3.2 有机化合物结构的测定 第2课时（同步讲义）化学鲁科版选择性必修3

第3章 有机合成及其应用 合成高分子化合物 第2节 有机化合物结构的测定 第2课时 有机化合物结构的测定 教学目标 1.通过质谱、红外光谱、核磁共振氢谱等现代仪器分析方法测定、探析有机物的分子组成、结构，揭示有机物结构的异同；能认识仪器分析对确定物质微观结构的作用。 2.从官能团的鉴别，构建不同有机物的结构模型，结合官能团的性质，推理出各类有机物的特性。 重点和难点 重点：质谱、红外光谱、核磁共振氢谱。 难点：官能团的鉴别。 ◆知识点一 有机化合物分子不饱和度的计算 1．不饱和度的计算公式 不饱和度＝x＋1－。 说明：x表示碳原子数，y表示氢原子数。 (1)若有机化合物分子中含有卤素原子，则将其视为氢原子。 (2)若含有氧原子，则不予考虑。 (3)若含有氮原子，则用氢原子总数减去氮原子数。 例如：分子式为C6H5NO2的分子的不饱和度为6＋1－＝5。 2．几种基团的不饱和度 基团 不饱和度 基团 不饱和度 一个碳碳双键 一个碳碳三键 一个羰基 一个苯环 一个脂环 一个氰基(—CN) 即学即练 计算下列有机物的不饱和度。 (1)立方烷()的不饱和度为 。 (2)　Ω＝ 。 (3)分子式为C8H6O2的不饱和度为 。 (4)分子式为C8H11O2N的不饱和度为 。 ◆知识点二 有机化合物结构式的确定 1．测定有机化合物结构的流程 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 及其在碳骨架上的 。 2．确定有机化合物的官能团 (1)化学实验推断方法 试剂 判断依据 可能的官能团 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 NaOH溶液(加热)、稀硝酸、AgNO3溶液 有沉淀生成，根据沉淀的颜色判断卤素的种类 钠 有氢气放出 FeCl3溶液 显色 溴水 有白色沉淀生成 银氨溶液(水浴) 有银镜生成 新制氢氧化铜悬浊液(加热) 有砖红色沉淀生成 NaHCO3溶液 有CO2气体放出 (2)物理方法 ①红外光谱：可以获得有机物分子中含有何种化学键或官能团的信息。 例如，CH3CH2OH的红外光谱图(省略相关数据)如下： ②核磁共振氢谱：处于不同化学环境中的氢原子种类等于核磁共振氢谱中的 ；处于不同化学环境的氢原子的数目比等于 。 例如，分子式为C2H6O的有机物的核磁共振氢谱如下： 乙醇 甲醚 核磁共振氢谱 吸收峰数目 不同吸收峰面积比 2∶1∶3 结构简式 CH3CH2OH CH3—O—CH3 3.试设计方案通过官能团检验鉴别乙醇、乙醛、乙酸、苯酚溶液 (1)四种物质中的官能团与鉴别特征试剂 物质 官能团 特征试剂 乙醇 —OH 金属钠 乙醛 —CHO 新制氢氧化铜悬浊液或银氨溶液 乙酸 —COOH 碳酸氢钠溶液 苯酚 —OH 氯化铁溶液或足量的浓溴水 (2)鉴别方案设计 4．医用胶单体的结构确定 (1)测定实验式 燃烧30.6 g某医用胶样品，实验测得生成70.4 g CO2、19.8 g H2O、2.24 L N2(已换算成标准状况)，确定其实验式的计算步骤如下： ①计算各元素的物质的量 n(CO2)＝＝1.6 mol，n(C)＝1.6 mol；n(H2O)＝＝1.1 mol，n(H)＝2.2 mol；n(N2)＝＝0.1 mol，n(N)＝0.2 mol；n(O)＝＝0.4 mol。 ②确定实验式 n(C)∶n(H)∶n(N)∶n(O)＝8∶11∶1∶2，则实验式为C8H11NO2。 (2)确定分子式 已知：由质谱分析法测定出该样品的相对分子质量为153.0。 设该化合物的分子式为(C8H11NO2)n，则n＝＝1，则该化合物的分子式为C8H11NO2。 (3)推导结构式 ①计算不饱和度 不饱和度＝N(C)＋1－＝8＋1－＝4。 ②用化学方法推测分子中的官能团 a．加入溴的四氯化碳溶液，橙红色褪去，说明可能含有或—C≡C—。 b．加入(NH4)2Fe(SO4)2溶液、硫酸及KOH的甲醇溶液，无明显变化，说明不含有—NO2。 c．加入NaOH溶液并加热，有氨气放出，说明含有—CN。 ③波谱分析 a．测得医用胶样品的红外光谱图如下： 该有机化合物分子中存在：—C≡N、、(酯羰基)、。 b．测得医用胶样品的核磁共振氢谱图如下： 该有机化合物分子含有5种不同化学环境的H原子，其个数比为1∶1∶2∶1∶6。 中d、e代表除氢原子以外的不同原子或基团，Ha与Hb两个氢原子在该分子的核磁共振氢谱图中会显示出两组峰，其峰面积之比为1∶1。 样品的核磁共振氢谱图和核磁共振碳谱图提示：该有机化合物分子含有、等基团。据此可以推测出样品分子的官能团在碳链上的位置。 ④确定结构简式 综上所述，该样品分子的结构简式为。 即学即练 1．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．直接向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．向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，可用此方法检测乙酸中含羧基 一、有机化合物结构式的确定方法 1.由分子式确定有机物结构式的一般步骤 2.确定有机物结构式的方法 (1)根据价键规律确定 某些有机物根据价键规律只存在一种结构，则直接根据分子式确定其结构式。例如C2H6只能为CH3CH3。 (2)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，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；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，可确定原物质分子或的位置。 (4)根据实验测定的有机物的结构片段“组装”有机物 实验测得的往往不是完整的有机物，这就需要我们根据有机物的结构规律，如价键规律、性质和量的规律等来对其进行“组装”和“拼凑”。 (5)常用读谱方法 质谱：相对分子质量＝最大质荷比。 红外光谱：化学键和官能团信息。 核磁共振氢谱：吸收峰数目＝氢原子种类数，不同吸收峰的面积之比(强度之比)＝不同氢原子的个数之比。 实践应用 1.为测定某有机化合物的结构，用核磁共振仪处理后得到如图所示的核磁共振氢谱图，则该有机化合物可能是(　　) 2.某有机化合物中碳原子和氢原子的原子个数比为3∶4，不能与溴水反应却能使酸性KMnO4溶液褪色。其蒸气密度是相同状况下甲烷密度的7.5倍。在铁存在时与Br2反应能生成两种一溴代物。该有机化合物可能是(　　) 考点一 不饱和度的计算及其应用 【例1】下列说法不正确的是(　　) A．有机分子中插入O原子对不饱和度没有影响 B．有机分子中去掉H原子对不饱和度没有影响 C．用CH原子团代替有机分子中的N原子对有机分子的不饱和度没有影响 D．烷烃和饱和一元醇的不饱和度都为0 【变式1-1】某烃的结构可表示为，则其不饱和度为(　　) A．12 B．13 C．14 D．15 【变式1-2】某芳香族有机化合物的分子式为C8H6O2，它的分子(除苯环外不含其他环)中不可能有(　　) A．两个羟基 B．一个醛基 C．两个醛基 D．一个羧基 考点二 常见官能团的检验方法 【例2】糖尿病患者的尿样中含有葡萄糖，在与新制的Cu(OH)2悬浊液共热时，能产生砖红色沉淀，说明葡萄糖分子中含有(　　) A．苯环 B．甲基 C．羟基 D．醛基 【变式2-1】根据下列实验操作和现象得出的结论正确的是(　　) 选项 实验操作和现象 实验结论 A 氯乙烷与NaOH溶液共热后，滴加AgNO3溶液，未见白色沉淀 说明氯乙烷未发生水解 B 向银氨溶液中加入有机物A，水浴加热，试管中出现光亮的银镜 有机物A属于醛 C 向装有苯酚钠溶液的试管中滴入少量稀盐酸，溶液变浑浊 苯酚的酸性弱于盐酸 D 将甲烷与足量的Cl2在光照下充分反应，向混合气体中滴入紫色石蕊溶液，振荡，紫色石蕊溶液先变红后褪色 产物一氯甲烷显酸性 考点三 应用现代仪器测定有机物结构 【例3】乙酸和甲酸甲酯互为同分异构体，其结构式分别如下：和。在下列哪种检测仪上显示出的信号是完全相同的(　　) A．元素分析仪 B．红外光谱仪 C．核磁共振仪 D．质谱仪 【变式3-1】为测定某有机物的结构，用核磁共振仪处理后得到如图所示的核磁共振氢谱，则该有机物可能是(　　) A．C2H5OH B． C． D． 【变式3-2】下列关于青蒿素分子结构的研究中说法不正确的是(　　) A．通过核磁共振氢谱能确定青蒿素分子中有三种氢原子 B．通过质谱法能确定青蒿素的相对分子质量 C．通过红外光谱能确定青蒿素分子中含有酯基 D．通过化学反应证明分子中含有过氧基(—O—O—) 基础达标 1.证明某有机化合物属于烃的含氧衍生物，应完成的实验内容是(　　) A.只需验证它完全燃烧后产物只有H2O和CO2 B.只需测定其完全燃烧后产物中H2O和CO2的物质的量的比值 C.测定完全燃烧时消耗的有机化合物与生成的CO2、H2O的物质的量之比 D.测定该有机化合物的质量及其完全燃烧后生成的CO2和H2O的质量 2.现有某天然有机化合物，拟对其进行研究，一般采取的研究步骤是(　　) A.分离、提纯→确定化学式→确定分子式→确定结构式 B.分离、提纯→确定实验式→确定分子式→确定结构式 C.分离、提纯→确定结构式→确定实验式→确定分子式 D.确定分子式→确定实验式→确定结构式→分离、提纯 3.烃分子中若含有双键、三键或环，则分子具有一定的不饱和度，有机化合物 的不饱和度为(　　) A.5 B.6 C.7 D.8 4.某有机化合物由碳、氢、氧三种元素组成，其红外光谱图上有C—H键、O—H键、C—O键的振动吸收峰，该有机化合物的相对分子质量是60，则该有机化合物的结构简式是(　　) A.CH3CH2OCH3 B.CH3CH2CH(OH)CH3 C.CH3CH2CH2OH D.CH3CH2CHO 5.某有机物的蒸气跟足量O2混合点燃，充分反应后生成CO2 4.48 L(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 6.下列关于物质研究方法的说法中错误的是(　　) A.原子吸收光谱仪可确定物质含有哪些元素 B.核磁共振氢谱能反映出未知有机物中不同环境氢原子的种类和个数 C.根据红外光谱图的分析可以初步判断有机物中具有哪些基团 D.同位素示踪法可以用来研究一些化学反应的历程 7.下列化合物的核磁共振氢谱中出现三组峰的是(　　) A.2，2，3，3－四甲基丁烷 B.2，3，4－三甲基戊烷 C.3，4－二甲基己烷 D.2，5－二甲基己烷 8.某有机物A的分子式为C4H10O，红外光谱图如图所示，则A的结构简式为(　　) A.CH3CH2OCH2CH3 B.CH3OCH2CH2CH3 C.CH3CH2CH2OCH3 D.(CH3)2CHOCH3 9.现有一物质的核磁共振氢谱如图所示： 则可能是下列物质中的(　　) A.CH3CH2CH3 B.CH3CH2CH2OH C.CH3CH2CH2CH3 D.CH3CH2CHO 10.烃分子中若含有双键、三键或环，其碳原子所结合的氢原子则少于同碳原子数对应烷烃所含的氢原子数，具有一定的不饱和度(用Ω表示)。下表列出几种烃的不饱和度： 有机化合物 乙烯 乙炔 环己烷 苯 Ω 1 2 1 4 下列说法不正确的是(　　) A.1 mol Ω＝3的不饱和链烃再结合6 mol H即达到饱和 B. 的Ω等于6 C. 与环丁烷的不饱和度相同 D.C4H8的不饱和度与C3H6、C2H4的不饱和度相同 综合应用 11．化合物A经质谱法和燃烧实验分析得知其相对分子质量为136，分子式为C8H8O2。A分子中含有一个苯环且苯环上只有一个取代基，其红外光谱图与核磁共振氢谱图分别如图所示。下列关于A的说法错误的是(　　) A．A属于酯 B．1 mol A在一定条件下可与3 mol H2发生加成反应 C．符合题中A分子结构特征的有机物只有1种 D．与A属于同类化合物的同分异构体(不包括A)只有2种 12．某有机化合物中碳原子和氢原子的原子个数比为3∶4，不能与溴水反应却能使酸性KMnO4溶液褪色。其蒸气密度是相同状况下甲烷密度的7.5倍。在铁存在时与Br2反应能生成两种一溴代物。该有机化合物可能是(　　) A．CH≡C—CH3 B． C． D． 13．A物质与(NH4)2Fe(SO4)2溶液、硫酸以及KOH的甲醇溶液混合，在1 min内溶液由淡绿色变为红棕色；能与溴水反应产生白色沉淀；与NaOH溶液混合反应后，加入稀HNO3酸化，再加入AgNO3溶液，能产生淡黄色沉淀。A可能的结构是(　　) A． B． C． D． 14.核磁共振氢谱是根据分子中不同化学环境的氢原子在谱图中给出的信号峰不同来确定分子中氢原子的种类。下列有机化合物的核磁共振氢谱中给出的信号峰组数相同的是(　　) A.①② B.②⑤ C.④⑤ D.⑤⑥ 15.已知某有机化合物A含碳72.0%、含氢6.67%，其余为氧。用质谱法分析得知A的相对分子质量为150。核磁共振仪测出A的核磁共振氢谱中有5个峰，峰面积之比为1∶2∶2∶2∶3，如图1所示。利用红外光谱仪测得A分子的红外光谱如图2所示。下列关于A的说法中不正确的是(　　) A.A属于醇类化合物 B.A的分子式为C9H10O2 C.A的结构简式可能为C6H5COOCH2CH3 D.根据A的分子式和核磁共振氢谱图可知一个A分子中只含一个甲基 16.有机化合物X的蒸气密度是相同状态下甲烷密度的6.25倍，完全燃烧的产物只有二氧化碳和水，该有机化合物中碳元素的质量分数为60%，氢元素的质量分数为8%，它的核磁共振氢谱有4组吸收峰。下列关于有机化合物X的说法错误的是(　　) A.含有C、H、O三种元素 B.分子式为C5H8O2 C.结构简式可能为 D.分子中不可能同时含有—OH、—CHO、， 17．已知某有机物X有如下性质： ①X不和Na2CO3反应。 ②X的蒸气相对于H2的密度为46.0。 ③取1.84 g X与过量的金属钠完全反应后，生成672 mL(标准状况)气体。 ④一定质量的X完全燃烧后，产生的气体依次通过浓硫酸和碱石灰，二者的质量分别增加 36.0 g和66.0 g。 试求X的结构简式为__________。 18．三聚氰胺最早被李比希于1834年合成，有毒，不可用于食品加工或食品添加剂。经李比希法分析得知，三聚氰胺分子中，氮元素的含量高达66.67%，氢元素的质量分数为4.76%，其余为碳元素。它的相对分子质量大于100，但小于150。试回答下列问题： (1)分子式中原子个数比N(C)∶N(H)∶N(N)＝________________。 (2)三聚氰胺分子中碳原子数为__________，理由是_______________________(写出计算式)。 (3)三聚氰胺的分子式为________。 (4)若核磁共振氢谱显示只有1组吸收峰，红外光谱表明有1个由碳、氮两种元素组成的六元杂环。则三聚氰胺的结构简式为_____________________________________________。 19．完成下列问题。 (1)研究有机物的方法有很多，常用的有①核磁共振氢谱　②蒸馏　③重结晶　④萃取　⑤红外光谱　⑥过滤，其中用于分子结构确定的有________________(填序号)。 (2)下列物质中，其核磁共振氢谱中只有一组吸收峰的是________________(填字母)。 A．CH3CH3 B．CH3COOH C．CH3COOCH3 D．CH3OCH3 (3)某含碳、氢、氧三种元素的有机物甲，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%，则甲的实验式(最简式)是________________。 ①如图是该有机物甲的质谱图，则其相对分子质量为________________，分子式为________________。 ②确定甲的官能团：通过实验可知甲中一定含有羟基，写出羟基的符号________________；甲可能的结构有________________种(不考虑立体异构)。 ③确定甲的结构简式 a．经测定有机物甲的核磁共振氢谱如图所示，则甲的结构简式为________________。 b．若甲的红外光谱如图所示，则该有机物的结构简式为________________。 20.现有分子式均为C3H6O2的四种有机物A、B、C、D，且分子中均含甲基，把它们分别进行下列实验加以鉴别，实验记录如下： NaOH溶液 银氨溶液 新制Cu(OH)2悬浊液 金属钠 A 中和反应 — 溶解 产生氢气 B — 有银镜 加热后有砖红色沉淀 产生氢气 C 水解反应 有银镜 加热后有砖红色沉淀 － D 水解反应 — — — 则A、B、C、D的结构简式分别为A________________，B________________，C________________，D________________。 拓展培优 21.按要求回答下列问题： (1)有机物X的分子式为C4H8O2，其红外光谱如图所示： 则该有机物可能的结构为________(任写一种符合题意的即可)。 (2)分子式为C2H4O2的有机物，其结构简式可能有两种，用物理方法对其结构进行鉴定，可用红外光谱法或核磁共振氢谱法。 ①若其结构为，则红外光谱中应有________种振动吸收；核磁共振氢谱中应有________个峰。 ②若其结构为，则红外光谱中应有________种振动吸收；核磁共振氢谱中应有________个峰。 22.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。 试通过计算填空： (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NaHCO3粉末反应，生成2.24 L CO2(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的核磁共振氢谱如下图： (4)A中含有________种氢原子。 (5)综上所述，A的结构简式为________。 23.已知有机化合物A、B、C、D、E存在如图所示的转化关系，且C能与NaHCO3发生反应，C和D的相对分子质量相等，E为无支链的化合物。 回答下列问题： (1)已知E的相对分子质量为102，其中碳、氢元素的质量分数分别为58.8%、9.8%，其余为氧元素，则E的分子式为________。 (2)C的核磁共振氢谱中有________组峰；D也可以由卤代烃F在NaOH溶液中加热制取，写出此反应的化学方程式：_______________________________________。 (3)A的结构简式是________。 (4)B有多种同分异构体，写出一种同时符合下列四个条件的同分异构体的结构简式：________。 a.能发生水解反应 b.能发生银镜反应 c.能与FeCl3溶液发生显色反应 d.苯环上的一氯代物只有一种 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第3章 有机合成及其应用 合成高分子化合物 第2节 有机化合物结构的测定 第2课时 有机化合物结构的测定 教学目标 1.通过质谱、红外光谱、核磁共振氢谱等现代仪器分析方法测定、探析有机物的分子组成、结构，揭示有机物结构的异同；能认识仪器分析对确定物质微观结构的作用。 2.从官能团的鉴别，构建不同有机物的结构模型，结合官能团的性质，推理出各类有机物的特性。 重点和难点 重点：质谱、红外光谱、核磁共振氢谱。 难点：官能团的鉴别。 ◆知识点一 有机化合物分子不饱和度的计算 1．不饱和度的计算公式 不饱和度＝x＋1－。 说明：x表示碳原子数，y表示氢原子数。 (1)若有机化合物分子中含有卤素原子，则将其视为氢原子。 (2)若含有氧原子，则不予考虑。 (3)若含有氮原子，则用氢原子总数减去氮原子数。 例如：分子式为C6H5NO2的分子的不饱和度为6＋1－＝5。 2．几种基团的不饱和度 基团 不饱和度 基团 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(—CN) 2 即学即练 计算下列有机物的不饱和度。 (1)立方烷()的不饱和度为 。 (2)　Ω＝ 。 (3)分子式为C8H6O2的不饱和度为 。 (4)分子式为C8H11O2N的不饱和度为 。 【答案】(1) 5 (2)10 (3) 6 (4) 4 【解析】(1)立方烷的分子式为C8H8，则其Ω＝8＋1－＝5。 (2)Ω＝双键数＋苯环数×4＝2＋2×4＝10。 (3)Ω＝N(C)＋1－＝8＋1－＝6。 (4)Ω＝N(C)＋1－＝8＋1－＝4。 ◆知识点二 有机化合物结构式的确定 1．测定有机化合物结构的流程 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．确定有机化合物的官能团 (1)化学实验推断方法 试剂 判断依据 可能的官能团 溴的四氯化碳溶液 橙红色溶液褪色 碳碳双键或碳碳三键 酸性KMnO4溶液 紫色溶液褪色 NaOH溶液(加热)、稀硝酸、AgNO3溶液 有沉淀生成，根据沉淀的颜色判断卤素的种类 卤素原子 钠 有氢气放出 醇羟基 FeCl3溶液 显色 酚羟基 溴水 有白色沉淀生成 银氨溶液(水浴) 有银镜生成 醛基 新制氢氧化铜悬浊液(加热) 有砖红色沉淀生成 NaHCO3溶液 有CO2气体放出 羧基 (2)物理方法 ①红外光谱：可以获得有机物分子中含有何种化学键或官能团的信息。 例如，CH3CH2OH的红外光谱图(省略相关数据)如下： ②核磁共振氢谱：处于不同化学环境中的氢原子种类等于核磁共振氢谱中的峰的个数；处于不同化学环境的氢原子的数目比等于峰的面积比。 例如，分子式为C2H6O的有机物的核磁共振氢谱如下： 乙醇 甲醚 核磁共振氢谱 吸收峰数目 3 1 不同吸收峰面积比 2∶1∶3 结构简式 CH3CH2OH CH3—O—CH3 3.试设计方案通过官能团检验鉴别乙醇、乙醛、乙酸、苯酚溶液 (1)四种物质中的官能团与鉴别特征试剂 物质 官能团 特征试剂 乙醇 —OH 金属钠 乙醛 —CHO 新制氢氧化铜悬浊液或银氨溶液 乙酸 —COOH 碳酸氢钠溶液 苯酚 —OH 氯化铁溶液或足量的浓溴水 (2)鉴别方案设计 4．医用胶单体的结构确定 (1)测定实验式 燃烧30.6 g某医用胶样品，实验测得生成70.4 g CO2、19.8 g H2O、2.24 L N2(已换算成标准状况)，确定其实验式的计算步骤如下： ①计算各元素的物质的量 n(CO2)＝＝1.6 mol，n(C)＝1.6 mol；n(H2O)＝＝1.1 mol，n(H)＝2.2 mol；n(N2)＝＝0.1 mol，n(N)＝0.2 mol；n(O)＝＝0.4 mol。 ②确定实验式 n(C)∶n(H)∶n(N)∶n(O)＝8∶11∶1∶2，则实验式为C8H11NO2。 (2)确定分子式 已知：由质谱分析法测定出该样品的相对分子质量为153.0。 设该化合物的分子式为(C8H11NO2)n，则n＝＝1，则该化合物的分子式为C8H11NO2。 (3)推导结构式 ①计算不饱和度 不饱和度＝N(C)＋1－＝8＋1－＝4。 ②用化学方法推测分子中的官能团 a．加入溴的四氯化碳溶液，橙红色褪去，说明可能含有或—C≡C—。 b．加入(NH4)2Fe(SO4)2溶液、硫酸及KOH的甲醇溶液，无明显变化，说明不含有—NO2。 c．加入NaOH溶液并加热，有氨气放出，说明含有—CN。 ③波谱分析 a．测得医用胶样品的红外光谱图如下： 该有机化合物分子中存在：—C≡N、、(酯羰基)、。 b．测得医用胶样品的核磁共振氢谱图如下： 该有机化合物分子含有5种不同化学环境的H原子，其个数比为1∶1∶2∶1∶6。 中d、e代表除氢原子以外的不同原子或基团，Ha与Hb两个氢原子在该分子的核磁共振氢谱图中会显示出两组峰，其峰面积之比为1∶1。 样品的核磁共振氢谱图和核磁共振碳谱图提示：该有机化合物分子含有、等基团。据此可以推测出样品分子的官能团在碳链上的位置。 ④确定结构简式 综上所述，该样品分子的结构简式为。 即学即练 1．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．直接向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．向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，可用此方法检测乙酸中含羧基 【答案】D 【解析】苯酚的酸性很弱，不能使酸碱指示剂变色，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，应该先加过量硝酸酸化，然后再用AgNO3溶液检验氯离子，故C错误；向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。 一、有机化合物结构式的确定方法 1.由分子式确定有机物结构式的一般步骤 2.确定有机物结构式的方法 (1)根据价键规律确定 某些有机物根据价键规律只存在一种结构，则直接根据分子式确定其结构式。例如C2H6只能为CH3CH3。 (2)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，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；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，可确定原物质分子或的位置。 (4)根据实验测定的有机物的结构片段“组装”有机物 实验测得的往往不是完整的有机物，这就需要我们根据有机物的结构规律，如价键规律、性质和量的规律等来对其进行“组装”和“拼凑”。 (5)常用读谱方法 质谱：相对分子质量＝最大质荷比。 红外光谱：化学键和官能团信息。 核磁共振氢谱：吸收峰数目＝氢原子种类数，不同吸收峰的面积之比(强度之比)＝不同氢原子的个数之比。 实践应用 1.为测定某有机化合物的结构，用核磁共振仪处理后得到如图所示的核磁共振氢谱图，则该有机化合物可能是(　　) 【答案】A 【解析】由题图可知，该分子中有3种不同化学环境的氢原子。A项，乙醇分子中有3种不同化学环境的氢原子，正确；B项，连在同一个碳原子上的甲基上的氢原子相同，所以有2种不同化学环境的氢原子，错误；C项，有4种不同化学环境的氢原子，错误；D项，该分子结构对称，有2种不同化学环境的氢原子，错误。 2.某有机化合物中碳原子和氢原子的原子个数比为3∶4，不能与溴水反应却能使酸性KMnO4溶液褪色。其蒸气密度是相同状况下甲烷密度的7.5倍。在铁存在时与Br2反应能生成两种一溴代物。该有机化合物可能是(　　) 【答案】B 【解析】该有机化合物的最简式为C3H4，设分子式为(C3H4)n，其相对分子质量为7.5×16＝120，12×3n＋4n＝120，故n＝3，即分子式为C9H12，不饱和度为4，因其不能与溴水反应却能使酸性KMnO4溶液褪色，所以该有机化合物含有苯环，苯环的不饱和度为4，故苯环上的取代基为烷基。由于在铁存在时与Br2反应能生成两种一溴代物.故苯环上应有两个取代基，且两个取代基在苯环上处于对位，该有机化合物的结构简式为。 考点一 不饱和度的计算及其应用 【例1】下列说法不正确的是(　　) A．有机分子中插入O原子对不饱和度没有影响 B．有机分子中去掉H原子对不饱和度没有影响 C．用CH原子团代替有机分子中的N原子对有机分子的不饱和度没有影响 D．烷烃和饱和一元醇的不饱和度都为0 【答案】B 【解析】分子的不饱和度为N(C)＋1－，可知去掉H原子不饱和度增大，B不正确；分子中含有氧原子时不予考虑，A、D正确；分子中含有氮原子时，在氢原子总数中减去氮原子数：不饱和度为N(C)＋1－，若用CH代替N原子则多1个C和1个H，少一个N，不饱和度不变，C正确。 【变式1-1】某烃的结构可表示为，则其不饱和度为(　　) A．12 B．13 C．14 D．15 【答案】C 【解析】该有机物的分子式为C20H14，则Ω＝N(C)＋1－＝20＋1－＝14。 【变式1-2】某芳香族有机化合物的分子式为C8H6O2，它的分子(除苯环外不含其他环)中不可能有(　　) A．两个羟基 B．一个醛基 C．两个醛基 D．一个羧基 【答案】D 【解析】由该有机化合物的分子式可求出其不饱和度Ω＝6，分子中有一个苯环，其不饱和度Ω＝4，余下2个不饱和度、2个碳原子和2个氧原子。具有2个不饱和度的基团组合可能有：①两个碳原子形成1个—C≡C—、两个氧原子形成2个羟基，均分别连在苯环上；②两个碳原子形成1个酮羰基、1个醛基，相互连接；③两个碳原子形成2个醛基，分别连在苯环上。C8H6O2分子拆除一个苯环和一个羧基后，还余一个C，它不可能再形成1个不饱和度，故D项不可能。 考点二 常见官能团的检验方法 【例2】糖尿病患者的尿样中含有葡萄糖，在与新制的Cu(OH)2悬浊液共热时，能产生砖红色沉淀，说明葡萄糖分子中含有(　　) A．苯环 B．甲基 C．羟基 D．醛基 【答案】D 【解析】能与新制的氢氧化铜悬浊液反应产生砖红色沉淀的有机物分子结构中一定含有醛基。 【变式2-1】根据下列实验操作和现象得出的结论正确的是(　　) 选项 实验操作和现象 实验结论 A 氯乙烷与NaOH溶液共热后，滴加AgNO3溶液，未见白色沉淀 说明氯乙烷未发生水解 B 向银氨溶液中加入有机物A，水浴加热，试管中出现光亮的银镜 有机物A属于醛 C 向装有苯酚钠溶液的试管中滴入少量稀盐酸，溶液变浑浊 苯酚的酸性弱于盐酸 D 将甲烷与足量的Cl2在光照下充分反应，向混合气体中滴入紫色石蕊溶液，振荡，紫色石蕊溶液先变红后褪色 产物一氯甲烷显酸性 【答案】C 【解析】卤代烃水解后在酸性溶液中检验卤素离子，水解后没有先加硝酸至酸性，不能证明氯乙烷未发生水解，故A错误；向银氨溶液中加入有机物A，水浴加热，试管中出现光亮的银镜，说明该物质中含有醛基，但该有机物不一定是醛，有可能含有甲酸酯基，故B错误；向装有苯酚钠溶液的试管中滴入少量稀盐酸，溶液变浑浊，说明生成了苯酚，即发生强酸制取弱酸的反应，因此说明苯酚的酸性弱于盐酸，故C正确；甲烷的氯代产物不具有酸性，故D错误。 考点三 应用现代仪器测定有机物结构 【例3】乙酸和甲酸甲酯互为同分异构体，其结构式分别如下：和。在下列哪种检测仪上显示出的信号是完全相同的(　　) A．元素分析仪 B．红外光谱仪 C．核磁共振仪 D．质谱仪 【答案】A 【解析】元素分析仪检测的是元素的种类，乙酸和甲酸甲酯的元素种类相同，都含有C、H、O三种元素，A正确；红外光谱仪检测的是化学键和官能团的结构特征，乙酸中含有羧基、甲酸甲酯中含有酯基，信号不完全相同，B错误；核磁共振仪检测的是氢原子的种类，乙酸和甲酸甲酯中均含有2种不同化学环境的氢原子，但峰的位置不完全相同，C错误；质谱仪检测的是分子的相对分子质量，二者的相对分子质量相同，但分子碎片的相对质量不完全相同，D错误。 【变式3-1】为测定某有机物的结构，用核磁共振仪处理后得到如图所示的核磁共振氢谱，则该有机物可能是(　　) A．C2H5OH B． C． D． 【答案】A 【解析】根据有机物的核磁共振氢谱知该有机物中含有3种不同化学环境的氢原子，且峰面积之比为3∶2∶1，根据等效氢的概念分析。乙醇分子中含有3种不同化学环境的氢原子，峰面积之比为3∶2∶1，故A正确；2-甲基丙烯中含有2种不同化学环境的氢原子，故B错误；对氨基苯酚中含有4种不同化学环境的氢原子，故C错误；对二甲苯中含有2种不同化学环境的氢原子，故D错误。 【变式3-2】下列关于青蒿素分子结构的研究中说法不正确的是(　　) A．通过核磁共振氢谱能确定青蒿素分子中有三种氢原子 B．通过质谱法能确定青蒿素的相对分子质量 C．通过红外光谱能确定青蒿素分子中含有酯基 D．通过化学反应证明分子中含有过氧基(—O—O—) 【答案】A 【解析】青蒿素分子结构不对称，除了甲基上的氢原子，还有其他类型的氢原子，不止三种，A项错误；质谱仪通过质荷比确定相对分子质量，通过质谱法能确定青蒿素的相对分子质量，故B正确；依据红外光谱的特征频率可以鉴别有机物中含有哪些官能团，故C正确。 基础达标 1.证明某有机化合物属于烃的含氧衍生物，应完成的实验内容是(　　) A.只需验证它完全燃烧后产物只有H2O和CO2 B.只需测定其完全燃烧后产物中H2O和CO2的物质的量的比值 C.测定完全燃烧时消耗的有机化合物与生成的CO2、H2O的物质的量之比 D.测定该有机化合物的质量及其完全燃烧后生成的CO2和H2O的质量 【答案】D 【解析】A项只能证明有机化合物中含C、H，无法确定是否含氧，错误：B项只能确定分子式中C、H原子个数比，错误；C项只能确定分子式中C、H的原子个数，错误；D项，测定该有机化合物的质量及其完全燃烧后生成的CO2和H2O的质量，可以确定一定质量的有机化合物中含有的C、H的质量，根据质量守恒可以确定有机化合物中是否含有O，正确。 2.现有某天然有机化合物，拟对其进行研究，一般采取的研究步骤是(　　) A.分离、提纯→确定化学式→确定分子式→确定结构式 B.分离、提纯→确定实验式→确定分子式→确定结构式 C.分离、提纯→确定结构式→确定实验式→确定分子式 D.确定分子式→确定实验式→确定结构式→分离、提纯 【答案】B 【解析】研究有机化合物的一般步骤：先分离、提纯，再通过元素分析确定其实验式；然后通过测定相对分子质量来确定分子式；最后通过化学分析或仪器分析确定其结构式，B项正确。 3.烃分子中若含有双键、三键或环，则分子具有一定的不饱和度，有机化合物 的不饱和度为(　　) A.5 B.6 C.7 D.8 【答案】B 【解析】苯环可看成1个环和3个双键，根据Ω＝双键数＋三键数×2＋环数， 的不饱和度为3＋2＋1＝6。 4.某有机化合物由碳、氢、氧三种元素组成，其红外光谱图上有C—H键、O—H键、C—O键的振动吸收峰，该有机化合物的相对分子质量是60，则该有机化合物的结构简式是(　　) A.CH3CH2OCH3 B.CH3CH2CH(OH)CH3 C.CH3CH2CH2OH D.CH3CH2CHO 【答案】C 【解析】CH3CH2OCH3分子中无O—H键，A项错误。CH3CH2CH(OH)CH3的相对分子质量是74，B项错误。