有机物组成和结构的确定.ppt

有机物组成和结构的确定有机物组成和结构的确定20182018届高三化学选届高三化学选考一轮复习考一轮复习海宁高级中学海宁高级中学 刘欢欣刘欢欣(1)(1)碳、氢、氧元素质量分数的测定碳、氢、氧元素质量分数的测定最常用的是燃烧分析法（李比希法）。将样品置于氧气流中燃最常用的是燃烧分析法（李比希法）。将样品置于氧气流中燃烧，燃烧后生成的二氧化碳和水分别用碱液和干燥剂吸收，称烧，燃烧后生成的二氧化碳和水分别用碱液和干燥剂吸收，称重后即可分别计算出样品中碳、氢元素的质量分数。重后即可分别计算出样品中碳、氢元素的质量分数。1元素分析元素分析（1）能否将装置）能否将装置A去掉？去掉？（2）能否将装置）能否将装置C和和D颠倒？颠倒？（3）装置）装置E的作用是什么？的作用是什么？(1)(1)碳、氢、氧元素质量分数的测定碳、氢、氧元素质量分数的测定1元素分析元素分析判断该有机物中是否含氧元素的方法：判断该有机物中是否含氧元素的方法：设有机物燃烧后设有机物燃烧后CO2中碳元素的质量为中碳元素的质量为m(C)，H2O中氢元中氢元素质量为素质量为m(H)。若。若 m(有机物有机物)m(C)m(H)有机物中含有氧元素有机物中含有氧元素 m(有机物有机物)m(C)m(H)有机物中不含氧元素有机物中不含氧元素其它常见的元素测定方法（其它常见的元素测定方法（P7）N Cl Br S原理：原理：原理：原理：在不断通入氧气流的条件下，把样品加热到在不断通入氧气流的条件下，把样品加热到9501200，使之充分燃烧，再对燃烧产物进行自动分析。，使之充分燃烧，再对燃烧产物进行自动分析。钠融法钠融法钠融法钠融法可定性确定有机物中是否存在可定性确定有机物中是否存在N、Cl、Br、S等元素。等元素。原理：原理：原理：原理：样品样品+钠钠混合熔融混合熔融无机定性分析测定生成物成分无机定性分析测定生成物成分生成物成分生成物成分NaCNNaClNaBrNa2S组成元素组成元素铜丝燃烧法铜丝燃烧法铜丝燃烧法铜丝燃烧法可定性确定有机物中是否存在卤素。可定性确定有机物中是否存在卤素。原理：原理：原理：原理：红热铜丝蘸有机物样品红热铜丝蘸有机物样品火焰上灼烧火焰上灼烧火焰呈火焰呈绿色绿色绿色绿色元素分析仪元素分析仪元素分析仪元素分析仪可同时对可同时对C、H、O、S等多种元素进行等多种元素进行 分析。分析。(2)氮元素质量分数的测定氮元素质量分数的测定将样品通入二氧化碳气流中，在氧化铜的催化下燃将样品通入二氧化碳气流中，在氧化铜的催化下燃烧生成氮气，并借助二氧化碳气流将生成的气体赶烧生成氮气，并借助二氧化碳气流将生成的气体赶出，经出，经KOH浓溶液吸收二氧化碳气体后，测得剩余浓溶液吸收二氧化碳气体后，测得剩余气体的体积，即可计算出样品中氮元素的质量分数。气体的体积，即可计算出样品中氮元素的质量分数。(3)卤素质量分数的测定卤素质量分数的测定将样品与将样品与AgNO3溶液及浓硝酸混合加热，此时卤素溶液及浓硝酸混合加热，此时卤素原子转变为卤素离子，并与原子转变为卤素离子，并与AgNO3溶液作用产生卤溶液作用产生卤化银沉淀。根据沉淀的量，即可计算出样品中卤素化银沉淀。根据沉淀的量，即可计算出样品中卤素的质量分数。的质量分数。2有机物实验式的确定有机物实验式的确定实验式实验式(又叫最简式又叫最简式)是表示化合物分子所含各元素的原子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。数目最简单整数比的式子。若有机物分子中若有机物分子中 w(C)a%、w(H)b%、w(O)c%，则：则：N(C):N(H):N(O)，即可得到实验式。即可得到实验式。实验式也可以通过燃烧产物的物质的量等方法确定。确定实验式也可以通过燃烧产物的物质的量等方法确定。确定实验式前必须先确定元素的组成，如某有机物完全燃烧的实验式前必须先确定元素的组成，如某有机物完全燃烧的产物只有产物只有 CO2 和和 H2O，则其组成元素可能为，则其组成元素可能为C、H 或或 C、H、O；若燃烧产物；若燃烧产物 CO2 中的碳元素的质量和燃烧产物中的碳元素的质量和燃烧产物 H2O 中氢元素的质量之和等于原有机物的质量时，则原有中氢元素的质量之和等于原有机物的质量时，则原有机物组成中不含机物组成中不含O元素。元素。（1）依据气体的密度（标准状况）：）依据气体的密度（标准状况）：Mr=22.4（2）依据气体的相对密度（）依据气体的相对密度（D）：）：Mr=DAMA（3）Mr=m/n（4）气体的平均相对分子质量：）气体的平均相对分子质量：Mr=m总总/n总总（5）质谱法：有机物分子在高能电子流的轰击下形）质谱法：有机物分子在高能电子流的轰击下形成的分子离子和碎片离子的相对分子质量与其所带电成的分子离子和碎片离子的相对分子质量与其所带电荷的比值为质荷比。荷的比值为质荷比。质荷比最大值（即横坐标上最大质荷比最大值（即横坐标上最大的分子离子）即为该有机化合物的相对分子质量。的分子离子）即为该有机化合物的相对分子质量。3测定有机化合物的相对分子质量的方法测定有机化合物的相对分子质量的方法 3测定有机化合物的相对分子质量的方法测定有机化合物的相对分子质量的方法有关烃的混合物计算的几条规律：有关烃的混合物计算的几条规律：若平均式量小于若平均式量小于26，则一定有，则一定有CH4平均分子组成中，平均分子组成中，l n(C)2，则一定有，则一定有CH4。平均分子组成中，平均分子组成中，2 n(H)4，则一定有，则一定有C2H2。4有机物分子式的确定有机物分子式的确定（1）最简式（实验式）法：）最简式（实验式）法：根据各元素的质量分数或燃烧根据各元素的质量分数或燃烧法得到该有机物的最简式，结合其法得到该有机物的最简式，结合其Mr进行求算。进行求算。2）商余法）商余法（确定烃分子式）（确定烃分子式）:Mr表示相对分子质量、表示相对分子质量、n表表示分子式中示分子式中C的下标。的下标。Mr/14n2，该烃为：，该烃为：CnH2n+2 Mr/14 n0，该烃为：，该烃为：CnH2n Mr/14 n2，该烃为：，该烃为：CnH2n-2 Mr/14 n6，该烃为：，该烃为：CnH2n-6（3）燃烧法：）燃烧法：根据燃烧产物的质量。根据燃烧产物的质量。根据燃烧方程式：根据燃烧方程式：（4）求）求1mol有机物中有机物中C、H、O原子的物质的量，即可得分原子的物质的量，即可得分子式。子式。【例例1】2.3g有机物有机物A完全燃烧后，生成完全燃烧后，生成0.1molCO2和和2.7gH2O，测，测得该化合物蒸气对空气的相对密度是得该化合物蒸气对空气的相对密度是1.6，求该化合物的分子式。，求该化合物的分子式。解解解解:（1）求求2.3g该有机物中组成元素的质量，根据该有机物中组成元素的质量，根据C、H守恒可求得守恒可求得因此，因此，A中还含有中还含有O，其质量为，其质量为（2）求该有机物的相对分子质量）求该有机物的相对分子质量（3）确定该有机物的分子式）确定该有机物的分子式所以该有机物的实验式为所以该有机物的实验式为C2H6O设该有机物设该有机物A的分子式为的分子式为(C2H6O)n 故该有机物的分子式为故该有机物的分子式为C2H6O答：答：答：答：该有机物的分子式为该有机物的分子式为C2H6O【例例2】某有机物（燃烧产物只有某有机物（燃烧产物只有CO2和和H2O）中含碳）中含碳的质量分数为的质量分数为64.86%，氢的质量分数为，氢的质量分数为13.5%，该有，该有机物的实验式是机物的实验式是 ，结合该有机物的质谱图，结合该有机物的质谱图该有机物的相对分子质量为该有机物的相对分子质量为 ，分子式为，分子式为 。74C4H10OC4H10O5有机物结构的确定有机物结构的确定（1 1）不饱和度的计算）不饱和度的计算概念：概念：烷烃分子的通式为烷烃分子的通式为CnH2n+2，分子中每减少，分子中每减少2个碳氢键，个碳氢键，同时必然会增加一个碳碳键，该碳碳键可能是重键（双键或叁同时必然会增加一个碳碳键，该碳碳键可能是重键（双键或叁键），也可能连接成环状，这些都称为增加了一个不饱和度，键），也可能连接成环状，这些都称为增加了一个不饱和度，又叫缺氢指数，用字母又叫缺氢指数，用字母表示。表示。计算公式：计算公式：烃（烃（CxHy）：）：=n(C)+1n(H)/2烃的衍生物（烃的衍生物（CxHyOz）：）：=n(C)+1n(H)/2利用不饱和度确定有机分子的官能团利用不饱和度确定有机分子的官能团化学键化学键不饱和度不饱和度化学键化学键不饱和度不饱和度一个碳碳双键一个碳碳双键1 1一个碳碳叁键一个碳碳叁键2 2一个羰基一个羰基1 1一个氰基一个氰基2 2一个碳环一个碳环1 1一个苯环一个苯环4 4（2）确定有机物的官能团）确定有机物的官能团定性实验（可用多种方法）定性实验（可用多种方法）代表物代表物官能团官能团鉴定试剂鉴定试剂实验现象实验现象烯烃烯烃碳碳双键碳碳双键溴的四氯化碳溶液溴的四氯化碳溶液红棕色褪去红棕色褪去炔烃炔烃碳碳三键碳碳三键酸性高锰酸钾溶液酸性高锰酸钾溶液紫红色褪去紫红色褪去卤代烃卤代烃卤素原子卤素原子(Cl、Br)先与先与NaOH溶液共溶液共热，热，加稀硝酸酸化加稀硝酸酸化后后，硝酸银溶液，硝酸银溶液有白色（浅黄色）沉有白色（浅黄色）沉淀淀醇类醇类醇羟基醇羟基金属钠金属钠有无色无味的气体放有无色无味的气体放出出酚类酚类酚羟基酚羟基FeCl3溶液溶液溶液显色溶液显色饱和溴水饱和溴水通常有白色沉淀生成通常有白色沉淀生成（2）确定有机物的官能团）确定有机物的官能团定性实验（可用多种方法）定性实验（可用多种方法）代表物代表物官能团官能团鉴定试剂鉴定试剂实验现象实验现象醛类醛类醛基醛基银氨溶液银氨溶液光亮的银镜光亮的银镜新制的氢氧化铜悬新制的氢氧化铜悬浊液浊液加热后有砖红色沉加热后有砖红色沉淀生成淀生成羧酸羧酸羧基羧基NaHCO3溶液溶液有无色无味的气体有无色无味的气体放出放出液态酯类液态酯类酯键酯键NaOH的酚酞溶液的酚酞溶液分层，加热后有机分层，加热后有机层变少，最终水层层变少，最终水层褪为无色褪为无色含苯基的蛋含苯基的蛋白质白质肽键肽键浓硝酸浓硝酸蛋白质变黄色蛋白质变黄色蛋白质蛋白质肽键肽键空气空气燃烧有烧焦羽毛的燃烧有烧焦羽毛的气味气味定量实验定量实验与与X2反应：反应：（取代）（取代）HX2；（加成）；（加成）C=CX2；CC2X2与与H2加成反应：加成反应：C=CH2；CC2H2；C6H63H2；（醛或酮）；（醛或酮）C=OH2与与HX反应：反应：（醇取代）（醇取代）-OHHX；（加成）；（加成）C=CHX；CC2HX银镜反应：银镜反应：-CHO2Ag；（；（HCHO4Ag）定量实验定量实验与新制与新制Cu(OH)2反应：反应：CHO2Cu(OH)2 Cu2O；COOH1/2Cu(OH)2 与与Na反应：反应：（醇、酚、羧酸）（醇、酚、羧酸）-OH1/2H2 与与NaOH反应：反应：（酚）（酚）OHNaOH；（羧酸）（羧酸）COOHNaOH；（醇酯）（醇酯）COORNaOH；（酚酯）（酚酯）COOC6H52NaOH红外光谱红外光谱（IR）：用于确定有机物分子中所含化学键或官能团的种类。用于确定有机物分子中所含化学键或官能团的种类。（3）现代化学测定有机物结构的方法）现代化学测定有机物结构的方法C2H6OCH3CH2OH（3）现代化学测定有机物结构的方法）现代化学测定有机物结构的方法核磁共振氢谱核磁共振氢谱（1H-NMR）：个数个数面积面积【例例3】分子式为分子式为C3H6O2两种化合物，在核磁共两种化合物，在核磁共振氢谱上观察到氢原子给出的峰。第一种化合振氢谱上观察到氢原子给出的峰。第一种化合物给出的强度为物给出的强度为11的两个峰；第二种化合物的两个峰；第二种化合物给出的强度为给出的强度为321三个峰。由此推断这两种三个峰。由此推断这两种化合物的组成分别是（写结构简式）化合物的组成分别是（写结构简式）。C3H6O2可能的结构为可能的结构为CH3CH2COOHCH3COOCH3HCOOCH2CH3氢谱峰值类型氢谱峰值类型3:2:11:11:2:3(2),(1)或或(3)利用核磁共振利用核磁共振1H谱能否区别谱能否区别CH3COOCH2CH3与与CH3CH2COOCH3?化学位移不同！【例例4】有机物有机物A可由葡萄糖发酵得到，也可从酸牛奶中提取。可由葡萄糖发酵得到，也可从酸牛奶中提取。纯净的纯净的A为无色粘稠液体，易溶于水。为研究为无色粘稠液体，易溶于水。为研究A的组成与结构，的组成与结构，进行了如下实验，试通过计算填空：进行了如下实验，试通过计算填空：实验步骤实验步骤解释或实验结论解释或实验结论(1)称取称取A 9.0 g，升温使其气化，测，升温使其气化，测其密度是相同条件下其密度是相同条件下H2的的45倍倍(1)A的相对分子质量为的相对分子质量为 _(2)将此将此9.0 g A在足量纯在足量纯O2中充分燃中充分燃烧，并使其产物依次缓缓通过浓硫烧，并使其产物依次缓缓通过浓硫酸、碱石灰，发现两者分别增重酸、碱石灰，发现两者分别增重5.4 g 和和13.2 g(2)A的分子式为的分子式为_90C3H6O3(3)另取另取A 9.0 g，跟足量的，跟足量的NaHCO3粉末反应，生成粉末反应，生成2.24 L CO2(标准状标准状况况)，若与足量金属钠反应则生成，若与足量金属钠反应则生成2.24 L H2(标准状况标准状况)(3)用结构简式表示用结构简式表示A中含中含有的官能团：有的官能团：_、_(4)A的核磁共振氢谱如图：的核磁共振氢谱如图：(4)A中含有中含有_种氢原子。种氢原子。(5)综上所述，综上所述，A的结构简的结构简式为式为OHCOOH4【例例5】胡椒酚胡椒酚A是植物挥发油中的一种成分。某研究性学习是植物挥发油中的一种成分。某研究性学习小组对其分子组成结构的研究中发现：小组对其分子组成结构的研究中发现：A 的相对分子质量不超的相对分子质量不超过过150；A中中C、O的质量分数分别为：的质量分数分别为：w(C)80.60%，w(O)11.94%，完全燃烧后产物只有，完全燃烧后产物只有CO2和和H2O。根据以上信息，。根据以上信息，填写下列内容：填写下列内容：(1)A的摩尔质量为的摩尔质量为 。(2)光谱分析发现光谱分析发现A中不含甲基中不含甲基(CH3)，苯环上的一氯取代只，苯环上的一氯取代只有有2种；种；1molA与足量溴水反应，最多消耗与足量溴水反应，最多消耗3molBr2。A的结构的结构简式为简式为 。134g/mol C9H10O16/0.1194=134【例例5】胡椒酚胡椒酚A是植物挥发油中的一种成分。某研究性学习是植物挥发油中的一种成分。某研究性学习小组对其分子组成结构的研究中发现：小组对其分子组成结构的研究中发现：A 的相对分子质量不超的相对分子质量不超过过150；A中中C、O的质量分数分别为：的质量分数分别为：w(C)80.60%，w(O)11.94%，完全燃烧后产物只有，完全燃烧后产物只有CO2和和H2O。根据以上信息，。根据以上信息，填写下列内容：填写下列内容：(3)A的一种同分异构体中，苯环上含有两个取代基，取代基位的一种同分异构体中，苯环上含有两个取代基，取代基位置与置与A相同，且能发生银镜反应。相同，且能发生银镜反应。符合条件的符合条件的A的同分异构体的结构简式的同分异构体的结构简式 。上述上述A的一种同分异构体发生银镜反应的化学方程式的一种同分异构体发生银镜反应的化学方程式 。【例例6】某有机化合物某有机化合物A的相对分子质量（分子量）的相对分子质量（分子量）大于大于110，小于，小于150。经分析得知，其中碳和氢的质量。经分析得知，其中碳和氢的质量分数之和为分数之和为52.24%，其余为氧。请回答：，其余为氧。请回答：（1）该化合物分子中含有几个氧原子，为什么该化合物分子中含有几个氧原子，为什么？（2）该化合物的相对分子质量（分子量）是）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）该化合物的化学式（分子式）是 。（4）该化合物分子中最多含）该化合物分子中最多含 个个 官能团。官能团。134C5H10O414个个3.28n4.48有机物结构推断技巧(1)计算相对分子质量的几种常见方法计算相对分子质量的几种常见方法M22.4 Lmol1 gL1(标准状况下标准状况下)MDMMM1a1%M2a2%练后反思练后反思(2)已已知知相相对对分分子子质质量量确确定定有有机机物物分分子子式式的的简简单单方方法法商商余余法设烃的相对分子质量为法设烃的相对分子质量为M 的余数为的余数为0或碳原子数大于等于氢原子数时，将碳原子数或碳原子数大于等于氢原子数时，将碳原子数依次减少一个，每减少一个碳原子即增加依次减少一个，每减少一个碳原子即增加12个氢原子。个氢原子。(3)熟悉几种特殊条件下常见有机物熟悉几种特殊条件下常见有机物含氢量最高的烃为甲烷；含氢量最高的烃为甲烷；通常情况下，烃的含氧衍生物为气态的是甲醛；通常情况下，烃的含氧衍生物为气态的是甲醛；对对于于烃烃类类混混合合物物，平平均均每每个个分分子子中中所所含含碳碳原原子子数数小小于于2 2，则则该烃类混合物中一定含有甲烷；该烃类混合物中一定含有甲烷；同同温温同同压压下下(温温度度高高于于100 100)，烃烃燃燃烧烧前前后后气气体体体体积积不不变变，则烃分子中氢原子数为则烃分子中氢原子数为4 4；通常情况下若为气态烃，则烃分子中碳原子数通常情况下若为气态烃，则烃分子中碳原子数44。(4)熟悉最简式相同常见有机物熟悉最简式相同常见有机物最简式最简式对应物质对应物质CH乙炔乙炔(C2H2)、苯、苯(C6H6)、苯乙烯、苯乙烯(C8H8)CH2烯烃和环烷烃烯烃和环烷烃CH2O甲醛、乙酸、甲酸甲酯、葡萄糖甲醛、乙酸、甲酸甲酯、葡萄糖