1、第二单元 科学家怎样研究有机物,专题1 认识有机化合物,学习目标定位 1.知道有机化合物组成的研究方法，学会如何确定最简式。 2.知道有机化合物结构的研究方法及李比希提出的“基团理论”。 3.知道研究有机反应机理的基本方法和有机化学反应的研究内容。,新知导学,达标检测,内容索引,新知导学,1.鉴定有机物中含有哪些元素(定性分析) (1)将某有机物在O2中充分燃烧后，各元素对应的燃烧产物：C ；H ；N ；S 。 (2)若将有机物完全燃烧，生成物只有H2O(使无水CuSO4变蓝)和CO2(使澄清石灰水变浑浊)，则该有机物中一定含有的元素是 ，可能含有的元素是 。,一、有机化合物组成的研究,CO2
2、,H2O,N2,SO2,C、H,O,(3)如何判断是否含氧元素？,答案 可先求出产物CO2和H2O中C、H两元素的质量和，再与有机物的质量比较，若两者相等，则说明原有机物中不含氧元素，否则有机物中含氧元素。,(4)其他元素也可用不同的实验方法分别测定，如用 法可确定有机物中是否存在氮、 、 、硫等元素，用 法可定性确定有机物中是否存在卤素。用红热的铜丝蘸上试样灼烧时，若含有卤素则火焰为绿色。,铜丝燃烧,氯,钠融,溴,2.确定有机物中各元素的质量分数(李比希定量分析) (1)先用红热的 作氧化剂，将仅含C、H、O元素的有机物氧化，然后分别用高氯酸镁和烧碱石棉剂吸收生成的 和 。 李比希法模拟测量
3、装置图如图所示：,CuO,水,二氧化碳,(2)根据吸收前后吸收剂的质量变化即可算出反应生成的 和_ 的质量，从而确定有机物中 和 的质量，剩余则为_的质量。 (3)最后计算确定有机物分子中各元素的质量分数，由此确定最简式。,水,二氧化碳,氢元素,碳元素,氧元素,3.有机物分子式的确定方法 (1)实验测得某碳氢化合物A中，含碳80%，含氢20%，求该化合物的实验式_。又测得该化合物的相对分子质量是30，求该化合物的分子式_。,CH3,C2H6,答案,解析,设化合物A分子中含有n个CH3，,方法二：化合物A分子式中各元素原子的数目：,化合物A的分子式是C2H6。,(2)燃烧某有机物A 1.50 g
4、，生成1.12 L(标准状况)CO2和0.05 mol H2O。该有机物的蒸气对空气的相对密度是1.04，求该有机物的分子式_。,CH2O,答案,解析,解析 有机物的相对分子质量是1.042930,有机物的分子式为CH2O。,(3)某有机化合物仅由碳、氢、氧三种元素组成，经测定其相对分子质量为90。取该有机物样品1.8 g，在纯氧中完全燃烧，将产物先后通过浓硫酸和碱石灰，两者分别增重1.08 g和2.64 g。试求该有机物的分子式_。,C3H6O3,答案,解析,解析 设有机物的分子式为CxHyOz,90 g 44x g 9y g 1.8 g 2.64 g 1.08 g,90 g1.8 g44x
5、 g2.64 g x3 90 g1.8 g9y g1.08 g y6,有机物的分子式为C3H6O3。,4.仪器分析法 人们常借助元素分析仪来确定有机物的组成。优点是 、 、同时对多种元素进行分析等，若与计算机连接还可进行数据存储和统计分析，并可生成各种形式的分析报告。,自动化程度高,所需样品量小,分析速度快,有机物分子式的确定方法,(2)直接法：根据有机物各元素的质量分数和有机物的摩尔质量(相对分子质量)直接求出1 mol有机物中各元素原子的物质的量。 (3)方程式法：根据有机物的燃烧通式及消耗O2的量(或生成产物的量)，通过计算确定出有机物的分子式。,例1 某化合物6.4 g在氧气中完全燃烧
6、，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12 C.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,答案,解析,解析 由题中数据可知n(CO2)为0.2 mol，n(H2O)为0.4 mol，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 mol，该化合物最简式可表示为CH4O。,有机物中氧元素的测定通常是根据有机物中其他元素的质量或质量分数与总体进行比较，然后判断是否含有氧元素，若各质量分数之和为1或各元素质量之和与试样质量相等则无氧；若质量不等或质量分
7、数之和小于1则含有氧。,方法点拨,例2 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. B. C. D.,答案,解析,解析 n(CO2)n(H2O)11，则n(C)n(H)12，CO2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。,二、有机化合物结构的研究,1.李比希基团理论 (1)在有机化合物分子中，原子主要通过 结合在一起。原子之间_ _或 的不同导致了所形成物质在性质上的差异。 (2)183
8、8年，李比希提出了“基”的定义：有机化学中的“基”是一系列化合物中不变的部分；“基”在化合物中可被某种元素的单个原子所置换；置换“基”的基团，可以被其他基团所取代。在有机化学发展的历史进程中，基团理论对有机化学的发展起到了巨大的推动作用。人们在研究有机化合物时首先研究其所具有的基团，如 等(写出常见的基团名称)。,共价键,结,合方式,连接顺序,羟基、醛基、,羧基、氨基、烃基,2.现代化学测定有机化合物结构的方法 (1)阅读下列材料，回答问题： 红外光谱(infrared spectroscopy)中不同频率的吸收峰反映的是有机物分子中不同的化学键或官能团的吸收频率，因此从红外光谱可以获得有机物
9、分子中含有何种化学键或官能团的信息。 核磁共振氢谱(nuclear magnetic resonance spectra)中有多少个峰，有机物分子中就有多少种处在不同化学环境中的氢原子；峰的面积比就是对应的处于不同化学环境的氢原子的数目比。,红外光谱在确定有机物分子结构中的作用是 。 核磁共振氢谱在确定有机物分子结构中的作用是 。,推知有机物分子含有的,化学键或官能团,推知有机物分子有,几种不同类型的氢原子及各自的数目,分析乙醇和甲醚的核磁共振氢谱，填写下表：,氢原子类型吸收峰数目3； 不同氢原子的个数之比不同吸收峰的面积之比213,氢原子类型吸收峰数目1； 只有一种类型的氢原子,测定有机物的
10、组成和结构的现代分析方法还有 和 等，质谱法测定有机物的相对分子质量。,原理：用高能电子流等轰击样品分子，使该分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子。分子离子和碎片离子各自具有不同的 ，它们在磁场的作用下到达检测器的时间将因质量不同而先后有别，其结果被记录为质谱图。,质谱法,紫外光谱法,相对质量,质荷比：指分子离子、碎片离子的相对质量与其电荷的比值。质谱图中，质荷比的就表示了样品分子的相对分子质量。 例如，由右图可知，样品分子的相对分子质量为 。,最大值,46,46,(2)根据题给条件，确定有机物的结构： 烃A分子式为C3H6且能使溴的四氯化碳溶液褪色，其结构简式为。 实验测得某醇1 m
11、ol与足量钠反应可得1 mol气体，该醇分子中含羟基的个数是 。 烃B的分子式为C8H18，其一氯代烃只有一种，其结构简式是。,CH3CH=CH2,2,化学式为C2H8N2的有机物经实验测定知，其分子中有一个氮原子不与氢原子相连，则确定其结构简式为 。 (3)手性分子 手性碳原子是指 相连的碳原子。 手性分子指含有手性碳原子的有机物分子。,与4个不同的原子或原子团,有机物分子结构的确定方法 (1)物理方法 红外光谱法：初步判断有机物中含有的 或 。 核磁共振氢谱：测定有机物分子中氢原子的 和 。吸收峰数目 ，不同吸收峰面积之比 。 质谱法可以测定有机物的 ，在质谱图中，最大的质荷比就是有机物的
12、 。根据 和最简式可以确定有机物的分子式。,官能团,化学键,类型,数目,氢原子的类型,不同氢原子个数之比,相对分子质量,相对分子质量,相对分子质量,(2)化学方法 根据价键规律，某些有机物只存在一种结构，可直接由分子式确定结构。 官能团的特征反应定性实验确定有机物中可能存在的官能团。 通过定量实验，确定有机物中的官能团及其数目。,例3 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：_。,答案,解析,解析 由红外吸收光谱判断
13、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质量就可求出碳原子的个数：,子式为C3H8O3。羟基氢原子有两种类型，判断三个羟基应分别连在三个碳原子上，推知结构简式为,。,吸收峰的数目为氢原子的种类而不是数目；峰面积之比为不同氢原子个数之比。如在 中核磁共振氢谱图有三个峰，其峰面积之比为323。,方法点拨,例4 未知物A的实验式和分子式都是C2H6O。A的红外光谱图如图(a)，未知物A的核磁共振氢谱如图(b)有三个峰，峰面积之比是123。则未知物A的结构简式为
14、_。,CH3CH2OH,答案,解析,解析 乙醇的结构简式为CH3CH2OH，乙醇分子中存在三种不同化学环境的H。 因此，在核磁共振氢谱图中就会出现三个峰，峰面积之比为不同氢原子的个数之比。另外红外光谱图中有OH，而甲醚的结构式为 ，其中6个H处于相同的化学环境，因此在核磁共振氢谱图上将只出现一个峰。,1.根据已学知识，回答下列问题： (1)甲烷通入溴的四氯化碳溶液中不能使其褪色，但是甲烷在光照条件下可与溴蒸气反应，反应的化学方程式是 。,三、有机反应机理的研究,(2)乙烯通入溴的四氯化碳溶液中的现象是 ，反应的化学方程式是 。 (3)上述(1)、(2)反应的反应类型分别是 、 。,溴的四氯化碳
15、溶液褪色,CH2=CH2Br2CH2BrCH2Br,取代反应,加成反应,2.甲烷取代反应的反应机理 为了探究甲烷取代反应的反应机理，人们借助核磁共振仪和红外光谱仪对该反应过程进行研究，记录到 Cl的核磁共振谱线和 CH3等基团的存在。于是认识到CH4与Cl2的反应机理为 。具体过程为、 、 ,自由基型链反应, ClCH4HCl CH3, CH3Cl2,CH3Cl Cl,3.乙酸在浓硫酸存在条件下可与乙醇发生 反应，生成具有香味的酯类 化合物，方程式为 ， 在这个反应中，酸失去的 与醇中 上的氢原子生成水，羰基的碳原子与醇中的氧原子形成共价键生成酯。,CH3COOHC2H5OH,CH3COOC2
16、H5H2O,酯化,羟基,羟基,4.乙酸乙酯水解的反应机理 将乙酸乙酯与 混合后加入硫酸作催化剂，在加热条件下，反应一段时间后检测到存在18O的物质有两种：一种是 ，另一种是 。于是判断酯水解时断裂的是 键，在_ _上加上羟基，在 原子上加上氢。明确了酯水解的反应机理，反过来也认识到了酯化反应的反应机理，即酸脱 醇脱 。,键上的CO,键的,碳原子,羟基,氢,氧,研究有机反应机理的方法 (1)反应中间体测定法甲烷的取代反应。 (2)同位素示踪法乙酸乙酯的水解。,例5 已知CH4与Cl2反应的产物中除CH3Cl外，还有CH2Cl2、CHCl3、CCl4。下列关于生成CH2Cl2的过程中，可能出现的是
17、,答案,例6 将1 mol乙酸(其中的羟基氧用18O标记)在浓硫酸存在下并加热与足量乙醇充分反应，下列叙述不正确的是 A.生成的乙酸乙酯中含有18O B.生成的水分子中含有18O C.可能生成45 g乙酸乙酯 D.不可能生成88 g乙酸乙酯,答案,解析,解析 由酸和醇的酯化反应规律可知，反应产物中水中的氧来自于羧酸；同时酯化反应是一个可逆反应，不能进行完全。,学习小结,有机物结构的确定方法思路,达标检测,1,2,3,4,5,1.有机物A是烃的含氧衍生物，在同温同压下，A蒸气的质量是同体积乙醇蒸气的2倍。1.38 g A完全燃烧后，将燃烧产物通过碱石灰，碱石灰的质量增加3.06 g。若将燃烧后的
18、产物通过浓硫酸，浓硫酸的质量增加1.08 g。试通过计算确定A的分子式。,答案,解析,答案 C3H8O3,6,解析 A蒸气的质量是同体积乙醇蒸气的2倍，即：相同条件下A的密度是乙醇密度的2倍，则A的相对分子质量为46292。,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,2.某气态有机物X含C、H、O三种元素。现欲确定X的分子式，下列条件中所需的最少条件是 X中碳的质量分数 X中氢的质量分数 X在标准状况下的体积 质谱确定X的相对分子质量 X的质量 A. B. C. D.,答案,解析,解析 由可得有机物的实验式，由可知有机物的分子式。,6,1,2,3,4,5,3.设H的质
19、荷比为，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，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,答案,解析,解析 从题图中可看出其右边最高质荷比为16，是H质荷比的16倍，即其相对分子质量为16，为甲烷。,6,1,2,3,4,5,4.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32的是,A. B. C. D.,答案,解析,6,解析 对各选项中氢原子所处环境进行分析判断，得到下表：,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,5.下列分子中含有手性碳原子的是 A.CF2Cl2 B.CH3CH2OH C. D.CH2=CHCOOH,解析,解析 手性碳原子连接四个不同的原子或原子团，据此可知只有C项符合。,答案,6,6.根据研究有机物的步骤和方法，填满下列空格：,70,解析,解析 根据公式MDM(CH4)计算该有机物的相对分子质量等于164.37570。,答案,1,2,3,4,5,6,CH2,C5H10,解析,答案,1,2,3,4,5,6,烯烃,环烷烃,解析,解析 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。,答案,1,2,3,4,5,6,解析,解析 读取该核磁共振氢谱共有4个吸收峰，吸收峰面积之比为1126，则 符合题意。,答案,1,2,3,4,5,6,
