第3章 第2节 有机化合物结构的测定（教用Word）-【金榜题名】2025-2026学年高二化学选择性必修3同步学案（鲁科版）

本讲义聚焦有机化合物结构测定核心知识点，系统梳理从分子式确定（元素组成测定、相对分子质量计算）到结构式确定（不饱和度分析、官能团鉴定、现代仪器应用）的完整流程，搭建“元素-分子式-官能团-结构”的学习支架。 资料通过针对训练、思考探究等环节，结合燃烧分析法、质谱法等培养科学思维，借助红外光谱、核磁氢谱等现代仪器分析提升科学探究能力。课中辅助教师系统教学，课后学生可通过题组集训和归纳总结巩固知识，有效查漏补缺。

第2节　有机化合物结构的测定 汈汈汈汈汈 学习目标 核心素养 1.了解研究有机化合物的基本步骤。 2.能进行确定有机化合物分子式的简单计算。 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、核磁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。 1.证据推理与模型认知：可以通过分析、推理等方法认识有机合成的本质特征，建立研究有机化合物分子式和结构式的具体模型，并能运用相关的模型进行有机化合物结构式和分子式的测定，从而确定有机化合物的性质。 2.科学探究与创新意识：能从有机物的结构出发，依据有机化合物结构的特点，确定有机化合物中各种官能团，预测有机物的性质，养成勤于实践、善于合作、敢于质疑、勇于创新的学科素养。 知识点一　有机化合物分子式的确定 　 一、预测有机化合物结构的流程 1．测定核心：测定有机化合物结构的核心步骤是确定其分子式，检测分子中所含的官能团及其在碳骨架上的位置。 2．流程示意图 二、有机化合物分子式的确定 1．有机化合物元素组成的确定 (1)碳、氢元素质量分数的测定——燃烧分析法。 (2)氮元素质量分数的测定。 N2N2的体积 (3)卤素质量分数的测定。 AgX (4)氧元素质量分数的计算。 ＝ 2．有机物相对分子质量的确定 (1)通过实验，根据实验数据求算相对分子质量。 (2)有机物相对分子质量一般用质谱仪进行测定。 [针对训练] 1．(1)验证有机物属于烃时只需测定产物中的CO2和H2O的物质的量之比。(　　) (2)有机物燃烧后只生成CO2和H2O的物质不一定只含有碳、氢两种元素。(　　) (3)有机物的实验式、分子式一定不同。(　　) (4)元素分析法和质谱法能分别确定有机物的实验式和相对分子质量。(　　) (5)质谱图中最右边的谱线表示的数值为该有机物的相对分子质量。(　　) 答案　(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)√ 2．某烃的衍生物分子中含C、H、O，若将其分子式写成(CH2)m(CO2)n(H2O)p，当它完全燃烧时，生成的CO2与消耗的O2在同温同压下体积之比为1∶1，则m、n的比为(　　) A．1∶1 B．2∶3 C．1∶2 D．2∶1 答案　D [思考探究] 1．2.3 g某有机物完全燃烧后生成4.4 g二氧化碳和2.7 g水，该有机物的组成元素有哪些？ 提示　该有机物中含C：×12 g·mol－1＝1.2 g，含H：×2×1 g·mol－1＝0.3 g。 因2.3 g＞(1.2 g＋0.3 g)，故该有机物中还含有氧元素。因此，该有机物是由C、H、O三种元素组成的。 2．试分析实验式和分子式有何异同？ 提示　实验式(最简式)只是说明了物质中各元素原子的物质的量之比，分子式说明了物质分子的具体组成，二者中各元素的百分比相同。可能不同的是原子的个数，有时实验式和分子式相同，如CH4。 [归纳提升] 有机化合物分子式的确定方法 1．直接法： (1)由题意求算出1 mol有机化合物中各元素原子的物质的量，从而确定各原子个数，即可推出分子式。 (2)利用相对分子质量及各元素质量分数直接求算出1分子有机物中各元素的原子个数，从而确定分子式。例如：N(C)＝，N(H)＝， N(O)＝。 2．实验式法：先利用有机物中各元素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： N(C)∶N(H)∶N(O)＝∶∶＝a∶b∶c(最简整数比)，则最简式为CaHbOc，分子式为(CaHbOc)n， n＝。 3．通式法： 类别 通式 相对分子质量 烷烃 CnH2n＋2 Mr＝14n＋2(n＋1) 烯烃、 环烷烃 CnH2n Mr＝14n(烯烃，n≥2)， Mr＝14n(环烷烃，n≥3) 炔烃、 二烯烃 CnH2n－2 Mr＝14n－2(炔烃， n≥2；二烯烃，n≥4) 苯及其 同系物 CnH2n－6 Mr＝14n－6(n≥6) 饱和 一元醇 CnH2n＋2O Mr＝14n＋2＋16 饱和 一元醛 CnH2nO Mr＝14n＋16 饱和一 元酸及酯 CnH2nO2 Mr＝14n＋32 4.商余法：用烃(CxHy)的相对分子质量除以14，看商数和余数。 (1)＝n……2，该烃分子式为CnH2n＋2。 (2)＝n……0，该烃分子式为CnH2n。 (3)＝(n－1)……12，该烃分子式为CnH2n－2。 (4)＝(n－1)……8，该烃分子式为CnH2n－6。 (Mr：相对分子质量　n：分子式中碳原子的数目) 5．化学方程式法：利用有机反应中反应物、生成物之间“量”的关系求分子式的方法。 利用燃烧反应的化学方程式，由题给条件并依据下列燃烧通式所得CO2和H2O的量求解x、y、z。 CxHy＋O2xCO2＋H2O、 CxHyOz＋O2xCO2＋H2O。 6．平均值法：当几种烃混合时，往往能求出其平均分子式。把混合物当成一种烃分子计算时，可以得出平均摩尔质量，进而求出平均分子式。若平均摩尔质量为，两种成分的摩尔质量分别为M1、M2，且M1＜M2，则一定有M1＜＜M2。平均分子式中C、H个数介于两种成分之间，故可确定烃的范围。 【规律方法】　实验式的特殊应用 (1)一般方法：必须已知化合物的相对分子质量[Mr(A)]，根据实验式的相对式量[Mr(实)]，可求得分子式中含实验式的个数n，n＝[Mr(A)]/[Mr(实)]，即得分子式。 (2)特殊方法Ⅰ：某些特殊组成的实验式，在不知化合物相对分子质量时，也可根据组成特点确定其分子式。实验式为(CH3O)n的有机化合物，当n＝2时，氢原子数达到饱和，则其分子式为C2H6O2。 (3)特殊方法Ⅱ：部分有机化合物的实验式中，氢原子数已达到饱和，则该有机化合物的实验式即为其分子式，如实验式为CH4、CH3Cl、C2H6O、C4H10O等有机化合物，其实验式即为分子式。 [题组集训] 1．某化合物6.4 g在氧气中完全燃烧只生成8.8 g CO2和7.2 g H2O。下列说法正确的是(　　) A.该化合物仅含碳、氢两种元素 B.该化合物中碳、氢原子个数比为1∶2 C.无法确定该化合物中是否含氧元素 D.该化合物中一定含氧元素 解析　n(CO2)＝＝0.2 mol，m(C)＝0.2 mol×12 g· mol－1＝2.4 g，n(H2O)＝＝0.4 mol，m(H)＝0.4 mol×2×1 g· mol－1＝0.8 g，m(C)＋m(H)＝2.4 g＋0.8 g＝3.2 g＜6.4 g。所以该化合物中含氧元素n(O)＝＝0.2 mol。所以n(C)∶n(H)∶n(O)＝0.2∶0.8∶0.2＝1∶4∶1。 答案　D 2．有机物A由碳、氢、氧三种元素组成。现取3 g A与4.48 L(标准状况)氧气在密闭容器中充分燃烧，生成二氧化碳、一氧化碳和水蒸气(假设反应物没有剩余)。将反应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3.6 g，碱石灰增重4.4 g，剩余气体体积为1.12 L(标准状况)。 回答下列问题： (1)3 g A燃烧后生成物的物质的量分别为n(H2O)＝________，n(CO2)＝________， n(CO)＝________。 (2)通过计算确定A的分子式。 (3)写出A的所有可能的结构简式________________________________________________________________________。 解析　反应物没有剩余，将反应生成的气体(二氧化碳、一氧化碳和水蒸气)依次通过浓硫酸和碱石灰充分吸收，浓硫酸增重的3.6 g为水的质量，碱石灰增重的4.4 g为二氧化碳的质量，剩余气体体积为1.12 L，则 该气体应为CO，说明有机物没有完全燃烧。 (1)n(H2O)＝＝0.2 mol； n(CO2)＝＝0.1 mol；n(CO)＝＝0.05 mol。 (2)3 g A中，n(H)＝2n(H2O)＝2×0.2 mol＝0.4 mol，n(C)＝n(CO2)＋n(CO)＝0.1 mol＋0.05 mol＝0.15 mol，n(O)＝2n(CO2)＋n(CO)＋n(H2O)－2n(O2)＝2×0.1 mol＋0.05 mol＋0.2 mol－2×0.2 mol＝0.05 mol，n(C)∶n(H)∶n(O)＝0.15 mol∶0.4 mol∶0.05 mol＝3∶8∶1，所以A的最简式为C3H8O，由于A中氢原子已达到饱和，所以最简式就是该物质的分子式，即该物质的分子式为C3H8O。 (3)A(C3H8O)可能为饱和一元醇，也可能为甲乙醚，可能的结构简式有CH3CH2CH2OH、CH3CH(OH)CH3、CH3CH2OCH3 。 答案　(1)0.2 mol　0.1 mol　0.05 mol (2)C3H8O(计算过程见解析) (3)CH3CH2CH2OH、 CH3CH(OH)CH3、CH3CH2OCH3 知识点二　有机化合物结构式的确定 　 1．有机化合物结构式确定流程 (1)关键 测定有机化合物的结构，关键步骤是判定分子的不饱和度及典型的化学性质，进而确定分子所含的官能团及其所处的位置。 (2)示意图 2.有机化合物分子不饱和度的计算 (1)方法及作用。 不饱和度可以通过有机化合物的分子式计算得出，其数值反映了分子结构中，不饱和键和环等结构的信息。 (2)公式：不饱和度＝n(C)＋1－。 若有机化合物分子中含卤素原子，视为氢原子；若有氧原子不予考虑；若有氮原子，则用氢原子总数减去氮原子数。 (3)常见官能团的不饱和度。 化学键 不饱和度 化学键 不饱和度 一个碳 碳双键 1 一个碳 碳三键 2 一个羰基 1 一个苯环 4 一个脂环 1 一个氰基 2 3.确定有机化合物的官能团： (1)实验方法。 常见官能团的实验推验方法 官能团 种类 试剂 判断依据 碳碳双键 或 碳碳三键 溴的四氯化碳溶液 橙红色溶液褪色 酸性KMnO4溶液 紫色溶液褪色 卤素原子 NaOH溶液(加热)，稀硝酸AgNO3溶液 有沉淀产生 醇羟基 钠 有气体放出 酚羟基 FeCl3溶液 显色 浓溴水 有白色沉淀产生 醛基 银氨溶液(水浴) 有银镜生成 新制Cu(OH)2悬浊液 (加热) 有砖红色 沉淀产生 羧基 NaHCO3溶液 有CO2气体放出 硝基 (NH4)2Fe(SO4)2溶液、硫酸及KOH的甲醇溶液 溶液由淡绿色 变为红棕色 氰基 稀碱水溶液 有氨气放出 (2)物理方法：通过紫外光谱(UV)、红外光谱(IR)及核磁共振氢谱(NMR)等，能快速准确地确定有机化合物分子的结构。 4．实例——医用胶单体的结构确定： (1)确定分子式。 ①通过测定各元素的含量确定其实验式为C8H11NO2。 ②由质谱分析法测定出该样品的相对分子质量为153.0，则确定其分子式为C8H11NO2。 (2)推导结构式。 ①计算该样品分子的不饱和度，推测分子中是否含有苯环、碳碳双键、碳碳三键或碳氮双键，Ω＝n(C)＋1－＝8＋1－＝4。 ②用化学方法推测样品分子中的官能团。 加入溴的四氯化碳溶液，红棕色溶液褪色，说明可能存在CC或—C≡C—。 ③推测样品分子的碳骨架结构和官能团在碳链上的位置。 ④确定有机物的结构简式为 CH2CCNCOOCH2CH2CH2CH3。 [针对训练] 1．能够快速、微量、精确的测定相对分子质量的物理方法是(　　) A.核磁共振氢谱法 B．红外光谱法 C.质谱法 D．紫外光谱法 答案　C 2．下列有关“有机物官能团的检验”描述正确的是(　　) A 可用湿润的紫色石蕊试纸检验出苯酚含有酚羟基 B 直接往淀粉水解液中滴入银氨溶液，微热后可观察到银镜 C 可直接向氯乙烷和氢氧化钾溶液共热后的溶液中加入AgNO3溶液检测氯离子 D 往新制氢氧化铜悬浊液中滴入乙酸，蓝色絮状沉淀消失，溶液变为蓝色，检测乙酸含羧基 解析　苯酚的酸性很弱，不能使石蕊变色，所以不能用湿润的紫色石蕊试纸检验苯酚含有酚羟基，故A错误；淀粉水解液显酸性，酸能与银氨溶液反应，会干扰葡萄糖的检验，所以应该先加过量的碱，再用银氨溶液检验，故B错误；氢氧化钾能与AgNO3溶液反应生成沉淀，干扰氯离子的检验，应该先加过量硝酸除去氢氧根离子，然后再用AgNO3溶液检验氯离子，故C错误；往新制氢氧化铜悬浊液中滴入乙酸，蓝色絮状沉淀消失，溶液变为蓝色，说明发生了酸碱中和反应，即说明乙酸显酸性，含有羧基，故D正确。 