CH3CH2CH2OH分子中有C—H键、O—H键、C—O键且其相对分子质量是60，C项正确。CH3CH2CHO分子中无C—O键和O—H键且其相对分子质量为58，D项错误。 5.某有机物的蒸气跟足量O2混合点燃，充分反应后生成CO2 4.48 L(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 【解析】根据题中信息无法确定有机物中是否含有氧元素，故A、B错误；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、甲醚等，故C错误；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。 6.下列关于物质研究方法的说法中错误的是(　　) A.原子吸收光谱仪可确定物质含有哪些元素 B.核磁共振氢谱能反映出未知有机物中不同环境氢原子的种类和个数 C.根据红外光谱图的分析可以初步判断有机物中具有哪些基团 D.同位素示踪法可以用来研究一些化学反应的历程 【答案】B 【解析】原子吸收光谱仪可确定物质含有哪些元素，故A正确。核磁共振氢谱可用来确定分子结构中不同环境氢原子的种类及个数比，但不能反映出个数，故B错误。在有机物分子中，组成化学键或官能团的原子处于不断振动的状态，其振动频率与红外光的振动频率相当。所以，用红外光照射有机物分子时，分子中的化学键或官能团可发生振动吸收，不同的化学键或官能团吸收频率不同，在红外光谱上将处于不同位置，从而可获得分子中含有何种化学键或官能团的信息，根据红外光谱图可以初步判断有机物中具有哪些基团，故C正确。同位素示踪法可以随时追踪含有放射性核素的标记物在化学反应中的位置及其数量的运动变化情况，可以用来研究化学反应的历程，故D正确。 7.下列化合物的核磁共振氢谱中出现三组峰的是(　　) A.2，2，3，3－四甲基丁烷 B.2，3，4－三甲基戊烷 C.3，4－二甲基己烷 D.2，5－二甲基己烷 【答案】D 【解析】A项分子的结构简式为，只含一种H原子，其核磁共振氢谱中只显示一组峰，错误；B项分子的结构简式为，含四种H原子，其核磁共振氢谱中显示四组峰，错误；C项分子的结构简式为，含四种H原子，其核磁共振氢谱中显示四组峰，错误；D项分子的结构简式为，含三种H原子，其核磁共振氢谱中显示三组峰，正确。 8.某有机物A的分子式为C4H10O，红外光谱图如图所示，则A的结构简式为(　　) A.CH3CH2OCH2CH3 B.CH3OCH2CH2CH3 C.CH3CH2CH2OCH3 D.(CH3)2CHOCH3 【答案】A 【解析】红外光谱图中显示存在对称的甲基、对称的亚甲基和醚键可得分子的结构简式为CH3CH2OCH2CH3。 9.现有一物质的核磁共振氢谱如图所示： 则可能是下列物质中的(　　) A.CH3CH2CH3 B.CH3CH2CH2OH C.CH3CH2CH2CH3 D.CH3CH2CHO 【答案】B 【解析】由核磁共振氢谱图知，该有机物分子中含有4种不同化学环境的氢原子；A物质分子中有2种不同化学环境的氢原子，B物质分子中有4种不同化学环境的氢原子，C物质分子中有2种不同化学环境的氢原子，D物质分子中有3种不同化学环境的氢原子，故选B。 10.烃分子中若含有双键、三键或环，其碳原子所结合的氢原子则少于同碳原子数对应烷烃所含的氢原子数，具有一定的不饱和度(用Ω表示)。下表列出几种烃的不饱和度： 有机化合物 乙烯 乙炔 环己烷 苯 Ω 1 2 1 4 下列说法不正确的是(　　) A.1 mol Ω＝3的不饱和链烃再结合6 mol H即达到饱和 B. 的Ω等于6 C. 与环丁烷的不饱和度相同 D.C4H8的不饱和度与C3H6、C2H4的不饱和度相同 【答案】B 【解析】增加1个不饱和度要减少2个氢原子，所以1 mol Ω＝3的不饱和链烃再结合6 mol H可达到饱和，A正确；中含有1个苯环、1个碳碳三键和1个脂环，其不饱和度Ω＝4＋2＋1＝7，B错误；碳碳双键的不饱和度是1，脂环的不饱和度也是1，故与环丁烷的不饱和度相同，C正确；每增加1个不饱和度要减少2个氢原子，C4H8的不饱和度与C3H6、C2H4的不饱和度相同，D正确。 综合应用 11．化合物A经质谱法和燃烧实验分析得知其相对分子质量为136，分子式为C8H8O2。A分子中含有一个苯环且苯环上只有一个取代基，其红外光谱图与核磁共振氢谱图分别如图所示。下列关于A的说法错误的是(　　) A．A属于酯 B．1 mol A在一定条件下可与3 mol H2发生加成反应 C．符合题中A分子结构特征的有机物只有1种 D．与A属于同类化合物的同分异构体(不包括A)只有2种 【答案】D 【解析】因化合物A中有4种不同化学环境的氢原子，且个数之比为1∶2∶2∶3，又因为A是一取代苯，则苯环上有3种氢原子，个数分别为1、2、2，所以苯环侧链上的3个氢原子等效，则侧链取代基中含有—CH3，结合红外光谱图可知，A为。A中含有酯基，属于酯；1 mol A在一定条件下可与3 mol H2发生加成反应；与A属于同类化合物的同分异构体(不包括A)有5种。 12．某有机化合物中碳原子和氢原子的原子个数比为3∶4，不能与溴水反应却能使酸性KMnO4溶液褪色。其蒸气密度是相同状况下甲烷密度的7.5倍。在铁存在时与Br2反应能生成两种一溴代物。该有机化合物可能是(　　) A．CH≡C—CH3 B． C． D． 【答案】B 【解析】该有机化合物的最简式为C3H4，设分子式为(C3H4)n，其相对分子质量为7.5×16＝120,12×3n＋4n＝120，故n＝3，即分子式为C9H12，不饱和度为4，因其不能与溴水反应却能使酸性KMnO4溶液褪色，所以该有机化合物含有苯环，苯环的不饱和度为4，故苯环上的取代基为烷基。由于在铁存在时与Br2反应能生成两种一溴代物，故苯环上应有两个取代基，且两个取代基在苯环上处于对位，该有机化合物的结构简式为。 13．A物质与(NH4)2Fe(SO4)2溶液、硫酸以及KOH的甲醇溶液混合，在1 min内溶液由淡绿色变为红棕色；能与溴水反应产生白色沉淀；与NaOH溶液混合反应后，加入稀HNO3酸化，再加入AgNO3溶液，能产生淡黄色沉淀。A可能的结构是(　　) A． B． C． D． 【答案】D 【解析】A物质与(NH4)2Fe(SO4)2溶液、硫酸以及KOH的甲醇溶液混合，在1 min内溶液由淡绿色变为红棕色，说明A中含有硝基；能与溴水反应产生白色沉淀，说明A中含有酚羟基；与NaOH溶液混合反应后，加入稀HNO3酸化，再加入AgNO3溶液，能产生淡黄色沉淀，说明A中含有溴原子，只有D项物质符合上述要求。 14.核磁共振氢谱是根据分子中不同化学环境的氢原子在谱图中给出的信号峰不同来确定分子中氢原子的种类。下列有机化合物的核磁共振氢谱中给出的信号峰组数相同的是(　　) A.①② B.②⑤ C.④⑤ D.