1.2 研究有机化合物的一般方法 第2课时（教学课件）化学人教版选择性必修3

第一章 有机化合物的结构特点与研究方法 第二节 研究有机化合物的一般方法 第2课时 确定有机化合物 的分子式、结构式 人教版选择性必修3 有机物分子结构的确定 2 有机化合物实验式和分子式的确定 1 知识导航 1.了解有机化合物元素分析的方法，掌握通过燃烧法确定有机物实验式的原理和计算方法。 2. 明确实验式与分子式的关系，掌握质谱法测定有机物相对分子质量的原理，会根据实验式和相对分子质量确定有机物的分子式。 3. 理解红外光谱、核磁共振氢谱和X射线衍射等现代分析方法在确定有机物分子结构中的作用，能根据谱图分析有机物的结构。 4. 熟悉确定有机物分子式和结构式的一般思路和方法。 明·学习目标 20世纪70年代初，屠呦呦等科学家提取了青蒿素，后通过元素分析和质谱法分析，确定其相对分子质量为282，分子式为C15H22O5。经红外光谱和核磁共振谱分析，确定其分子中含有酯基和甲基等结构片段。通过化学反应证明其分子中含有过氧基(—O—O—)。1975年底，我国科学家通过X射线衍射最终测定了它的分子结构。 引·新课导入 01 有机化合物实验式和分子式的确定 元素 分析 质谱法 红外 光谱 核磁 共振 X射线 衍射 探·知识奥秘 燃烧法(李比希法) 某有机物完全燃烧后，若产物只有CO2和H2O ，其元素组成为_______________________。 最早定量分析有机化合物的元素的科学家 德国化学家李比希 (J. von Liebig，1803—1873) 李比希元素分析仪 如果碳与氢的百分含量相加达不到100%，而又检测不出其他元素，则差数就是氧的百分含量 肯定有C、H，可能有O 实验装置 探·知识奥秘 将一定量的有机物燃烧，分解为简单的无机物，并作定量测定，通过无机物的质量推算出组成该有机物元素原子的质量分数，然后计算出该有机物分子所含元素原子最简单的整数比，即确定其实验式(又称为最简式) 简单的无机物 有机物 点燃 C→CO2 H→H2O N→N2 S→SO2 Cl→HCl 表示化合物所含元素的原子种类及数目的式子，表示物质的真实组成 分子式 确定实验式 元素定量分析的原理 探·知识奥秘 实验式(最简式)与分子式的关系：分子式=(最简式)n，若有机物的实验式中，碳原子已经达到饱和，则该物质的实验式与分子式相同 实验式 分子式 CH4 CH4 C2H6O C2H6O CH2O C2H4O2 确定实验式 元素定量分析的原理 探·知识奥秘 吸收H2O 吸收CO2 确定实验式 实验装置 探·知识奥秘 根据吸收剂在吸收前后的质量差，计算出有机化合物中碳、氢元素的质量分数，剩余的就是氧元素的质量分数，据此计算可以得到有机化合物的实验式 m(C)＝ × 12 44 m(CO2) m(H)＝ × 2 18 m(H2O) 若m(有机物) ＝ m(C)+m(H)，则说明该有机物中只含碳和氢两种元素 情况一 若m(有机物)>m(C)＋m(H)且完全燃烧只生成CO2和H2O，则说明有机物中含有C、H、O三种元素，其中m(O)=m(有机物)-m(C)-m(H) 情况二 确定实验式 探·知识奥秘 【例题】某种含C、H、O三种元素的未知物A，经燃烧分析实验测得其中碳的质量分数为52.2%，氢的质量分数为13.1%，试求该未知物A的实验式。 【解】(1)计算该有机化合物中氧元素的质量分数： w(O)= 100%-52.2%-13.1% = 34.7% (2)计算该有机化合物分子内各元素原子的个数比： = 2 : 6 : 1 答：该未知物A的实验式为C2H6O。 N(C) : N(H) : N(O) = 52.2% 12.01 13.1% 1.008 34.7% 16.00 : : 析·典型范例 李比希还建立了含氮、硫、卤素等有机化合物的元素定量分析方法，这些方法为现代元素定量分析奠定了基础。 现在，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 探·知识奥秘 元素定量分析只能确定有机化合物分子中各组成原子的最简整数比，得到实验式。要确定它的分子式，还必须知道其相对分子质量。