答案　D [思考探究] 1．如何确定未知有机化合物的结构式？ 提示　一般的做法是先确定有机物的分子式，再进一步确定官能团的种类、数目及位置，最后写出有机物的结构式。 2．红外光谱和核磁共振氢谱的作用是什么？ 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的信息。 [归纳提升] 有机化合物结构式的确定方法 1．确定有机化合物结构式的基本思路 2．确定有机化合物结构式的常用方法 (1)根据价键规律确定：某有机物根据价键规律只存在一种结构，则可直接根据分子式确定其结构式。例如：C2H6，只能是CH3CH3。 (2)通过定性实验确定官能团的种类：实验→有机物表现的性质及相关结论→官能团→确定结构式。 例如：能使溴的四氯化碳溶液褪色的有机物分子中可能含有CC或—C≡C—，不能使溴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苯的同系物等。 (3)通过定性实验确定官能团的位置。 ①若由醇氧化得到醛或羧酸，可推知—OH一定连接在有2个氢原子的碳原子上，即存在—CH2OH；由醇氧化为酮，推知—OH一定连在有1个氢原子的碳原子上，即存在CHOH；若醇不能在催化剂作用下被氧化，则—OH所连的碳原子上无氢原子。 ②由消去反应的产物，可确定—OH或—X的位置。 ③由取代反应产物的种数，可确定碳链结构。如烷烃，已知其分子式和一氯代物的种数时，可推断其可能的结构。有时甚至可以在不知其分子式的情况下，判断其可能的结构简式。 ④由加氢后碳链的结构，可确定原物质分子CC或—C≡C—的位置。 (4)其他方法确定有机物的结构：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。 [题组集训] 1．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CC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。下列说法正确的是(　　) A．分子中共有5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3 mol的氢气加成 解析　核磁共振氢谱有4个峰，说明分子中共有4种化学环境不同的氢原子，A项错误；相对分子质量为70，红外光谱表征到CC键和C===O键的存在，可确定该物质的分子式为C4H6O，B项错误；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项正确；在一定条件下，1 mol CH3CH===CHCHO最多与2 mol H2加成，D项错误。 答案　C 2．某有机化合物A经李比希法测得其中含碳为72.0%、含氢为6.67%，其余为氧。现用下列方法测定该有机化合物的相对分子质量和分子结构。 方法一：用质谱法分析得知A的相对分子质量为150。 方法二：核磁共振仪测出A的1H核磁共振谱有5组峰，其面积之比为1∶2∶2∶2∶3，如图A所示。 方法三：利用红外光谱仪测得A分子的红外光谱如图B所示。 请填空： (1)A的分子式为________。 (2)一个A分子中含一个甲基的依据是________。 a．A的相对分子质量 b．A的分子式 c．A的1H核磁共振谱图 d．A分子的红外光谱图 (3)A的结构简式可能为________________________________________________________________________。 解析　(1)由题意知，有机物A中O的质量分数为1－72.0%－6.67%＝21.3%， Mr(A)＝150得N(C)＝＝9， N(H)＝≈10， N(O)＝≈2，则A的分子式为C9H10O2。 (2)由分子式知A中含有10个H，1H核磁共振谱中有5组峰，说明A中有5种氢，峰面积之比为1∶2∶2∶2∶3，则A中5种H的个数比为1∶2∶2∶2∶3，由于3个H相同的只有一种即有1个—CH3。 (3)A中含苯环结构，且苯环与C原子相连形成C的结构，含C===O和C—O，可联想(酯基)COO，含C—C和C—H，可知含烷烃基，综合可知A的结构简式可能为COOCH2CH3或CH2COOCH3或CH2OCOCH3。 答案　(1)C9H10O2　(2)b、c (3)COOCH2CH3或 CH2COOCH3或CH2OCOCH3。 　 [即时达标] 1．某有机物的氧化产物是甲，还原产物是乙。甲和乙都能与钠反应放出H2，甲和乙反应生成丙，甲和丙都能发生银镜反应。该有机物是(　　) A．甲醛 B．乙醛 C．甲酸 D．甲醇 解析　某有机物的氧化产物是甲，还原产物是乙，甲和乙都能与钠反应放出H2，该有机物属于醛，甲为羧酸、乙为醇，甲和乙反应生成丙，则丙为酯，甲和丙都能发生银镜反应，故甲为甲酸，乙为甲醇，丙为甲酸甲酯，该有机物为甲醛。 答案　A 2．某有机化合物在氧气中充分燃烧，生成等物质的量的二氧化碳和水。则该有机化合物的组成必须满足的条件是(　　) A.分子中C、H、O原子的个数比为1∶2∶3 B．分子中C、H原子的个数比为1∶2 C．该有机化合物的相对分子质量为14 D．该分子中肯定不含氧元素 解析　该有机化合物在氧气中充分燃烧，生成等物质的量的二氧化碳和水，根据原子守恒，该有机化合物中一定含碳、氢元素，且分子中C、H原子的个数比为1∶2，根据题干无法确定其是否含有氧元素，B正确。 答案　B 3.在核磁共振氢谱中出现两组峰，其氢原子数之比为3∶2的化合物是(　　) A．CH3CH3CCH2 B．OCH3OCH3 C．H3CCH3 D．H3CCH3 解析　核磁共振氢谱中出现两组峰，说明其分子结构中有两种类型的氢原子，选项A、D中的物质符合这一要求，选项A中峰面积比为6∶2，而D中峰面积比为6∶4。B、C中均含三种类型的氢原子，B项中峰面积之比为6∶2∶2，C项中峰面积之比为6∶8∶2。 答案　D 4．下列说法错误的是(　　) A．从核磁共振氢谱图上可以推知有机物分子中有几种不同类型的氢原子及它们的相对数目 B．红外光谱是用高能电子流等轰击样品分子，使分子失去电子变成分子离子或碎片离子 C．质谱法具有快速、微量、精确的特点 D．通过红外光谱图可以初步判断有机物所含的官能团 解析　核磁共振氢谱可测定有机物分子中氢原子的种类及各种类氢原子的个数比；质谱法是快速、微量、精确测定有机物的相对分子质量的访求 ，它用高能电子流等轰击样品分子，使分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子；从红外光谱图上可以获得分子中含有的化学键或官能团的信息。 答案　B 5．根据研究有机物的步骤和方法填空： (1)测得A的蒸气密度是相同状况下甲烷的4.375倍。则A的相对分子质量为________。 (2)将5.6 g A在足量氧气中燃烧，并将产物依次通过浓硫酸和碱石灰，分别增重7.2 g和17.6 g。则A的实验式为________； A的分子式为________。 (3)将A通入溴水，溴水褪色，说明A属于________(若不褪色，则A属于________)。 (4)A的核磁共振氢谱如下： 综上所述，A的结构简式为________。 解析　(1)根据公式M＝D·M(CH4)计算该有机物的相对分子质量16×4.375＝70。(2)由A的燃烧反应知，5.6 g A含m(C)＝17.6 g×＝4.8 g，m(H)＝7.2 g×＝0.8 g，确定该有机物只含碳、氢两种元素，实验式为CH2，设分子式为(CH2)n， 则12n＋2n＝70，n＝5，分子式为C5H10。 (3)符合分子式为C5H10的有烯烃和环烷烃，若能使溴水褪色，则为烯烃，若不能，则为环烷烃。 (4)该核磁共振氢谱图共有4个吸收峰，吸收峰面积之比为1∶1∶2∶6，则CH3CHCH3CHCH2符合题意。 答案　(1)70　(2)CH2　C5H10 (3)烯烃　环烷烃 (4)CH3CHCH3CHCH2 学科网（北京）股份有限公司 $