⑤⑥ 【答案】C 【解析】在确定氢原子的种类时，要考虑分子的对称性，①⑥有4种不同化学环境的氢原子，②有2种不同化学环境的氢原子，③有5种不同化学环境的氢原子，④⑤有3种不同化学环境的氢原子。 15.已知某有机化合物A含碳72.0%、含氢6.67%，其余为氧。用质谱法分析得知A的相对分子质量为150。核磁共振仪测出A的核磁共振氢谱中有5个峰，峰面积之比为1∶2∶2∶2∶3，如图1所示。利用红外光谱仪测得A分子的红外光谱如图2所示。下列关于A的说法中不正确的是(　　) A.A属于醇类化合物 B.A的分子式为C9H10O2 C.A的结构简式可能为C6H5COOCH2CH3 D.根据A的分子式和核磁共振氢谱图可知一个A分子中只含一个甲基 【答案】A 【解析】一个A分子中碳原子数为＝9，氢原子数为≈10，氧原子数为≈2，则A的分子式为C9H10O2。据核磁共振氢谱中H原子的数目比知，10个H原子中各类别的H原子数分别为1、2、2、2、3。根据红外光谱图知A的分子结构中有C—H、C===O、C—C、C—O—C、，可得其结构简式可能为C6H5COOCH2CH3、C6H5CH2COOCH3或C6H5CH2OOCCH3，它属于酯类。 16.有机化合物X的蒸气密度是相同状态下甲烷密度的6.25倍，完全燃烧的产物只有二氧化碳和水，该有机化合物中碳元素的质量分数为60%，氢元素的质量分数为8%，它的核磁共振氢谱有4组吸收峰。下列关于有机化合物X的说法错误的是(　　) A.含有C、H、O三种元素 B.分子式为C5H8O2 C.结构简式可能为 D.分子中不可能同时含有—OH、—CHO、， 【答案】D 【解析】有机化合物X的蒸气密度是相同状态下甲烷密度的6.25倍，则X的相对分子质量为6.25×16＝100，完全燃烧的产物只有二氧化碳和水，故X为烃或烃的含氧衍生物，该物质中碳元素的质量分数为60%，氢元素的质量分数为8%，则N(C)＝＝5，N(H)＝＝8，N(O)＝＝2，故X的分子式为C5H8O2，A、B项正确；X的核磁共振氢谱有4组吸收峰，即有4种氢原子，其结构简式可能为，C项正确；X的结构简式可以为，则同时含有—OH、—CHO、，D项错误。 17．已知某有机物X有如下性质： ①X不和Na2CO3反应。 ②X的蒸气相对于H2的密度为46.0。 ③取1.84 g X与过量的金属钠完全反应后，生成672 mL(标准状况)气体。 ④一定质量的X完全燃烧后，产生的气体依次通过浓硫酸和碱石灰，二者的质量分别增加 36.0 g和66.0 g。 试求X的结构简式为__________。 【答案】 【解析】由②可得X的相对分子质量为46.0×2＝92.0。 由①③中X的化学性质可知X含有的官能团为羟基。 n(X)＝＝＝0.02 mol n(H2)＝＝＝0.03 mol 故1个X分子中含有3个—OH。 由④得，一定质量的X完全燃烧生成CO2的物质的量为＝1.5 mol，生成H2O的物质的量为＝2 mol，其中含有4 mol氢原子。因此碳原子和氢原子的个数比为3∶8，由于X中H原子已经达到饱和，所以该有机物中只能含有3个C、8个H，可设X的分子式为C3H8On。由X的相对分子质量为92.0得n＝3，故X的分子式为C3H8O3，结构简式为。 18．三聚氰胺最早被李比希于1834年合成，有毒，不可用于食品加工或食品添加剂。经李比希法分析得知，三聚氰胺分子中，氮元素的含量高达66.67%，氢元素的质量分数为4.76%，其余为碳元素。它的相对分子质量大于100，但小于150。试回答下列问题： (1)分子式中原子个数比N(C)∶N(H)∶N(N)＝________________。 (2)三聚氰胺分子中碳原子数为__________，理由是_______________________(写出计算式)。 (3)三聚氰胺的分子式为________。 (4)若核磁共振氢谱显示只有1组吸收峰，红外光谱表明有1个由碳、氮两种元素组成的六元杂环。则三聚氰胺的结构简式为_____________________________________________。 【答案】(1)1∶2∶2　(2)3　＜N(C)＜，即2.4＜N(C)＜3.6，又N(C)为正整数，所以N(C)＝3　(3)C3H6N6 (4) 【解析】(1)N(C)∶N(H)∶N(N)＝∶∶≈1∶2∶2。(3)因为N(C)∶N(H)∶N(N)＝1∶2∶2，又N(C)＝3，所以分子中N(C)、N(H)、N(N)分别为3、6、6。(4)核磁共振氢谱显示只有1组吸收峰，说明是对称结构，这6个H原子的化学环境相同，又碳为四价元素，氮为三价元素，六元环中C、N各有3个原子交替出现。 19．完成下列问题。 (1)研究有机物的方法有很多，常用的有①核磁共振氢谱　②蒸馏　③重结晶　④萃取　⑤红外光谱　⑥过滤，其中用于分子结构确定的有________________(填序号)。 (2)下列物质中，其核磁共振氢谱中只有一组吸收峰的是________________(填字母)。 A．CH3CH3 B．CH3COOH C．CH3COOCH3 D．CH3OCH3 (3)某含碳、氢、氧三种元素的有机物甲，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%，则甲的实验式(最简式)是________________。 ①如图是该有机物甲的质谱图，则其相对分子质量为________________，分子式为________________。 ②确定甲的官能团：通过实验可知甲中一定含有羟基，写出羟基的符号________________；甲可能的结构有________________种(不考虑立体异构)。 ③确定甲的结构简式 a．经测定有机物甲的核磁共振氢谱如图所示，则甲的结构简式为________________。 b．若甲的红外光谱如图所示，则该有机物的结构简式为________________。 【答案】(1)①⑤　(2)AD　(3)C4H10O　①74　C4H10O　②—OH　4　③C(CH3)3OH CH3CH2OCH2CH3 【解析】(1)在上述各种研究方法中，蒸馏、重结晶、萃取、过滤是有机物分离或提纯的方法，核磁共振氢谱、红外光谱常用于分子结构确定。(2)其核磁共振氢谱中只有一组吸收峰，说明有机物分子中只有一类氢原子， CH3CH3分子中只有一类氢原子，A正确；CH3COOH分子中含有两类氢原子，B错误；CH3COOCH3分子中含有两类氢原子，C错误；CH3OCH3分子中只有一类氢原子，D正确。(3)碳的质量分数是64.86%，氢的质量分数是13.51%，因此氧元素质量分数是21.63%，则该物质中碳、氢、氧原子个数之比为∶∶＝4∶10∶1，所以其实验式为C4H10O。①根据质谱图知，其相对分子质量是74，结合其实验式知其分子式为C4H10O。②由分子式C4H10O可知，碳已被氢饱和，含有羟基，则为饱和一元醇，C4H9—有4种结构，则C4H9OH的可能结构有4种，结构简式分别为HOCH2CH2CH2CH3、CH3CH(OH)CH2CH3、(CH3)2CHCH2OH、C(CH3)3OH。