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

本讲义聚焦确定有机化合物分子式与结构式的核心知识点，系统梳理从元素分析（定性确定组成、李比希法定量得实验式），到质谱法及气态计算确定相对分子质量得分子式，再到波谱分析（红外、核磁共振氢谱、X射线衍射）和化学方法确定结构式的完整脉络，构建“元素组成-实验式-分子式-结构式”的学习支架。 该资料融合传统化学方法与现代仪器分析，通过“即学即练”“实践应用”等环节，结合燃烧法实验数据计算、波谱图分析等实例，培养学生科学思维（如证据推理、模型建构）和科学探究与实践能力。课中辅助教师突破定量计算难点，课后通过考点练习帮助学生查漏补缺，强化知识应用。

第一章 有机化合物的结构特点与研究方法 第一节 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 教学目标 1.掌握李比希法测定有机化合物各元素的质量分数，从而确定有机化合物的最简式（实验式）。 2.学会质谱法及气态有机化合物相对分子质量的计算方法，从而确定有机化合物的分子式。 3.熟悉波谱分析和化学方法，推断有机化合物的分子结构，从而确定有机化合物的结构式。 重点和难点 重点：波谱分析。 难点：定量计算有机物的实验式和分子式。 ◆知识点一 确定实验式——元素分析 1.定性分析 用化学方法确定有机化合物分子的元素组成，如完全燃烧后C→CO2，H→H2O，N→N2，S→SO2。 2.定量分析 （1）原理 一定量的有机物燃烧后转化为简单的无机物，测定各产物的量，从而推算出该有机物分子中所含各元素原子的 ，即确定其实验式(也称最简式)。 （2）测定方法(李比希法) 即学即练 1.为了测定有机物M的分子式，进行了如下实验。取4.6 g M和4.8 g O2于一密闭容器中燃烧，产物为CO2、CO和水蒸气，测得的有关实验数据如下(实验前装置内的空气已排尽)，则该有机物M的分子式为(　　) A．C4H8O B．C2H4O2 C．C3H8O3 D．CH2O ◆知识点二 确定分子式 1.质谱法测定相对分子质量 （1）质谱法原理 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。计算机对其进行分析后，得到它们的相对质量与电荷数的比值，即 。 （2）质谱图分析 以 为横坐标，以各类离子的 为纵坐标，根据记录结果所建立的坐标图。如图为某有机化合物的质谱图： 从图中可知，该有机物的相对分子质量为46，即 就是样品分子的相对分子质量。 ①质荷比的最大值对应的相对丰度不一定 。 ②互为同分异构体的两种分子的质荷比最大值 ，但是质谱图 。 ③质谱图不仅能判断出物质的相对分子质量，还能通过碎片离子的质荷比推测分子的结构。高分辨率质谱仪还可以根据高精度的相对分子质量数据直接计算出分子式。 2.气态有机化合物相对分子质量计算法 相对分子质量数值上等于 (以g·mol－1为单位时)的值。 ①标况密度法：已知标准状况下气体的密度ρ，摩尔质量：M＝ 。 ②相对密度法：根据气体A相对于气体B(已知)的相对密度d：MA＝ 。 ③混合气体平均摩尔质量：＝ 。 3.分子式的确定 （1）若有机化合物的实验式中，碳原子已达到饱和(氢原子数等于对应烷烃中的氢原子数),则该物质的实验式与分子式 。 （2）若实验式中碳原子未达到饱和，可根据相对分子质量进一步确定其分子式，计算依据： 。 不饱和度(Ω)是有机物分子不饱和程度的量化标志。有机物分子与碳原子数相等的链状烷烃(CnH2n＋2)比较，每减少2个氢原子，则有机物的不饱和度增加1。 官能团 不饱和度 官能团 不饱和度 Ω＝ —C≡C— Ω＝ Ω＝ 苯环 Ω＝ 即学即练 2.某有机物的质谱图如图所示，该有机物的结构简式可能是(　　) A. B. C. D．CH3CH2OCH3 ◆知识点三 确定分子结构 1.鉴定有机化合物分子结构的常用方法 （1）物理方法(波谱分析) 红外光谱、紫外光谱、核磁共振氢谱和X射线衍射等。 （2）化学方法 利用特征反应鉴定出官能团，再通过制备其衍生物进一步确认。 2.红外光谱法 （1）作用 获得分子中所含 或 的信息。 （2）原理 有机化合物受到红外线照射时，能吸收与它的某些化学键或官能团的振动频率相同的红外线，通过红外光谱仪的记录形成该有机化合物的红外光谱图。谱图中不同的化学键或官能团的吸收频率不同，因此分析有机化合物的红外光谱图，可获得分子中所含有的化学键或官能团的信息，初步确定有机化合物的结构。 （3）实例 从某未知物A(C2H6O)的红外光谱图上发现有O—H、C—O、C—H的吸收峰，则可初步推测该未知物A含官能团羟基，结构可表示为C2H5OH。下图为有机物A(分子式为C2H6O)的红外光谱图。 3.核磁共振氢谱 （1）作用 获得有机物分子中有几种处于不同化学环境的氢原子及它们的相对数目等信息， 吸收峰数目＝ ，吸收峰面积比＝ 。 （2）原理 用电磁波照射含氢元素的化合物，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。 （3）实例：下图为有机物A(分子式为C2H6O)的核磁共振氢谱。 由图可知A的分子中有3种处于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简式应为CH3CH2OH。 4.X射线衍射 （1）作用 可获得分子结构的有关数据，如 、 等，用于有机化合物 的测定。 （2）原理 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 。 X射线衍射的物理原理 当一束单色X射线入射到晶体时，由于晶体是由原子规则排列组成的，这些规则排列的原子间的距离与入射X射线波长有相同数量级，故由不同原子散射的X射线相互干涉，在某些特殊方向上产生强X射线衍射，根据衍射线在空间分布的方位和强度，可以分析晶体结构。 即学即练 3.符合下面核磁共振氢谱图的有机物是(　　) A．CH3COOCH2CH3 B．CH2==CHCH2CH3 C． D． 4.化学分析的手段通常有定性分析、定量分析、仪器分析等，现代化学中仪器分析是研究物质结构的基本方法和实验手段。下列关于仪器分析的说法不正确的是(　　) A．光谱分析：利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素 B．质谱分析：利用质荷比来测定分子的相对分子质量，CH3CH2OH与CH3OCH3的质谱图完全相同 C．红外光谱分析：获得分子中含有的化学键或官能团的信息，可用于区分CH3CH2OH和CH3OCH3 D．X衍射图谱分析：获得分子结构的有关信息，包括晶胞形状和大小、分子或原子在微观空间有序排列呈现的对称类型、原子在晶胞里的数目和位置等 一、确定有机物分子式的方法 （1）单位物质的量法 根据有机物的摩尔质量(或相对分子质量)和有机物中各元素的质量分数，推算出1 mol有机物中各元素原子的物质的量，从而确定分子中各原子的个数，最后确定有机物的分子式。 （2）最简式法 根据有机物中各元素的质量分数求出分子组成中各元素的原子个数之比(最简式)，分子式为最简式的整数倍，利用物质的相对分子质量可确定其分子式。 N(C)∶N(H)∶N(O)＝∶∶＝a∶b∶c(最简整数比)，最简式为CaHbOc，则分子式为(CaHbOc)n，得n＝(Mr为有机物的相对分子质量)。 （3）商余法(适用于烃类分子式的求法) 用烃(CxHy)的相对分子质量除以12，看商和余数，即＝x……y，则分子式为CxHy。在此基础上，由一种烃的分子式求另一可能烃的分子式可采用增减法推断，其规律如下： CxHy 二、有机物结构式的确定方法 1.价键规律法 可根据不饱和度，判断可能含有的化学键或结构。如：CH4O中的碳原子已饱和，其结构简式只能是CH3OH；C4H8的Ω＝1，可能为烯烃或环烷烃。 2.