1、1第二单元 科学家怎样研究有机物选考要求1有机化合物的组成、结构和性质特点(a)2研究有机化合物组成的常用方法(a)3根据 1H 核磁共振谱确定有机化合物的分子结构(b)4研究有机化合物结构的常用方法(b)5同位素示踪法研究化学反应历程(b)6手性碳原子与手性分子(a)1.最简式，又称为实验式，指有机化合物所含各元素原子个数的最简整数比。2只含 C、H 或只含 C、H、O 元素的有机物，完全燃烧生成 CO2和 H2O，先用干燥剂测出 H2O 的质量，再测定 CO2的质量，然后根据有机物的总质量可知，有机物是否含有氧原子，根据 C、H、O 原子的物质的量之比，可以得出有机物的最简式。3常见的基团
2、：羟基(OH)、醛基(CHO)、羧基(COOH)、氨基(NH 2)、烃基(R)。4 1H 核磁共振谱图中的峰代表有机物不同种类的氢原子。红外光谱可以读出有机物中含有的基团。5手性分子中含有手性碳，手性碳是指某个碳原子连接的四个原子或原子团各不相同。有 机 化 合 物 组 成 的 研 究1研究方法2仪器元素分析仪2(1)工作原理：使有机化合物充分燃烧，再对燃烧产物进行自动分析。(2)特点Error!13.2 g 某有机化合物，完全燃烧测得生成 8.8 g CO2 和 7.2 g H2O，无其他物质生成。你能确定该有机化合物中是否含有氧元素吗？提示：8.8 g CO2中碳元素的质量为 12 gmo
3、l1 2.4 g,7.2 g H2O8.8 g44 gmol 1中氢元素的质量为 2 gmol1 0.8 g。因 3.2 g(2.4 g0.8 g)，故该7.2 g18 gmol 1有机物中不含氧元素。2有机物 X 是某抗癌药物中的一种有效成分，经测定该有机物只含 C、H、O 三种元素，其中碳元素质量分数为 60%，氢元素质量分数为 13.33%,0.2 mol 该有机物的质量为 12 g，求它的分子式？提示： M 60 gmol1 ，含碳原子数为 6060%/123，含氢原子数为mn 12 g0.2 mol6013.33%/18，含氧原子数为(6031281)/161，则分子式为 C3H8O
4、。(1)有机物燃烧时会生成 CO2和 H2O，用浓硫酸(或高氯酸镁)吸收水，再用碱石灰吸收CO2，再分别求出两者的物质的量，即可得出 C 和 H 的物质的量之比。(2)确定有机物中是否含有氧原子的方法由碳元素守恒，得出 n(C) n(CO2)；由氢元素守恒，得出 n(H)2 n(H2O)。若 m(有机物) m(C) m(H)0，则不含有氧原子；若 m(有机物) m(C) m(H)0，则含有氧原子，m(O) m(有机物) m(C) m(H)，则 m(O)得出 n(O)。(3)由元素的物质的量之比，可以求出有机物的最简式(实验式)。(4)要注意 H2O 和 CO2的吸收要分别计算，不能用碱石灰将两
5、者一起吸收。1某化合物 6.4 g 在氧气中完全燃烧，只生成 8.8 g CO2和 7.2 g H2O。下列说法正确的是( )A该化合物仅含碳、氢两种元素B该化合物中碳、氢原子个数比为 12C无法确定该化合物是否含有氧元素D该化合物中一定含有氧元素3解析：选 D 由题中数据可求出 n(CO2) 0.2 mol， m(C)0.2 8.8 g44 gmol 1mol12 gmol1 2.4 g， n(H2O) 0.4 mol， m(H)0.4 mol21 7.2 g18 gmol 1gmol1 0.8 g，所以 m(C) m(H)3.2 g6.4 g，故该化合物中还含有氧元素， n(O)0.2 m
6、ol，该化合物最简式可表示为 CH4O。6.4 g 3.2 g16 gmol 12(2016金华期中考试)某有机物在氧气中充分燃烧，生成二氧化碳和水的物质的量之比为 11，由此可得出的正确结论是( )该有机物分子中碳、氢、氧原子个数比为 123该有机物分子中碳、氢原子个数比为 12该有机物中肯定含氧无法判断该有机物中是否含氧A BC D解析：选 D n(CO2) n(H2O)11，则 n(C) n(H)12，CO 2和 H2O 中的氧可能来自于氧气中的氧元素，从题中条件无法确认。故和正确。有 机 化 合 物 结 构 的 研 究(1)不同的基团具有不同的结构和性质特点，常见基团如羟基、醛基、羧基
7、、氨基、烃基等。(2)现代化学测定有机化合物结构的分析方法很多，经常采用的是核磁共振氢谱和红外光谱。(3)有机物分子中不同种类的氢原子在核磁共振氢谱中所处的化学环境不同，从谱图中的峰可以读出有机物中不同种类的氢的种类及数目比。(4)红外光谱中标出了有机物中所含基团。(5)质谱法也是分析有机物结构的方法。(6)手性分子和手性碳原子手性分子：分子不能与其镜像重叠者，如 D丙氨酸和 L丙氨酸。手性碳原子：与 4 个不同的原子或原子团相连的碳原子。1 1H 核磁共振谱法的作用是什么？4提示：测定有机物中氢原子的类型和数目。2红外光谱法的作用是什么？提示：判断有机物分子中的基团。3质谱法的作用是什么？提
8、示：测定有机物的相对分子质量。有机物结构的测定方法(1)红外光谱法(IR)作用：初步判断该有机物中具有哪些基团。原理：用红外线照射有机物分子时，分子中的基团发生振动吸收，不同的基团吸收频率不同，在红外光谱图上将处于不同的位置。红外光谱图：横坐标表示波长(或波数)，即吸收峰的位置，纵坐标表示吸收强度。如分子式为C4H8O2的化合物，红外光谱如下图所示：根据谱值可判断官能团的种类，此化合物的结构简式为 (2)1H 核磁共振谱法( 1HNMR)作用：测定有机物分子中等效氢原子(氢原子处于相同的化学环境中)的类型和数目。原理：用电磁波照射氢原子核时，不同化学环境(即其附近的基团)的氢原子通过共振吸收电
9、磁波的频率不同，在 1H 核磁共振谱图上出现的位置也不同，而且吸收峰的面积与氢原子数成正比。 1H 核磁共振谱图：横坐标表示化学位移，即吸收峰的位置，纵坐标表示吸收强度，其中吸收峰数目氢原子种类，吸收峰面积比氢原子数目比。如分子式为 C2H6O 的两种有机物的 1H 核磁共振谱图如下：5分析谱图知，图 1 只有一组峰，只有一种氢原子，则结构简式为 CH3OCH3；图 2 有三组峰，有三种氢原子，则结构简式为 CH3CH2OH。(3)质谱法作用：测定有机物分子的相对分子质量。原理：用高能电子流轰击样品，使分子失去电子变成带正电荷的碎片，在磁场的作用下，由于碎片的相对质量不同，它们到达检测器的时间
10、也先后不同，其结果被记录为质谱图。质谱图：横坐标表示碎片的质荷比，纵坐标表示碎片的相对丰度，峰上的数据表示碎片的相对质量。分子离子的相对质量越大，质荷比就越大，到达检测器需要的时间就越长，因此质谱图中最右边的峰表示的就是样品的相对分子质量。如下图所示，甲苯的相对分子质量为 92。1下图是某有机物的 1H 核磁共振谱图，则该有机物可能是( )ACH 3CH2OH BCH 3CH2CH2OH6CCH 3OCH3 DCH 3CHO解析：选 C 从谱图看，只存在一个峰，C 项中两个甲基上的 6 个氢是等效的，符合。A 项峰应为 321；B 项峰为 3221；D 项峰为 31。2(2016东阳中学期末考
11、试)下列说法中正确的是( )A 在核磁共振氢谱中有 7 个吸收峰B红外光谱图只能确定有机物中所含官能团的种类和数目C质谱法不能用于分子量的测定D核磁共振氢谱、红外光谱和质谱都可用于分析有机物结构解析：选 D 此有机物有 3 种不同的氢原子，有 3 个峰，故 A 错误；红外光谱图确定有机物官能团的种类和化学键，故 B 错误；质谱法中质荷比最大值为该有机物的相对分子质量，故 C 错误；核磁共振氢谱确定氢原子的种类和个数比，红外光谱图确定有机物官能团的种类和化学键，质谱法中质荷比最大值为该有机物的相对分子质量，故 D 正确。3下列分子中指定的碳原子(用*标记)不属于手性碳原子的是( )A苹果酸 B丙
12、氨酸 C葡萄糖 D甘油醛 解析：选 A 手性碳原子的特点是其所连接的四个原子或原子团各不相同。A 项中的碳原子连接两个氢原子，不是手性碳原子。有 机 化 学 反 应 的 研 究1甲烷与氯气取代反应的反应机理7(1)反应机理：Error!其中 Cl2、CH 4为反应物，Cl、CH 3为自由基，HCl、CH 3Cl 为生成物。(2)反应产物：共有 CH3Cl、CH 2Cl2、CHCl 3、CCl 4和 HCl 五种。2同位素示踪法研究酯的水解反应(1)方法：将乙酸与酯与 H O 在 H2SO4催化下加热水解，检测 18O 的分布情况，判断酯218水解时的断键情况。(2)反应机理：由此可以判断，酯在
13、水解过程中断开的是酯中的键，水中的 18OH 连接在键上形成羧酸。1某一元醇 C2H6O 中氧为 18O，它与乙酸反应生成的酯的相对分子质量为( )A86 B88 C90 D92解析：选 C 酯化反应的机理为酸脱羟基，醇脱氢，故醇中的 18O 应在乙酸乙酯中，化学式为 CH3CO18OCH2CH3，其中两个氧原子的相对原子质量不同，一个为 16，一个为 18。 2CH 4与 Cl2反应的机理是Cl 2 ClCl 光 ClCH 4 CH 3HClCH 3Cl 2 ClCH 3Cl则下列说法正确的是( )A可以得到纯净的 CH3ClB产物中最多的是 HClC该反应需一直光照D产物中 CH3Cl、C
14、H 2Cl2、CHCl 3、CCl 4物质的量相等解析：选 B 由反应机理知，Cl 与烃中的氢原子结合生成 HCl，故产物中有机物除 CH3Cl 外还有 CH2Cl2、CHCl 3、CCl 4，物质的量无法确定，最多产物为 HCl。故 A、D 项错误，B 项正确。由反应机理知 CH4Cl 2 CH3ClHCl，Cl 起催化作用 ，故一旦 Cl 光照下产生Cl，反应即可进行完全，C 项错误。三级训练节节过关 81TBC 是优良的增塑剂，具有很好的相容性，且挥发性小、耐寒、耐光及耐水等，广泛用于医学卫生用品，它的一种标准谱图如下，该谱图属于( )A核磁共振氢谱 B红外光谱C质谱 D色谱解析：选 B
15、 本题要理清各种图的特征及作用。红外光谱是可获得有机物中所含的化学键和官能团(横坐标是指波长/m)；核磁共振谱是推知有机物分子中不同类型的氢原子及它们的数目(横坐标是化学位移 )；质谱图可精确测定相对分子质量(横坐标是指质荷比)。色谱法是用来分离、提纯有机物，不是一种谱图。2Fe(C 5H5)2的结构为 ，其中氢原子的化学环境完全相同，但早期人们却错误地认为它的结构为 。核磁共振法能够区分这两种结构。在核磁共振氢谱中，正确的结构与错误的结构核磁共振氢谱的峰分别为( )A5,5 B3,5C5,1 D1,3解析：选 D 错误的结构中有 3 种氢，而正确的结构中只有一种氢。3若乙酸分子中的氧都是 1
16、8O，乙醇分子中的氧都是 16O，二者在浓硫酸作用下加热发生反应，一段时间后，分子中含有 18O 的物质有( )A1 种 B2 种C3 种 D4 种解析：选 C 由 CH3C18O18OHH 16OC2H5 CH3C18O16OC2H5H O 故生成的酯、水中 浓 硫 酸 218均含有 18O，此反应为可逆反应，乙酸本身也含有 18O。4为测定某有机物的结构，用核磁共振仪处理后得到如图所示的核磁共振氢谱，则该有机物可能是( )9AC 2H5OH CCH 3CH2CH2COOH 解析：选 A 由图可知，该分子中有 3 种氢原子。A 项，乙醇分子中有 3 种氢原子，正确；B 项，连在相同碳原子上的
17、甲基上的氢原子相同，所以有 2 种氢原子，错误；C 项，有4 种氢原子，错误；D 项，该分子高度对称，有 2 种氢原子，错误。5某有机物 X 由 C、H、O 三种元素组成，它的红外吸收光谱表明有羟基 OH 键、CO 键的烃基上 CH 键的红外吸收峰。X 的核磁共振氢谱有四个峰，峰面积之比是4112(其中羟基氢原子数为 3)，X 的相对分子质量为 92，试写出 X 的结构简式：_。解析：由红外吸收光谱判断 X 应属于含有羟基的化合物。由核磁共振氢谱判断 X 分子中有四种不同类型的氢原子，若羟基氢原子数为 3(两种类型氢原子)，则烃基氢原子数为5 且有两种类型。由相对分子质量减去已知原子的相对原子
18、质量就可求出碳原子的个数：3。故分子式为 C3H8O3。羟基氢原子有两种类型，判断三个羟基应分别连92 317 512在三个碳原子上，推知结构简式为答案： 1利用红外光谱对有机化合物分子进行测试并记录，可初步判断该有机物分子拥有的( )A同分异构体数 B原子个数C基团种类 D共价键种类解析：选 C 红外光谱法可用于判断基团种类。2要证明有机物中是否存在卤素，最方便的方法是( )A钠融法 B铜丝燃烧法C核磁共振法 D红外光谱法10解析：选 B A、B 均能确定有机物中是否含有卤素，相比钠融法，铜丝燃烧法更方便。3下列实验式中，没有相对分子质量也可以确定分子式的是( )ACH 3 BCH 2CCH
19、 DC 2H3解析：选 A 实验式的整数倍即可得分子式。A 项，实验式若为 CH3，根据价键理论则其分子式只能是 C2H6，正确；B 项，实验式若为 CH2，则烯烃的实验式均为 CH2，没有相对分子质量无法确定分子式，错误；C 项，苯、乙炔的实验式均为 CH，无法确定，错误；D项，实验式为 C2H3的分子式可以是 C4H6、C 8H12等，错误。4(2016杭州期末考试)下列化合物中，核磁共振氢谱只出现两组峰且峰面积之比为31 的是( )A BC. D解析：选 C A 项，该有机物含有 3 类氢原子，出现三组峰，错误；B 项，该有机物含有 2 类氢原子，出现 2 组峰，其峰面积之比为 32，错
20、误；C 项，该有机物含有 2 类氢原子，出现 2 组峰，其峰面积之比为 31，正确；D 项，该有机物含有 2 类氢原子，出现 2组峰，其峰面积之比为 32，错误。52.9 g 烃 A 在足量 O2中燃烧生成 0.2 mol CO2，且其 1H 核磁共振谱图中含有两类峰，其面积之比为 23，则该有机物的结构简式为( )ACH 3CH3 BCH 3CH2CH2CH3C DCH 3CH2CH3解析：选 B 由烃的质量和 CO2的质量求出含氢的质量，确定出 n(C) n(H)25，且 1H 核磁共振谱图中的峰面积之比为 23，只有 B 符合。6下列化合物的 1HNMR 谱图中吸收峰数目正确的是( )ACH 3CH2CH2CH3(3 个)B (4 个)CCH 2=CHCH2CH3(2 个)