目前有许多测定相对分子质量的方法，质谱法是其中最精确而快捷的方法 质谱仪 探·知识奥秘 分子离子 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_________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。 计算机对其分析后，得到它们的_________________的比值，即 。 原理 相对质量与电荷数 质荷比 确定实验式 质谱仪 探·知识奥秘 如图为某有机物的质谱图： 从图中可知，该有机物的相对分子质量为____，即____________的数据就是样品分子的相对分子质量。 46 质荷比最大 以_______为横坐标，以___________________为纵坐标，根据记录结果所建立的坐标图。 质荷比 各类离子的相对丰度 确定实验式 质谱图 探·知识奥秘 【例1】某有机物的结构确定： (1)测定实验式：某含C、H、O三种元素的有机物，经燃烧分析实验测定其碳的质量分数是64.86%，氢的质量分数是13.51%，则其实验式是________。 C4H10O (2)确定分子式：如图是该有机物的质谱图，则其相对分子质量为______；分子式为_________。 C4H10O 74 析·典型范例 【例2】某烃A蒸气的密度是相同状况下氢气密度的36倍，已知该烃中的碳、氢元素质量比为5∶1，则： (1)该烃的相对分子质量为______。 72 解析　已知烃A蒸气的密度是相同状况下氢气密度的36倍，则烃A的摩尔质量为36×2 g·mol－1＝72 g·mol－1，所以该烃的相对分子质量为72。 (2)确定该烃的分子式为________。 C5H12 析·典型范例 根据气体A相对于气体B的相对密度D，MA＝D×MB 根据STP下气体的密度，Mr＝22.4×ρ 标态密度法 相对密度法 混合物的平均相对分子质量 读图法 质谱图中，质荷比最大值即为该有机物的相对分子质量 M＝m总/n总 确定分子式 归纳总结：有机物相对分子质量的求算方法 探·知识奥秘 02 有机物分子结构的确定 红外光谱仪 核磁共振波谱仪 X射线衍射仪 确定比较复杂的有机化合物的分子结构，仅靠质谱法是很难完成的，需要借助其他现代分析仪器，进行红外光谱、核磁共振氢谱和X射线衍射等分析 探·知识奥秘 原理 不同官能团或化学键吸收频率不同，在红外光谱图上将处于不同的位置 初步判断有机物中含有的 或 。 作用 官能团 化学键 确定分子结构 红外光谱 探·知识奥秘 利用红外光谱来测定，分子中有O—H或—OH可确定其结构简式为______________ 分子式为C2H6O的有机物，可能的结构：_____________或___________ 示例 CH3CH2OH CH3OCH3 CH3CH2OH 确定分子结构 红外光谱 探·知识奥秘 原理 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__________成正比。 测定有机物分子中氢原子的___________ 作用 氢原子数 类型和数目 确定分子结构 核磁共振氢谱 探·知识奥秘 示例 氢原子的类型数 氢原子个数比 吸收峰数目＝_______________，吸收峰面积比＝ ______________ 由图可知，有____种不同化学环境的氢原子且个数比为___________，可推知该有机物的结构应为______________ 分子式为C2H6O的有机物的核磁共振氢谱图 3 3∶2∶1 CH3CH2OH 确定分子结构 核磁共振氢谱 探·知识奥秘 原理 作用 X射线是一种波长很短的_________，它和晶体中的原子相互作用可以产生_______。 可获得分子结构的有关数据，如_______、______等，用于有机化合物_________的测定。 电磁波 衍射图 键长 键角 晶体结构 确定分子结构 X射线衍射 探·知识奥秘 【例1】大鹿老师为研究有机物X的组成与结构，进行了如下实验： (1)有机物X的质谱图如图所示，该有机物X的相对分子质量为_______。 100 (2)将10.0 g X在足量O2中充分燃烧，并将其产物依次通过足量的无水CaCl2和KOH浓溶液，发现无水CaCl2增重7.2 g，KOH浓溶液增重22.0 g。该有机物X的分子式为_________。 C5H8O2 析·典型范例 【例1】大鹿老师为研究有机物X的组成与结构，进行了如下实验： (3)经红外光谱测定，有机物X中含有醛基；有机物X的核磁共振氢谱图上有2个吸收峰，峰面积之比为3∶1。该有机物X的结构简式为_______________。 (CH3)2C(CHO)2 解析　有机物X中含有醛基，有机物X的核磁共振氢谱图上有2个吸收峰，则分子中含有2种不同化学环境的氢原子，其中一种是醛基中的氢原子，又峰面积之比为3∶1，则含两个醛基，故其结构简式为(CH3)2C(CHO)2。 析·典型范例 核磁共振氢谱图，可知：峰的个数即氢原子的种类数，而峰面积之比为各类氢原子个数之比 红外光谱图，可知：有机物分子中含有哪些化学键、官能团，从而确定有机物的结构 X射线衍射图，可知：有机化合物(特别是复杂的生物大分子)晶体结构的测定 确定分子结构 归纳总结：谱图法在确定有机物分子结构中的应用 探·知识奥秘 ①C、H、O元素的质量或C、H、 O元素的质量比或C、H、 O元素的质量分数 ②燃烧产物的物质的量或质量 ①M=22.4ρ(标准状况下) ②M=dMr(d为相对密度，Mr为已知气体相对分子质量) ③质谱图 红外 光谱 核磁共 振氢谱 X射线 衍射 根据同分 异构体 根据化 学性质 求1 mol有机物中含各种元素原子的物质的量 有机物燃烧方程式、计算、讨论 分子式 结构式 实验式 相对分 子质量 确定有机物分子式(结构式)的一般思路 探·知识奥秘 紫外光谱 有机化学中应用最广泛的测定分子结构的方法就是四大光谱法：红外光谱、紫外光谱、核磁共振和质谱。紫外吸收光谱(UV)和可见光谱一样，同属于电子光谱，都是由分子中价电子的能级跃迁产生的。主要用于有机化合物是否存在共轭体系的测定。 迁·拓展延伸 第2课时 确定有机化合物 的分子式、结构式 有机物分子结构的确定 有机化合物实验式和分子式的确定 燃烧法(李比希法) 现代化的元素分析仪 质谱法 红外光谱 核磁共振氢谱 X射线衍射 理·核心要点 1．关于有机物检测，下列说法正确的是 A．李比希法可以确定某些有机物分子的实验式 B．用核磁共振氢谱不可鉴别CH3CH2COOH和CH3COOCH3 C．用红外光谱可确定有机物的元素组成 D．质谱法测得某有机物的相对分子质量为72，可推断其分子式为C5H12 【答案】A 练·技能实战 2．某有机物A质谱图、核磁共振氢谱图如图，则A的结构简式可能为 【答案】C A．CH3OCH2CH3 B．CH3CHO C．CH3CH2OH D．CH3CH2COOH 练·技能实战 3．下列说法错误的是 A．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 B．质谱法、红外光谱法和核磁共振氢谱法均能确定有机化合物的分子结构 C．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 D．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】B 练·技能实战 4．有机物X经质谱检测其相对分子质量为100，将10.0g X在足量O2中充分燃烧，并使其产物依次通过足量的无水CaCl2和KOH浓溶液，发现无水CaCl2增重7.2g，KOH浓溶液增重22.0g。X能发生银镜反应，且X的核磁共振氢谱图上有3个吸收峰，峰面积之比是6︰1︰1。据以上信息推测X的结构为 【答案】B A． B． C． D． 练·技能实战 5．用如图所示实验装置可以测定有机物中碳元素和氢元素含量：取4.6g某烃的含氧衍生物样品A置于氧气流中，用氧化铜作催化剂，在760℃左右样品A全部被氧化为二氧化碳和水，实验结束后测得装置a增重5.4g，装置b增重8.8g。下列有关说法错误的是 【答案】B A．装置a、b中依次盛放的试剂可以为无水氯化钙和碱石灰 B．由实验数据只能确定A的最简式，无法确定A的分子式 C．开始加热前、停止加热后均需通入一段时间O2 D．采用核磁共振氢谱法可确定A的结构式 练·技能实战 感谢 您的聆听 THANKS 人教版选择性必修3 $