【教育资料】2018山东科技版化学高考第一轮复习——有机化合物结构的测定学习精品.pdf

教育资源 教育资源 年 级 高三 学 科 化学 版 本 山东科技版 内容标题 高三第一轮复习：化学选修 5 第三章 第二节【本讲教育信息】一.教学内容：高考第一轮复习化学选修 5 第三章 有机合成及其应用 合成高分子化合物 第二节 有机化合物结构的测定 1、有机化合物结构测定的一般步骤和程序。2、根据有机化合物的元素含量、相对分子质量确定有机物的分子式。3、确定有机物结构的化学方法和某些物理方法。二.教学目的：1、了解有机化合物结构测定的一般步骤和程序。2、能根据有机化合物的元素含量、相对分子质量确定有机物的分子式。3、了解确定有机物结构的化学方法和某些物理方法。三.重点和难点：1、根据有机化合物的元素含量、相对分子质量确定有机物的分子式。2、确定有机物结构的化学方法和某些物理方法。四.考点分析：本节内容在高考中的主要考查点是：1、根据有机化合物的元素含量、相对分子质量确定有机物的分子式。2、确定有机物结构的化学方法和某些物理方法。五.知识要点：1、用化学方法鉴定有机物分子的元素组成，以及分子内各元素原子的_，这就是元素的_、_分析。元素定量分析的原理是将一定量的有机物_，分解为简单的_，并作_测定，通过无机物的_推算出组成该有机物元素原子的_，然后计算出该有机物分子所含元素原子最简单的_，即确定其_。2、元素分析只能确定组成分子的各原子最简单的_。有了_，还必须知道未知物的_，才能确定它的分子式。目前有许多测定相对分子质量的方法，_是最精确、快捷的方法。3、质谱法是近代发展起来的快速、微量、精确测定相对分子质量的方法。它用高能_等轰击样品分子，使该分子失去电子变成带正电荷的_和_。_、_各自具有不同的_，它们在_的作用下到达检测器的时间将因_的不同而先后有别，其结果被记录为_。4、一般来说，有机物完全燃烧后，各元素的对应产物为：C_，H_，Cl_。某有机物完全燃烧后若产物只有_和_，其组成元素可能为_或_。欲判定该有机物中是否含有氧元素，首先应求出产物_中_的质量及OH2中_的质量，然后将_的质量之和与原_质量比较，若两者_，则原有机物的组成中不含_；否则，原有机物的组成中含_。5、分子式为OHC62的有机物的结构应有_种，分别为_，_。6、鉴定有机物结构的方法有_方法和_方法。_方法以_的特征反应为基础，鉴定出_，还要制备它的衍生物以进一步确教育资源 教育资源 认该未知物。当化合物结构比较复杂时，往往要耗费大量的时间。物理方法具有_、_、_、_等特点。与鉴定有机物结构有关的物理方法有_、_、_、_等。7、在有机物分子中，组成_或_的原子处于不断振动的状态，其_与_的振动频率相当。所以，当用红外线照射有机物分子时，分子中的_或_可发生振动_，不同的化学键或官能团_频率不同，在_上将处于不同的位置，从而可以获得分子中含有何种_或_的信息。8、氢原子核具有_，如用_照射氢原子核，它能通过共振_电磁波能量，发生_。用_可以记录到有关信号，处在不同化学环境中的氢原子因产生共振时_的频率不同，在谱图上_也不同，且_的面积与_成正比。因此，从核磁共振氢谱图上可以推知该有机物分子有几种_的氢原子及它们_。9、研究有机物的一般步骤 （1）用_、_、_等方法对有机物进行_、_；（2）对纯净的有机物进行_分析，确定_；（3）可用_测定相对分子质量，确定_；（4）可用_、_确定有机物中的_和各类_的数目，确定_。六.注意：（一）1、实验式 实验式是表示化合物分子式所含各元素的原子数目最简单整数比的式子。求化合物的实验式即是求该化合物分子中各元素原子的数目（N）之比。2、测定有机物结构的基本思路 首先要判断有机物中所含元素的种类，然后依据题目所给条件确定有机物分子中各元素的原子数目，从而得到分子式，最后由有机物的性质分析判断其结构式。3、确定分子式的基本途径 4、确定有机化合物分子式的方法 （1）直接法 a.若题目给出元素的质量分数、相对密度等，可先求最简式，再根据相对分子质量确定分子式；也可先求相对分子质量，再确定分子中各元素的原子个数，求出分子式。b.若题目给出燃烧产物的质量，可通过烃燃烧通式，或体积差量法求出分子式。（2）实验方法，实验式为baHC，则分子式为：ba12Mn,)HC(rnba（rM为相对分子质量）。（3）商余法：a.用烃的相对分子质量除以 14，视商和余数确定分子式：b.用烃的相对分子质量除以 12，视商和余数确定分子式，若yx12Mr，则分子式为：yxHC。对于烃的衍生物，先用相对分子质量减去氧原子总的相对原子质量，剩余的相对分子质量仍按上述方法进行。教育资源 教育资源 （4）增减法：同理，增加一个氧原子必减少一个4CH。（5）平均分子式法：当烃为混合物时，先求出平均分子式，再利用平均分子式，确定各种可能的混合烃的分子式。（6）不定式法、最值讨论法。（7）通式法（二）1、确定有机化合物结构式的程序 2、有机化合物分子不饱和度的计算 计算公式：分子的不饱和度)H(n)C(n,2)H(n1)C(n、分别为碳原子数、氢原子数。若有氯原子视为氢原子，若含有氧原子不予考虑。若含有氮原子，就在氢原子总数中减去氮原子数。如：256NOHC其不饱和度为：52)15(16。3、确定有机化合物的官能团 （1）不饱和键数目的确定 一分子有机物加成一分子2H（或2Br），含有一个双键；加成两分子2H（或2Br），含有一个三键或两个双键；加成三分子2H含有三个双键或一个苯环；（2）符合一定碳氢比（物质的量比）的有机物 1:1)H(N:)C(N的有乙炔，苯、苯乙烯、苯酚等。2:1)H(N:)C(N的有甲醛、乙酸、甲酸甲酯、葡萄糖、果糖、单烯烃等。4:1)H(N:)C(N的有甲烷、甲醇、尿素等。（3）有特殊性质的有机物 a.含氢量最高的：4CH；b.一定质量的有机物燃烧，耗2O量最大的：4CH；c.完全燃烧时生成等物质的量的2CO和OH2的：烯烃、环烷烃、饱和一元醛、酸、酯；（符合通式xn2nOHC的物质，x0，1，2）d.使3FeCl溶液显特殊颜色的：酚类化合物；e.能水解的：酯、卤代烃、糖类（单糖除外）、肽类（包括蛋白质）；f.含有羟基的：醇、酚、羧酸、糖类（能发生酯化反应，有些可与 Na 作用生成2H）；g.能与3NaHCO作用生成2CO的：羧酸类；h.能与 NaOH 发生中和反应的：羧酸和酚类等。（4）确定结构式的方法 通过价键规律确定：某些有机物根据价键规律只存在一种结构，则直接可由分子式确定其结构式。例如62HC，根据价键规律，只有一种结构：33CHCH；又如OCH4，根据价键规律，只有一种结构：OHCH3。通过定性或定量实验确定：当一个分子式可能代表两种或两种以上具有不同结构的物质时，可利用该物质的特殊性质，通过定性或定量实验来确定其结构式。（三）1、有机物燃烧的规律 （1）烃完全燃烧前后气体体积的变化 燃烧后温度高于 100时，水为气态：a.4y 时，0V，体积不变。b.4y 时，0V，体积增大。c.4y 时，0V，体积减小。教育资源 教育资源 燃烧后温度低于 100，水为液态：4y1VVV后前，体积总是减小。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数有关，而与烃分子的碳原子数无关。（2）烃类完全燃烧时所耗氧气量的规律。完全燃烧时的通式：相同条件下等物质的量的烃完全燃烧时，4yx 值越大，耗2O量越多。质量相同的有机物，其含氢百分率（或xy值）越大，则耗2O量越多。1 mol 有机物每增加一个2CH，耗2O量多 1.5mol。1 mol 含相同碳原子的烷烃、烯烃、炔烃耗2O量依次减少 0.5 mol。质量相同的烃yx,HCyx越大，则生成的2CO越多；若两种烃的yx相等，质量相同，则生成的2CO和OH2均相等。（3）烃的含氧衍生物完全燃烧的化学方程式为：)g(OHCzyx燃烧规律如下：z24y时，燃烧后气体体积增大（100以上，下同）；z24y时，燃烧前后气体体积不变；z24y时，燃烧后气体体积减小（不合理）。若0z，即为烃燃烧的规律。（4）碳的质量百分含量 w（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2CO的量总是一个定值。（5）不同的有机物完全燃烧时，若生成的2CO和OH2的物质的量之比相同，则它们分子中 C 原子与 H 原子的原子个数比也相同。（6）含碳量高低与燃烧现象的关系。含碳量越高，燃烧现象越明显，表现在火焰越明亮，黑烟越浓，如6622HCHC、（92.3%），87HC（91%）燃烧时火焰明亮，伴随大量浓烟；而含碳量越低，燃烧现象越不明显，往往火焰不明亮，无黑烟，如4CH（75%）就是如此，对于42HC及其他单烯烃（均为 85.7%），燃烧时火焰较明亮，并有少量黑烟。实际上在含碳原子数较少的烷、烯、炔、苯及其同系物的鉴别中应用燃烧来区别是一种简单而又行之有效的方法。2、判断混合烃组成规律 （1）当烃为混合物时，一般是设平均分子式，结合反应式和体积求出平均组成，利用平均值的含义确定各种可能混合烃的分子式。有时也利用平均分子量来确定可能的组成。此时，采用十字交叉法计算较为简捷。（2）两混合烃，若其平均分子量小于或等于 26，则该烃中必含甲烷。（3）两混合气态烃，充分燃烧后，生成2CO气体的体积小于 2 倍原混合烃的体积，则原混合烃中必含4CH；若生成水的物质的量小于 2 倍原混合烃的量，则必含22HC。（4）气体混合烃与足量的氧气充分燃烧后，若总体积保持不变，则原混合烃中的氢原子平均数为 4；若体积扩大，氢原子平均数大于 4；若体积缩小，氢原子平均数小于 4，即必含22HC（温度在 100以上）。3、有机物分子组成通式及其应用 （1）常见有机物的组成通式 教育资源 教育资源 烷烃：)1n(HC2n2n 烯烃：)2n(HCn2n 炔烃：)2n(HC2n2n 苯及苯的同系物：)6n(HC6n2n 饱和一元醇：OHC2n2n 饱和一元醛：OHCn2n 饱和一元羧酸或酯：2n2nOHC（2）有机物分子组成通式的应用 规律一：最简式相同的有机物，无论多少种，以何种比例混合，混合物中元素质量比例相同。要注意的是：含有 n 个碳原子的饱和一元醛与含有 2n 个碳原子的饱和一元羧酸和酯具有相同的最简式。含有 n 个碳原子的炔烃与含有 3n 个碳原子的苯及其同系物有相同的最简式。规律二：具有相同的相对分子质量的有机物为：含有 n 个碳原子的醇与含（n1）个碳原子的同类型羧酸和酯。含有 n 个碳原子的烷烃与含（n1）个碳原子的饱和一元醛。此规律适用于同分异构体的推断。规律三：由相对分子质量求有机物的分子式（设烃的相对分子质量为 M）12M得整数商和余数，商为可能的最大碳原子数，余数为量小的氢原子数。（四）1、红外光谱的应用原理 在有机物分子中，组成化学键或官能团的原子处于不断振动的状态，其振动频率与红外光的振动频率相当。所以，当用红外线照射有机物时，分子中的化学键或官能团可发生振动吸收，不同的化学键或官能团吸收频率不同，在红外光谱图上将处于不同的位置，从而可以获得分子中含有何种化学键或官能团的信息。2、核磁共振氢谱的应用原理 氢原子核具有磁性，如用电磁波照射氢原子核，它能通过共振吸收电磁波能量，发生跃迁。用核磁共振仪可以记录到有关信号，处于不同化学环境中的氢原子因产生共振时吸收的频率不同，在谱图上出现的位置也不同，且吸收峰的面积与氢原子数成正比。因此，从核磁共振氢谱图上可以推知该有机物分子有几种不同类型的氢原子及它们的数目。3、对有机物而言，不仅涉及到物质的分子式，而且常常确定物质的结构式，要确定其结构式，一般遵循“求式三步曲”。下图较全面地归纳了有机物分子式和结构式的确定方法。【典型例题】例 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。分析：实验式是表示化合物分子所含各元素的原子数目最简整数比的式子，求化合物的实验式，即是求该化合物分子式中各元素原子的数目（n）之比。（1）3:11%20:12%80)H(n:)C(n 该化合物的实验式是3CH。（2）设该化合物分子中含有 n 个3CH，则21530)CH(M)A(Mn3rr，该化合物的分子式是62HC。教育资源 教育资源 答案：该碳氢化合物的实验式是3CH，分子式是62HC。例 2.0.60g 某饱和一元醇 A，与足量的金属钠反应，生成氢气 112mL（标准状况）。求该饱和一元醇的分子式。分析：饱和一元醇的通式为OHHC1n2n，该一元醇的摩尔质量为 M（A）。该一元醇的相对分子质量是 60。参加反应的醇的质量与生成2H的体积成正比。根据该一元醇的通式，有下列等式：3n,601161n2n12。答案：该饱和一元醇的分子式是OHC83。例 3.某有机物的蒸气密度是空气的 3.04 倍，该有机物 2.2g 燃烧后得到 1.8g 水和 2.24L（标况）2CO，求该有机物的分子式。如果该有机物能发生银镜反应，并能水解生成醇和酸，试确定它的结构式。分析：第一步：求相对分子质量 第二步：求分子式 解法一（实验式法）实验式为OHC42 则88)OHC(Mn42r，即：88n44，2n，分子式为284OHC 解法二（质量分数法）1 mol 有机物分子中（利用已得数据）有机物的分子式为284OHC 第三步：确定结构式 能发生银镜反应的酯的同分异构体：答案：例 4.互为同分异构体的烃的含氧衍生物 A 和 B，分子中都有一个苯环。它们的蒸气对2H的相对密度为 54，完全燃烧 10.8g A，需要2Omol85.0，生成的2CO、水蒸气在同温同压下的体积比为 7：4，将燃烧产物通入浓42SOH中，浓42SOH的质量增加 7.2g，又知 A 与3HNO以等物质的量发生酯化反应，B 不能；B 与硝酸发生取代反应，且能使3FeCl溶液显色，A 不能，试推断 A、B 各是什么物质，并写出 B 的所有可能的结构简式。分析：A 的相对分子质量108254，设 A 的分子式为zyxOHC。教育资源 教育资源 182.7:2y1088.10:14:72y:x85.0:2z4yx1088.10:1 解得1z,8y,7x 所以 A 的分子式为OHC87。由题意知 A 是含苯环的一元醇，则 A 的结构简式是。根据 B 的性质说明 B 是甲基苯酚（酚类物质遇3Fe时均可显色），其可能的结构简式有：邻甲基苯酚 间甲基苯酚 对甲基苯酚 答案：A 是苯甲醇 B 是甲基苯酚，其所有可能的同分异构体为：例 5.某有机物由 C、H、O 三种元素组成，它的红外吸收光谱表明有羟基 OH 键和烃基上 CH 键的红外吸收峰，且烃基与羟基上氢原子个数之比为 2：1，它们的相对分子质量为 62，试写出该有机物的结构简式。分析：通过红外光谱和核磁共振氢谱确定有OH 和烃基上的 CH，n（烃基氢）：n（羟基氢）为 2：1，则xx2)OH()CH(相对分子质量为 62，所以2x62x17x14，所以分子式为262OHC，结构简式为。答案：例 6.有机物 A 的蒸气的质量是相同状况下同体积乙醇蒸气的 2 倍。1.38gA 完全燃烧后，若将燃烧的产物通过碱石灰，碱石灰的质量会增加 3.06g；若将燃烧产物通过浓42SOH，浓硫酸的质量增加 1.08g；取 4.6gA 与足量钠反应，生成的气体在标准状况下的体积为 1.68L；A 不与纯碱反应。试通过计算确定 A 的分子式和结构简式。分析：A 的相对分子质量92246)A(Mr 水的质量g08.1)OH(m2 2CO的质量g98.1g08.1g06.3)CO(m2 氢的质量g12.0182g08.1)H(m 教育资源 教育资源 碳的质量g54.04412g98.1)C(m 因g38.1g66.0g54.0g12.0)C(m)H(m 所以，该有机物还含有 O，其质量为g72.0g66.0g38.1)O(m。因此该有机物分子中各元素原子数目为：该有机物的分子式为383OHC。)m o l05.0(g6.4A 中取代的 H 的物质的量为mol15.02molL4.22L68.11，可见，1 个 A分子中含有 3 个羟基，结构简式为：。答案：A 的分子式为383OHC，结构简式为