第04讲---元素分析→质谱法→波谱分析(学生版)-高二化学同步讲义.docx

第04讲 元素分析质谱法波谱分析目标导航课程标准课标解读1知道红外光谱、核磁共振氢谱等现代仪器分析方法在有机化合物分子结构测定中的应用。2通过测定有机化合物元素含量、相对分子质量的般方法，能确定有机化合物分子式，并能根据特征结构和现代物理技术确定物质结构。1通过质谱红外光谱、核磁共振氢谱等现代仪器测定和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。（宏观辨识与微观探析）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。（证据推理与模型认知）知识精讲知识点01 研究有机化合物的基本步骤【即学即练1】有机物的天然提取和人工合成往往得到的是混合物，假设给你一种这样的有机混合物让你研究，一般要采取的几个步骤是（ ）。 A分离、提纯确定化学式确定实验式确定结构式 B分离、提纯确定实验式确定化学式确定结构式 C分离、提纯确定结构式确定实验式确定化学式 D确定化学式确定实验式确定结构式分离、提纯知识点02 有机物实验式（最简式）的确定元素分析1实验式：有机化合物分子内各元素原子的最简整数比，也称为_。2李比希定量分析一般过程【即学即练2】某有机物在空气中完全燃烧时，生成水和二氧化碳的分子数之比为21，则该物质可能是：CH4；C2H4；C2H5OH；CH3OH（ ）。 A B C D知识点03 研究有机化合物结构的物理方法1质谱法（1）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_的分子离子和碎片离子等。这些离子因_不同、_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_与_的比值，即质荷比。以质荷比为横坐标，以各类离子的相对丰度为纵坐标记录测试结果，就得到有机化合物的质谱图。（2）作用：测定有机物的_（3）读图：质谱图中_的分子离子峰或质荷比_表示样品中分子的相对分子质量（4）示例：该有机物的相对分子质量为_。2红外光谱（1）作用：初步判断某有机物分子中所含有的_。（2）原理：不同的化学键或官能团的_不同，在红外光谱图上将处于不同的位置。（3）示例：有机物C2H6O的红外光谱上有OH、CH和CO的吸收峰，可推知其结构为_。3核磁共振氢谱（1）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也不同，具有不同的化学位移，而且吸收峰的面积与_成正比。（2）作用：测定有机物分子中氢原子的_和它们的相对_。（3）读图：吸收峰数目_，吸收峰面积比_。（4）示例：有机物C2H6O的核磁共振氢谱如图，图中三个峰的面积之比是123，则有3种处于不同化学环境的氢原子，个数比为_，其结构简式为_。4X射线衍射（1）原理：X射线是一种波长很短（约10-10 m）的电磁波，它和晶体中的原子相互作用可以产生衍射图。（2）作用：经过计算可以从中获得分子结构的有关数据，包括_、_等分子结构信息。（3）应用：将X射线衍射技术用于有机物（特别是复杂的生物大分子）晶体结构的测定，可以获得更为直接而详尽的结构信息。【即学即练3】为了测定某有机物A的结构，做如下实验：将2.3g该有机物完全燃烧，生成0.1molCO2和2.7g水；用质谱仪测定其相对分子质量，得如图一所示的质谱图；用核磁共振仪处理该化合物，得到如图二所示图谱，图中三个峰的面积之比是123；用红外光谱仪处理该化合物，得到如图三所示图谱。试回答下列问题：（1）有机物A的相对分子质量是_。（2）有机物A的实验式是_。（3）有机物A的分子式是_。（4）有机物A的结构简式是_。考法 有机物分子式和结构简式的确定【典例】（2022陕西汉中高二检测）某化学小组为测定有机物G的组成和结构，设计如图实验装置：回答下列问题：（1）实验开始时，先打开分液漏斗活塞，一段时间后再加热反应管C，目的是_。（2）装置B和装置D中浓硫酸的作用分别是_和_。（3）装置E和装置F中碱石灰的作用分别是_和_。（4）若准确称取4.4g样品G（只含C、H、O三种元素），经充分燃烧后（CuO的作用是确保有机物充分氧化，最终生成CO2和H2O），装置D质量增加3.6g，U形管E质量增加88g。又知有机物G的质谱图如图所示：该有机物的分子式为_。（5）已知有机物G中含有羧基，经测定其核磁共振氢谱有3组峰，且峰面积之比为611。综上所述，G的结构简式为_。【知识拓展】1有机物分子式的确定（1）常规确定方法（2）化学方程式法：利用有机反应中反应物、生成物之间“量”的关系求分子式的方法。CxHy+（x+）O2xCO2+H2O（g）CxHyOz+（x+）O2xCO2+H2O（g）CxHyOzNp+（x+）O2xCO2+H2O+N2（3）“商余法”推断烃的分子式（设烃的相对分子质量为M）的余数为0或碳原子数大于或等于氢原子数时，将碳原子数依次减少一个，每减少一个碳原子即增加12个氢原子，直到饱和为止。2有机物的不饱和度的确定（1）计算公式：不含氮原子：含有氮原子：（2）说明N（C）表示碳原子数，N（H）表示氢原子数，N（N）表示氮原子数。若有机化合物分子中含有卤素原子，则将其视为氢原子。（3）常见官能团或原子团的不饱和度官能团或原子团不饱和度官能团或原子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2一个硝基13有机物分子结构的鉴定（1）分子结构确定步骤（2）有机物的不饱和度与分子结构的关系0，说明分子是饱和链状结构；1，说明分子中有一个双键或一个环；2，说明分子中有两个双键或一个三键，或一个双键和一个环，或两个环；4，说明分子中很有可能有苯环。（3）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不同氢原子的个数之比；【易错提醒】质谱图中最右侧的分子离子峰或质荷比最大值表示样品中分子的相对分子质量，不要误读成纵坐标相对丰度的最高值。分层提分题组A 基础过关练1能够快速测定物质相对分子质量的仪器是（ ）。 A核磁共振仪 B质谱仪 C李比希元素分析仪 D红外光谱仪2（2022天津静安区高二检测）乙酸和甲酸甲酯互为同分异构体，其结构式分别如图和，在下列哪种检测仪上显示出的信号是完全相同的（ ）。 A李比希元素分析仪 B红外光谱仪 C核磁共振氢谱仪 D质谱仪3某气态烃在标准状况下的密度1.34g/L，含氢20%，其分子式为（ ）。 ACH2O BC2H4 CC3H6 DC2H64（2022常州高二检测）如图中的1H核磁共振谱图表示的可能是下列哪种有机物的核磁共振谱（ ）。 ACH3CH2CH3 BCH3CH2OH CCH3CH2CH2Cl DCH2CHCH2CH35某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），则该有机物可能是（ ）。 A甲醇 B甲烷 C丙烷 D乙烯6（双选）某化合物由碳、氢、氧三种元素组成，其红外光谱图有CH键、OH键、CO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（ ）。 ACH3CH2OCH3 BCH3CH3 CCH3CH2CH2OH DCH3CH2CH2O7（2022太原高二检测）实验室常用如图所示装置测定某固体有机物A的分子组成，测定装置如图（铁架台、铁夹、酒精灯等未画出）。下列说法正确的是（ ）。 A测定前要先通入纯氧气，再点燃试管B B装置C可测定有机物中碳的含量 C装置D可测定燃烧产物中水的质量 D该装置能测定所有有机物的分子组成8（2022厦门高二检测）鲨鱼是世界上惟一不患癌症的动物，科学研究表明，鲨鱼体内含有一种角鲨烯，具有抗癌性。已知角鲨烯分子中含有30个C原子及6个且不含环状结构，则其分子式为（ ）。 AC30H60 BC30H56 CC30H52 DC30H509（2022如东高二期末）A是一种含碳、氢、氧三种元素的有机化合物。已知：A中碳的质量分数为44.1%，氢的质量分数为8.82%，那么A的实验式是（ ）。 AC5H12O4 BC5H12O3 CC4H10O4 DC5H10O410（2022天津高二检测）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CO2和H2O的质量，来确定有机物的分子式。请回答下列问题：（1）B装置中试剂X可选用_。（2）D装置中无水氯化钙的作用是_；E装置中碱石灰的作用是_。（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0.44g样品，经充分反应后，D装置质量增加0.36g，E装置质量增加0.88g，已知该物质的相对分子质量为44，则该样品的化学式为_。题组B 能力提升练1（2022重庆高二检测）某化学研究小组在实验室采取以下步骤研究乙醇的结构，其中不正确的是（ ）。 A利用沸点不同蒸馏提纯该有机物 B利用燃烧法确定该有机物的实验式为C2H6O C利用红外光谱图确定该有机物的相对分子质量为46 D利用核磁共振氢谱确定该有机物分子中含3种不同环境的氢原子2某气态有机物X含C、H、O三种元素，今列出下列五个条件，X中含碳的质量分数，X中含氢的质量分数，X在标准状况下的气体摩尔体积，X对H2的相对密度，X的质量。欲确定X的分子式，最少要具备的已知条件是（ ）。 A B C D3（双选）下列化合物的1HNMR谱图中吸收峰的数目正确的是（ ）。 A B C D4在标准状况下，1mol某烃完全燃烧生成89.6LCO2，又知0.1mol该烃能与标准状况下4.48LH2完全加成，则该烃的结构简式可能是（ ）。 ACH3CH2CH2CH3 BCH3CCCH3 CCH3CH2CHCH2 DCH2CHCCH5图（1）和图（2）是A、B两种物质的核磁共振氢谱。已知A、B两种物质都是烃类，都含有6个氢原子。请根据图（1）和图（2）两种物质的核磁共振氢谱谱图选择出可能属于图（1）和图（2）的两种物质（ ）。 AA是C3H6；B是C6H6 BA是C2H6；B是C3H6 CA是C2H6；B是C6H6 DA是C3H6；B是C2H66（2022浏阳高二检测）冠心平F是降血脂、降胆固醇的药物，它的一条合成路线如下：A为一元羧酸，10.2gA与足量NaHCO3溶液反应生成2.24LCO2（标准状况），A的分子式为（ ）。 AC2H4O2 BC3H6O2 CC4H8O2 DC5H10O27推断下列有机物所含某些基团的数目：（1）某链烃的化学式为C6H4，若分子中已有1个碳碳双键（），则含碳碳三键（CC）_个。（2）某链状烃的分子式为C200H200，则分子中含碳碳三键最多为_个。（3）1993年合成了一种分子式为C1398H1278的烃，测得该烃结构中含有4个碳碳双键，相同数目的和CC，由此可以推测该烃分子中的数目是_个。8（2022丽江高二检测）（1）根据核磁共振氢谱图可以确定有机物分子中氢原子的种类和数目。例如：乙醚的结构式为，其核磁共振氢谱中有2个信号（如图）。下列分子中，其核磁共振氢谱中只有一种峰（信号）的物质是_（填字母）。 ACH3CH3 BCH3COOH CCH3COOCH3 DCH3COCH3化合物A和B的分子式都是C2H4Br2，A的核磁共振氢谱如图所示，则A的结构简式为_，请预测B的核磁共振氢谱上有_个峰（信号）。用核磁共振氢谱的方法来研究C2H6O的结构，请简要说明根据核磁共振氢谱的结果来确定C2H6O分子结构的方法是_。（2）有机物C常用于食品行业。已知9.0gC在足量O2中充分燃烧，将生成的混合气体依次通过足量的浓硫酸和碱石灰，分别增重5.4g和13.2g，经检验剩余气体为O2。C分子的质谱图如图所示，从图中可知其相对分子质量是_，则C的分子式是_。C能与NaHCO3溶液发生反应，C一定含有的官能团名称是_。C分子的核磁共振氢谱有4个峰，峰面积之比是1113，则C的结构简式是_。题组C 培优拔尖练1（2022北京海淀区高二检测）有机物Y的分子式为C4H8O2，其红外光谱图如图，则该有机物的可能结构为（ ）。 ACH3COOCH2CH3 BCH3CHOHCOCH3 CHCOOCH2CH3 D（CH3）2CHCOOH2（2022广东东莞高二检测）下列化合物中，核磁共振氢谱只出现3个峰且峰面积之比为322的是（ ）。 A B C D3（双选）（2022江苏南通高二检测）某化合物的结构（键线式）及球棍模型如下：该有机物分子的核磁共振氢谱图如下（单位是ppm）。下列关于该有机物的叙述正确的是（ ）。 A该有机物分子中不同化学环境的氢原子有8种 B该有机物属于芳香化合物 C键线式中的Et代表的基团为CH3 D利用质谱图可确定该有机物的相对分子质量4（2022张家口高二检测）某有机化合物A的相对分子质量范围为100130。经分析得知，其中碳和氢的质量分数之和为46.66%，其余为氧，则该化合物分子中最多含碳氧双键的个数为（ ）。 A1 B2 C3 D45对一种未知有机物的结构测定，往往需要多种复杂方法相结合，一般来说，主要包括以下几个方面：相对分子质量；元素组成（种类和比例）；该有机物的各种性质的研究；结构的确定。（1）相对分子质量的确定一般有质谱法、蒸气密度法等。蒸气密度法是指在一定条件下将有机物气化，测定该条件下的密度，利用气态方程式计算相对分子质量。蒸气密度法的要求是该有机物_。如果沸点过高，可以采用_的方法。质谱法是在一定条件下让有机物失去电子变成阳离子，测其相对分子质量。该过程中，复杂的有机物分子往往变成小的片断，如C4H10断裂成CH3CH2CH2+、CH3CH2+、CH3+、CH3CH2CH2CH2+等，最大的式量就是其相对分子质量。用该法测定某有机物A，质谱中显示相对分子质量是72。（2）组成元素的测定往往采用元素分析仪，以前也常用燃烧法。称取3.6gA，跟足量氧气充分燃烧后通过浓硫酸，浓硫酸增重5.4g，剩余气体通过碱石灰，碱石灰增重11g，确定该有机物的分子式为_。（3）核磁共振谱常用氢谱和碳谱，它主要测定分子中具有不同特点的C或H的种类与比例。如对于CH3CH2CH3，经测定，C谱有四个峰，其数值高低比例为2111；H谱有四个峰，其数值高低比例为1236。有机物A碳谱有两个峰，峰高比为41。氢谱有一个峰。试写出有机物A的结构简式_。（4）该有机物的一氯代物有_种，二氯代物有_种。