解析:实验原理是测定一定质量的有机物完全燃烧时生成CO2和H2O的质量,来确定是否含氧及C、H、O的个数比,求出最简式。因此生成O2后必须除杂(主要是H2O),A用来吸收二氧化碳,测定生成二氧化碳的质量,B用来吸收水,测定生成水的质量,C用于干燥通入E中的氧气、D用来制取反应所需的氧气、E是在电炉加热时用纯氧气氧化管内样品;根据一氧化碳能与氧化铜反应,被氧化成二氧化碳的性质可知CuO的作用是把有机物不完全燃烧产生的CO转化为CO2。(1)由上述分析可知,使产生的O2按从左到右的方向流动,则所选装置中各导管的正确连接顺序是:
g→f→e→h→i→c(或d)→d(或c)→a(或b)→b(或a)。
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二、非选择题
10.(14分)通常将一定量的有机化合物充分燃烧转化为简单的无机化合物,根据产物的质量确定有机化合物的组成。下列是用燃烧法确定有机化合物分子式的常用装置。
(2)装置C中浓硫酸的作用是 。
干燥O2
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解析:实验原理是测定一定质量的有机物完全燃烧时生成CO2和H2O的质量,来确定是否含氧及C、H、O的个数比,求出最简式。因此生成O2后必须除杂(主要是H2O),A用来吸收二氧化碳,测定生成二氧化碳的质量,B用来吸收水,测定生成水的质量,C用于干燥通入E中的氧气、D用来制取反应所需的氧气、E是在电炉加热时用纯氧气氧化管内样品;根据一氧化碳能与氧化铜反应,被氧化成二氧化碳的性质可知CuO的作用是把有机物不完全燃烧产生的CO转化为CO2。(2)C管中浓硫酸的作用是干燥氧气。
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二、非选择题
10.(14分)通常将一定量的有机化合物充分燃烧转化为简单的无机化合物,根据产物的质量确定有机化合物的组成。下列是用燃烧法确定有机化合物分子式的常用装置。
(3)燃烧管中CuO的作用是 。
确保有机化合物中的碳元素全部转化为CO2
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解析:实验原理是测定一定质量的有机物完全燃烧时生成CO2和H2O的质量,来确定是否含氧及C、H、O的个数比,求出最简式。因此生成O2后必须除杂(主要是H2O),A用来吸收二氧化碳,测定生成二氧化碳的质量,B用来吸收水,测定生成水的质量,C用于干燥通入E中的氧气、D用来制取反应所需的氧气、E是在电炉加热时用纯氧气氧化管内样品;根据一氧化碳能与氧化铜反应,被氧化成二氧化碳的性质可知CuO的作用是把有机物不完全燃烧产生的CO转化为CO2。(3)燃烧管中CuO的作用是:确保有机物中的碳元素全部转化为CO2。
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二、非选择题
10.(14分)通常将一定量的有机化合物充分燃烧转化为简单的无机化合物,根据产物的质量确定有机化合物的组成。下列是用燃烧法确定有机化合物分子式的常用装置。
(4)若有机物A中仅含有C、H、O三种元素,准确称取67 g A,充分燃烧后,A管质量增加88 g,B管质量增加27 g,经测定A的相对分子质量为134,则A的分子式为
。
C4H6O5
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解析:实验原理是测定一定质量的有机物完全燃烧时生成CO2和H2O的质量,来确定是否含氧及C、H、O的个数比,求出最简式。因此生成O2后必须除杂(主要是H2O),A用来吸收二氧化碳,测定生成二氧化碳的质量,B用来吸收水,测定生成水的质量,C用于干燥通入E中的氧气、D用来制取反应所需的氧气、E是在电炉加热时用纯氧气氧化管内样品;根据一氧化碳能与氧化铜反应,被氧化成二氧化碳的性质可知CuO的作用是把有机物不完全燃烧产生的CO转化为CO2。(4)B管质量增加27 g为水的质量,27 g H2O的物质的量为=1.5 mol,含有H原子的物质的量为
3 mol,A管质量增加88 g为二氧化碳的质量,88 g CO2的物质的量为=
2 mol,则67 g该有机物中含有O元素的物质的量为
=2.5 mol;则A分子中C、H、O原子数之比为2 mol∶3 mol∶2.5 mol=4∶6∶5,A的实验式为C4H6O5,A的相对分子质量为134,则A的分子式为C4H6O5。
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二、非选择题
10.(14分)通常将一定量的有机化合物充分燃烧转化为简单的无机化合物,根据产物的质量确定有机化合物的组成。下列是用燃烧法确定有机化合物分子式的常用装置。
(5)又知1 mol A与足量的NaHCO3溶液充分反应可生成标准状况下的CO2气体44.8 L,
1 mol A与足量的Na反应可生成1.5 mol的H2,则A分子中所含官能团的名称为
。
羟基、羧基
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解析:实验原理是测定一定质量的有机物完全燃烧时生成CO2和H2O的质量,来确定是否含氧及C、H、O的个数比,求出最简式。因此生成O2后必须除杂(主要是H2O),A用来吸收二氧化碳,测定生成二氧化碳的质量,B用来吸收水,测定生成水的质量,C用于干燥通入E中的氧气、D用来制取反应所需的氧气、E是在电炉加热时用纯氧气氧化管内样品;根据一氧化碳能与氧化铜反应,被氧化成二氧化碳的性质可知CuO的作用是把有机物不完全燃烧产生的CO转化为CO2。(5)1 mol A与足量的NaHCO3溶液充分反应可生成标准状况下的CO2气体44.8 L,二氧化碳的物质的量为2 mol,则A分子中含有2 mol羧基;1 mol A与足量的Na反应可生成1.5 mol的H2,2 mol羧基与钠反应生成1 mol氢气,则A分子中还含有1 mol羟基,所以A分子中所含官能团的名称为羧基和羟基。
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二、非选择题
10.(14分)通常将一定量的有机化合物充分燃烧转化为简单的无机化合物,根据产物的质量确定有机化合物的组成。下列是用燃烧法确定有机化合物分子式的常用装置。
(6)若A无支链,分子中不存在甲基且有一个手性碳原子,则A的结构简式为
。该A在浓硫酸存在下加热,可以生成多种产物,请写出A发生消去反应后所得有机产物的结构简式 。
HOOC—CH(OH)—CH2COOH
HOOC—CH==CH—COOH
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解析:实验原理是测定一定质量的有机物完全燃烧时生成CO2和H2O的质量,来确定是否含氧及C、H、O的个数比,求出最简式。因此生成O2后必须除杂(主要是H2O),A用来吸收二氧化碳,测定生成二氧化碳的质量,B用来吸收水,测定生成水的质量,C用于干燥通入E中的氧气、D用来制取反应所需的氧气、E是在电炉加热时用纯氧气氧化管内样品;根据一氧化碳能与氧化铜反应,被氧化成二氧化碳的性质可知CuO的作用是把有机物不完全燃烧产生的CO转化为CO2。(6)A的分子式为C4H6O5,若A分子中不存在甲基且有一个手性碳原子,则A分子中有1个C连接了4个不同的原子或原子团,则A的结构简式为HOOC—CH(OH)—CH2COOH,
HOOC—CH(OH)—CH2COOH发生消去反应后所得有机产物的结构简式为HOOC—CH===CH—COOH。
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二、非选择题
10.(14分)通常将一定量的有机化合物充分燃烧转化为简单的无机化合物,根据产物的质量确定有机化合物的组成。下列是用燃烧法确定有机化合物分子式的常用装置。
(7)A的一种同分异构体B,与A所含官能团的种类和数目均相同,且能催化氧化成醛,则B的1H核磁共振谱图中将会出现 组特征峰。
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解析:实验原理是测定一定质量的有机物完全燃烧时生成CO2和H2O的质量,来确定是否含氧及C、H、O的个数比,求出最简式。因此生成O2后必须除杂(主要是H2O),A用来吸收二氧化碳,测定生成二氧化碳的质量,B用来吸收水,测定生成水的质量,C用于干燥通入E中的氧气、D用来制取反应所需的氧气、E是在电炉加热时用纯氧气氧化管内样品;根据一氧化碳能与氧化铜反应,被氧化成二氧化碳的性质可知CuO的作用是把有机物不完全燃烧产生的CO转化为CO2。(7)A的一种同分异构体B,与A所含官能团的种类和数目均相同,且能催化氧化成醛,说明羟基连接的C原子上至少含有2个H原子,则B的结构简式为HOOC—CH(COOH)—CH2OH,
B分子中含有4种H原子,则其1H核磁共振谱图中将会出现4种吸收峰。
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