化学方法 方法 依据 结论或实例 ①定性实验 实验中有机化合物表现出的性质 确定官能团 ②定量实验 确定有机化合物的官能团 如乙醇结构简式的确定 确定官能团的数目 如1 mol某醇与足量钠反应可得到1 mol氢气，则说明1个该醇分子中含2个—OH ③进行“组装”确定 根据实验测得的官能团种类、数目，联系价键规律等进行“组装”和“拼凑” 确定有机化合物的结构简式 3.波谱分析在确定有机化合物分子结构中的应用 谱图 应用 核磁共振氢谱 峰的组数等于氢原子的种类数，峰面积之比等于不同化学环境的氢原子个数之比 质谱 质谱图中最右侧分子离子峰的数值(质荷比)为相对分子质量 红外光谱 测定官能团的种类、存在的化学键类型 X射线衍射 获得分子结构有关数据，包括键长、键角等参数 4.有机物结构确定的方法思路 5.确定有机化合物结构的方法 实践应用 5．下列装置中有机物样品在电炉中充分燃烧，通过测定生成的和的质量，来确定有机物的分子式。 请思考： （1）B装置中试剂X可选用 物质？ （2）C、D、E装置中试剂的作用各是 ？ （3）若实验中所取样品只含C、H、O三种元素中的两种或三种，准确称取0.44 g样品，经充分反应后，D装置质量增加0.36 g，E装置质量增加0.88 g，已知该物质的相对分子质量为44，则该样品的化学式是 ？ （4）若该有机物的核磁共振氢谱有两个信号峰，峰面积之比为。则其结构简式是 ？ （5）某同学认为E和空气相通，会影响测定结果的准确性，应在E后再增加一个E装置，其主要目的是 ？ 考点一 有机化合物分子式的确定 【例1】为了测定有机物M的分子式，取5.8g M与一定量的置于一密闭容器中燃烧，定性实验表明产物是和水蒸气，测得的有关数据如下(箭头表示气流的方向，实验前系统内的空气已排尽)： 该有机物M的分子式可能是 A． B． C． D． 【变式1-1】喜树中含有一种被称为喜树碱的生物碱，这种碱的相对分子质量在300~400之间，实验分析得知其元素组成为C占69.0%、O占18.4%，且O含量为H的4倍，其余为N，则一个喜树碱分子中含有的原子总数为 A．42 B．43 C．44 D．45 【变式1-2】某有机物在相同状况下对氢气的相对密度为45。取该有机物样品3.6 g在纯氧中充分燃烧得到两种产物，将产物先后通过过量浓硫酸和碱石灰，两者分别增重2.16g和5.28g，则该有机物的分子式为 A．C3H6O3 B．CH2O3 C．C3H6O2 D．C3H8O3 考点二 波谱分析法的应用 【例2】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2-1】某学习小组研究某烃的含氧衍生物A的组成和结构，研究过程如下：称取9gA在足量氧气中充分燃烧，并使产物依次缓缓通过浓硫酸、碱石灰，发现两者分别增重5.4g和13.2g，对A进行波谱分析结果如图。下列说法错误的是 A．由质谱图可知A的分子式为 B．结合红外光谱和核磁共振氢谱可知A的结构简式为 C．若取A和的混合物1mol进行燃烧实验，该混合物完全燃烧消耗氧气的物质的量取决于混合物中二组分的比例 D．B是A的位置异构体，则B在核磁共振氢谱中峰面积之比为2∶2∶1∶1 【变式2-2】化合物X是一种有机溶剂。使用现代分析仪器对有机物X的分子结构进行测定，相关结果如图1、图2、图3所示： 有关X的说法不正确的是 A．X的相对分子质量应为74 B．X的分子式是C4H10O C．0.3molX中含有C－H键的数目为3mol D．有机物M是X的同分异构体，M的结构有4种(不包括X本身，且不考虑立体异构) 考点三 确定有机化合物结构式的综合运用 【例3】有机物X是一种重要的有机合成中间体，用于制造塑料、涂料和黏合剂等高聚物。为研究X的组成与结构，进行了如下实验： （1）有机物X的质谱图： 有机物X的相对分子质量是 。 （2）将10.0 g 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7.2 g，KOH浓溶液增重22.0 g。有机物X的分子式是 。 （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，峰面积之比是3∶1。有机物X的结构简式是 。 【变式3-1】为测定某有机化合物A的结构，进行如下实验： （1）将一定量的有机物A置于氧气流中充分燃烧，实验测得：生成5.4gH2O和8.8gCO2，消耗氧气6.72L(标准状况下)，则该物质的实验式是 。 （2）用质谱仪测定该有机化合物的相对分子质量，得到如图所示的质谱图，则其相对分子质量为 ，该物质的分子式是 。 （3）根据价键理论，预测A的可能结构并写出结构简式： 。 （4）核磁共振氢谱能对有机物分子中不同位置的氢原子给出不同的峰值(信号)，根据峰值(信号)可以确定分子中氢原子的种类和数目。例如，甲基氯甲基醚(ClCH2OCH3，有2种氢原子)的核磁共振氢谱如图甲所示： 经测定，有机物A的核磁共振氢谱如图乙所示，则A的结构简式为 。 【变式3-2】某有机化合物A经李比希法测得其中碳的质量分数为72%、氢的质量分数为6.67%，其余为氧。 方法一：用质谱法分析得知A的相对分子质量为150。 方法二：用核磁共振仪测出A的核磁共振氢谱有5组峰，其面积之比为1：2：2：2：3，如图1。 方法三：利用红外光谱仪测得A的红外光谱，如图2。 试回答下列问题。 （1）A的分子式为 。 （2）A的分子中只含一个甲基的依据是 (填序号)。 a.A的相对分子质量  b.A的分子式  c.A的核磁共振氢谱图 （3）A中含有酯基，则A的结构简式可能为 (填一种即可)。 基础达标 1．某有机物在氧气里充分燃烧，生成的CO2和H2O的物质的量之比为1∶1，由此可以得出该有机物 A．分子中肯定只含C、H两种元素 B．分子中C和H的个数比为1∶2 C．分子中肯定含有氧原子 D．分子中C、H、O的个数比为1∶2∶3 2．和互为同分异构体，将其中一种放在下列检测仪上进行检测，显示出的信号不能判断是哪种物质的是 A．质谱仪 B．红外光谱仪 C．核磁共振仪 D．X射线衍射仪 3．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 A． B． C． D． 4．下列化合物的核磁共振氢谱有两组峰，且峰面积之比为2：1的是 A．对苯二甲酸() B．氯乙烷() C．2-甲基丙烷[] D．乙酸甲酯() 5．某烃中碳和氢的质量比是24∶5，该烃在标准状况下的密度是2.59g·L-1，其分子式为（　　） A．C2H6 B．C4H10 C．C5H8 D．C7H8 6．某有机物A的红外光谱和核磁共振氢谱如图所示，下列说法错误的是 A．由红外光谱可知，A属于芳香烃 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．由以上信息无法准确确定有机物A分子中所含官能团 D．若A的化学式为C8H8O2，则其结构简式可能为： 7．化合物R经李比希法和质谱法分析得知其相对分子质量为136。其核磁共振氢谱与红外光谱如图，则R的结构可能是 A． B． C． D． 8．有机物A用质谱仪测定如图①，核磁共振氢谱示意图如图②，则A的结构简式可能为 A．HCOOH B．CH3CHO C．CH3CH2OH D．CH3CH2CH2COOH 9．利用李比希法测定有机样品(含碳元素和氢元素，也可能含氧元素)实验式的实验装置如图所示。下列说法错误的是 A．只需无水和碱石灰的增重数据即可达到实验目的 B．去掉装置中的氧化铜，可能会导致碳元素的测定值偏低 C．实验结束后，继续通入一段时间可提高测定的准确性 D．若确定分子式，还需要利用质谱法测定相对分子质量 10．某化合物分子由碳、氢、氧三种元素组成，其红外光谱只有C—H键、O—H键、C—O键的振动吸收，该有机物的相对分子质量是60，则该有机物的结构简式是 A．CH3CH2OCH3 B．CH3CH(OH)CH3 C．CH3CH2OH D．CH3COOH 综合应用 11．已知某有机物分子中H原子个数为偶数，若将2.25克该有机物在足量氧气中完全燃烧，得到4.4克CO2和2.25克的H2O，则下列说法不正确的是 A．可以确定该有机物的相对分子量为90 B．可以确定该有机物的分子式为C4H10O2 C．该有机物中碳、氢、氧原子个数比为2:5:1 D．因为不知道其相对分子质量，故无法确定其分子式 12．某有机物A的分子式为C4H10O，其红外光谱如图所示，则A的结构简式为 A． B． C． D． 13．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 14．相同条件下，某有机物M的蒸气密度是氢气的28倍，2.8g M充分燃烧后得到8.8g 和3.6g 。已知M中只含有1个，下列说法正确的是 A．M中含氧元素 B．M可能不会使酸性高锰酸钾溶液褪色 C．M一定存在顺反异构 D．M分子的质谱图中质荷比的最大值为55 15．某有机物A经燃烧分析法可得实验式为，对该物质进行图谱分析可得以下图谱，下列说法错误的是 A．由质谱图可知相对分子质量为91，该有机物的分子式为 B．由核磁共振氢谱可知峰面积比为 C．等量该有机物分别和足量金属钠或足量碳酸氢钠溶液反应生成的气体一样多 D．该有机物A存在立体异构体，也存在和有机物A具有相同官能团的构造异构体 拓展培优 16．（多选）已知某有机物A的红外光谱和氢核磁共振谱如图所示，下列说法不正确的是 A．由红外光谱知，该有机物中至少有三种不同的化学键 B．由H核磁共振谱可知，该有机物分子中有三种不同的氢原子且个数比为 C．由H核磁共振谱可知，该有机物分子中氢原子总数为6 D．若A的化学式为，则其结构简式为 17．有机化合物种类繁多、数量庞大，对有机化合物进行分离、提纯及鉴定是研究有机化合物的重要环节。 I．有机物A(仅含C、H、O三种元素)完全燃烧只生成CO2和H2O。称取一定质量的A样品，利用下图所示的装置进行实验。生成物先后通过分别装有足量无水氯化钙固体和碱石灰的U形管，被完全吸收后U形管质量分别增加5.4g和8.8g，消耗氧气6.72L(标准状况下)。 （1）装置a的名称为 。 （2）有机物A的最简式为 。 （3）已知有机物A的质谱、核磁共振氢谱(峰面积之比为3：2：1)分别如下图所示，则A的官能团名称为 。 （4）有机物A存在一种同分异构体B，有机物B的核磁共振氢谱上只存在一组峰，若要利用化学性质的差异鉴别有机物A和B，可采用的试剂为_______(填字母序号)。 A．溴水 B．氢氧化钠溶液 C．钠 D．酸性高锰酸钾溶液 Ⅱ．（5）有机物C是B的同系物，若质谱图显示有机物B的相对分子质量为74，核磁共振氢谱上有2组峰，且峰面积之比为3：2，有机物C的红外光谱如下图所示(其中甲基的红外光谱峰未显示)： 则C的分子式为 ，其结构简式为 。 Ⅲ．（6）重结晶法可用于提纯苯甲酸。 ①若苯甲酸在A、B、C三种溶剂中的溶解度(S)随温度变化的曲线如下图所示。则重结晶时，最合适的溶剂是 (填字母序号)。 ②下列有关苯甲酸重结晶实验的说法正确的是 (填字母序号)。 A．粗苯甲酸溶解过程中，加热、玻璃棒搅拌均能提高苯甲酸的溶解度 B．在苯甲酸重结晶实验中，粗苯甲酸加热溶解后需趁热过滤 C．冷却结晶时，温度过低将析出杂质，故此时温度不是越低越好 18．电炉加热时用纯氧化管内样品，根据产物的质量确定有机物的组成。下列装置是用燃烧法确定有机物分子式常用的装置。 据实验目的和各装置的作用推知整套装置连接顺序为 （1）A装置中的作用是 。 （2）C装置中浓硫酸的作用是 。 （3）C装置中的作用是 。 （4）燃烧管中的作用是 。 （5）若实验中所取样品只含、、三种元素中的两种或三种，准确称取 样品，经充分反应后，管质量增加，管质量增加 ，则该样品的实验式为 。 （6）用质谱仪测定其相对分子质量，得如图所示的质谱图，则该有机物的相对分子质量为 。 （7）则的分子式是 。 （8）该物质的核磁共振氢谱如图所示，则其结构简式为 。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第一章 有机化合物的结构特点与研究方法 第一节 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 教学目标 1.掌握李比希法测定有机化合物各元素的质量分数，从而确定有机化合物的最简式（实验式）。 2.学会质谱法及气态有机化合物相对分子质量的计算方法，从而确定有机化合物的分子式。 3.熟悉波谱分析和化学方法，推断有机化合物的分子结构，从而确定有机化合物的结构式。 重点和难点 重点：波谱分析。 难点：定量计算有机物的实验式和分子式。 ◆知识点一 确定实验式——元素分析 1.定性分析 用化学方法确定有机化合物分子的元素组成，如完全燃烧后C→CO2，H→H2O，N→N2，S→SO2。 2.定量分析 （1）原理 一定量的有机物燃烧后转化为简单的无机物，测定各产物的量，从而推算出该有机物分子中所含各元素原子的最简整数比，即确定其实验式(也称最简式)。 （2）测定方法(李比希法) 即学即练 1.为了测定有机物M的分子式，进行了如下实验。取4.6 g M和4.8 g O2于一密闭容器中燃烧，产物为CO2、CO和水蒸气，测得的有关实验数据如下(实验前装置内的空气已排尽)，则该有机物M的分子式为(　　) A．C4H8O B．C2H4O2 C．C3H8O3 D．CH2O 【答案】C 【解析】燃烧产物通入浓硫酸中，浓硫酸的质量增加3.6 g，即生成水的质量为3.6 g，其物质的量为0.2 mol；通入浓NaOH溶液中，溶液的质量增加4.4 g，即生成CO2的质量为4.4 g，其物质的量为0.1 mol；剩余气体通入浓硫酸中干燥后再与CuO反应，CuO的质量减少0.8 g，根据化学方程式CO＋CuOCO2＋Cu可知，CuO的物质的量减少0.05 mol，CO的物质的量为0.05 mol。4.6 g该有机物中，m(C)＝0.15 mol×12 g·mol－1＝1.8 g，m(H)＝0.4 mol×1 g·mol－1＝0.4 g，则m(O)＝4.6 g－1.8 g－0.4 g＝2.4 g，则n(O)＝＝0.15 mol，因此n(C)∶n(H)∶n(O)＝0.15 mol∶0.4 mol∶0.15 mol＝3∶8∶3，则有机物M的实验式为C3H8O3，因为实验式中的碳原子已经达到饱和，所以该实验式即为M的分子式，C项正确。 ◆知识点二 确定分子式 1.质谱法测定相对分子质量 （1）质谱法原理 质谱仪用高能电子流等轰击样品，使有机分子失去电子，形成带正电荷的分子离子和碎片离子等。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。计算机对其进行分析后，得到它们的相对质量与电荷数的比值，即质荷比。 （2）质谱图分析 以质荷比为横坐标，以各类离子的相对丰度为纵坐标，根据记录结果所建立的坐标图。如图为某有机化合物的质谱图： 从图中可知，该有机物的相对分子质量为46，即最大质荷比就是样品分子的相对分子质量。 ①质荷比的最大值对应的相对丰度不一定最大。 ②互为同分异构体的两种分子的质荷比最大值相同，但是质谱图不完全相同。 ③质谱图不仅能判断出物质的相对分子质量，还能通过碎片离子的质荷比推测分子的结构。高分辨率质谱仪还可以根据高精度的相对分子质量数据直接计算出分子式。 2.气态有机化合物相对分子质量计算法 相对分子质量数值上等于摩尔质量(以g·mol－1为单位时)的值。 ①标况密度法：已知标准状况下气体的密度ρ，摩尔质量：M＝ρ×22.4 L·mol－1。 ②相对密度法：根据气体A相对于气体B(已知)的相对密度d：MA＝d×MB。 ③混合气体平均摩尔质量：＝。 3.分子式的确定 （1）若有机化合物的实验式中，碳原子已达到饱和(氢原子数等于对应烷烃中的氢原子数),则该物质的实验式与分子式相同。 （2）若实验式中碳原子未达到饱和，可根据相对分子质量进一步确定其分子式，计算依据：分子式是实验式的整数倍。 不饱和度(Ω)是有机物分子不饱和程度的量化标志。有机物分子与碳原子数相等的链状烷烃(CnH2n＋2)比较，每减少2个氢原子，则有机物的不饱和度增加1。 官能团 不饱和度 官能团 不饱和度 Ω＝1 —C≡C— Ω＝2 Ω＝1 苯环 Ω＝4 即学即练 2.某有机物的质谱图如图所示，该有机物的结构简式可能是(　　) A. B. C. D．CH3CH2OCH3 【答案】A 【解析】由质谱图可知该有机物的相对分子质量为78。苯的分子式为C6H6，相对分子质量为78，A项符合题意；的分子式为C5H10，相对分子质量为70，B项不符合题意；的分子式为C4H8O，相对分子质量为72，C项不符合题意；CH3CH2OCH3的分子式为C3H8O，相对分子质量为60，D项不符合题意。 ◆知识点三 确定分子结构 1.鉴定有机化合物分子结构的常用方法 （1）物理方法(波谱分析) 红外光谱、紫外光谱、核磁共振氢谱和X射线衍射等。 （2）化学方法 利用特征反应鉴定出官能团，再通过制备其衍生物进一步确认。 2.红外光谱法 （1）作用 获得分子中所含化学键或官能团的信息。 （2）原理 有机化合物受到红外线照射时，能吸收与它的某些化学键或官能团的振动频率相同的红外线，通过红外光谱仪的记录形成该有机化合物的红外光谱图。谱图中不同的化学键或官能团的吸收频率不同，因此分析有机化合物的红外光谱图，可获得分子中所含有的化学键或官能团的信息，初步确定有机化合物的结构。 （3）实例 从某未知物A(C2H6O)的红外光谱图上发现有O—H、C—O、C—H的吸收峰，则可初步推测该未知物A含官能团羟基，结构可表示为C2H5OH。下图为有机物A(分子式为C2H6O)的红外光谱图。 3.核磁共振氢谱 （1）作用 获得有机物分子中有几种处于不同化学环境的氢原子及它们的相对数目等信息，吸收峰数目＝氢原子种类数，吸收峰面积比＝氢原子数目比。 （2）原理 用电磁波照射含氢元素的化合物，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氢原子数成正比。 （3）实例：下图为有机物A(分子式为C2H6O)的核磁共振氢谱。 由图可知A的分子中有3种处于不同化学环境的氢原子且个数比为3∶2∶1，可推知该有机物的结构简式应为CH3CH2OH。 4.X射线衍射 （1）作用 可获得分子结构的有关数据，如键长、键角等，用于有机化合物晶体结构的测定。 （2）原理 X射线是一种波长很短的电磁波，它和晶体中的原子相互作用可以产生衍射图。 X射线衍射的物理原理 当一束单色X射线入射到晶体时，由于晶体是由原子规则排列组成的，这些规则排列的原子间的距离与入射X射线波长有相同数量级，故由不同原子散射的X射线相互干涉，在某些特殊方向上产生强X射线衍射，根据衍射线在空间分布的方位和强度，可以分析晶体结构。 即学即练 3.符合下面核磁共振氢谱图的有机物是(　　) A．CH3COOCH2CH3 B．CH2==CHCH2CH3 C． D． 【答案】A 【解析】分析选项中各有机物不同化学环境的氢原子的种数及原子个数(吸收强度)之比，再与已知核磁共振氢谱对照即可找出答案。A中物质有3种不同化学环境的氢原子，个数之比为2∶3∶3；B中物质有4种不同化学环境的氢原子，个数比为2∶1∶2∶3；C中物质有4种不同化学环境的氢原子，个数比为3∶2∶2∶1；D中物质有3种不同化学环境的氢原子，个数比为3∶1∶1。核磁共振氢谱图中有3种不同化学环境的氢原子，再由氢原子个数(吸收强度)之比可知A项符合。 4.化学分析的手段通常有定性分析、定量分析、仪器分析等，现代化学中仪器分析是研究物质结构的基本方法和实验手段。下列关于仪器分析的说法不正确的是(　　) A．光谱分析：利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素 B．质谱分析：利用质荷比来测定分子的相对分子质量，CH3CH2OH与CH3OCH3的质谱图完全相同 C．红外光谱分析：获得分子中含有的化学键或官能团的信息，可用于区分CH3CH2OH和CH3OCH3 D．X衍射图谱分析：获得分子结构的有关信息，包括晶胞形状和大小、分子或原子在微观空间有序排列呈现的对称类型、原子在晶胞里的数目和位置等 【答案】B 【解析】不同元素原子的吸收光谱或发射光谱不同，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，故A正确；CH3CH2OH与CH3OCH3的结构不同，最大质荷比相同，则质谱图不完全相同，故B错误；红外光谱仪可以测得未知物中的化学键或官能团，CH3CH2OH和CH3OCH3所含官能团为羟基和醚键，可用红外光谱分析区别，故C正确；X射线衍射法是区分晶体和非晶体的最科学的方法，能获得晶胞形状和大小、分子或原子在微观空间有序排列呈现的对称类型、原子在晶胞里的数目和位置等，故D正确。 一、确定有机物分子式的方法 （1）单位物质的量法 根据有机物的摩尔质量(或相对分子质量)和有机物中各元素的质量分数，推算出1 mol有机物中各元素原子的物质的量，从而确定分子中各原子的个数，最后确定有机物的分子式。 （2）最简式法 根据有机物中各元素的质量分数求出分子组成中各元素的原子个数之比(最简式)，分子式为最简式的整数倍，利用物质的相对分子质量可确定其分子式。 N(C)∶N(H)∶N(O)＝∶∶＝a∶b∶c(最简整数比)，最简式为CaHbOc，则分子式为(CaHbOc)n，得n＝(Mr为有机物的相对分子质量)。 （3）商余法(适用于烃类分子式的求法) 用烃(CxHy)的相对分子质量除以12，看商和余数，即＝x……y，则分子式为CxHy。在此基础上，由一种烃的分子式求另一可能烃的分子式可采用增减法推断，其规律如下： CxHy 二、有机物结构式的确定方法 1.价键规律法 可根据不饱和度，判断可能含有的化学键或结构。如：CH4O中的碳原子已饱和，其结构简式只能是CH3OH；C4H8的Ω＝1，可能为烯烃或环烷烃。 2.化学方法 方法 依据 结论或实例 ①定性实验 实验中有机化合物表现出的性质 确定官能团 ②定量实验 确定有机化合物的官能团 如乙醇结构简式的确定 确定官能团的数目 如1 mol某醇与足量钠反应可得到1 mol氢气，则说明1个该醇分子中含2个—OH ③进行“组装”确定 根据实验测得的官能团种类、数目，联系价键规律等进行“组装”和“拼凑” 确定有机化合物的结构简式 3.波谱分析在确定有机化合物分子结构中的应用 谱图 应用 核磁共振氢谱 峰的组数等于氢原子的种类数，峰面积之比等于不同化学环境的氢原子个数之比 质谱 质谱图中最右侧分子离子峰的数值(质荷比)为相对分子质量 红外光谱 测定官能团的种类、存在的化学键类型 X射线衍射 获得分子结构有关数据，包括键长、键角等参数 4.有机物结构确定的方法思路 5.确定有机化合物结构的方法 实践应用 5．下列装置中有机物样品在电炉中充分燃烧，通过测定生成的和的质量，来确定有机物的分子式。 请思考： （1）B装置中试剂X可选用 物质？ （2）C、D、E装置中试剂的作用各是 ？ （3）若实验中所取样品只含C、H、O三种元素中的两种或三种，准确称取0.44 g样品，经充分反应后，D装置质量增加0.36 g，E装置质量增加0.88 g，已知该物质的相对分子质量为44，则该样品的化学式是 ？ （4）若该有机物的核磁共振氢谱有两个信号峰，峰面积之比为。则其结构简式是 ？ （5）某同学认为E和空气相通，会影响测定结果的准确性，应在E后再增加一个E装置，其主要目的是 ？ 【答案】（1）浓硫酸 （2）CuO的作用是使有机物充分氧化生成和；D装置中无水氯化钙的作用是吸收生成的水；E装置中碱石灰的作用是吸收生成的二氧化碳 （3） （4） （5）吸收空气中的二氧化碳和水蒸气 【分析】由实验装置可知，A中产生的氧气通过B中的浓硫酸干燥后进入C中，样品在C中与氧气和氧化铜充分氧化生成二氧化碳和水，生成的水被D中的无水氯化钙吸收，生成的二氧化碳被E中的碱石灰吸收；为避免结果误差，应在E后再接一个E装置。 【解析】（1）B装置用于干燥通入C中的氧气，试剂X可选用浓硫酸； （2）为了实验结果的准确性，CuO的作用是使有机物充分氧化生成和；D装置中无水氯化钙的作用是吸收生成的水；E装置中碱石灰的作用是吸收生成的二氧化碳； （3）E装置质量增加0.88 g为二氧化碳的质量，可得碳元素的质量：，D装置质量增加0.36 g是水的质量，可得氢元素的质量：，从而可推出含氧元素的质量为：，设有机物最简式为，则，即最简式为。则其分子式为，该物质的相对分子质量为44，44n=44，n=1，则该样品的化学式是； （4）根据有机物的核磁共振氢谱有两个信号峰，峰面积之比为，可知该有机物有两种氢原子，且结构中有一个是，另一个为，所以其结构简式为； （5）E和空气相通，空气中的二氧化碳和水蒸气会进入E中被碱石灰吸收，影响测定结果的准确性，应在E后再增加一个E装置，吸收空气中的二氧化碳和水蒸气，避免产生误差。 考点一 有机化合物分子式的确定 【例1】为了测定有机物M的分子式，取5.8g M与一定量的置于一密闭容器中燃烧，定性实验表明产物是和水蒸气，测得的有关数据如下(箭头表示气流的方向，实验前系统内的空气已排尽)： 该有机物M的分子式可能是 A． B． C． D． 【答案】A 【解析】燃烧产物通入到浓硫酸中增重5.4g即水的质量为5.4g，物质的量为0.3mol，通入到浓氢氧化钠溶液中，增重8.8g即二氧化碳质量为8.8g，物质的量为0.2mol，通入大奥浓硫酸中干燥，根据CO＋CuOCO2＋Cu，灼热氧化铁质量减少1.6g即CuO物质的量为0.1mol，则CO物质的量为0.1mol，则m(C)= 0.3mol×12g∙mol−1＝3.6g，m(H)= 0.6mol×1g∙mol−1＝0.6g，则m(O)= 5.8g−3.6g−0.6g=1.6g，则氧原子物质的量，因此n(C)：n(H)：n(O)=0.3mol：0.6mol：0.1mol=3:6:1，故A符合题意。 综上所述，答案为A。 【变式1-1】喜树中含有一种被称为喜树碱的生物碱，这种碱的相对分子质量在300~400之间，实验分析得知其元素组成为C占69.0%、O占18.4%，且O含量为H的4倍，其余为N，则一个喜树碱分子中含有的原子总数为 A．42 B．43 C．44 D．45 【答案】A 【解析】由O占18.4%，且O含量为H的4倍，则H元素的含量为4.6%，N元素的含量为1-69%-4.6%-18.4%=8%，则该物质中C、H、O、N的原子个数比为∶∶∶=10∶8∶2∶1，则该物质的化学式为(C10H8O2N)n，又碱的相对分子质量在300～400之间，300＜(12×10+1×8+16×2+14)×n＜400，则n=2符合，即物质的化学式为C20H16O4N2，则1个分子中含有20+16+4+2=42个原子，故选：A。 【变式1-2】某有机物在相同状况下对氢气的相对密度为45。取该有机物样品3.6 g在纯氧中充分燃烧得到两种产物，将产物先后通过过量浓硫酸和碱石灰，两者分别增重2.16g和5.28g，则该有机物的分子式为 A．C3H6O3 B．CH2O3 C．C3H6O2 D．C3H8O3 【答案】A 【解析】某有机物在相同状况下对氢气的相对密度为45，其相对分子质量为45×2=90，有机物样品3.6 g在纯氧中充分燃烧得到两种产物，将产物先后通过过量浓硫酸和碱石灰，两者分别增重2.16g和5.28g，则燃烧生成的水的物质的量为：，CO2的物质的量为，有机物中H原子为0.24mol，C原子为0.12mol，O原子为：，可知C、H、O的原子个数比为1：2：1，设有机物为(CH2O)n，则(12+2+16)×n=90，解得n=3，则有机物分子式为C3H6O3， 故选A。 考点二 波谱分析法的应用 【例2】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 【解析】该有机物A的分子式为，红外光谱显示存在甲基、亚甲基和醚键；核磁共振氢谱显示该有机物有2组吸收峰，峰面积比为3：2；因此该有机物分子的结构简式为：； 故选B。 【变式2-1】某学习小组研究某烃的含氧衍生物A的组成和结构，研究过程如下：称取9gA在足量氧气中充分燃烧，并使产物依次缓缓通过浓硫酸、碱石灰，发现两者分别增重5.4g和13.2g，对A进行波谱分析结果如图。下列说法错误的是 A．由质谱图可知A的分子式为 B．结合红外光谱和核磁共振氢谱可知A的结构简式为 C．若取A和的混合物1mol进行燃烧实验，该混合物完全燃烧消耗氧气的物质的量取决于混合物中二组分的比例 D．B是A的位置异构体，则B在核磁共振氢谱中峰面积之比为2∶2∶1∶1 【答案】C 【分析】9gA在足量氧气中充分燃烧，并使其产物依次缓缓通过足量的浓硫酸和碱石灰，发现两者分别增重5.4g和13.2g，说明完全燃烧生成水的质量为5.4g，二氧化碳的质量为13.2g， 5.4g，9gA完全燃烧生成水的物质的量是==0.3 mol，9.0gA完全燃烧生成二氧化碳的物质的量是==0.3mol，n(O)===0.3mol，所以A的实验式为CH2O，通过质谱法测得A相对分子质量为90，设分子式为(CH2O)n，则(12+2+16)n=90，n=3，故A的分子式为C3H6O3，以此来解析； 【解析】A．由分析可知A的分子式为，A正确； B．根据红外光谱只A中含有-OH和-COOH，由核磁共振氢谱可知，A中含有4种氢原子，其数目比为1：1：1：3，故A的结构简式为CH3CH(OH)COOH，B正确； C．由分析可知A的分子式为，假设有机物的物质的量都为1mol,混合物中的两种有机物物质的量相同时，完全燃烧消耗的氧气的物质的量相等，无论以何种物质的量的比例混合，完全燃烧消耗氧气的量是否都为3mol，C错误； D．B是A的位置异构体，则B为CH2(OH)CH2COOH，共有4种氢原子，个数比为2：2：1：1，即B在核磁共振氢谱中峰面积之比为2：2：1：1，D正确； 故选C。 【变式2-2】化合物X是一种有机溶剂。使用现代分析仪器对有机物X的分子结构进行测定，相关结果如图1、图2、图3所示： 有关X的说法不正确的是 A．X的相对分子质量应为74 B．X的分子式是C4H10O C．0.3molX中含有C－H键的数目为3mol D．有机物M是X的同分异构体，M的结构有4种(不包括X本身，且不考虑立体异构) 【答案】D 【分析】质荷比最大的值为化合物X的相对分子质量，其相对分子质量为74，含有C-H、C-O-C，分子中有两种不同化学环境的氢原子，个数比为2：3，故化合物X为CH3CH2OCH2CH3。 【解析】A．质谱图中质荷比最大的值为X的相对分子质量，X的相对分子质量为74，A正确； B．根据分析可知，X为CH3CH2OCH2CH3，分子式为C4H10O，B正确； C．X为CH3CH2OCH2CH3，1个X分子中含有10个C-H键，0.3molX中含有C-H键数目为3mol，C正确； D．有机物M为X的同分异构体，若M为醇类，碳链为C-C-C-C时，羟基有2个位置，碳链为  时，羟基有2个位置，若M为醚类，有CH3OCH2CH2CH3、  ，因此M的结构有6种，D错误； 故答案选D。 考点三 确定有机化合物结构式的综合运用 【例3】有机物X是一种重要的有机合成中间体，用于制造塑料、涂料和黏合剂等高聚物。为研究X的组成与结构，进行了如下实验： （1）有机物X的质谱图： 有机物X的相对分子质量是 。 （2）将10.0 g 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7.2 g，KOH浓溶液增重22.0 g。有机物X的分子式是 。 （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，峰面积之比是3∶1。有机物X的结构简式是 。 【答案】 100 C5H8O2 OHCC(CH3)2CHO 【解析】（1）质谱图中最大的质荷比对应该物质的相对分子质量，有机物X的质谱图中最大质荷比为100，则X的相对分子质量为100，故答案为：100。 （2）无水CaCl2增重7.2 g，则水的质量为7.2g，，n(H)=0.8mol，m(H)=0.8g；KOH浓溶液增重22.0 g，则二氧化碳的质量为22.0g，，n(C)=0.5mol，m(C)=6.0g,m(H)+m(C)=0.8g+6.0g=6.8g＜m(X)= 10.0 g ，则有机物X中含有氧，m(O)=m(X)-m(H)-m(C)= 10.0 g-6.8g=3.2g,n(O)=0.2mol，又有机物X的物质的量为，则X的分子式为：C5H8O2，故答案为：C5H8O2。 （3）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，峰面积之比是3∶1，则X中有两个对称醛基和两个对称的甲基，结合X的分子式，可知符合条件的结构为：OHCC(CH3)2CHO，故答案为：OHCC(CH3)2CHO。 【变式3-1】为测定某有机化合物A的结构，进行如下实验： （1）将一定量的有机物A置于氧气流中充分燃烧，实验测得：生成5.4gH2O和8.8gCO2，消耗氧气6.72L(标准状况下)，则该物质的实验式是 。 （2）用质谱仪测定该有机化合物的相对分子质量，得到如图所示的质谱图，则其相对分子质量为 ，该物质的分子式是 。 （3）根据价键理论，预测A的可能结构并写出结构简式： 。 （4）核磁共振氢谱能对有机物分子中不同位置的氢原子给出不同的峰值(信号)，根据峰值(信号)可以确定分子中氢原子的种类和数目。例如，甲基氯甲基醚(ClCH2OCH3，有2种氢原子)的核磁共振氢谱如图甲所示： 经测定，有机物A的核磁共振氢谱如图乙所示，则A的结构简式为 。 【答案】 C2H6O 46 C2H6O CH3CH2OH、CH3OCH3 CH3CH2OH 【分析】（1）通过生成的水可以确定A中氢原子个数，通过二氧化碳可以确定A中碳原子的个数，再根据耗氧量确定A中氧原子的个数； （2）最大质荷比即相对分子质量； （4）核磁共振氢谱中有几组峰就有几种环境的氢，峰的面积之比即不同环境的氢原子个数比。 【解析】（1）由题意可知n(H2O)==0.3mol，则A中n(H)=0.6mol；n(CO2)==0.2mol，则A中n(C)=0.2mol；耗氧量n(O2)==0.3mol，则A中n(O)=0.3mol+0.2mol×2-0.3mol×2=0.1mol，则有机物中N(C)：N(H)：N(O)=0.2mol：0.6mol：0.1mol=2：6：1，则实验式为C2H6O； （2）据图可知最大质荷比为46，所以该物质的相对分子质量为46，而C2H6O的相对分子质量即为46，所以有机物的分子式为C2H6O； （3）有机物的分子式为C2H6O，不饱和度为0，分子中可能存在C-C、C-H、C-O、O-H等化学键，可能的结构简式有CH3CH2OH或CH3OCH3； （4）根据核磁共振氢谱可知有机物A分子中有三种不同化学环境的氢原子，且三种氢原子的个数比为3:2:1，所以A为CH3CH2OH。 【点睛】一般情况下质谱图中最大质荷比即为相对分子质量；通过分子式推测有机物的结构时，可以先根据分子式计算不饱和度，通过不饱和度初步判断该有机物的结构，如不饱和度为1，则可能含有一个双键，或一个环。 【变式3-2】某有机化合物A经李比希法测得其中碳的质量分数为72%、氢的质量分数为6.67%，其余为氧。 方法一：用质谱法分析得知A的相对分子质量为150。 方法二：用核磁共振仪测出A的核磁共振氢谱有5组峰，其面积之比为1：2：2：2：3，如图1。 方法三：利用红外光谱仪测得A的红外光谱，如图2。 试回答下列问题。 （1）A的分子式为 。 （2）A的分子中只含一个甲基的依据是 (填序号)。 a.A的相对分子质量  b.A的分子式  c.A的核磁共振氢谱图 （3）A中含有酯基，则A的结构简式可能为 (填一种即可)。 【答案】 bc 【分析】有机物A分子中C原子个数，H原子个数，O原子个数，所以有机物A的分子式为 【解析】（1）根据分析，有机物A的分子式为。 （2）A的分子中只含一个甲基的依据是A的分子式及A的核磁共振氢谱图，故答案为bc。 （3）由A的红外光谱图可知，A中含有C=O和C-O-C，又知道A中含有酯基，则A的结构简式可能为、等。 基础达标 1．某有机物在氧气里充分燃烧，生成的CO2和H2O的物质的量之比为1∶1，由此可以得出该有机物 A．分子中肯定只含C、H两种元素 B．分子中C和H的个数比为1∶2 C．分子中肯定含有氧原子 D．分子中C、H、O的个数比为1∶2∶3 【答案】B 【解析】某有机物在氧气里充分燃烧，生成的CO2和H2O的物质的量之比为1：1，说明有机物分子中C. H原子数目之比为1：2，该有机物可能为烃，也可能为烃的含氧衍生物，不能确定是否含有氧元素，只有B正确。 故选：B。 2．和互为同分异构体，将其中一种放在下列检测仪上进行检测，显示出的信号不能判断是哪种物质的是 A．质谱仪 B．红外光谱仪 C．核磁共振仪 D．X射线衍射仪 【答案】A 【解析】A．由质谱仪能够测出物质的质荷比，进而得出相对分子质量，乙醇和二甲醚互为同分异构体，相对分子质量相同，无法判断是哪种物质，A项符合题意。 B．乙醇中含有O-H键，二甲醚中没有，由红外光谱图上是否含有O-H键的吸收峰可以判断是哪种物质，B项不符合题意。 C．乙醇分子中有3种不同化学环境的氢原子，个数比为3：2：1，对应核磁共振氢谱中有3组峰，峰面积比为3：2：1；二甲醚的核磁共振氢谱中只有1组峰，由此可以判断是哪种物质，C项不符合题意。 D．X射线衍射仪可以通过衍射图计算分子的键长和键角等分子结构信息，确定分子结构，能够判断是哪种物质，D项不符合题意。 答案选A。 3．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 A． B． C． D． 【答案】C 【分析】图1中，可得出该有机物的相对分子质量为46；图2中，可得出该有机物分子中含有3种不同性质的氢原子，且面积比为3：2：1。 【解析】A．，相对分子质量为60，核磁共振氢谱的面积比为3：2：3，A不合题意； B． CH3CHO，相对分子质量为44，且只有两种氢，B不合题意； C．CH3CH2OH，相对分子质量为46，氢原子有3种，面积比为3：2：1，C符合题意； D．CH3CH2COOH，相对分子质量为74，D不合题意； 故选：C。 4．下列化合物的核磁共振氢谱有两组峰，且峰面积之比为2：1的是 A．对苯二甲酸() B．氯乙烷() C．2-甲基丙烷[] D．乙酸甲酯() 【答案】A 【解析】A．对苯二甲酸()中有两种氢，在核磁共振氢谱中峰面积之比为2：1，A正确； B．氯乙烷()中有两种氢，在核磁共振氢谱中峰面积之比为，B错误； C．2-甲基丙烷[]中有两种氢，在核磁共振氢谱中峰面积之比为，C错误； D．乙酸甲酯()中有两种氢，在核磁共振氢谱中峰面积之比为，D错误； 答案选A。 5．某烃中碳和氢的质量比是24∶5，该烃在标准状况下的密度是2.59g·L-1，其分子式为（　　） A．C2H6 B．C4H10 C．C5H8 D．C7H8 【答案】B 【解析】由于烃在标准状况下的密度是2.59g·L-1，所以其摩尔质量为2.59g/L×22.4L/mol=58g/mol，则1mol该烃中含有的碳原子的物质的量为： =4mol，1mol该烃中含有的氢原子的物质的量为： =10mol，因此该烃的分子式为C4H10，B项正确。 故答案选B。 6．某有机物A的红外光谱和核磁共振氢谱如图所示，下列说法错误的是 A．由红外光谱可知，A属于芳香烃 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．由以上信息无法准确确定有机物A分子中所含官能团 D．若A的化学式为C8H8O2，则其结构简式可能为： 【答案】A 【解析】A．由红外光谱可知，分子中含有苯环、C-O-C键、碳氧双键以及C-H键，即A中不仅仅含有碳氢两种元素，故A不属于烃而是属于烃的衍生物，则不属于芳香烃，A错误； B．由核磁共振氢谱可知，图中有4中吸收峰，故该有机物分子中有4种不同化学环境的氢原子，B正确； C．由以上信息只能确定该有机物中的化学键和原子团，分子中含有苯环、C-O-C键、碳氧双键以及C-H键，而无法准确确定有机物A分子中所含官能团，C正确； D．由红外光谱图可知，分子中含有苯环、C-O-C键、碳氧双键以及C-H键，由核磁共振氢谱可知，图中有4中吸收峰，则若A的化学式为C8H8O2，则其结构简式可能为：，D正确； 故答案为：A。 7．化合物R经李比希法和质谱法分析得知其相对分子质量为136。其核磁共振氢谱与红外光谱如图，则R的结构可能是 A． B． C． D． 【答案】D 【解析】 A．该物质的分子式为：C8H8O，则其相对分子质量为M = 12×8 + 1×8+16=104 + 16=120≠136，A不合题意； B．该物质的分子式为：C8H8O2，则其相对分子质量为M = 12×8 + 1×8+16=104 + 16×2=136，其红外光谱可知含有苯环、C = O、官能团或化学键，未有C-O-C键，其核磁共振氢谱可知有5种不同化学环境的氢原子，B不合题意； C．该物质的分子式为：C8H8O2，则其相对分子质量为M = 12×8 + 1×8+16=104 + 16×2=136，其红外光谱可知含有苯环、C = O、C-O-C官能团或化学键，未有键，其核磁共振氢谱可知有4种不同化学环境的氢原子，C不合题意； D．该物质的分子式为：C8H8O2，则其相对分子质量为M = 12×8 + 1×8+16=104 + 16×2=136，从红外光谱可知含有苯环、C - O - C、C = O、官能团或化学键，从核磁共振氢谱可知有4种不同化学环境的氢原子，该结构符合这些谱图特征，D符合题意； 故答案为：D。 8．有机物A用质谱仪测定如图①，核磁共振氢谱示意图如图②，则A的结构简式可能为 A．HCOOH B．CH3CHO C．CH3CH2OH D．CH3CH2CH2COOH 【答案】C 【解析】根据图示可知，该有机物的最大质荷比为46，则A的相对分子质量为46；根据图示核磁共振氢谱可知，A分子的核磁共振氢谱有3个吸收峰，则其分子中有3种H原子； A．甲酸的相对分子质量为46，分子中含有2种H原子； B．乙醛的相对分子质量为44，分子中含有2种H原子； C．乙醇的相对分子质量为46，分子中含有3种H原子； D．丁酸的相对分子质量为88，分子中含有4种H原子； 综上所述，乙醇符合题意，故选C。 9．利用李比希法测定有机样品(含碳元素和氢元素，也可能含氧元素)实验式的实验装置如图所示。下列说法错误的是 A．只需无水和碱石灰的增重数据即可达到实验目的 B．去掉装置中的氧化铜，可能会导致碳元素的测定值偏低 C．实验结束后，继续通入一段时间可提高测定的准确性 D．若确定分子式，还需要利用质谱法测定相对分子质量 【答案】A 【分析】氧化铜作催化剂，在760℃左右使有机物在氧气流中全部氧化为CO2和H2O，通过测定生成的CO2、H2O的量确定实验式，用氯化钙吸收水蒸气，用碱石灰吸收二氧化碳，由于碱石灰会同时吸收水蒸气和二氧化碳，故先用氯化钙吸收水蒸气，再用碱石灰吸收二氧化碳；计算生成水、二氧化碳的物质的量，根据质量守恒判断是否含有O元素，若含有O元素，计算原子物质的量；根据原子数目之比确定有机物最简式，再确定分子式，最后根据有机物的核磁共振氢谱确定结构简式，据此分析； 【解析】A．测定实验式需确定C、H、O的比例（若含氧）。无水增重为H2O质量（可算H含量），碱石灰增重为CO2质量（可算C含量），但含氧时需样品总质量计算O含量，仅这两个数据无法确定O是否存在及含量，A错误； B．氧化铜可将燃烧不充分生成的CO氧化为CO2，若去掉，CO无法被吸收，导致CO2测定值偏小，碳元素测定值偏低，B正确； C．实验结束后继续通O2可将装置残留的H2O和CO2赶入吸收剂，确保完全吸收，提高准确性，C正确； D．实验式为最简式，分子式需实验式结合相对分子质量确定，质谱法可测相对分子质量，D正确； 故选A。 10．某化合物分子由碳、氢、氧三种元素组成，其红外光谱只有C—H键、O—H键、C—O键的振动吸收，该有机物的相对分子质量是60，则该有机物的结构简式是 A．CH3CH2OCH3 B．CH3CH(OH)CH3 C．CH3CH2OH D．CH3COOH 【答案】B 【分析】根据有机物的相对分子质量以及分子中有C-H键、O-H键、C-C键来解答。 【解析】A项、CH3CH2OCH3相对分子质量为60，但分子中不含O-H键，故A错误； B项、CH3CH（OH）CH3相对分子质量为60，分子中含有C-H键、O-H键、C-O键，故B正确； C项、CH3CH2OH相对分子质量为46，含有C-H键、O-H键、C-O键，故C错误； D项、CH3CH2COOH相对分子质量为60，含有C-H键、C=O键、O-H键、C-O键，故D错误。 故选B。 【点睛】本题考查有机物的结构，要解决本题需要把各物质的结构式写出来，明确存在的化学键即可解答。 综合应用 11．已知某有机物分子中H原子个数为偶数，若将2.25克该有机物在足量氧气中完全燃烧，得到4.4克CO2和2.25克的H2O，则下列说法不正确的是 A．可以确定该有机物的相对分子量为90 B．可以确定该有机物的分子式为C4H10O2 C．该有机物中碳、氢、氧原子个数比为2:5:1 D．因为不知道其相对分子质量，故无法确定其分子式 【答案】D 【解析】4.4g二氧化碳的物质的量是0.1mol，其中氧原子的质量是0.1mol×2×16g/mol＝3.2g；2.25g水的物质的量是2.25g÷18g/mol＝0.125mol，其中氧原子的质量是0.125mol×16g/mol＝2g。根据质量守恒定律参加反应的氧气质量是4.4g+2.25g-2.25g＝4.4g，所以2.25g有机物中氧原子的质量是3.2g+2g-4.4g＝0.8g，物质的量是0.8g÷16g/mol＝0.05mol，则有机物分子中C、H、O原子的个数之比为0.1mol：0.25mol：0.05mol＝2：5：1，即最简式为C2H5O，由于氢原子是偶数，则其分子式为C4H10O2，相对分子质量为90，选项ABC正确，D错误。 答案选D。 12．某有机物A的分子式为C4H10O，其红外光谱如图所示，则A的结构简式为 A． B． C． D． 【答案】A 【分析】该分子式C4H10O，红外光谱显示存在对称的甲基(-CH3)，对称的亚甲基(-CH2)和醚键，可得出分子的结构CH3CH2OCH2CH3。 【解析】A．CH3CH2OCH2CH3分子式C4H10O，存在对称的甲基(-CH3)，对称的亚甲基(-CH2)和醚键，可得出分子的结构CH3CH2OCH2CH3，A符合题意；     B．分子式C4H10O，两个亚甲基(-CH2-)不对称，没有对称的亚甲基(-CH2-)，B不合题意； C．分子式C4H10O，三个亚甲基(-CH2-)不对称，一个甲基，且不含醚键，C不合题意； D．分子式C4H10O，没有亚甲基(-CH2-)，有3个甲基(-CH3)，D错误； 故答案为：A。 13．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。 14．相同条件下，某有机物M的蒸气密度是氢气的28倍，2.8g M充分燃烧后得到8.8g 和3.6g 。已知M中只含有1个，下列说法正确的是 A．M中含氧元素 B．M可能不会使酸性高锰酸钾溶液褪色 C．M一定存在顺反异构 D．M分子的质谱图中质荷比的最大值为55 【答案】B 【分析】有机物M的蒸气密度为氢气28倍，M的摩尔质量为56g/mol。2.8g M的物质的量为0.05mol；0.05molM燃烧生成0.2mol CO2 (含0.2mol C)和0.2mol H2O(含0.4mol H)，C和H总质量为2.8g，与M质量相等，所以M中不含氧，则M分子式为C4H8，M含有1个甲基，则M可能是CH2=CH-CH2CH3或甲基环丙烷。 【解析】A．根据以上分析，M不含氧，故A错误； B．M分子式为C4H8，若M是甲基环丙烷，则M不能使酸性高锰酸钾褪色，故B正确； C．1-丁烯、甲基环丙烷均无顺反异构，故C错误； D．M的相对分子质量为56，则M分子的质谱图中质荷比的最大值为56，故D错误； 选B。 15．某有机物A经燃烧分析法可得实验式为，对该物质进行图谱分析可得以下图谱，下列说法错误的是 A．由质谱图可知相对分子质量为91，该有机物的分子式为 B．由核磁共振氢谱可知峰面积比为 C．等量该有机物分别和足量金属钠或足量碳酸氢钠溶液反应生成的气体一样多 D．该有机物A存在立体异构体，也存在和有机物A具有相同官能团的构造异构体 【答案】A 【分析】由图可知A分子量为90，结合实验式可知A分子式C3H6O3，再结合核磁共振氢谱可知分子中含4种H，根据峰面积比可知该物质结构为CH3CH(OH)COOH，据此分析解答。 【解析】A．质谱图中质荷比最大的峰为分子离子峰，由图可知A的分子量为90，结合实验式可知A分子式为C3H6O3，A错误； B．核磁共振氢谱有4个峰，对应4种H，峰面积比为1:1:1:3（CH:OH:COOH:CH3），B正确； C．1mol该有机物含1mol -OH和1mol -COOH，与足量Na反应生成1mol H2，与足量NaHCO3反应生成1mol CO2，气体量相同，C正确； D．由分析可知该有机物为CH3CH(OH)COOH，中间C为手性碳（立体异构），构造异构体为HOCH2CH2COOH（官能团相同），D正确； 故选A。 拓展培优 16．（多选）已知某有机物A的红外光谱和氢核磁共振谱如图所示，下列说法不正确的是 A．由红外光谱知，该有机物中至少有三种不同的化学键 B．由H核磁共振谱可知，该有机物分子中有三种不同的氢原子且个数比为 C．由H核磁共振谱可知，该有机物分子中氢原子总数为6 D．若A的化学式为，则其结构简式为 【答案】CD 【解析】A．由红外光谱知，该有机物中含有C-H、O-H、C-O键，可能含有C-C键，所以该有机物分子中至少有三种不同的化学键，A正确； B．由H核磁共振谱可知，该有机物分子中有三种不同的吸收峰，且峰面积之比为，所以该有机物分子中含有三种氢原子且个数比为，B正确； C．由H核磁共振谱可知，该有机物分子中含有三种氢原子且个数比为，但氢原子总数不一定为1、2、3，也就是不一定为6，C不正确； D．若A的化学式为，该有机物分子中含有三种氢原子且个数比为，则其结构简式为CH3CH2OH，D不正确； 故选CD。 17．有机化合物种类繁多、数量庞大，对有机化合物进行分离、提纯及鉴定是研究有机化合物的重要环节。 I．有机物A(仅含C、H、O三种元素)完全燃烧只生成CO2和H2O。称取一定质量的A样品，利用下图所示的装置进行实验。生成物先后通过分别装有足量无水氯化钙固体和碱石灰的U形管，被完全吸收后U形管质量分别增加5.4g和8.8g，消耗氧气6.72L(标准状况下)。 （1）装置a的名称为 。 （2）有机物A的最简式为 。 （3）已知有机物A的质谱、核磁共振氢谱(峰面积之比为3：2：1)分别如下图所示，则A的官能团名称为 。 （4）有机物A存在一种同分异构体B，有机物B的核磁共振氢谱上只存在一组峰，若要利用化学性质的差异鉴别有机物A和B，可采用的试剂为_______(填字母序号)。 A．溴水 B．氢氧化钠溶液 C．钠 D．酸性高锰酸钾溶液 Ⅱ． （5）有机物C是B的同系物，若质谱图显示有机物B的相对分子质量为74，核磁共振氢谱上有2组峰，且峰面积之比为3：2，有机物C的红外光谱如下图所示(其中甲基的红外光谱峰未显示)： 则C的分子式为 ，其结构简式为 。 Ⅲ． （6）重结晶法可用于提纯苯甲酸。 ①若苯甲酸在A、B、C三种溶剂中的溶解度(S)随温度变化的曲线如下图所示。则重结晶时，最合适的溶剂是 (填字母序号)。 ②下列有关苯甲酸重结晶实验的说法正确的是 (填字母序号)。 A．粗苯甲酸溶解过程中，加热、玻璃棒搅拌均能提高苯甲酸的溶解度 B．在苯甲酸重结晶实验中，粗苯甲酸加热溶解后需趁热过滤 C．冷却结晶时，温度过低将析出杂质，故此时温度不是越低越好 【答案】（1）干燥管 （2）C2H6O （3）羟基 （4）CD （5）C4H10O H3C-H2C-O-CH2-CH3 （6）C BC 【分析】有机物A完全燃烧生成二氧化碳和水，通过计算可得出C和H物质的量，根据总质量对O进行计算判断，结合质谱图，核磁共振氢谱和红外光谱图对有机物结构进行分析； 【解析】（1）装置a的名称为干燥管； （2）装有无水氯化钙固体的U形管增重5.4g，则生成水的物质的量：，所含氢元素：；装有碱石灰的U形管增重8.8g，则生成二氧化碳的物质的量：，所含碳元素：；标准状况下消耗氧气6.72L，即，说明有机物中含O物质的量为0.3mol+0.2mol×2-0.3mol×2=，有机物A的最简式：C2H6O； （3）最大质荷比为46，说明A的相对分子质量为46，分子式：C2H6O；核磁共振氢谱有3组吸收峰，面积比为3:2:1，则A的结构简式：CH3CH2OH，则A的官能团名称为羟基； （4）CH3CH2OH的同分异构体核磁共振氢谱上只存在一组峰，结构简式为CH3OCH3，乙醇与金属钠反应可生成氢气，乙醚与金属钠不反应；乙醇可被酸性高锰酸钾溶液氧化，酸性高锰酸钾溶液褪色，乙醚不能被酸性高锰酸钾溶液氧化，故选CD； （5）根据红外光谱可知含醚键和对称CH2结构，则其结构H3C-H2C-O-CH2-CH3；分子式为C4H10O； （6）①根据图示，苯甲酸在溶剂C中的溶解度受温度影响大，粗苯甲酸重结晶时，合适的溶剂是C； ②A．用玻璃棒搅拌不能提高苯甲酸的溶解度，A错误； B．为了减少趁热过滤过程中苯甲酸的损失，粗苯甲酸加热溶解后需趁热过滤，B正确； C．冷却结晶时，温度过低杂质将析出，以此时温度不是越低越好，C正确； 故选BC。 18．电炉加热时用纯氧化管内样品，根据产物的质量确定有机物的组成。下列装置是用燃烧法确定有机物分子式常用的装置。 据实验目的和各装置的作用推知整套装置连接顺序为 （1）A装置中的作用是 。 （2）C装置中浓硫酸的作用是 。 （3）C装置中的作用是 。 （4）燃烧管中的作用是 。 （5）若实验中所取样品只含、、三种元素中的两种或三种，准确称取 样品，经充分反应后，管质量增加，管质量增加 ，则该样品的实验式为 。 （6）用质谱仪测定其相对分子质量，得如图所示的质谱图，则该有机物的相对分子质量为 。 （7）则的分子式是 。 （8）该物质的核磁共振氢谱如图所示，则其结构简式为 。 【答案】（1）吸收反应生成的 （2）干燥 （3）催化剂，加快的生成 （4）使有机物充分氧化生成和 （5） （6） （7） （8） 【分析】据实验目的和各装置的作用推知整套装置为产生氧气→干燥氧气→有机物燃烧→B测定水的质量→测定二氧化碳质量，即D→C→E→B→A，各导管接口顺序为g→f，e→h，i→c，d→a，干燥管的两端可以颠倒，其中D为O2发生装置（MnO2作催化剂），C中浓H2SO4作用是吸收水分，得到干燥纯净的O2，E为有机物燃烧装置，B中CaCl2吸收反应生成的H2O，A中NaOH吸收反应生成的CO2，m（CO2）=1.76g，n（CO2）=0.04mol，m（H2O）=1.08 g，则n（H2O）=0.06 mol，则m（C）+m（H）=12×0.04+0.06×2=0.6g＜0.92g，所以有机物中含有氧元素，质量是0.32g，即0.02mol，所以该有机物的最简式为C：H：O=0.04：（0.06×2）：0.02=2：6：1，即C2H6O。 【解析】（1）D中生成的氧气中含有水蒸气，应先通过中的浓硫酸干燥，在中电炉加热时用纯氧氧化管内样品，生成二氧化碳和水，如有一氧化碳生成，则中可与进一步反应生成二氧化碳，然后分别通入B(吸收水)、A(吸收二氧化碳)中，故的作用是吸收生成的二氧化碳； （2）D中生成的氧气中含有水蒸气，应先通过中的浓硫酸干燥，以免影响实验结果，浓硫酸的作用是干燥； （3）为分解制备氧气的催化剂，故答案为作催化剂、加快的生成速率； （4）一氧化碳能与氧化铜反应，可被氧化成二氧化碳的性质可知，的作用是把有机物不完全燃烧产生的转化为，故答案为使有机物充分氧化为、； （5）管质量增加说明生成了二氧化碳，可得碳元素的质量：，管质量增加说明生成了水，可得氢元素的质量：，从而可推出含氧元素的质量为：，设实验式为，则，即实验式为； （6）质谱图可知有机物的相对分子质量为； （7）有机物的实验式为：，所以分子式为，相对分子质量为，而有机物的相对分子质量为，则，所以分子式为； （8）核磁共振氢谱中给出种峰，说明该分子中有种原子，所以其结构简式为。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $