高中化学选修5第一章第四节学案.doc

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第 周 第 课时

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高二化学
学案

第四节 研究有机化合物的一般步骤和方法
教学目标
1、了解怎样研究有机化合物，应采取的步骤和方法。
2、掌握有机物的分离和提纯的一般方法，鉴定有机化合物结构的一般过程和方法。
教学重点
1、蒸馏、重结晶等分离提纯有机物的实验操作
2、通过具体实例了解某些物理方法如何确定有机化合物的元素组成相对分子质量和分子结构
3、 确定有机化合物实验式、相对分子质量、分子式的有关计算
教学难点
确定有机物相对分子质量和鉴定有机物分子结构的物理方法的介绍
第一课时
【预习】

例1　除去下列括号内的杂质通常采用的方法是什么？将答案填在横线上。
(1)H2O(NaCl)____________________________________________；
(2)CH3OH(H2O)_______________________________________________；
(注：CH3OH为甲醇，沸点为 64.7℃)
【归纳】研究有机化合物的一般步骤和方法
（1）分离、提纯（蒸馏、重结晶、升华、色谱分离）；
（2）元素分析（元素定性分析、元素定量分析）──确定实验式；
（3）相对分子质量的测定（质谱法）──确定分子式；
（4）分子结构的鉴定（化学法、物理法）。
一、分离、提纯
1．蒸馏
【实验1-1】注意事项：
（1）安装蒸馏仪器时要注意先从蒸馏烧瓶装起，根据加热器的高低确定蒸馏瓶的位置。然后，再接水冷凝管、尾接管、接受容器（锥形瓶），即“先下后上”“先头后尾”；拆卸蒸馏装置时顺序相反，即“先尾后头”。
（2）若是非磨口仪器，要注意温度计插入蒸馏烧瓶的位置、蒸馏烧瓶接入水冷凝器的位置等。
（3）蒸馏烧瓶装入工业乙醇的量以1/2容积为宜，不能超过2/3。不要忘记在蒸馏前加入沸石。如忘记加入沸石应停止加热，并冷却至室温后再加入沸石，千万不可在热的溶液中加入沸石，以免发生暴沸引起事故。
（4）乙醇易燃，实验中应注意安全。如用酒精灯、煤气灯等有明火的加热设备时，需垫石棉网加热，千万不可直接加热蒸馏烧瓶！
物质的提纯的基本原理是利用被提纯物质与杂质的物理性质的差异，选择适当的实验手段将杂质除去。去除杂质时要求在操作过程中不能引进新杂质，也不能与被提纯物质发生化学反应。
2．重结晶
【实验1-2】注意事项：
苯甲酸的重结晶
1）为了减少趁热过滤过程中的损失苯甲酸，一般再加入少量水。
2）结晶苯甲酸的滤出应采用抽滤装置，没有抽滤装置可以玻璃漏斗代替。
【归纳】
一、物质的分离和提纯有什么区别？分别有哪些方法？
1．物质的分离
是把混合物的各种物质分开的过程，分开以后的各物质应该尽量减少损失，而且是比较纯净的。
(1)物理方法有：过滤、重结晶、升华、蒸发、蒸馏、分馏、液化、分液、萃取、渗析、溶解、盐析、汽化、洗气等。
(2)化学方法有：加热分解、氧化还原转化、生成沉淀、酸碱溶解或中和、络合、水解、化学方法洗气等。
2．物质的提纯
将某物质中的杂质，采用物理或化学方法除掉的过程。它和分离的主要区别在于除掉后的杂质可以不进行恢复。
(1)物质提纯的原则
①不增：是指在提纯过程中不增加新物质
②不减：指在提纯过程中不减少被提纯物
③易分离：指被提纯物与杂质易分离
④易复原：是指在提纯过程中被提纯物转变成了其他物质时，应容易将其恢复到原来的状态。
(2)提纯的方法
①杂转纯：将要除去的杂质变为被提纯物，这是提纯物质的最佳方案。如除去Na2CO3中混有的NaHCO3，可将混合物加热使NaHCO3全部转化为Na2CO3。
②杂变沉：加入一种试剂将要除去的杂质变成沉淀，最后用过滤的方法除去沉淀。
③化为气：加热或加入一种试剂使杂质变为气体逸出。如食盐水中混有Na2CO3，可加盐酸使CO变为CO2逸出。
④溶剂分：加入一种溶剂将杂质或被提纯物质萃取出来。如用CCl4可将碘从水中萃取出来。

特别提醒　依据被提纯物质的性质，选择适当的物理方法和化学方法可以解决有机物的分离提纯问题。在分离和提纯时要注意以下几点：①除杂试剂需过量；②过量试剂需除尽；③除去多种杂质时要考虑加入试剂的顺序。
3．萃取
（1）所用仪器：烧杯、漏斗架、分液漏斗。
（2）萃取：利用溶质在互不相溶的溶剂里溶解度的不同，用一种溶剂把溶质从它与另一种溶剂组成的溶液中提取出来，前者称为萃取剂，一般溶质在萃取剂里的溶解度更大些。
分液：利用互不相溶的液体的密度不同，用分液漏斗将它们一一分离出来。
4．色谱法
二、物质分离和提纯的常用方法

分离方法
过滤
蒸发
蒸馏
分液
萃取
分离的物质
从液体中分离出不溶性固体
从溶液中分离出固体溶质
相互溶解，沸点差别较大的混合液体
两种互不相溶的液体的分离
利用溶质在两种互不相溶液体中溶解度差别较大，溶质从一种溶剂转移到另一种溶剂中去
主要仪器
漏斗、烧杯、玻璃棒、铁架台(带铁圈)
蒸发皿、酒精灯、铁架台(带铁圈)
蒸馏烧瓶、温度计、冷凝管、引流管、锥形瓶、铁架台(带铁圈、铁夹)、酒精灯、石棉网
分液漏斗
铁架台(带铁圈)、分液漏斗
操作要点
操作时要做到“一贴、二低、三靠”
①边加热边搅拌②用玻璃棒搅拌直至少量溶剂
①温度计水银球位于蒸馏烧瓶支管口处；②冷凝管冷却水流向，应从下口进上口出
下层液体从下口放出，上层液体从上口倒出
①事先检查分液漏斗是否漏液；②分别从分液漏斗上、下口分离两层液体
实例
NaCl和沙子
从NaCl溶液中结晶出NaCl
制取蒸馏水
水和苯酚分离
用CCl4提取碘水中的碘
第二课时
【设问】定性检测物质的元素组成是化学研究中常见的问题之一，如何用实验的方法探讨物质的元素组成？
二、 元素分析与相对分子质量的测定
1． 元素分析
例如：实验探究：蔗糖分子中碳、氢元素的检验
原理：碳、氢两元素通常采取将有机物氧化分解，使碳氧化生成二氧化碳，使氢氧化生成水的方法而检出。
C12H22O11+24CuO12CO2+11H2O+24Cu
实验：取干燥的试样──蔗糖0.2 g和干燥氧化铜粉末1 g，在研钵中混匀，装入干燥的硬质试管中。试管口稍微向下倾斜，导气管插入盛有饱和石灰水的试管中。用酒精灯加热试样，观察现象。
结论：若导出气体使石灰水变浑浊，说明有二氧化碳生成，表明试样中有碳元素；试管口壁出现水滴（让学生思考：如何证明其为水滴？），则表明试样中有氢元素。
例2　某有机物A 3.0 g，完全燃烧后生成3.6 g水和3.36 L CO2(标准状况)，已知该有机物的蒸气对氢气的相对密度为30，①求该有机物的分子式；②若此有机物为醇类，写出其结构简式。

补充：有机物燃烧的规律归纳
《1》烃完全燃烧前后气体体积的变化
完全燃烧的通式：CxHy ＋(x+)O2xCO2＋H2O
（1） 燃烧后温度高于100℃时，水为气态：

① y＝4时，＝0，体积不变；
② y>4时，>0，体积增大；
③ y<4时，<0，体积减小。
（2） 燃烧后温度低于100℃时，水为液态：

※ 无论水为气态还是液态，燃烧前后气体体积的变化都只与烃分子中的氢原子个数有关，而与烃分子中的碳原子数无关。
《2》烃类完全燃烧时所耗氧气量的规律
完全燃烧的通式：CxHy ＋(x+)O2xCO2＋H2O
（1） 相同条件下等物质的量的烃完全燃烧时，(x+)值越大，则耗氧量越多；
（2） 质量相同的有机物，其含氢百分率（或值）越大，则耗氧量越多；
（3） 1mol有机物每增加一个CH2，耗氧量多1.5mol；
（4） 1mol含相同碳原子数的烷烃、烯烃、炔烃耗氧量依次减小0.5mol；
《3》碳的质量百分含量c％相同的有机物（最简式可以相同也可以不同），只要总质量一定，以任意比混合，完全燃烧后产生的CO2的量总是一个定值。
《4》不同的有机物完全燃烧时，若生成的CO2和H2O的物质的量之比相等，则它们分子中的碳原子和氢原子的原子个数比相等。
有机物分子式的确定
1．有机物组成元素的判断
　　一般来说，有机物完全燃烧后，各元素对应产物为：C→CO2，H→H2O，Cl→HCl。某有机物完全燃烧后若产物只有CO2和H2O，则其组成元素可能为C、H或C、H、O。欲判定该有机物中是否含氧元素，首先应求出产物CO2中碳元素的质量及H2O中氢元素的质量，然后将碳、氢元素的质量之和与原有机物质量比较，若两者相等，则原有机物的组成中不含氧；否则，原有机物的组成含氧。
2．实验式(最简式)和分子式的区别与联系
　　(1)最简式是表示化合物分子所含各元素的原子数目最简单整数比的式子。不能确切表明分子中的原子个数。
　　注意：
　　①最简式是一种表示物质组成的化学用语；
　　②无机物的最简式一般就是化学式；
　　③有机物的元素组成简单，种类繁多，具有同一最简式的物质往往不止一种；
　　④最简式相同的物质，所含各元素的质量分数是相同的，若相对分子质量不同，其分子式就不同。例如，苯(C6H6)和乙炔(C2H2)的最简式相同，均为CH，故它们所含C、H元素的质量分数是相同的。
　　(2)分子式是表示化合物分子所含元素的原子种类及数目的式子。
　注意： ①分子式是表示物质组成的化学用语；
　　 ②无机物的分子式一般就是化学式；
　　 ③由于有机物中存在同分异构现象，故分子式相同的有机物，其代表的物质可能有多种；
④分子式＝(最简式)n 即分子式是在实验式基础上扩大n倍，
3．确定分子式的方法
　　(1)实验式法　 由各元素的质量分数→求各元素的原子个数之比(实验式)→相对分子质量→求分子式。
　　(2)物质的量关系法　由密度或其他条件→求摩尔质量→求1mol分子中所含各元素原子的物质的量→求分子式。（标况下气体M=dg/cm3×103·22.4L/mol）
　　(3)化学方程式法　 利用化学方程式求分子式。
　　(4)燃烧通式法　 利用通式和相对分子质量求分子式。

[例3]　3.26g样品燃烧后，得到4.74gCO2和1.92gH2O，实验测得其相对分子质量为60，求该样品的实验式和分子式。

[例4]　实验测得某烃A中含碳85.7%，含氢14.3%。在标准状况下11.2L此化合物气体的质量为14g。求此烃的分子式。

第三课时
2．质谱法
注：该法中主要引导学生会从质谱图中“质荷比”代表待测物质的相对分子质量以及认识质谱仪。
三、分子结构的测定
1． 红外光谱
注：该法不需要学生记忆某些官能团对应的波长范围，主要让学生知道通过红外光谱可以知道有机物含有哪些官能团。
2． 核磁共振氢谱
注：了解通过该谱图确定了
（1） 某有机物分子结构中有几种不同环境的氢原子
（2） 从有核磁共振氢谱的峰面积之比可以确定不同环境的氢原子的个数比。
例5　分子式为C2H4O2的结构可能有和两种，为对其结构进行物理方法鉴定，可用__________或____________。
(1)若为，则红外光谱中应该有______个振动吸收；核磁共振氢谱中应有________个峰。
(2)若为，则红外光谱中有______个振动吸收；核磁共振氢谱中应有______个峰。

　在苯甲酸重结晶的实验中，滤液放置冷却可以结晶出纯净的苯甲酸晶体，请你思考并与同学交流：温度越低，苯甲酸的溶解度越小，为了得到更多的苯甲酸晶体，是不是结晶时的温度越低越好？
点拨　冷却结晶时，并不是温度越低越好，因为温度过低，杂质的溶解度也会降低，部分杂质也会析出，达不到提纯苯甲酸的目的。

实验表明，许多咖啡和可乐饮料中含有兴奋性物质咖啡因。经实验测定，咖啡因分子中各元素的质量分数是：碳49.5%，氢5.20%，氧16.5%，氮28.9%，其摩尔质量为194.1 g/mol，你能确定它的分子式吗？
点拨　一个咖啡因分子中含碳原子的个数为194.1×49.5%÷12＝8，同理可得氢原子、氧原子和氮原子的个数分别为10,2和4，所以咖啡因的化学式为C8H10O2N4。

1．过氧化氢的沸点比水高，但受热易分解。某试剂厂先制得7%～8%的H2O2溶液，再浓缩成30%溶液时，可采用的适宜方法是(　　)
A．常压蒸馏 B．减压蒸馏 C．加生石灰常压蒸馏 D．加压蒸馏
2．下列所采取的分离方法正确的是(　　)
A．由于碘在酒精中的溶解度大，所以可用酒精将碘水中的碘萃取出来
B．水的沸点是100℃，酒精的沸点是78.5℃，所以可用直接加热蒸馏法使含水酒精变为无水酒精
C．可用冷却热的饱和氯化钾和氯化钠的溶液的方法得到纯净的氯化钠晶体
D．由于胶体微粒的直径比离子的大，所以碘化钾混入淀粉中可用渗析法分离
3．如下表所示，为提纯下列物质(括号内为少量杂质)，所选用的除杂试剂与主要分离方法都正确的是(　　)

不纯物质
除杂试剂
分离方法
A
蛋白质溶液(NaCl)
蒸馏水
渗析
B
NH4Cl溶液(AlCl3)
NaOH溶液
过滤
C
乙酸乙酯(乙酸)
KOH溶液，水
分液
D
苯(苯酚)
浓溴水
过滤
4．下列除去杂质的方法正确的是(　　)
①除去乙烷中少量的乙烯：光照条件下通入Cl2，气液分离；
②除去乙酸乙酯中少量的乙酸：用饱和碳酸氢钠溶液洗涤、分液、干燥、蒸馏；
③除去CO2中少量的SO2：气体通过盛饱和碳酸钠溶液的洗气瓶；
④除去乙醇中少量的乙酸：加足量生石灰、蒸馏。
A．①② B．②④ C．③④ D．②③
5．下列分离或除杂的方法不正确的是(　　)
A．用分液法分离水和酒精
B．用蒸馏法分离苯和溴苯
C．用渗析法除去蛋白质溶液中混有的少量NaCl
D．用饱和NaHCO3溶液除去CO2中混有的少量HCl气体
6．要从乙酸的乙醇溶液中回收乙酸，合理的操作组合是(　　)
①蒸馏　②过滤　③静止分液　④加足量钠　⑤加入足量H2SO4　⑥加入足量NaOH溶液　⑦加入乙酸与浓H2SO4混合液后加热　⑧加入浓溴水
A．⑦③ B．⑧⑤② C．⑥①⑤② D．⑥①⑤①
7．设H＋的质荷比为β，其有机物样品的质荷比如图所示(假设离子均带一个单位正电荷，信号强度与该离子的多少有关)，

则该有机物可能是(　　)
A．甲醇(CH3OH) 　　B．甲烷 C．丙烷 　 　D．乙烯
8．核磁共振(NMR)是研究有机物结构的有力手段之一。
(1)某含氧有机物，它的相对分子质量为46.0，碳的质量分
数为52.2%，氢的质量分数为13.0%。NMR中只有一个特征峰，请写出其结构简式：________。
(2)分子式为C3H6O2的甲、乙两种有机物，甲的结构简式为HOCH2CH2CHO，乙的结构简式为CH3COOCH3，则在NMR中，甲有________个特征峰，其强度之比为________；乙有________个特征峰，其强度之比为________。
9．核磁共振氢谱是指有机物分子中的氢原子核所处的化学环境(即其附近的基团)不同，表现出的核磁性就不同，代表核磁性特征的峰在核磁共振图中坐标的位置(化学位移，符号为δ)也就不同。现有一物质的核磁共振氢谱如下图所示。则可能是下列物质中的(　　)

A．CH3CH2CH3 B．CH3CH2CH2OH
C．CHCH3CH3CH3 D．CH3CH2CHO

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第 周 第 课时
【编辑】韩 英

【审 核】

1．某烃类化合物A的质谱图表明其相对分子质量为84，红外光谱表明分子中含有碳碳双键，核磁共振氢谱表明分子中只有一种类型的氢。
(1)A的结构简式为__________；
(2)A中的碳原子是否都处于同一平面？________(填“是”或“不是”)。
2．分子式为C3H6O2的有机物，如果在核磁共振氢谱上观察到的氢原子给出的峰有两种情况。第一种情况峰给出的强度比为1∶1，请写出其对应化合物的结构简式：
__________________________________________________________。
第二种情况的强度比为3∶2∶1，请写出该化合物的可能的结构简式

_________________________________________________________________。
3．某有机化合物A的相对分子质量(分子量)大于110，小于150。经分析得知，其中碳和氢的质量分数之和为52.24%，其余为氧。请回答：
(1)该化合物分子中含有 个氧原子。
(2)该化合物的相对分子质量(分子量)是 ；
(3)该化合物的化学式(分子式)是______________；
4．1 mol某烃在氧气中充分燃烧，需要消耗氧气179.2 L(标准状况下)。它在光照的条件下与氯气反应能生成3种不同的一氯取代物。该烃的结构简式是(　　)
A．CCH3CH3CH3CH2CH3 B．CH3CH2CH2CH2CH3
C．CH3CH2CHCH3CH3 D．H3CCH3
5．填写仪器名称：
(1)制取蒸馏水的受热容器是__________。
(2)石油蒸馏装置中通冷却水的仪器是__________。
(3)用于分液的关键仪器是________。
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