③甲的核磁共振氢谱图中出现2组峰，说明该结构中有2种氢原子，则结构简式为C(CH3)3OH；甲的红外光谱中含有对称—CH3，对称—CH2—和C—O—C结构，故有机物的结构简式为CH3CH2OCH2CH3，含有的官能团为醚键。 20.现有分子式均为C3H6O2的四种有机物A、B、C、D，且分子中均含甲基，把它们分别进行下列实验加以鉴别，实验记录如下： NaOH溶液 银氨溶液 新制Cu(OH)2悬浊液 金属钠 A 中和反应 — 溶解 产生氢气 B — 有银镜 加热后有砖红色沉淀 产生氢气 C 水解反应 有银镜 加热后有砖红色沉淀 － D 水解反应 — — — 则A、B、C、D的结构简式分别为A________________，B________________，C________________，D________________。 【答案】CH3CH2COOH　CH3CHOHCHO　HCOOCH2CH3　 CH3COOCH3 【解析】分子式为C3H6O2的有机物的不饱和度为3＋1－＝1。A物质能与NaOH溶液发生中和反应，能使新制的氢氧化铜悬浊液溶解，还能与Na反应放出氢气，说明A为羧酸，又含有甲基，故A应为CH3CH2COOH；B与银氨溶液反应有银镜生成，与金属钠可产生氢气，说明B中既含有醛基，又含有羟基，且B含有甲基，故B应为CH3CHOHCHO；C与NaOH溶液可发生水解反应，说明其含有酯基，又可与银氨溶液发生银镜反应，说明其还含有醛基，综合上述两点可知C应为HCOOCH2CH3；D可发生水解反应，说明其含有酯基，其不能与银氨溶液、新制的氢氧化铜悬浊液反应，即不含醛基，故D为CH3COOCH3。 拓展培优 21.按要求回答下列问题： (1)有机物X的分子式为C4H8O2，其红外光谱如图所示： 则该有机物可能的结构为________(任写一种符合题意的即可)。 (2)分子式为C2H4O2的有机物，其结构简式可能有两种，用物理方法对其结构进行鉴定，可用红外光谱法或核磁共振氢谱法。 ①若其结构为，则红外光谱中应有________种振动吸收；核磁共振氢谱中应有________个峰。 ②若其结构为，则红外光谱中应有________种振动吸收；核磁共振氢谱中应有________个峰。 【答案】(1)CH3CH2COOCH3或CH3COOCH2CH3　或 　(2)①4　2　②3　2 【解析】(1)根据红外光谱图知该有机物中含有不对称甲基，碳氧双键及C—O—C键，酯中含有碳氧双键，则该有机物可能的结构为CH3CH2COOCH3或CH3COOCH2CH3或 (2)一般而言，红外光谱测得的主要是极性键，有几种极性键，就有几种振动吸收。故中有C—H键、 C=O键、C—O键、O—H键4种振动吸收；有两类氢原子，有2个峰。同理，中有C—H键、C=O键、C—O键3种振动吸收；有2个峰。 22.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。 试通过计算填空： (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NaHCO3粉末反应，生成2.24 L CO2(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的核磁共振氢谱如下图： (4)A中含有________种氢原子。 (5)综上所述，A的结构简式为________。 【答案】(1)90　(2)C3H6O3　(3)—COOH　—OH (4)4　(5) 【解析】(1)A的蒸气密度为相同条件下H2的45倍，则A的相对分子质量为45×2＝90。 (2)由题给信息可知，9.0 g(0.1 mol)A充分燃烧后生成H2O 5.4 g、CO2 13.2 g，则9.0 g A中n(H)＝0.6 mol(即0.6 g)，n(C)＝0.3 mol(即3.6 g)，则9.0 g该有机物中含n(O)＝＝0.3 mol，由n(A)∶n(C)∶n(H)∶n(O)＝0.1 mol∶0.3 mol∶0.6 mol∶0.3 mol＝1∶3∶6∶3得A的分子式C3H6O3。 (3)A可与NaHCO3反应生成CO2，则A中含—COOH，0.1 mol A生成0.1 mol CO2，则A分子中含1个—COOH；0.1 mol A与足量Na反应生成0.1 mol H2，说明A分子中除含有1个—COOH外，还含有1个—OH。 (4)由A的核磁共振氢谱可知，A分子结构中有4种类型的氢原子，且氢原子个数比为3∶1∶1∶1则A的结构简式为。 23.已知有机化合物A、B、C、D、E存在如图所示的转化关系，且C能与NaHCO3发生反应，C和D的相对分子质量相等，E为无支链的化合物。 回答下列问题： (1)已知E的相对分子质量为102，其中碳、氢元素的质量分数分别为58.8%、9.8%，其余为氧元素，则E的分子式为________。 (2)C的核磁共振氢谱中有________组峰；D也可以由卤代烃F在NaOH溶液中加热制取，写出此反应的化学方程式：_______________________________________。 (3)A的结构简式是________。 (4)B有多种同分异构体，写出一种同时符合下列四个条件的同分异构体的结构简式：________。 a.能发生水解反应 b.能发生银镜反应 c.能与FeCl3溶液发生显色反应 d.苯环上的一氯代物只有一种 【答案】(1)C5H10O2 (2)2　CH3CH2CH2X＋NaOHCH3CH2CH2OH＋NaX (3) (4) 【解析】(1)E的相对分子质量为102，其中碳、氢元素的质量分数分别为58.8%、9.8%，则碳原子数目为102×58.8%÷12≈5，氢原子数目为102×9.8%÷1≈10，氧原子数目为(102－12×5－10)÷16＝2，故E的分子式为C5H10O2。(2)E由C和D反应生成，C能和NaHCO3反应，则C为羧酸，D为醇，二者共含5个碳原子，并且C和D的相对分子质量相等，故C为乙酸，D为丙醇。E为无支链的化合物，D应为1－丙醇，E为CH3COOCH2CH2CH3。C(乙酸，结构简式为CH3COOH)分子中含有两种氢原子，核磁共振氢谱中有2组峰；D为1－丙醇，可由1－卤丙烷发生水解反应制得，化学方程式为CH3CH2CH2X＋NaOHCH3CH2CH2OH＋NaX。(3)A是由B与乙酸、1－丙醇发生酯化反应后的产物，其结构简式为。(4)B的同分异构体，能发生水解反应，说明含有酯基；能发生银镜反应，说明含有醛基；能与FeCl3溶液发生显色反应，说明含有酚羟基；苯环上的一氯代物只有一种，说明苯环上只有一种氢原子，故符合条件的同分异构体为。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $