第二节 研究有机化合物的一般方法（举一反三专项训练，广东专用）【上好课】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 有机化合物的分离、提纯 题型02 实验式的确定——元素分析 题型03 分子式的确定 题型04 分子结构的确定 题型01 有机物的分离、提纯 1．研究有机化合物的基本步骤 分离 提纯 元素定量分析 确定_______ 测定相对分子质量确定_______ 波普分析 确定_______ 2．分离、提纯的常用方法 方法 作用原理 主要仪器名称 实例 蒸馏 利用某些互溶液体混合物的____差别较大对其进行分离 蒸馏烧瓶、冷凝管、牛角管、锥形瓶、温度计、酒精灯 乙醇(水) 重结晶 利用温度对物质_______ 的影响提纯物质 烧杯、酒精灯、漏斗、玻璃棒 提纯苯甲酸(溶解度受温度影响较大) 萃取 溶质在互不相溶的溶剂中_______不同 分液漏斗 用CCl4萃取溴水中的Br2 3．结晶与重结晶的比较 结晶 重结晶 不 同 点 含义 物质从溶液中以晶体形式析出的过程 将晶体溶于溶剂，使之重新从溶液中结晶析出的过程 相关操作 先蒸发，后结晶 先溶解，后结晶 目的 获得晶体 提纯或分离物质 相同点 操作方法相同，都需要加热 【典例1】（24-25高二下·广东广州·期中）用下图所示装置及药品进行相应实验，能达到实验目的是 A．图1分离乙醇和乙酸 B．图2除去甲烷中的乙烯 C．图3除去水中的溴单质 D．图4除去工业酒精中的甲醇 【变式1-1】（24-25高二下·广东东莞·阶段练习）苯甲酸是一种常用的食品防腐剂。某实验小组设计粗苯甲酸(含有少量NaCl和泥沙)的提纯方案如下： 下列说法正确的是 A．常温下苯甲酸呈液态 B．操作Ⅱ趁热过滤的目的是除去泥沙和NaCl C．操作Ⅲ缓慢冷却可形成大颗粒晶体，减少对杂质包裹 D．操作Ⅳ可用热水洗涤晶体 【变式1-2】下列仪器在相应实验中选用合理的是 A．分离苯和四氯化碳：③⑦ B．提纯含有少量杂质氯化钠的苯甲酸：①⑥⑦ C．蒸馏法分离和：②⑤⑥ D．用盐酸滴定溶液：④⑥ 【变式1-3】有机反应产物往往伴随着杂质。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 样品(杂质) 除杂试剂与方法 解释 A 酸性高锰酸钾溶液，洗气 被酸性高锰酸钾溶液氧化 B 乙酸乙酯 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 水洗，分液 溴苯和溴在水中溶解度不同 题型02 实验式的确定----元素分析 1．确定实验式——元素分析测定原理 将一定量的有机化合物燃烧，转化为简单的无机物，并测定各产物的质量（燃烧后C转化为____，H转化为____），从而推算出各组成元素的质量分数，然后计算有机化合物分子中所含元素原子的最简整数比，即确定其____(也称____)。 2． 确定是否含有氧元素的方法 【典例2】某化合物6.4g在氧气中完全燃烧，只生成8.8g 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∶4 C．无法确定该化合物是否含有氧元素 D．该化合物一定是C2H8O2 【变式2-1】某同学尝试利用李比希法测定液态烃X的实验式，设计了如下实验：准确称取1.06g样品并置于试样盒中，加热样品，使蒸气通过氧化铜(催化剂)，准确称量生成的二氧化碳和水的质量，分别是3.52g和0.9g。下列说法正确的是 A．甲处放置碱石灰 B．该烃的实验式是 C．停止加热后，立即停止通入，防止浪费 D．乙装置后加装一个盛碱石灰的干燥管，实验结果会更准确 【变式2-2】某有机物完全燃烧生成CO2和H2O。将12.4 g该有机物的完全燃烧产物通过浓硫酸，浓硫酸增重10.8 g，再通过碱石灰，碱石灰增重了17.6 g。下列说法不正确的是 A．该有机物的最简式为CH3O B．该有机物的分子式可能为CH3O C．该有机物的分子式一定为C2H6O2 D．该有机物可能属于醇类 【变式2-3】某化合物6.4g在氧气中充分燃烧，只生成8.8gCO2，和7.2gH2O。下列说法正确的是 A．该化合物中碳、氢原子个数比为1：4 B．该化合物中碳、氧原子个数比为2：1 C．无法确定该化合物是否含有氧元素 D．该化合物仅含碳、氢两种元素 题型03 分子式的确定 1．常用方法 2．商余法 用烃的相对分子质量除以____的相对原子质量12，所得____就是烃分子中所含碳原子的最大值，____则为所含氢原子的最小值。 3．质谱图 质谱图中____的分子离子峰的质荷比数值就表示了样品分子的________。例如，由图可知，样品分子的相对分子质量为____。 【典例3】（24-25高二下·广东广州·期中）将7.4g有机化合物M(仅含C、H、O)在氧气中完全燃烧，生成了和；M的质谱图如图所示，核磁共振氢谱显示有2组峰且吸收峰面积之比为2∶3。下列有关M的说法不正确的是 A．相对分子质量为74 B．分子式为 C．能与金属钠反应 D．M的同分异构体中，与M官能团相同的有2种 【变式3-1】将6.8g的X完全燃烧生成3.6g的和8.96L(标准状况)的。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、红外光谱如图。关于X的叙述错误的是 A．X的分子式为 B．化合物X分子中含有官能团的名称是醚键、羰基 C．符合题中X分子结构特征的有机物有1种 D．与X属于同类化合物且含有苯环的同分异构体(不包括X)至少有3种 【变式3-2】将6.8g有机物X完全燃烧可生成3.6gH2O和8.96L(标准状况下)CO2。X的质谱图、核磁共振氢谱图、红外光谱图分别如图甲、乙、丙所示，其分子中只含有一个苯环且苯环上只有一个取代基。下列关于有机物X的叙述不正确的是 A．该有机物的分子式为 B．由核磁共振氢谱可知，该有机物分子中有4种不同化学环境的氢原子 C．由以上信息可以推测A分子可能为含有酯基的芳香族化合物 D．X属于芳香族化合物的同分异构体中，含有羧基的有机物有3种 【变式3-3】将有机物完全燃烧，生成CO2和H2O。将12g该有机物的完全燃烧产物通过浓硫酸，浓硫酸增重14.4g，再通过碱石灰，碱石灰增重26.4g。则该有机物的分子式为 A．C4H10 B．C2H6O C．C3H8O D．C2H4O2 题型04 分子结构的确定 1．由分子式确定有机物结构简式的一般步骤 2．有机物分子结构的确定方法 （1）通过定性实验确定 实验→有机物表现的性质及相关结论→官能团→确定结构式。 如能使溴的四氯化碳溶液褪色的有机物分子中可能含有或—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。 （2）通过定量实验确定 通过定量实验确定官能团的数目，如测得1 mol某醇与足量钠反应可得到1 mol气体，则可说明1个该醇分子含2个—OH。 （3）通过物理方法确定 用红外光谱、核磁共振氢谱确定有机物中的____和____________，进而确定其结构简式。 （4）X射线衍射 X射线和晶体中的原子可以相互作用产生衍射图，经过计算分析可以得到________等分子结构信息。 【典例4】（24-25高二下·广东佛山·阶段练习）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．属于醚类 B．结构简式为 C．相对分子质量为74 D．X的一氯代物有两种 【变式4-1】化学上常用燃烧法确定有机物的组成。如下图所示是用燃烧法确定有机物化学式常用的装置，这种方法是电炉加热时用纯氧氧化管内样品，根据产物的质量确定有机物的组成。 若准确称取1.20g样品(只含C、H、O三种元素中的两种或三种)，经充分燃烧后，D装置质量增加0.72g，E装置质量增加1.76g，则①该有机物的最简式为 。 由下列图和叙述中： 又从红外光谱图观察到：C—H、C=O、C-O、O—H四种振动吸收。 则：②该有机物的分子式为 ；③该有机物的结构简式为 。(注：所需相对原子质量C12   H1   O16) 【变式4-2】某研究性学习小组为确定一种从煤中提取的液态烃X的结构，对其进行了探究。下列装置是用燃烧法确定有机物X的分子式的常用装置。 （1）产生的O2按从左到右的流向，所选装置正确的连接顺序是：E→D→F→___→___→___。(装置不能重复使用) 。 （2）燃烧管中CuO的作用是 。 （3）氧化2.12g有机物X的蒸汽，生成了7.04g二氧化碳和1.80g水，通过仪器分析得知X的相对分子质量为106，用核磁共振氢谱仪测出X的核磁共振氢谱中有2组峰，其峰面积之比为2：3，用红外光谱仪测得X分子的红外光谱如图所示。 ①上述测X的相对分子质量的方法称为 。 ②X的结构简式为 。 （4）Y是X的同分异构体，写出符合下列条件的一种Y的结构简式： 。 ①属于芳香烃②苯环上的一氯代物有三种 【变式4-3】化学上常用燃烧法确定有机物的组成，如下图所示装置是用燃烧法确定烃或烃的含氧衍生物分子式的常用装置，这种方法是在电炉加热时用纯氧氧化管内样品，根据产物的质量确定有机物的组成。 完成下列问题： （1）A中发生反应的化学方程式为 （2）B装置的作用是 （3）燃烧管C中CuO的作用是 ， （4）产生的氧气按从左向右流向，燃烧管C与装置D、E的连接顺序是：C→ → （5）准确称取1.8g烃的含氧衍生物X的样品，经充分燃烧后，D管质量增加2.64g，E管质量增加1.08g，则该有机物的实验式是 ． （6）实验测得X的蒸气密度是同温同压下氢气密度的45倍，则X的分子式为 （7）1molX分别与足量Na、NaHCO3反应放出的气体在相同条件下的体积比为1：1，X 的核磁共振氢谱如下（峰面积之比为1:1:1:3），X的结构简式为 / 学科网（北京）股份有限公司 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 有机化合物的分离、提纯 题型02 实验式的确定——元素分析 题型03 分子式的确定 题型04 分子结构的确定 题型01 有机物的分离、提纯 1．研究有机化合物的基本步骤 分离 提纯 元素定量分析 确定实验式 测定相对分子质量确定分子式 波普分析 确定分子结构 2．分离、提纯的常用方法 方法 作用原理 主要仪器名称 实例 蒸馏 利用某些互溶液体混合物的沸点差别较大对其进行分离 蒸馏烧瓶、冷凝管、牛角管、锥形瓶、温度计、酒精灯 乙醇(水) 重结晶 利用温度对物质溶解度的影响提纯物质 烧杯、酒精灯、漏斗、玻璃棒 提纯苯甲酸(溶解度受温度影响较大) 萃取 溶质在互不相溶的溶剂中溶解度不同 分液漏斗 用CCl4萃取溴水中的Br2 3．结晶与重结晶的比较 结晶 重结晶 不 同 点 含义 物质从溶液中以晶体形式析出的过程 将晶体溶于溶剂，使之重新从溶液中结晶析出的过程 相关操作 先蒸发，后结晶 先溶解，后结晶 目的 获得晶体 提纯或分离物质 相同点 操作方法相同，都需要加热 【典例1】（24-25高二下·广东广州·期中）用下图所示装置及药品进行相应实验，能达到实验目的是 A．图1分离乙醇和乙酸 B．图2除去甲烷中的乙烯 C．图3除去水中的溴单质 D．图4除去工业酒精中的甲醇 【答案】D 【解析】A．乙醇和乙酸互溶，不能用分液分离，应用蒸馏分离，A错误； B．乙烯被酸性高锰酸钾溶液氧化为二氧化碳，引入新杂质，B错误； C．溴呈液态且能溶于水，不能用过滤的方法除去水中的溴，应用萃取实现分离，C错误； D．甲醇和乙醇沸点不同，用蒸馏除去工业酒精中的甲醇，D正确； 故选D。 【变式1-1】（24-25高二下·广东东莞·阶段练习）苯甲酸是一种常用的食品防腐剂。某实验小组设计粗苯甲酸(含有少量NaCl和泥沙)的提纯方案如下： 下列说法正确的是 A．常温下苯甲酸呈液态 B．操作Ⅱ趁热过滤的目的是除去泥沙和NaCl C．操作Ⅲ缓慢冷却可形成大颗粒晶体，减少对杂质包裹 D．操作Ⅳ可用热水洗涤晶体 【答案】C 【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。 【解析】A．苯甲酸的熔点为122.4°C，常温下苯甲酸呈固态，A错误； 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溶于水不能通过操作Ⅱ趁热过滤除去，B错误； 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错误； 故选C。 【变式1-2】下列仪器在相应实验中选用合理的是 A．分离苯和四氯化碳：③⑦ B．提纯含有少量杂质氯化钠的苯甲酸：①⑥⑦ C．蒸馏法分离和：②⑤⑥ D．用盐酸滴定溶液：④⑥ 【答案】D 【解析】A．分离互溶的苯和四氯化碳应用蒸馏的方法，不能用分液的方法，所以分离苯和四氯化碳时，不需要用到分液漏斗和烧杯，故A错误； B．提纯含有少量杂质氯化钠的苯甲酸的操作步骤为加热溶解、趁热过滤和冷却结晶，用到的玻璃仪器有漏斗、烧杯、玻璃棒、酒精灯，不需要用到锥形瓶，故B错误； C．分离互溶的二氯甲烷和四氯化碳应用蒸馏的方法，蒸馏时不需要用到球形冷凝管，否则不利于馏出液顺利流下，故C错误； D．用盐酸滴定氢氧化钠溶液时，需要用到酸式滴定管和锥形瓶，故D正确； 故选D。 【变式1-3】有机反应产物往往伴随着杂质。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 样品(杂质) 除杂试剂与方法 解释 A 酸性高锰酸钾溶液，洗气 被酸性高锰酸钾溶液氧化 B 乙酸乙酯 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 水洗，分液 溴苯和溴在水中溶解度不同 【答案】B 【解析】A．乙烯会被酸性高锰酸钾氧化为二氧化碳，会引入新的杂质，故A错误； B．饱和碳酸钠溶液可以吸收乙醇，降低乙酸乙酯溶解度，故B正确； C．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，故C错误； D．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，故D错误； 故选B。 题型02 实验式的确定----元素分析 1．确定实验式——元素分析测定原理 将一定量的有机化合物燃烧，转化为简单的无机物，并测定各产物的质量（燃烧后C转化为CO2，H转化为H2O），从而推算出各组成元素的质量分数，然后计算有机化合物分子中所含元素原子的最简整数比，即确定其实验式(也称最简式)。 2． 确定是否含有氧元素的方法 【典例2】某化合物6.4g在氧气中完全燃烧，只生成8.8g 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∶4 C．无法确定该化合物是否含有氧元素 D．该化合物一定是C2H8O2 【答案】B 【分析】6.4g有机物燃烧生成8.8gCO2和7.2gH2O，则一定含有C、H元素，其中n(CO2)==0.2mol，n(H2O)==0.4mol，以此计算C、H元素的质量，根据质量守恒，判断是否含有O元素，据此分析判断。 【解析】A．6.4g有机物燃烧生成8.8gCO2和7.2gH2O，则一定含有C、H元素，其中n(CO2)==0.2mol，n(H2O)==0.4mol，该有机物中C的质量为0.2mol×12g/mol=2.4g，H的质量为0.4mol×2×1g/mol=0.8g，2.4g+0.8g＜6.4g，则该有机物一定还含有O元素，故A错误； B．6.4g有机物燃烧生成8.8gCO2和7.2gH2O，则一定含有C、H元素，其中n(CO2)==0.2mol，n(H2O)==0.4mol，则n(C) ∶n(H)=0.2mol∶(0.4mol×2)=1∶4，故B正确； C．n(C)=n(CO2)=0.2mol，m(C)=0.2mol×12g/mol=2.4g，n(H)=2n(H2O)=0.8mol，m(H)=0.8g，由于2.4g+0.8g=3.2g＜6.4g，所以该化合物中一定含有氧元素，故C错误； D．O元素的质量=6.4g -2.4g-0.8g=3.2g，n(O)= =0.2mol，则该化合物中n(C) ∶n(H) ∶n(O)=0.2mol∶(0.4mol×2) ∶0.2mol =1∶4∶1，实验式为CH4O，C和H已经满足烷烃的组成关系，则该有机物分子式为CH4O，故D错误； 故选B。 【变式2-1】某同学尝试利用李比希法测定液态烃X的实验式，设计了如下实验：准确称取1.06g样品并置于试样盒中，加热样品，使蒸气通过氧化铜(催化剂)，准确称量生成的二氧化碳和水的质量，分别是3.52g和0.9g。下列说法正确的是 A．甲处放置碱石灰 B．该烃的实验式是 C．停止加热后，立即停止通入，防止浪费 D．乙装置后加装一个盛碱石灰的干燥管，实验结果会更准确 【答案】D 【分析】烃燃烧生成水、二氧化碳或一氧化碳等，利用氧化铜把一氧化碳转化为二氧化碳，甲装置吸收水蒸气，乙装置吸收二氧化碳，据此分析解答。 【解析】A．甲装置吸收水蒸气，应该盛放无水氯化钙，碱石灰既能吸收水蒸气也能吸收二氧化碳，A错误； B．生成的二氧化碳和水的质量分别是3.52g和0.9g，物质的量分别是3.52g÷44g/mol＝0.08mol、0.9g÷18g/mol＝0.05mol，因此C和H的原子个数之比是0.08：0.1＝4：5，所以该烃的实验式是，B错误； C．停止加热后，应继续通入，把生成的气体全部排入后续的装置中，以便充分吸收，C错误； D．为防止空气中的水蒸气和二氧化碳被吸收，乙装置后加装一个盛碱石灰的干燥管，实验结果会更准确，D正确； 答案选D。 【变式2-2】某有机物完全燃烧生成CO2和H2O。将12.4 g该有机物的完全燃烧产物通过浓硫酸，浓硫酸增重10.8 g，再通过碱石灰，碱石灰增重了17.6 g。下列说法不正确的是 A．该有机物的最简式为CH3O B．该有机物的分子式可能为CH3O C．该有机物的分子式一定为C2H6O2 D．该有机物可能属于醇类 【答案】B 【分析】浓硫酸增重的为水的质量，碱石灰增重的为二氧化碳的质量，根据n=计算出水、二氧化碳的物质的量，再根据质量守恒确定含有氧元素的质量及物质的量；根据C、H、O元素的物质的量之比得出该有机物的最简式，根据有机物结构与性质及核磁共振氢谱的知识对各选项进行判断。 【解析】将12.4 g该有机物的完全燃烧产物通过浓硫酸，浓硫酸起干燥剂作用，其增重的10.8 g为水的质量，则水的物质的量为： = 0.6 mol，含有H元素的物质的量为：0.6 mol×2=1.2 mol，其H质量为：1 g/mol×1.2 mol=1.2 g，碱石灰吸收二氧化碳，则碱石灰增重的17.6g为二氧化碳的质量，其CO2物质的量为： = 0.4 mol，原有机物中含有C的质量为：12g/mol×0.4mol = 4.8 g；故该有机物中含有C、H元素的质量为：4.8g+1.2g = 6 g< 12.4g,所以该有机物分子中含有氧元素，含有氧元素的物质的量为：12.4g− = 0.4 mol，所以该有机物分子中C、H、O原子数之比为：0.4mol：1.2mol：0.4mol=1：3：1，其最简式为：CH3O， A. 根据分析可知，该有机物的最简式为CH3O，故A项正确； B. 该有机物分子中只含有C、H、O三种元素，H原子数只能为偶数，其分子式不可能为CH3O，故B项错误； C. 设该有机物分子式为(CH3O)n，当n=2时，得到的分子式C2H6O2中H原子已经达到饱和，则该有机物的分子式为C2H6O2，故C项正确； D.乙二醇属于醇类，其分子式为C2H6O2，则该有机物可能属于醇类，故D项正确； 答案选B。 【变式2-3】某化合物6.4g在氧气中充分燃烧，只生成8.8gCO2，和7.2gH2O。下列说法正确的是 A．该化合物中碳、氢原子个数比为1：4 B．该化合物中碳、氧原子个数比为2：1 C．无法确定该化合物是否含有氧元素 D．该化合物仅含碳、氢两种元素 【答案】A 【分析】n(CO2)==0.2mol，根据C守恒，该化合物中n(C)=0.2mol，m(C)=0.2mol×12g/mol=2.4g；n(H2O)==0.4mol，根据H守恒，该化合物中n(H)=0.8mol，m(H)=0.8g；m(C)+m(H)=2.4g+0.8g=3.2g＜6.4g，故该化合物中还含有O元素，n(O)==0.2mol；据此分析解答。 【解析】A．该化合物中C、H原子的个数比为0.2mol：0.8mol=1：4，A正确； B．该化合物中C、O原子的个数比为0.2mol：0.2mol=1：1，B错误； C．根据分析，该化合物中含有O元素，C错误； D．该化合物中含C、H、O三种元素，且C、H、O的原子个数之比为0.2mol：0.8mol：0.2mol=1：4：1，D错误； 答案选A。 题型03 分子式的确定 1．常用方法 2．商余法 用烃的相对分子质量除以碳原子的相对原子质量12，所得商的整数就是烃分子中所含碳原子的最大值，余数则为所含氢原子的最小值。 3．质谱图 质谱图中最右侧的分子离子峰的质荷比数值就表示了样品分子的相对分子质量。例如，由图可知，样品分子的相对分子质量为46。 【典例3】（24-25高二下·广东广州·期中）将7.4g有机化合物M(仅含C、H、O)在氧气中完全燃烧，生成了和；M的质谱图如图所示，核磁共振氢谱显示有2组峰且吸收峰面积之比为2∶3。下列有关M的说法不正确的是 A．相对分子质量为74 B．分子式为 C．能与金属钠反应 D．M的同分异构体中，与M官能团相同的有2种 【答案】C 【解析】A．由图可知，相对分子质量为74，故A正确； B．7.4g有机化合物M(仅含C、H、O)为7.4g÷74g/mol=0.1mol，在氧气中完全燃烧，生成了和，根据质量守恒可知，碳、氢分别为、，则M中含有氧，则分子式为，故B正确； C．核磁共振氢谱显示有2组峰且吸收峰面积之比为2∶3，则结构简式为CH3CH2OCH2CH3，分子不含有羟基，不能与钠反应，故C错误； D．M的同分异构体中，与M官能团相同的有CH3CH2CH2OCH3、CH(CH3) 2OCH3，有2种，故D正确。 故选C。 【变式3-1】将6.8g的X完全燃烧生成3.6g的和8.96L(标准状况)的。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、红外光谱如图。关于X的叙述错误的是 A．X的分子式为 B．化合物X分子中含有官能团的名称是醚键、羰基 C．符合题中X分子结构特征的有机物有1种 D．与X属于同类化合物且含有苯环的同分异构体(不包括X)至少有3种 【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)==0.05mol，完全燃烧后生成水的物质的量为n(H2O)==0.2mol，氢原子的物质的量为n(H)=0.2mol×2=0.4mol，CO2的物质的量为n(CO2)==0.4mol，碳原子的物质的量为n(C)=0.4mol，，根据有机物X的物质的量为0.05mol，可知1个有机物A分子中含有8个碳原子、8个氢原子，2个O原子，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，峰面积之比为为3：2：2：1，则四种氢原子个数之比=为3：2：2：1，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．由以上分析可知X的分子式为，故A正确； B．X为，所含官能团为酯基，不含醚键，故B错误； C．有以上分析可知符合X分子结构特征的结构只有一种，故C正确； D．与X属于同类化合物且含苯环的同分异构体有：五种结构，故D正确； 故答案选B。 【变式3-2】将6.8g有机物X完全燃烧可生成3.6gH2O和8.96L(标准状况下)CO2。X的质谱图、核磁共振氢谱图、红外光谱图分别如图甲、乙、丙所示，其分子中只含有一个苯环且苯环上只有一个取代基。下列关于有机物X的叙述不正确的是 A．该有机物的分子式为 B．由核磁共振氢谱可知，该有机物分子中有4种不同化学环境的氢原子 C．由以上信息可以推测A分子可能为含有酯基的芳香族化合物 D．X属于芳香族化合物的同分异构体中，含有羧基的有机物有3种 【答案】D 【分析】 由质谱图可知，X的相对分子质量为136，n(X)=，3.6gH2O的物质的量n(H2O)= ，8.96L(标准状况)CO2的物质的量n(CO2)= ，则X中n(H)=2n(H2O)=0.4mol，n(C)=n(CO2)=0.4mol，m(H)=nM=0.4mol×1g/mol=0.4g，m(C)=0.4mol×12g/mol=4.8g，0.4g+4.8g＜6.8g，所以X中含有O元素，m(O)=6.8g-4.8g-0.4g=1.6g，n(O)= ，n(X)：n(C)：n(H)：n(O)=0.05mol：0.4mol：0.4mol：0.1mol=1：8：8：2，化合物X的分子式为C8H8O2，其核磁共振氢谱有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，说明X分子中含有4种H原子，苯环上有三种氢原子，个数分别为1、2、2，所以侧链中含有-CH3，结合红外光谱可知，分子中存在酯基，且存在结构，故有机物X的结构简式为，据此分析解答。 【解析】A．由质谱图可知，X的相对分子质量为136，分析可知n(C)：n(H)：n(O)=0.4mol：0.4mol：0.1mol=8：8：2，化合物X的分子式为C8H8O2，故A正确； B．X的核磁共振氢谱有4个峰，故含有H种类为4种，故B正确； C．由上述分析可知， X分子结构简式为，为含有酯基的芳香族化合物，故C正确； D．X属于芳香族化合物的同分异构体中，含有羧基的有机物有4种，分别为、、、，故D错误； 故答案选D。 【变式3-3】将有机物完全燃烧，生成CO2和H2O。将12g该有机物的完全燃烧产物通过浓硫酸，浓硫酸增重14.4g，再通过碱石灰，碱石灰增重26.4g。则该有机物的分子式为 A．C4H10 B．C2H6O C．C3H8O D．C2H4O2 【答案】C 【解析】浓硫酸增重可知水的质量为14.4g，可计算出n(H2O)==0.8mol，n(H)=1.6mol，m(H)=1.6g；使碱石灰增重26.4g，可知二氧化碳质量为26.4g，n(C)=n(CO2)==0.6mol，m(C)=7.2g，m(C)+m(H)=8.8g，有机物的质量为12g，所以有机物中氧的质量为3.2g，n(O)==0.2mol，n(C)：n(H)：n(O)=0.6mol：1.6mol：0.2mol=3：8：1，即实验式为C3H8O，由于C3H8O中碳原子已经饱和，所以分子式也为C3H8O，故答案为：C。 题型04 分子结构的确定 1．由分子式确定有机物结构简式的一般步骤 2．有机物分子结构的确定方法 （1）通过定性实验确定 实验→有机物表现的性质及相关结论→官能团→确定结构式。 如能使溴的四氯化碳溶液褪色的有机物分子中可能含有或—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。 （2）通过定量实验确定 通过定量实验确定官能团的数目，如测得1 mol某醇与足量钠反应可得到1 mol气体，则可说明1个该醇分子含2个—OH。 （3）通过物理方法确定 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的数目，进而确定其结构简式。 （4）X射线衍射 X射线和晶体中的原子可以相互作用产生衍射图，经过计算分析可以得到键长、键角等分子结构信息。 【典例4】（24-25高二下·广东佛山·阶段练习）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．属于醚类 B．结构简式为 C．相对分子质量为74 D．X的一氯代物有两种 【答案】B 【解析】A．由红外光谱图可知，X分子中含有醚键，属于醚类，故A正确； B．由质谱图可知，X的质荷比为74，X的相对分子质量为74，含有醚键，有2种等效氢，结构简式为，故B错误； C．由质谱图可知，X的质荷比为74，X的相对分子质量为74，故C正确； D．由B可知X为，有2种环境的H原子，一氯代物有两种，故D正确； 故选B。 【变式4-1】化学上常用燃烧法确定有机物的组成。如下图所示是用燃烧法确定有机物化学式常用的装置，这种方法是电炉加热时用纯氧氧化管内样品，根据产物的质量确定有机物的组成。 若准确称取1.20g样品(只含C、H、O三种元素中的两种或三种)，经充分燃烧后，D装置质量增加0.72g，E装置质量增加1.76g，则①该有机物的最简式为 。 由下列图和叙述中： 又从红外光谱图观察到：C—H、C=O、C-O、O—H四种振动吸收。 则：②该有机物的分子式为 ；③该有机物的结构简式为 。(注：所需相对原子质量C12   H1   O16) 【答案】 CH2O C2H4O2 CH3COOH 【分析】本实验为通过有机物燃烧，测量产物水和二氧化碳的质量，通过原子个数比，确定最简式，从而进一步确定分子式、结构简式的过程，据此分析回答问题。 【解析】①D管质量增加0.72g，则生成的水是0.72g，物质的量是0.04mol，其中氢元素的质量是0.08g，E管质量增 加1.76g，E管是吸收CO2的装置，则CO2 是1.76g，物质的量是0.04mol，其中碳元素的质量是0.48g，则原有机物中氧元素的质量是 1.20g - 0.08g - 0.48g = 0.64g，物质的量是0.04mol 所以原有机物中C、H、O的原子个数之比是1 ：2： 1 则最简式是CH2O； ②由题干可知，最大的质荷比为60，所以相对分子质量为60，根据最简式CH2O，故该有机物的分子式为C2H4O2； ③从红外光谱图观察到：C—H、C=O、C-O、O—H四种振动吸收，有两种不同情况的氢原子，所以该有机物的结构简式为CH3COOH。 【变式4-2】某研究性学习小组为确定一种从煤中提取的液态烃X的结构，对其进行了探究。下列装置是用燃烧法确定有机物X的分子式的常用装置。 （1）产生的O2按从左到右的流向，所选装置正确的连接顺序是：E→D→F→___→___→___。(装置不能重复使用) 。 （2）燃烧管中CuO的作用是 。 （3）氧化2.12g有机物X的蒸汽，生成了7.04g二氧化碳和1.80g水，通过仪器分析得知X的相对分子质量为106，用核磁共振氢谱仪测出X的核磁共振氢谱中有2组峰，其峰面积之比为2：3，用红外光谱仪测得X分子的红外光谱如图所示。 ①上述测X的相对分子质量的方法称为 。 ②X的结构简式为 。 （4）Y是X的同分异构体，写出符合下列条件的一种Y的结构简式： 。 ①属于芳香烃②苯环上的一氯代物有三种 【答案】CAB 使有机物X充分氧化，生成CO2和H2O 质谱法 或 【分析】烃X的物质的量为=0.02mol，生成二氧化碳为=0.16mol，生成水为=0.1mol，则分子中N（C）==8、N（H）==10，故X的分子式为C8H10，X的红外光谱测定含有苯环，属于苯的同系物，而1H核磁共振谱有2个峰，其面积之比为2：3，则X为 。 【解析】（1）产生的O2按从左到右的流向，E制备氧气，D进行干燥，F中CuO的作用是使有机物X充分氧化，生成CO2和H2O，C吸收生成的水，A吸收生成的二氧化碳，B中碱石灰防止空气中的水和二氧化碳干扰实验，所选装置正确的连接顺序是E→D→F→C→A→B(装置不能重复使用)，故答案为：CAB； （2）燃烧管中CuO的作用是使有机物X充分氧化，生成CO2和H2O，故答案为：使有机物X充分氧化，生成CO2和H2O； （3）①由以上分析可知X的分子式为C8H10，名称为对二甲苯，上述测X的相对分子质量的方法称为质谱法。故答案为：质谱法； ②由上述分析可知，X的结构简式为： ； （4）符合下列条件的X的同分异构体①属于芳香烃，含有苯环，可能结构为二甲苯或乙苯②苯环上的一氯代物有三种，乙苯满足条件；二甲苯中邻二甲苯苯环上的一氯代物有二种，对二甲苯苯环上的一氯代物有一种，间二甲苯苯环上的一氯代物有三种，间二甲苯符合条件，故答案为： 或 。 【变式4-3】化学上常用燃烧法确定有机物的组成，如下图所示装置是用燃烧法确定烃或烃的含氧衍生物分子式的常用装置，这种方法是在电炉加热时用纯氧氧化管内样品，根据产物的质量确定有机物的组成。 完成下列问题： （1）A中发生反应的化学方程式为 （2）B装置的作用是 （3）燃烧管C中CuO的作用是 ， （4）产生的氧气按从左向右流向，燃烧管C与装置D、E的连接顺序是：C→ → （5）准确称取1.8g烃的含氧衍生物X的样品，经充分燃烧后，D管质量增加2.64g，E管质量增加1.08g，则该有机物的实验式是 ． （6）实验测得X的蒸气密度是同温同压下氢气密度的45倍，则X的分子式为 （7）1molX分别与足量Na、NaHCO3反应放出的气体在相同条件下的体积比为1：1，X 的核磁共振氢谱如下（峰面积之比为1:1:1:3），X的结构简式为 【答案】2H2O2 2H2O＋O2↑ 吸收氧气中的水蒸气（或答：干燥氧气） 使有机物不完全燃烧的产物全部转化为CO2和 H2O E D CH2O C3H6O3 【分析】A装置中二氧化锰催化过氧化氢分解产生氧气，用B干燥氧气，样品在C中燃烧，在CuO的作用下不完全燃烧的产物转化为CO2，然后用E吸收有机物燃烧产生的水，E增加的质量即为燃烧产生的水的质量，最后用D吸收二氧化碳，D增加的质量即为二氧化碳的质量，通过E、D中水、二氧化碳的质量计算有机样品中O的质量，通过计算C、H、O的物质的量之比确定实验式，通过测定X蒸气密度确定X的分子式，再测定X的核磁共振氢谱确定X的结构，据此解答。 【解析】（1） A装置的作用是制备氧气，可用二氧化锰催化过氧化氢分解产生氧气，反应的化学方程式为2H2O22H2O＋O2↑，故答案为：2H2O2 2H2O＋O2↑； （2）B装置的作用是除去氧气中的水蒸气，避免测定有机物燃烧产生的水不准确，故答案为：吸收氧气中的水蒸气（或答：干燥氧气）； （3）有机物可能燃烧不完全，CuO的作用是使有机物不完全燃烧的产物全部转化为CO2和 H2O，故答案为：使有机物不完全燃烧的产物全部转化为CO2和 H2O； （4）D中碱石灰既能吸收水，又能吸收二氧化碳，因此要先连接E，仪器连接顺序为C→E→D，故答案为：E；D； （5）D管质量增加2.64g克说明生成了2.64g二氧化碳，n（CO2）==0.06mol，m（C）=0.06mol×12g/mol=0.72g；E管质量增加1.08g，说明生成了1.08g的水，n（H2O）==0.06mol，m（H）=0.06mol×2×1g/mol=0.12g；从而可推出含氧元素的质量为：1.8g-0.72g-0.12g=0.96g，n（O）==0.06mol， N（C）：N（H）：N（O）=0.06mol：0.12mol：0.06mol=1：2：1，故该有机物的实验式为CH2O，故答案为：CH2O； （6）CH2O的相对质量为30，X的蒸气密度是同温同压下氢气密度的45倍，则X的相对分子质量为45×2=90，则X的分子式为C3H6O3，故答案为：C3H6O3； （7） 1molX分别与足量Na、NaHCO3反应放出的气体在相同条件下的体积比为1：1，则分子中含一个羟基和一个羧基，X 的核磁共振氢谱出现4组峰且峰面积之比为1:1:1:3，则X的结构简式为，故答案为：。 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $