第3章 第2节 第2课时 有机化合物结构式的确定-【新课程学案】2025-2026学年高中化学选择性必修3教师用书word（鲁科版 多选版）

该高中化学教学设计聚焦有机化合物结构式的确定，涵盖测定流程、不饱和度计算及官能团检测方法。通过燃烧法确定实验式，结合不饱和度推断可能结构，再用化学实验与红外、核磁等物理方法确定官能团及位置，搭建从实验到理论的学习支架。 资料以典例分析和实验探究为特色，通过阿司匹林官能团检验等实例培养科学思维中的证据推理，实验设计体现科学探究与实践，强调操作规范渗透科学态度。助力学生建立“结构决定性质”观念，为教师提供系统教学资源，提升课堂效率与学生探究能力。

第二课时　有机化合物结构式的确定 新知探究——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.有机化合物分子的不饱和度 (1)含义:可以提供有机化合物分子是否含有不饱和键或环等结构信息。 (2)计算公式:x+1- ①式中x为碳原子数,y为氢原子数。 ②分子中的卤素原子可视为氢原子,如C2H5Cl的不饱和度为2+1-=0。 ③分子中若含有氧、硫原子,则不予考虑。若有氮、磷原子,则在氢原子总数中减去氮、磷原子数,如C6H5NO2的不饱和度为6+1-=5。 (3)根据结构简式判断不饱和度方法为双键数+三键数×2+环数。 (4)常见基团的不饱和度 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 2 3.确定有机化合物的官能团 (1)化学实验方法 官能团种类 试剂 判断依据 备注 碳碳双键或 碳碳三键 溴的四氯化碳溶液 橙红色溶液褪色 必须先排除醛基等的干扰 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 在加入AgNO3溶液前,必须先用稀硝酸酸化 醇羟基 钠 有氢气放出 必须排除羧基、酚羟基的干扰 酚羟基 FeCl3溶液 显色 不同的酚所显颜色不完全相同 溴水 有白色沉淀产生 该法可用于酚的定量检测 醛基 银氨溶液 有银镜生成 水浴加热 新制氢氧化铜悬浊液 有砖红色沉淀产生 加热 羧基 NaHCO3溶液 有CO2气体放出 — 硝基 (—NO2) (NH4)2Fe(SO4)2溶液、硫酸及KOH的甲醇溶液 溶液由浅绿色变为红棕色 — 氰基(—CN) 强碱水溶液 有氨气放出 加热 (2)物理方法 ①红外光谱:测官能团种类。 ②核磁共振氢谱:测氢原子种类及数目。 例如分子式为C2H6O的有机化合物的核磁共振氢谱只有一组信号峰,则其结构简式为CH3OCH3,若核磁共振氢谱有3组信号峰,且峰面积之比为1∶2∶3,则其结构简式为CH3CH2OH。 　　[典例]　某研究性学习小组为确定某蜡状有机化合物A的结构和性质,他们拟用传统实验的手段与现代技术相结合的方法进行探究。请你参与过程探究。 Ⅰ.实验式的确定 (1)取样品A进行燃烧法测定,发现燃烧后只生成CO2和H2O,某次燃烧后,经换算得到了0.125 mol CO2和0.15 mol H2O。据此得出的结论是 　。  (2)另一实验中,取3.4 g蜡状有机化合物A在足量氧气中完全燃烧,生成2.8 L(标准状况下,下同)CO2和液态水,消耗氧气3.36 L。由此得出A的实验式是　　　　　　　　　　　　。  Ⅱ.结构式的确定(经测定A的相对分子质量为136) (3)取少量样品熔化,加入钠有氢气放出,说明A分子中含有　　　　　　。  (4)核磁共振氢谱:只有两组特征峰,且峰面积比为2∶1。图谱如下: 红外光谱:发现与乙醇一样透过率在同一处波数被吸收。图谱如下: 则A的结构简式为 。 [解析]　(1)样品A燃烧后得到了0.125 mol CO2和0.15 mol H2O,说明该有机化合物中含有C、H元素,可能含有O元素,分子中C、H元素的物质的量比为n(C)∶n(H)=0.125 mol∶(2×0.15) mol=5∶12,实验式为C5H12Ox(x=0,1,2,…)。 (2)生成CO2的物质的量为 =0.125 mol,则生成水的物质的量为0.15 mol,3.4 g有机化合物中氧元素的质量为3.4 g-0.125 mol×12 g·mol-1-0.15 mol×2×1 g·mol-1=1.6 g,则氧原子的物质的量为0.1 mol,分子中n(C)∶n(H)∶n(O)=5∶12∶4,故最简式为C5H12O4。 (3)A的相对分子质量为136,则A的分子式为C5H12O4,则A中不存在不饱和键。取少量样品熔化,加入钠有氢气放出,A分子中不含有不饱和键,说明 A分子中含有羟基。 (4)核磁共振氢谱只有两组特征峰,且面积比为2∶1,说明结构中含有两种氢原子,数目分别为4和8,红外光谱中有与乙醇一样透过率在同一处波数被吸收,说明结构中含有醇羟基,从红外光谱图可以看出分子中含有O—H、C—O、C—H键,该有机化合物的结构简式为。 [答案]　(1)分子中n(C)∶n(H)=5∶12,实验式为C5H12Ox(x=0,1,2,…) (2)C5H12O4　(3)羟基 (4) |思维建模|由分子式确定有机物结构式的一般步骤 [题点多维训练] 1.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 解析:选D　由该有机化合物的分子式可求出不饱和度为6,分子中有一个苯环,其不饱和度为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三种情况: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、1个—CHO,相互连接;③两个碳原子形成2个—CHO,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。 2.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的核磁共振氢谱如图所示: 综上所述,A的结构简式为　　　　　　。  解析:(1)根据公式M=d·M(CH4)计算该有机物相对分子质量为16×4.375=70。(2)由A的燃烧反应知,5.6 g A含m(C)=17.6×=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组吸收峰,吸收峰面积之比为1∶1∶2∶6,则符合题意。 答案:(1)70　(2)CH2　C5H10　(3)烯烃　环烷烃 (4) 3.聚戊二酸丙二醇酯(PPG)是一种可降解的聚酯类高分子材料,在材料的生物相容性方面有很好的应用前景。PPG的一种合成路线如下: 已知: ①烃A的相对分子质量为70,核磁共振氢谱显示只有一种化学环境的氢。 ②化合物B为单氯代烃;化合物C的分子式为C5H8。 ③E、F为相对分子质量差14的同系物,F是福尔马林的溶质。 ④R1CHO+R2CH2CHO (1)根据信息①确定A的分子式为　　　　　　,结构简式为　　　　　　。   (2)G的化学名称是　　　　　,所含官能团名称为　　　　　　。   (3)G的同分异构体中,能与饱和NaHCO3溶液反应产生气体的有机物的结构简式为 　。 (4)化合物C的核磁共振氢谱中有　　　　组峰。   解析:设烃A的分子式为CxHy,则有12x+y=70,讨论分析当x=5时y=10,则分子式为C5H10,由信息①中“只有一种化学环境的氢”知结构简式为,结合框图信息知B为、C为、D为HOOCCH2CH2CH2COOH、E为CH3CHO、F为HCHO、G为HOCH2CH2CHO、H为HOCH2CH2CH2OH、PPG为 。 答案:(1)C5H10　 (2)3⁃羟基丙醛　羟基、醛基 (3)CH3CH2COOH (4)3 命题热点——有机化合物中常见官能团的检验　　 实验1　利用官能团性质鉴别有机化合物 [实验目的] 通过官能团检验,鉴别乙醇、乙醛、乙酸、苯酚。 [实验方案设计] (1)分析乙醇、乙醛、乙酸、苯酚四种有机化合物中的官能团,明确含有这些官能团的有机化合物可能具有的性质。 物质 官能团 可能具有的性质 乙醇 —OH 具有还原性;不能电离出H+ 乙醛 —CHO 具有较强还原性;不能电离出H+ 乙酸 —COOH 能电离出H+;具有酸性 苯酚 —OH 能与FeCl3溶液发生显色反应 (2)选择用于鉴别四种物质的化学反应。 待鉴别的物质 选择的化学反应 乙醇 乙醇与酸性KMnO4溶液的氧化反应 乙醛 氧化反应:CH3CHO+2Cu(OH)2+NaOHCH3COONa+Cu2O↓+3H2O 乙酸 生成CO2的反应:CH3COOH+NaHCO3CH3COONa+H2O+CO2↑ 苯酚 苯酚与FeCl3溶液的显色反应 (3)给样品编号,设计实验操作过程,用实验流程图说明操作方案,完成鉴别。 [实验方案实施] 实验内容 实验现象 实验结论 ①在甲、乙、丙、丁四种溶液中加入FeCl3溶液 甲溶液为紫色 甲为苯酚 ②在剩余的乙、丙、丁三种溶液中加入NaHCO3溶液 乙溶液产生气体 乙为乙酸 ③在剩余的丙、丁两种溶液中加入新制 Cu(OH)2悬浊液,加热 丙溶液中出现砖红色沉淀 丙为乙醛 ④在最后一种溶液中加入酸性KMnO4溶液 溶液褪色 丁为乙醇 实验2　推断有机化合物中的官能团 [实验目的] 利用化学方法检验阿司匹林(化学式为C9H8O4,分子含有苯环,不含其他环状结构)中的官能团。 [实验方案设计及实施] (1)列出阿司匹林分子中连接在苯环上的官能团组合的所有可能情况。由阿司匹林的分子式可确定连接在苯环上的官能团组合的可能情况:①2个羧基(—COOH);②2个酯基(—COOR);③1个羧基和1个酯基;④2个醛基(—CHO)和2个羟基(—OH);⑤2个醛基、1个羟基、1个醚键;⑥1个羧基、1个醛基、1个羟基;⑦1个酯基、1个醛基、1个羟基。 (2)选择易于检验的官能团,设计实验方法和顺序检验官能团的种类。实验时用研钵将阿司匹林药片研成粉末,加少量水溶解,每次取少量清液作为检验样品。 欲检验的官能团 检验方法 实验现象 实验结论 羧基 取少量清液于试管中,加入NaHCO3溶液 有气体 产生 含有羧基 醛基 取少量清液于试管中,加入新制Cu(OH)2悬浊液,加热 无砖红色 沉淀产生 不含醛基 酚羟基 取少量清液于试管中,加入FeCl3溶液 无紫色 出现 不含酚羟基 (3)根据上述检验结果,判断还需要进一步检验的官能团种类,设计实验方案并完成检验。 欲检验的官能团 检验方法 实验现象 实验结论 酯基 取少量清液于试管中,先加入NaOH溶液,加热,然后加入稀硫酸酸化,再加入FeCl3溶液 溶液显 紫色 含酚酯基 [实验结论] 综合上述实验结果推断,阿司匹林中的官能团是羧基和酯基。 [微思考]鉴别乙醇、乙醛、乙酸、苯酚可否用新制Cu(OH)2悬浊液和FeCl3溶液两种试剂? 提示:可以,先加新制Cu(OH)2悬浊液,溶液变澄清的是乙酸,加热后生成砖红色沉淀的是乙醛。另取余下的两种溶液分别加FeCl3溶液,显紫色的为苯酚,无明显变化的为乙醇。 [题点多维训练] 1.可用来鉴别己烯、甲苯、乙酸乙酯和苯酚溶液的一组试剂是 (　　) A.浓溴水、FeCl3溶液 B.浓溴水、酸性KMnO4溶液 C.浓溴水、Na2CO3溶液 D.FeCl3溶液、酸性KMnO4溶液 解析:选B　加入浓溴水,使溴水褪色的为己烯,生成白色沉淀的为苯酚溶液,但用浓溴水、FeCl3溶液均不能鉴别甲苯和乙酸乙酯,A项不符合题意;甲苯和乙酸乙酯中能使酸性KMnO4溶液褪色的为甲苯,无明显现象的为乙酸乙酯,B项符合题意;Na2CO3溶液也不能鉴别甲苯和乙酸乙酯,C项不符合题意;加入FeCl3溶液后溶液变为紫色的为苯酚溶液,己烯、甲苯都能使酸性KMnO4溶液褪色,即不能鉴别己烯和甲苯,D项不符合题意。 2.(2025·大连市第八中学期中)下列实验能达到预期目的是 (　　) A.向1⁃溴丙烷中加入KOH溶液,加热并充分振荡,然后取少量液体滴入AgNO3溶液,出现棕黑色沉淀,证明1⁃溴丙烷中混有杂质 B.向甲酸和甲醛的混合物中加入氢氧化钠溶液,中和甲酸后,加入新制的氢氧化铜加热,检验混合物中是否含有甲醛 C.将溴乙烷和浓硫酸加热到170 ℃发生消去反应得到乙烯 D.用溴水即可鉴别苯酚溶液、2,4⁃己二烯和甲苯 解析:选D　向1⁃溴丙烷中加入KOH溶液,加热可发生水解反应,检验溴离子要在酸性溶液中,KOH与硝酸银反应,生成黑色Ag2O,由实验及现象不能证明1⁃溴丙烷中混有杂质,A错误;甲酸与氢氧化钠反应生成甲酸钠,增大与甲醛的沸点差异,因甲酸钠中也含有—CHO,则不能直接加氢氧化铜加热检验混合物中是否含有甲醛,应该在反应后蒸馏,再检验,B错误;溴乙烷在NaOH醇溶液中发生消去反应,反应条件不合理,C错误;溴水遇苯酚生成三溴苯酚,溶液变浑浊;遇2,4⁃己二烯,溴水褪色;遇甲苯分层,上层为甲苯层,由于萃取了溴,呈橙黄色,下层为水层,无色,D正确。 3.下表中实验操作能达到实验目的的是 (　　) 选项 实验操作 实验目的 A 向苯酚浓溶液中滴加少量稀溴水 观察白色沉淀三溴苯酚 B 向待测液中加入酸性KMnO4溶液 鉴别苯、甲苯 C 向3 mL 5% CuSO4溶液中滴加3~4滴2% NaOH溶液,再向其中加入0.5 mL乙醛,加热 检验醛基 D 向含有少量乙酸的乙酸乙酯中加入足量NaOH溶液,搅拌 除去乙酸乙酯中的乙酸 解析:选B　苯酚和溴反应生成三溴苯酚,但三溴苯酚能溶于苯酚中,所以用苯酚的浓溶液与少量稀溴水反应时,观察不到白色沉淀,A项错误;甲苯能使酸性KMnO4溶液褪色,而苯不能,B项正确;醛基的检验需在碱性条件下进行,实验中NaOH的量不足,不能检验,C项错误;乙酸乙酯在NaOH溶液中能发生水解反应,故加入NaOH溶液在除去乙酸的同时也消耗了乙酸乙酯,D项错误。 4．某物质可能由甲酸、乙酸、甲醇和甲酸乙酯四种物质中的一种或几种物质组成，在进行鉴定实验时记录如下：①能发生银镜反应；②加入新制的Cu(OH)2少许，沉淀不溶解；③与含酚酞的NaOH溶液共热，发现溶液的红色逐渐变浅。下列叙述正确的是(　　) A．一定含有甲酸乙酯，可能含有甲醇 B．四种物质都存在 C．一定含有甲酸乙酯和甲醇 D．一定含有甲酸乙酯和甲酸 解析：选A　题给4种物质中，能发生银镜反应的物质有甲酸和甲酸乙酯；加入新制的Cu(OH)2不溶解，说明不含甲酸和乙酸；甲酸乙酯能与含酚酞的NaOH溶液反应生成甲酸钠和乙醇，溶液碱性逐渐减弱，红色逐渐变浅。综上所述，该物质一定含有甲酸乙酯，不含有甲酸和乙酸，无法确定是否含有甲醇。 学科网（北京）股份有限公司 $