第二节 研究有机化合物的一般方法（专项训练，江苏专用）化学人教版选择性必修3

第二节 研究有机化合物的一般方法 题型01 分离、提纯 题型02 重结晶法提纯苯甲酸 题型03 确定实验式 题型04 确定分子式 题型05 确定分子结构 题型01 分离、提纯 核心原则 不增：严禁引入新的杂质（如提纯乙醇时，不能用含水的干燥剂）； 不减：尽量不减少目标有机物（如蒸馏时避免温度过高导致有机物分解）； 易分：杂质与目标物需转化为易分离的状态（如固液、互不相溶的液体）； 复原：若目标物发生反应，最终需恢复原物质（如用NaOH溶液提纯乙酸乙酯时，不能过量，避免酯水解）。 蒸馏 原理：利用混合物中各组分沸点不同，加热至某一组分沸点，使其汽化分离，冷凝后得到纯品。 适用场景： 互溶性液体混合物，组分沸点相差≥30℃（相差越小，分离效果越差）； 提纯易挥发、难挥发或不挥发杂质的液体有机物（如从酒精溶液中提纯乙醇，从溴苯中除去溴化氢）。 重结晶 原理：利用固体有机物在溶剂中的溶解度随温度变化差异大，加热溶解成饱和溶液，冷却后溶解度下降，析出晶体（杂质溶解度大或小，留在溶液中）。 适用场景：提纯溶解度随温度变化显著的固体有机物（如苯甲酸、萘、乙酰苯胺，不适用于溶解度随温度变化小的物质，如NaCl）。 萃取 原理：利用目标物在两种互不相溶的溶剂中溶解度差异大，将目标物从一种溶剂转移到另一种溶剂中，再通过分液分离。 适用场景：分离互不相溶的液体混合物，或提取溶液中的目标有机物（如用四氯化碳萃取溴水中的溴，用苯萃取碘水中的碘，用乙酸乙酯萃取水溶液中的乙酸）。 洗气 原理：将气体混合物通过盛有特定试剂的洗气瓶，试剂与杂质反应（或溶解），目标气体不反应、不溶解，从而分离。 适用场景：净化气体混合物（如除去甲烷中的乙烯，除去二氧化碳中的氯化氢，除去氢气中的水蒸气）。 过滤 原理：利用滤纸或过滤介质，分离固液混合物（固体不溶于液体）。 适用场景：除去有机物中的不溶性杂质（如除去溴乙烷中的泥沙，除去重结晶后的晶体与母液） 【典例1】（22-23高二上·江苏盐城·期末）除去下列物质中所含少量杂质，所选用的试剂和分离方法能达到实验目的的是 选项 混合物(括号内为杂质) 试剂(足量) 分离方法 A 乙醇(水) 无水硫酸铜 蒸馏 B 乙烷(乙烯) 溴水 洗气 C 乙酸乙酯(乙酸) 饱和NaOH溶液 分液 D 乙酸(乙醛) 新制Cu(OH)2 过滤 A． A B．B C．C D．D 【答案】B 【详解】A．无水硫酸铜一般用来检验水的存在，乙醇中混有水，通常实验室用生石灰与水反应生成Ca(OH)2，再蒸馏得乙醇，因此试剂选择不当，A错误； B．乙烷中混有乙烯，乙烯能与溴水发生加成反应生成液态1，2-二溴乙烷，而乙烷不与溴水反应，通过洗气可除去乙烯，B正确； C．乙酸乙酯中混有乙酸，若用NaOH溶液，虽然中和乙酸，但乙酸乙酯在强碱性条件下会水解，正确方法是用饱和Na2CO3溶液，再分液，C错误； D．乙酸中混有乙醛，新制Cu(OH)2在常温下优先与乙酸发生中和反应生成可溶性乙酸铜，而乙醛需在加热条件下才能被氧化，过滤无法分离可溶物，且反应条件不符，D错误； 故选B。 【变式1-1】（23-24高二上·江苏南京·阶段检测）现有三组混合物：i.乙酸乙酯和乙酸钠；ii.乙醇和正丁醇；iii.溴化银和溴水的混合物。分离以上各混合物的正确方法依次是 A．分液、萃取、蒸发结晶 B．萃取、分液、蒸馏 C．分液、蒸馏、萃取 D．分液、蒸馏、过滤 【答案】D 【详解】i.乙酸乙酯和乙酸钠溶液互不相溶，可用分液的方法分离； ii.乙醇和正丁醇互溶，但沸点不同，可用蒸馏的方法分离； iii.溴化银难溶于水，与溴水分离，用过滤的方法分离 故选：D。 【变式1-2】（24-25高二上·江苏盐城·期中）提纯下列物质(括号中为少量杂质)，选择试剂和分离方法均正确的是 选项 被提纯的物质 除杂试剂 分离方法 A 溴苯() KI溶液 分液 B 乙酸乙酯(乙酸) 饱和NaOH溶液 分液 C 乙醇() 生石灰 过滤 D 苯(苯酚) NaOH溶液 分液 A． A B．B C．C D．D 【答案】D 【详解】A．与KI溶液生成的碘单质溶于溴苯，不能通过分液分离，A错误； B．饱和NaOH溶液与乙酸乙酯会发生水解，将提纯物质除去了，B错误； C．生石灰与水反应，消耗了乙醇中混有的水，蒸馏可得到乙醇，C错误； D．苯酚与NaOH溶液反应生成苯酚钠，苯酚钠溶于水，与苯分层，可以分液分离，D正确； 故选D。 【变式1-3】（22-23高二下·江苏盐城·开学考试）下列物质除杂（括号内的物质为杂质）的方法错误的是 A．硝基苯（苯）——蒸馏 B．乙烯——氢氧化钠溶液 C．己烷（己烯）——溴水，分液 D．乙酸乙酯（乙酸）——碳酸钠溶液，分液 【答案】C 【详解】A．苯和硝基苯是互溶的液体混合物，利用沸点不同进行蒸馏分离，故A项正确； B．二氧化硫和氢氧化钠反应，而乙烯不反应，能分离除去，故B项正确； C．己烯与溴水发生加成反应生成二溴己烷，能溶于己烷不分层，不能分液进行分离，故C项错误； D．乙酸能与碳酸钠溶液反应生成乙酸钠，溶于水，而乙酸乙酯不与碳酸钠溶液反应，不溶于碳酸钠溶液，可利用分液分离，故D项正确； 故本题选C。 题型02 重结晶法提纯苯甲酸 实验步骤速记口诀 苯甲酸重结晶，溶解度差是核心； 热水溶解加过量，趁热过滤除杂尘； 自然冷却析晶体，冷洗抽滤去杂痕； 低温干燥称产率，熔点检验纯不纯。 误差分析： 1. 产率偏低（晶体少） 溶剂加太多、趁热过滤慢（晶体提前析出） 用热水洗涤、冷却不充分 干燥温度过高（苯甲酸升华） 2. 产率偏高（杂质多） 冷却太快（晶体吸附杂质） 趁热过滤不彻底（含不溶性杂质） 3. 纯度偏低（熔点异常） 洗涤不充分、冷却过快 未重复重结晶、干燥不彻底（有溶剂残留） 【典例2】有机物苯甲酸（）是蜜饯中常用的食品防腐剂之一。某实验小组设计粗苯甲酸（含有少量和泥沙）的提纯方案如下。已知苯甲酸溶解度随着温度的升高而增大，且变化较大。下列说法错误的是 A．操作Ⅰ中依据苯甲酸的溶解度估算加水量 B．操作Ⅱ趁热过滤的目的是除去泥沙和 C．操作Ⅲ缓慢冷却结晶可减少杂质被包裹 D．操作Ⅳ冷水洗涤目的是减少苯甲酸的溶解损失 【答案】B 【分析】苯甲酸微溶于冷水，易溶于热水。粗苯甲酸中混有泥沙和氯化钠，加水、加热溶解，苯甲酸、NaCl溶解在水中，泥沙不溶，从而形成悬浊液；趁热过滤出泥沙，同时防止苯甲酸结晶析出；将滤液冷却结晶，大部分苯甲酸结晶析出，氯化钠仍留在母液中；过滤、用冷水洗涤，便可得到纯净的苯甲酸，据此分析； 【详解】操作Ⅰ中，为减少能耗、减少苯甲酸的溶解损失，溶解所用水的量需加以控制，可依据苯甲酸的大致含量、溶解度等估算加水量，A正确； B．操作Ⅱ趁热过滤的目的，是除去泥沙，同时防止苯甲酸结晶析出，NaCl含量少，通常不结晶析出，B不正确； C．操作Ⅲ缓慢冷却结晶，可形成较大的苯甲酸晶体颗粒，同时可减少杂质被包裹在晶体颗粒内部，C正确； D．苯甲酸微溶于冷水，易溶于热水，所以操作IV可用冷水洗涤晶体，既可去除晶体表面吸附的杂质离子，又能减少溶解损失，D正确； 故选B。 【变式2-1】（24-25高二上·江苏无锡·期中）某粗苯甲酸样品中含有少量氯化钠和泥沙。在重结晶法提纯苯甲酸的过程中，下列操作未涉及的是 A． B． C． D． 【答案】D 【详解】A．图中加热溶解，加快苯甲酸溶解速率，便于分离泥沙，A正确； B．苯甲酸加热溶解后，泥沙不溶，过滤除去，B正确； C．苯甲酸溶解度，随温度降低而减小，冷却结晶可析出苯甲酸晶体，C正确； D．重结晶实验中不涉及萃取、分液，D错误； 故选D。 【变式2-2】某粗苯甲酸样品中含有少量NaCl和泥沙，某实验小组提纯苯甲酸的实验流程如图(已知：常温下，苯甲酸微溶于水，易溶于乙醇；25 ℃和75 ℃时苯甲酸在水中的溶解度分别为0.34 g和2.2 g)。下列说法不正确的是 A．“过滤1”需趁热，以减少苯甲酸的析出 B．为除去NaCl，“结晶”时应采用冷却结晶 C．“洗涤”时，不宜用乙醇作洗涤剂 D．可通过NaOH标准液以甲基橙为指示剂滴定测定所得苯甲酸晶体的纯度 【答案】D 【分析】粗苯甲酸样品中含有少量NaCl和泥沙，由于苯甲酸的溶解度随温度升高而增大，溶解、加热后，需趁热过滤、除掉泥沙，对热的滤液进行冷却结晶，再次过滤得到苯甲酸固体，洗涤、干燥后得到苯甲酸晶体。 【详解】A．由上述分析可知，由于苯甲酸的溶解度随温度升高而增大，“过滤1”需趁热，以减少苯甲酸的析出，A正确； B．NaCl的溶解度随温度变化不大，为除去 NaCl，“结晶”时应采用冷却结晶，使NaCl留在滤液中，B正确； C．常温下，苯甲酸微溶于水，易溶于乙醇，洗涤时不宜用乙醇，应用冷水，C正确； D．通过NaOH标准液滴定测定所得苯甲酸晶体的纯度，滴定终点溶液显碱性，不在甲基橙变色范围内，故不可用甲基橙作指示剂，D错误； 故选D。 【变式2-3】苯甲酸是一种食品添加剂，某粗苯甲酸样品中含有少量 NaCl和泥沙，提纯苯甲酸的实验流程如图(已知：常温下苯甲酸易溶于乙醇，25℃和75 ℃时苯甲酸在水中的溶解度分别为0.34g 和2.2g)。下列说法错误的是 A．“过滤1”需趁热，以减少苯甲酸的析出 B．检验苯甲酸中含有的 NaCl是否除净，可选用 AgNO3溶液 C．“洗涤”时为了减少苯甲酸的损失、提高产量，可选用冷水作洗涤剂 D．除去苯甲酸中的 NaCl，“结晶”时应采用蒸发结晶 【答案】D 【分析】粗苯甲酸样品中含有少量和泥沙，由于苯甲酸的溶解度随温度升高而增大，溶解、加热后需趁热过滤，除掉泥沙；对热的滤液进行冷却结晶，再次过滤得到苯甲酸固体，洗涤、干燥后得到苯甲酸晶体； 【详解】A．根据分析，“过滤1”需趁热，以减少苯甲酸的析出，A正确； B．检验苯甲酸中含有的是否除净，可以取少量样品溶于水，滴加硝酸银溶液，若无白色沉淀，则说明已经除净，B正确； C．常温下，苯甲酸微溶于水，易溶于乙醇，洗涤时不宜用乙醇，应用冷水，减少苯甲酸的损失，C正确； D．的溶解度随温度变化不大，为除去，“结晶”时应采用冷却结晶，使留在滤液中，D错误； 故选D。 题型03 确定实验式 确定实验式（最简式） 1.定义：表示有机物中各元素原子最简整数比的式子（如C₂H₆O是实验式，可能对应乙醇或二甲醚）。 2.核心步骤： （1）测元素质量分数（燃烧法为主，测C、H、O等元素含量）； 测定C、H元素：有机物完全燃烧后，C→CO₂（用碱石灰/NaOH溶液吸收，测质量增量），H→H₂O（用浓硫酸吸收，测质量增量）； 测定O元素：一般不直接测，通过“总质量 - C元素质量 - H元素质量”计算（前提：不含其他元素）； 测定N、S元素：需专用试剂吸收产物（如N→N₂测体积，S→SO₂测质量），计算质量分数。 （2）算原子个数比（各元素质量分数÷相对原子质量，再化为最简整数比）； （3）写出实验式。 【典例3】（22-23高二上·江苏无锡·期中）某有机化合物3.2 g在氧气中充分燃烧只生成CO2和H2O，将生成物依次通入盛有浓硫酸的洗气瓶和盛有碱石灰的干燥管，实验测得装有浓硫酸的洗气瓶增重3.6 g，盛有碱石灰的干燥管增重4.4 g。则下列判断正确的是 A．该有机物只含碳、氢两种元素 B．该有机化合物中碳原子数和氢原子数之比是1：2 C．该有机物的分子式一定为CH4O D．根据题目条件可求出该有机物的实验式，无法求出该有机物的分子式 【答案】C 【分析】有机化合物3.2 g在氧气中充分燃烧只生成CO2和H2O，将生成物依次通入盛有浓硫酸的洗气瓶和盛有碱石灰的干燥管，实验测得装有浓硫酸的洗气瓶增重3.6 g，故,，盛有碱石灰的干燥管增重4.4 g，故二氧化碳的物质的量为。有机化合物中O元素的质量为：，，n(C):n(H):n(O)=0.1:0.4:0.1=1:4:1，该有机物的实验式为CH4O； 【详解】A．根据分析可知该有机物含有C、H、O三种元素，故A错误； B．根据分析可知该有机化合物中碳原子数和氢原子数之比是1：4，故B错误； C．该物质氢元素已经达到饱和，可以确定该有机物的分子式一定为CH4O，故C正确； D．根据题目条件可求出该有机物的实验式，该有机物氢原子已经饱和可以确定有机物的分子式，故D错误； 故答案为C 【变式3-1】甲是一种烃的含氧衍生物。已知甲物质中碳元素的质量分数为45.3%，氢元素的质量分数为9.43%，那么甲的实验式是 A． B． C． D． 【答案】A 【详解】计算各元素物质的量比：C为，H为，O为，三者比值为3.775:9.43:2.829，化简为4:10:3，实验式为， 故选A。 【变式3-2】（19-20高二上·江苏盐城·期中）某有机物的蒸气跟足量O2混合点燃，充分反应后生成CO24.48L(已折算成标准状况)和5.4 g H2O。下列关于该有机物的说法正确的是 A．该有机物中肯定不含氧元素 B．分子中C、H、O个数比为1∶3∶1 C．若该有机物中含氧元素，则该有机物一定为乙醇 D．若该有机物的相对分子质量为30，则该有机物一定是乙烷 【答案】D 【分析】标准状况下4.48L CO2的物质的量为=0.2mol，5.4g水的物质的量为=0.3mol，该有机物分子中含有C、H原子数为N(C)∶N(H)=0.2mol∶(0.3mol×2)=2∶6=1∶3，据此分析解答。 【详解】A．根据上述分析，题中信息无法确定有机物中是否含有氧元素，故A错误； B．根据上述分析，题中信息无法确定有机物中是否含有氧元素，故B错误； C．若该有机物中含氧元素，该有机物不一定为乙醇，也可能为乙二醇、乙醚等，故C错误； D．根据上述分析，该有机物中N(C)∶N(H)=1∶3，若该有机物的相对分子质量为30，则一定不存在氧元素，分子式为C2H6，该有机物一定是乙烷，故D正确； 故选D。 【点睛】本题的易错点为C，若该有机物中含氧元素，则该有机物的化学式为C2H6O或C2H6O2等，不一定为乙醇。 【变式3-3】某有机物6.4 g在氧气中完全燃烧，产物通过浓H2SO4增重7.2g，再通过碱石灰增重8.8g。下列说法不正确的是 A．该化合物中C、H原子个数比1:4 B．该化合物中一定含有氧原子 C．该化合物最简式为CH4O D．该化合物分子式一定是C2H8O2 【答案】D 【分析】由题意知，浓硫酸吸收的水的质量为7.2g，碱石灰吸收的CO2的质量为8.8g，则n(H2O)==0.4mol，n(CO2)==0.2mol，有机物质量为6.4 g，则所含氧元素的质量为6.4g-0.4mol×2×1g/mol-0.2mol×12g/mol=3.2g，n(O)==0.2mol。 【详解】A．该化合物中C、H原子个数比等于其物质的量之比，即为0.2mol:0.8mol=1:4，A正确； B．由分析知，该化合物中一定含有氧原子，B正确； C．该化合物中n(C): n(H): n(O)= 0.2mol: 0.8mol: 0.2mol=1:4:1，所以最简式为CH4O，C正确； D．有机物分子中，氢原子的最大数值应满足烷烃的组成，若C原子个数为2，H原子个数的最大值为6，所以该化合物分子式不可能是C2H8O2，D错误； 故选D。 题型04 确定分子式 一、核心逻辑 分子式 = 实验式 × n（n为正整数，n=相对分子质量÷实验式式量），关键是先求实验式，再测相对分子质量，最终确定n值。 二、具体步骤（三步必掌握） 1. 第一步：先确定实验式（按前文方法，得到最简原子比，如C₃H₈O）； 2. 第二步：测定有机物的相对分子质量（M）： 常用方法：质谱法（质谱图中最大质荷比=相对分子质量，最快捷）； 其他方法：气体密度法（标况下M=ρ×22.4）、沸点升高/凝固点降低法、相对密度法（M=已知物质相对分子质量×相对密度）； 3. 第三步：计算n值，推导分子式： 先算实验式式量（各元素相对原子质量×原子个数之和，如C₃H₈O的式量=12×3+1×8+16=60）； 公式：n = 相对分子质量（M）÷ 实验式式量（结果取正整数）； 分子式 = 实验式 × n。 【典例4】（22-23高二上·江苏常州·期中）麻黄素有平喘作用，我国药物学家从中药麻黄中提取麻黄素作为平喘药。某实验兴趣小组用李比希法、现代仪器等测定麻黄素的分子式，测得含C、H、O、N四种元素中的若干种，其中含氮8.48%；同时将5.0g麻黄素完全燃烧可得，，据此，判断麻黄素的分子式为 A． B． C． D． 【答案】C 【详解】5.0g麻黄素其中含氮8.48%，含N质量5.0g8.48%=0.424g，含N的物质的量为 =0.03mol；完全燃烧可得，物质的量为 =0.30mol，C为0.30mol、C质量为0.30mol 12g/mol=3.6g；的物质的量为 =0.227mol，其中H为0.45mol、H质量为0.45g；则含有氧元素质量为5.0g-3.6g-0.45g-0.424g=0.526g，为0.03mol，则C、H、N、O原子数目比为0.3:0.45:0.03:0.03=10:15:1:1，对照4个答案可知，分子式为； 故选C。 【变式4-1】（22-23高一下·江苏南通·期中）某有机化合物样品的质谱、核磁共振氢谱分别如图所示，则该有机化合物可能是 A． B． C． D． 【答案】C 【详解】由质谱图可知该有机物的相对分子质量为58，由核磁共振氢谱图可知分子中所有氢原子的位置相同。 A．相对分子质量为46，A错误； B．分子中氢原子的位置有3种，B错误； C．相对分子质量为58，分子中所有氢原子的位置相同，C正确； D．相对分子质量为58，分子氢原子的位置有两种，D错误； 故选C。 【变式4-2】某气态有机物X含C、H、O三种元素，已知下列条件，现欲确定X的分子式，至少需要的条件是 ①X中所含碳元素的质量分数②X中所含氢元素的质量分数③X在标准状况下的体积④X的相对分子质量⑤X的质量 A． ①②③ B．①②④ C．①②⑤ D．③④⑤ 【答案】B 【详解】由气态有机物中含碳元素和氢元素的质量分数可推出氧元素的质量分数，由各元素的质量分数可确定X的实验式，由相对分子质量和实验式可确定X的分子式，则欲确定X的分子式至少需要的条件是①②④，故选B。 【变式4-3】实验兴趣小组用李比希法、现代仪器等测定有机物X的组成和结构。实验测得0.300 g样品X完全燃烧，产物气体先通过干燥剂高氯酸镁，高氯酸镁质量增加0.180 g，再通过碱石灰，碱石灰质量增加0.440 g。 (1)由实验数据分析计算可得X的实验式(最简式)为 。 (2)若红外光谱测得X中含有“C=O”和“C—O—C”的结构，质谱法测得X的相对分子质量是60，则X的名称为 。 (3)若质谱法测得X的相对分子质量是90，两分子X能通过酯化反应形成六元环状结构的有机物Y，Y的结构简式为 。 【答案】 CH2O 甲酸甲酯 【分析】将有机物燃烧，其中的C转化为CO2，其中的H转化为H2O，根据高氯酸镁质量增加确定H2O的质量，根据碱石灰增加质量确定CO2的质量，由H2O、CO2的质量计算H、C元素的质量，根据C、H元素的质量和与有机物的质量关系确定其中O元素的质量，根据C、H、O的质量计算它们的最简整数比，得到最简式；然后根据物质含有的官能团及相对分子质量确定物质X的结构简式及物质名称。 【详解】(1)0.300 g样品X完全燃烧，反应产生的气体先通过干燥剂高氯酸镁，高氯酸镁质量增加0.180 g就是水的质量，n(H2O)==0.01 mol；再通过碱石灰，碱石灰质量增加0.440 g为CO2的质量，则n(CO2)==0.01 mol，所以0.300 g样品X中含有O元素的质量是m(O)=0.300 g-0.01 mol×2×1 g/mol-0.01 mol×12 g/mol=0.16 g，则n(O)==0.01 mol，所以n(C)：n(H)：n(O)=0.01 mol：0.01 mol×2：0.01 mol=1：2：1，故该物质的最简式是CH2O； (2)物质X的最简式CH2O的式量是30，质谱法测得X的相对分子质量是60，则X的分子式是C2H4O2，若红外光谱测得X中含有“C=O”和“C—O—C”的结构，则X含有酯基，X的结构简式是HCOOCH3，该物质的名称为甲酸甲酯； (3)若质谱法测得X的相对分子质量是90，说明X分子中含有3个CH2O基团，X的分子式是C3H6O3，两分子X能通过酯化反应形成六元环状结构的有机物Y，则X是2-羟基丙酸，X的结构简式是，2个X通过酯化反应形成六元环状结构的有机物Y结构简式是：。 题型05 确定分子结构 确定分子式后，需通过波谱分析+化学性质验证锁定分子结构，核心是判断官能团和原子连接方式 1. 红外光谱 原理：不同官能团振动频率不同，在光谱中呈现特征吸收峰； 示例：分子式C₂H₆O，若IR有-OH峰→乙醇（CH₃CH₂OH），无-OH峰→二甲醚（CH₃OCH₃）。 2. 核磁共振氢谱 原理：不同化学环境的H原子共振频率不同，呈现不同峰； 峰的个数=H原子种类（如乙醇有3种H，峰数3；二甲醚有1种H，峰数1）； 峰面积比=H原子个数比（如乙醇峰面积比1:2:3，对应-OH、-CH₂-、-CH₃的H）。 3. X射线衍射 核心功能：测定晶体状态分子的三维立体结构（键长、键角、空间构型、手性/顺反异构），经过计算可以从中获得分子结构的有关数据，包括键长、键角等分子结构信息。 示例：分子式C₄H₈，IR有C=C峰，¹H-NMR确定碳骨架为CH₃CH=CHCH₃，XRD进一步确定为顺式或反式结构。 【典例5】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为无色粘稠液体，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，测其密度是相同条件下H2的45倍 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 LCO2（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1H核磁共振谱如图 （4）A中含有 种氢原子 （5）综上所述，A的结构简式 【答案】 90 C3H6O3 －COOH －OH 4 CH3CH(OH)COOH 【分析】（1）有机物和氢气的密度之比等于相对分子质量之比； （2）浓硫酸可以吸收水，碱石灰可以吸收二氧化碳，根据元素守恒来确定有机物的分子式； （3）羧基可以和碳酸氢钠发生化学反应生成二氧化碳，羟基可以和金属钠发生化学反应生成氢气； （4）核磁共振氢谱图中有几个峰值则含有几种类型的等效氢原子，峰面积之比等于氢原子的数目之比； （5）根据分析确定A的结构简式。 【详解】（1）有机物质的密度是相同条件下H2的45倍，所以有机物的相对分子质量为45×2=90，故答案为90； （2）浓硫酸增重5.4g，则生成水的质量是5.4g，生成水的物质的量是=0.3mol，所含有氢原子的物质的量是0.6mol，碱石灰增重13.2g，所以生成二氧化碳的质量是13.2g，所以生成二氧化碳的物质的量是 = 0.3 mol，所以碳原子的物质的量是0.3 mol，由于有机物是0.1mol，所以有机物中碳原子个数是3，氢原子个数是6，根据相对分子质量是90，所以氧原子个数是3，即分子式为：C3H6O3， 故答案为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，生成2.24LCO2（标准状况），则含有一个羧基（－COOH），醇羟基（－OH）可以和金属钠发生反应生成氢气，与足量金属钠反应生成2.24LH2（标准状况），则含有羟基数目是1个， 故答案为－COOH和－OH； （4）根据核磁共振氢谱图看出有机物中有4个峰值，则含4种类型的等效氢原子，氢原子的个数比是3：1：1：1， 故答案为4； （5）综上所述，A的结构简式为CH3CH(OH)COOH。 【变式5-1】（2024高三·江苏·专题练习）为测定某有机物A的结构，设计了如下实验：①将2.3 g该有机物完全燃烧，生成了0.1 mol CO2和2.7 g H2O；②用质谱仪实验得质谱图如下(左)；③用核磁共振仪处理该化合物得1H核磁共振谱图如下(右)，图中三个峰的面积比为1∶2∶3.试回答下列问题： (1)有机物A的相对分子质量为 。 (2)有机物A的实验(最简式)式为 。 (3)根据A的实验式 (填“能”或“不能”)确定A的分子式。 (4)A的分子式为 ，结构简式为 。 【答案】(1)46 (2)C2H6O (3)能 (4) C2H6O CH3CH2OH 【详解】（1）质谱图中最大质荷比即为有机物的相对分子质量，所以根据质谱图可知A的相对分子质量为46。 （2）2.3 g A完全燃烧生成0.1 mol CO2和2.7 g H2O，则n(C)=n(CO2)=0.1mol，m(C)=0.1mol×12g/mol=1.2g， n(H2O)= ，n(H)=0.3mol，m(H)=0.3mol×1g/mol=0.3g， 则m(C)+m(H)=1.2g+0.3g=1.5g＜2.3g，故有机物含有O元素，且m(O)=2.3g-1.5g=0.8g，故n(O)= =0.05mol，n(C):n(H):n(O)=0.1mol:0.3mol:0.05mol=2:6:1，即该有机物实验式为C2H6O。 （3）该有机物的实验式为C2H6O，H原子已经饱和C原子的四价结构，所以该实验式就是分子式。 （4）由核磁共振氢谱可知，该有机物分子中有3中化学环境不同的H原子，三种H原子数目之比为1:2:3，有机物A的分子式为C2H6O，故该有机物结构式为CH3CH2OH。 【变式5-2】（22-23高二下·江苏宿迁·期中）某有机物A的分子式为，对其结构进行光谱分析如图所示，则A的结构简式为    A． B． C． D． 【答案】B 【详解】该有机物分子式为C4H10O，红外光谱显示存在甲基(-CH3)，亚甲基(-CH2-)和醚键，由核磁共振氢谱可知存在两种不同化学环境的氢原子，由此可知： A．此结构简式种有4种不同化学环境的氢原子，A错误； B．此结构简式种有2种不同化学环境的氢原子，且存在醚键、甲基和亚甲基，B正确； C．此结构简式种有4种不同化学环境的氢原子，C错误； D．此结构简式种有3种不同化学环境的氢原子，D错误； 故选B。 【变式5-3】（21-22高二下·江苏连云港·期中）仪器分析法对有机化学的研究至关重要。下列说法错误的是 A．元素分析仪是将有机物在氧气中充分燃烧后对燃烧产物进行自动分析，以确定有机物最简式 B．图-1是有机物甲的红外光谱，该有机物中至少有三种不同环境的化学键 C．图-2是有机物乙的质谱图，有机物乙的相对分子质量为78 D．图-3①和图-3②是分子式为的两种有机物的1H核磁共振谱图，图-3②为二甲醚 【答案】D 【详解】A．元素分析仪是将有机物在氧气中充分燃烧后对燃烧产物进行自动分析，以确定有机物最简式，现代元素分析仪分析的精确度和速度都达到了很高的水平，故A正确； B．从图1可以看出该有机物甲中至少有C-H、O-H、C-O三种化学键，故B正确； C．质谱图中最右侧的分子离子峰的质荷比数值为78，则有机物乙的相对分子质量为78，故C正确； D．1H核磁共振谱图中的吸收峰数目为分子中不同化学环境的H种类，峰面积比是不同化学环境H的个数比，分子式为C2H6O的有机物可能为乙醇，结构简式为CH3CH2OH，有三组峰，峰面积比为3：2：1，也可能为二甲醚，结构简式为CH3OCH3，只有一组峰，所以图-3②为乙醇，图-3①为二甲醚，故D错误； 故选D。 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第二节 研究有机化合物的一般方法 题型01 分离、提纯 题型02 重结晶法提纯苯甲酸 题型03 确定实验式 题型04 确定分子式 题型05 确定分子结构 题型01 分离、提纯 核心原则 不增：严禁引入新的杂质（如提纯乙醇时，不能用含水的干燥剂）； 不减：尽量不减少目标有机物（如蒸馏时避免温度过高导致有机物分解）； 易分：杂质与目标物需转化为易分离的状态（如固液、互不相溶的液体）； 复原：若目标物发生反应，最终需恢复原物质（如用NaOH溶液提纯乙酸乙酯时，不能过量，避免酯水解）。 蒸馏 原理：利用混合物中各组分______不同，加热至某一组分沸点，使其______分离，冷凝后得到纯品。 适用场景： 互溶性液体混合物，组分沸点相差≥30℃（相差越小，分离效果越差）； 提纯易挥发、难挥发或不挥发杂质的液体有机物（如从酒精溶液中提纯乙醇，从溴苯中除去溴化氢）。 重结晶 原理：利用固体有机物在溶剂中的______随温度变化差异大，加热溶解成______，冷却后溶解度下降，析出晶体（杂质溶解度大或小，留在溶液中）。 适用场景：提纯溶解度随温度变化显著的固体有机物（如苯甲酸、萘、乙酰苯胺，不适用于溶解度随温度变化小的物质，如NaCl）。 萃取 原理：利用目标物在两种互不相溶的溶剂中______差异大，将目标物从一种溶剂转移到另一种溶剂中，再通过分液分离。 适用场景：分离互不相溶的液体混合物，或提取溶液中的目标有机物（如用四氯化碳萃取溴水中的溴，用苯萃取碘水中的碘，用乙酸乙酯萃取水溶液中的乙酸）。 洗气 原理：将气体混合物通过盛有特定试剂的洗气瓶，试剂与杂质______，目标气体不反应、不溶解，从而分离。 适用场景：净化气体混合物（如除去甲烷中的乙烯，除去二氧化碳中的氯化氢，除去氢气中的水蒸气）。 过滤 原理：利用滤纸或过滤介质，分离固液混合物（固体不溶于液体）。 适用场景：除去有机物中的不溶性杂质（如除去溴乙烷中的泥沙，除去重结晶后的晶体与母液） 【典例1】（22-23高二上·江苏盐城·期末）除去下列物质中所含少量杂质，所选用的试剂和分离方法能达到实验目的的是 选项 混合物(括号内为杂质) 试剂(足量) 分离方法 A 乙醇(水) 无水硫酸铜 蒸馏 B 乙烷(乙烯) 溴水 洗气 C 乙酸乙酯(乙酸) 饱和NaOH溶液 分液 D 乙酸(乙醛) 新制Cu(OH)2 过滤 A．A B．B C．C D．D 【变式1-1】（23-24高二上·江苏南京·阶段检测）现有三组混合物：i.乙酸乙酯和乙酸钠；ii.乙醇和正丁醇；iii.溴化银和溴水的混合物。分离以上各混合物的正确方法依次是 A．分液、萃取、蒸发结晶 B．萃取、分液、蒸馏 C．分液、蒸馏、萃取 D．分液、蒸馏、过滤 【变式1-2】（24-25高二上·江苏盐城·期中）提纯下列物质(括号中为少量杂质)，选择试剂和分离方法均正确的是 选项 被提纯的物质 除杂试剂 分离方法 A 溴苯() KI溶液 分液 B 乙酸乙酯(乙酸) 饱和NaOH溶液 分液 C 乙醇() 生石灰 过滤 D 苯(苯酚) NaOH溶液 分液 A．A B．B C．C D．D 【变式1-3】（22-23高二下·江苏盐城·开学考试）下列物质除杂（括号内的物质为杂质）的方法错误的是 A．硝基苯（苯）——蒸馏 B．乙烯——氢氧化钠溶液 C．己烷（己烯）——溴水，分液 D．乙酸乙酯（乙酸）——碳酸钠溶液，分液 题型02 重结晶法提纯苯甲酸 实验步骤速记口诀 苯甲酸重结晶，溶解度差是核心； 热水溶解加过量，趁热过滤除杂尘； 自然冷却析晶体，冷洗抽滤去杂痕； 低温干燥称产率，熔点检验纯不纯。 误差分析： 1. 产率______（晶体少） 溶剂加太多、趁热过滤慢（晶体提前析出） 用热水洗涤、冷却不充分 干燥温度过高（苯甲酸升华） 2. 产率______（杂质多） 冷却太快（晶体吸附杂质） 趁热过滤不彻底（含不溶性杂质） 3. 纯度______（熔点异常） 洗涤不充分、冷却过快 未重复重结晶、干燥不彻底（有溶剂残留） 【典例2】有机物苯甲酸（）是蜜饯中常用的食品防腐剂之一。某实验小组设计粗苯甲酸（含有少量和泥沙）的提纯方案如下。已知苯甲酸溶解度随着温度的升高而增大，且变化较大。下列说法错误的是 A．操作Ⅰ中依据苯甲酸的溶解度估算加水量 B．操作Ⅱ趁热过滤的目的是除去泥沙和 C．操作Ⅲ缓慢冷却结晶可减少杂质被包裹 D．操作Ⅳ冷水洗涤目的是减少苯甲酸的溶解损失 【变式2-1】（24-25高二上·江苏无锡·期中）某粗苯甲酸样品中含有少量氯化钠和泥沙。在重结晶法提纯苯甲酸的过程中，下列操作未涉及的是 A． B． C． D． 【变式2-2】某粗苯甲酸样品中含有少量NaCl和泥沙，某实验小组提纯苯甲酸的实验流程如图(已知：常温下，苯甲酸微溶于水，易溶于乙醇；25 ℃和75 ℃时苯甲酸在水中的溶解度分别为0.34 g和2.2 g)。下列说法不正确的是 A．“过滤1”需趁热，以减少苯甲酸的析出 B．为除去NaCl，“结晶”时应采用冷却结晶 C．“洗涤”时，不宜用乙醇作洗涤剂 D．可通过NaOH标准液以甲基橙为指示剂滴定测定所得苯甲酸晶体的纯度 【变式2-3】苯甲酸是一种食品添加剂，某粗苯甲酸样品中含有少量 NaCl和泥沙，提纯苯甲酸的实验流程如图(已知：常温下苯甲酸易溶于乙醇，25℃和75 ℃时苯甲酸在水中的溶解度分别为0.34g 和2.2g)。下列说法错误的是 A．“过滤1”需趁热，以减少苯甲酸的析出 B．检验苯甲酸中含有的 NaCl是否除净，可选用 AgNO3溶液 C．“洗涤”时为了减少苯甲酸的损失、提高产量，可选用冷水作洗涤剂 D．除去苯甲酸中的 NaCl，“结晶”时应采用蒸发结晶 题型03 确定实验式 确定实验式（最简式） 1.定义：表示有机物中各元素原子 的式子（如C₂H₆O是实验式，可能对应乙醇或二甲醚）。 2.核心步骤： （1）测元素质量分数（燃烧法为主，测C、H、O等元素含量）； 测定C、H元素：有机物完全燃烧后，C→CO₂（用碱石灰/NaOH溶液吸收，测质量增量），H→H₂O（用浓硫酸吸收，测质量增量）； 测定O元素：一般不直接测，通过“总质量 - C元素质量 - H元素质量”计算（前提：不含其他元素）； 测定N、S元素：需专用试剂吸收产物（如N→N₂测体积，S→SO₂测质量），计算质量分数。 （2）算原子个数比（各元素质量分数÷相对原子质量，再化为最简整数比）； （3）写出实验式。 【典例3】（22-23高二上·江苏无锡·期中）某有机化合物3.2 g在氧气中充分燃烧只生成CO2和H2O，将生成物依次通入盛有浓硫酸的洗气瓶和盛有碱石灰的干燥管，实验测得装有浓硫酸的洗气瓶增重3.6 g，盛有碱石灰的干燥管增重4.4 g。则下列判断正确的是 A．该有机物只含碳、氢两种元素 B．该有机化合物中碳原子数和氢原子数之比是1：2 C．该有机物的分子式一定为CH4O D．根据题目条件可求出该有机物的实验式，无法求出该有机物的分子式 【变式3-1】甲是一种烃的含氧衍生物。已知甲物质中碳元素的质量分数为45.3%，氢元素的质量分数为9.43%，那么甲的实验式是 A． B． C． D． 【变式3-2】（19-20高二上·江苏盐城·期中）某有机物的蒸气跟足量O2混合点燃，充分反应后生成CO24.48L(已折算成标准状况)和5.4 g H2O。下列关于该有机物的说法正确的是 A．该有机物中肯定不含氧元素 B．分子中C、H、O个数比为1∶3∶1 C．若该有机物中含氧元素，则该有机物一定为乙醇 D．若该有机物的相对分子质量为30，则该有机物一定是乙烷 【变式3-3】某有机物6.4 g在氧气中完全燃烧，产物通过浓H2SO4增重7.2g，再通过碱石灰增重8.8g。下列说法不正确的是 A．该化合物中C、H原子个数比1:4 B．该化合物中一定含有氧原子 C．该化合物最简式为CH4O D．该化合物分子式一定是C2H8O2 题型04 确定分子式 一、核心逻辑 分子式 = 实验式 × n（n为正整数，n=相对分子质量÷实验式式量），关键是先求实验式，再测相对分子质量，最终确定n值。 二、具体步骤（三步必掌握） 1. 第一步：先确定实验式（按前文方法，得到最简原子比，如C₃H₈O）； 2. 第二步：测定有机物的相对分子质量（M）： 常用方法：质谱法（质谱图中最大质荷比=相对分子质量，最快捷）； 其他方法：气体密度法（标况下M=ρ×22.4）、沸点升高/凝固点降低法、相对密度法（M=已知物质相对分子质量×相对密度）； 3. 第三步：计算n值，推导分子式： 先算实验式式量（各元素相对原子质量×原子个数之和，如C₃H₈O的式量=12×3+1×8+16=60）； 公式：n = 相对分子质量（M）÷ 实验式式量（结果取正整数）； 分子式 = 实验式 × n。 【典例4】（22-23高二上·江苏常州·期中）麻黄素有平喘作用，我国药物学家从中药麻黄中提取麻黄素作为平喘药。某实验兴趣小组用李比希法、现代仪器等测定麻黄素的分子式，测得含C、H、O、N四种元素中的若干种，其中含氮8.48%；同时将5.0g麻黄素完全燃烧可得，，据此，判断麻黄素的分子式为 A． B． C． D． 【变式4-1】（22-23高一下·江苏南通·期中）某有机化合物样品的质谱、核磁共振氢谱分别如图所示，则该有机化合物可能是 A． B． C． D． 【变式4-2】某气态有机物X含C、H、O三种元素，已知下列条件，现欲确定X的分子式，至少需要的条件是 ①X中所含碳元素的质量分数②X中所含氢元素的质量分数③X在标准状况下的体积④X的相对分子质量⑤X的质量 A．①②③ B．①②④ C．①②⑤ D．③④⑤ 【变式4-3】某实验兴趣小组用李比希法、现代仪器等测定有机物X的组成和结构。实验测得0.300 g样品X完全燃烧，产物气体先通过干燥剂高氯酸镁，高氯酸镁质量增加0.180 g，再通过碱石灰，碱石灰质量增加0.440 g。 (1)由实验数据分析计算可得X的实验式(最简式)为 。 (2)若红外光谱测得X中含有“C=O”和“C—O—C”的结构，质谱法测得X的相对分子质量是60，则X的名称为 。 (3)若质谱法测得X的相对分子质量是90，两分子X能通过酯化反应形成六元环状结构的有机物Y，Y的结构简式为 。 题型05 确定分子结构 确定分子式后，需通过波谱分析+化学性质验证锁定分子结构，核心是判断官能团和原子连接方式 1. 红外光谱 原理：不同官能团振动频率不同，在光谱中呈现特征吸收峰； 示例：分子式C₂H₆O，若IR有-OH峰→乙醇（CH₃CH₂OH），无-OH峰→二甲醚（CH₃OCH₃）。 2. 核磁共振氢谱 原理：不同化学环境的H原子共振频率不同，呈现不同峰； 峰的个数=H原子种类（如乙醇有3种H，峰数3；二甲醚有1种H，峰数1）； 峰面积比=H原子个数比（如乙醇峰面积比1:2:3，对应-OH、-CH₂-、-CH₃的H）。 3. X射线衍射 核心功能：测定晶体状态分子的三维立体结构（键长、键角、空间构型、手性/顺反异构），经过计算可以从中获得分子结构的有关数据，包括键长、键角等分子结构信息。 示例：分子式C₄H₈，IR有C=C峰，¹H-NMR确定碳骨架为CH₃CH=CHCH₃，XRD进一步确定为顺式或反式结构。 【典例5】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为无色粘稠液体，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，测其密度是相同条件下H2的45倍 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 LCO2（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1H核磁共振谱如图 （4）A中含有 种氢原子 （5）综上所述，A的结构简式 【变式5-1】（2024高三·江苏·专题练习）为测定某有机物A的结构，设计了如下实验：①将2.3 g该有机物完全燃烧，生成了0.1 mol CO2和2.7 g H2O；②用质谱仪实验得质谱图如下(左)；③用核磁共振仪处理该化合物得1H核磁共振谱图如下(右)，图中三个峰的面积比为1∶2∶3.试回答下列问题： (1)有机物A的相对分子质量为 。 (2)有机物A的实验(最简式)式为 。 (3)根据A的实验式 (填“能”或“不能”)确定A的分子式。 (4)A的分子式为 ，结构简式为 。 【变式5-2】（22-23高二下·江苏宿迁·期中）某有机物A的分子式为，对其结构进行光谱分析如图所示，则A的结构简式为    A． B． C． D． 【变式5-3】（21-22高二下·江苏连云港·期中）仪器分析法对有机化学的研究至关重要。下列说法错误的是 A．元素分析仪是将有机物在氧气中充分燃烧后对燃烧产物进行自动分析，以确定有机物最简式 B．图-1是有机物甲的红外光谱，该有机物中至少有三种不同环境的化学键 C．图-2是有机物乙的质谱图，有机物乙的相对分子质量为78 D．图-3①和图-3②是分子式为的两种有机物的1H核磁共振谱图，图-3②为二甲醚 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $