人教版高中化学选修5 有机化学基础 第一章 第四节 研究有机化合物的一般步骤和方法(第2课时).ppt

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1、江西省教育信息技术研究江西省教育信息技术研究“十二五十二五”规规划划20122012年度课题年度课题基于网络的高中化学基于网络的高中化学课件库的建设与应用研究课件库的建设与应用研究（课题编号：（课题编号：GDK-2012-G-72883）主持人：桂耀荣主持人：桂耀荣2023/1/81江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣第一章第一章 认识有机化合物认识有机化合物第四节第四节 研究有机化合物的一般步骤和方法研究有机化合物的一般步骤和方法第第2 2课时课时新课标人教版高中化学课件系列新课标人教版高中化学课件系列选修选修5 5 有机化学基础有机化学基础2023/1/82江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣1.元素分析

2、：元素分析：李比希法李比希法现代元素分析法现代元素分析法元素分析仪元素分析仪三、元素分析与相对分子质量的测定三、元素分析与相对分子质量的测定元素分析与相对分子质量的测定元素分析与相对分子质量的测定2023/1/83江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣德国化学家李比希德国化学家李比希（1803180318731873）化学史话化学史话李比希对有机化合物结构的研究有什么贡献？李比希对有机化合物结构的研究有什么贡献？定量测定有机物中碳和氢元素含量的一种分析方法定量测定有机物中碳和氢元素含量的一种分析方法 将准确称量的样品置于一燃烧管中，再将准确称量的样品置于一燃烧管中，再将其彻底燃烧成二氧化碳和水，用纯的氧

3、气将其彻底燃烧成二氧化碳和水，用纯的氧气流把它们分别赶入烧碱石棉剂（附在石棉上流把它们分别赶入烧碱石棉剂（附在石棉上粉碎的氢氧化钠）及高氯酸镁的吸收管内，粉碎的氢氧化钠）及高氯酸镁的吸收管内，前者将排出的二氧化碳变为碳酸钠，后者吸前者将排出的二氧化碳变为碳酸钠，后者吸收水变为含有结晶水的高氯酸镁，这两个吸收水变为含有结晶水的高氯酸镁，这两个吸收管增重量分别表示生成的二氧化碳和水的收管增重量分别表示生成的二氧化碳和水的重量，由此即可计算样品中的碳和氢的含量。重量，由此即可计算样品中的碳和氢的含量。如果碳与氢的百分含量相加达不到如果碳与氢的百分含量相加达不到100%100%，而，而又检测不出其他元

4、素，则差数就是氧的百分又检测不出其他元素，则差数就是氧的百分含量。本法的特点是碳氢分析在同一样品中含量。本法的特点是碳氢分析在同一样品中进行，且对仪器装置稍加改装后，即能连续进行，且对仪器装置稍加改装后，即能连续检测其他元素。检测其他元素。元素分析与相对分子质量的测定元素分析与相对分子质量的测定2023/1/84江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣“李比希元素分析法李比希元素分析法”的原理：的原理：取定量含取定量含C C、H H（O O）的）的有机物有机物加氧化铜加氧化铜 氧化氧化H2OCO2用无水用无水CaClCaCl2 2吸收吸收用用KOHKOH浓浓溶液吸收溶液吸收得前后得前后质量差质量差得前后得

5、前后质量差质量差计算计算C C、H H含量含量计算计算O含量含量得出实验式得出实验式 将将一定量一定量的有机物燃烧，的有机物燃烧，分解分解为简单的无机物，并作为简单的无机物，并作定量测定定量测定，通过无机物的质量通过无机物的质量推算推算出组成该有机物元素原子的出组成该有机物元素原子的质量分数质量分数，然，然后计算出该有机物分子所含元素后计算出该有机物分子所含元素原子最简单的整数比原子最简单的整数比，即，即确定其确定其实验式实验式（又称为（又称为最简式最简式）。）。元素分析与相对分子质量的测定元素分析与相对分子质量的测定2023/1/85江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣例例1 1、5.8 g5.8

6、g某有机物完全燃烧，生成某有机物完全燃烧，生成COCO2 2 13.2 g,H 13.2 g,H2 2O O 5.4 g 5.4 g。含有哪些元素。含有哪些元素?思考思考：能否直接确定该有机物的分子式能否直接确定该有机物的分子式?实验式和分子式有何区别实验式和分子式有何区别?实验式和分子式的区别实验式和分子式的区别实验式和分子式的区别实验式和分子式的区别;实验式：实验式：实验式：实验式：表示化合物分子中所含元素的原子数目表示化合物分子中所含元素的原子数目表示化合物分子中所含元素的原子数目表示化合物分子中所含元素的原子数目最最最最 简整数比简整数比简整数比简整数比的式子。的式子。的式子。的式子。

7、分子式：分子式：分子式：分子式：表示化合物所含元素的原子种类及数目的式表示化合物所含元素的原子种类及数目的式表示化合物所含元素的原子种类及数目的式表示化合物所含元素的原子种类及数目的式 子子子子,表示物质的表示物质的表示物质的表示物质的真实组成真实组成真实组成真实组成。n(C)n(H)n(O)13.244 5.4218 1.616 0.3：0.6：0.13 6 1 实验式为实验式为 C3H6O元素分析与相对分子质量的测定元素分析与相对分子质量的测定2023/1/86江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣确定有机化合物的分子式的方法：确定有机化合物的分子式的方法：方法一方法一 由物质中各原子（元素）的由物

8、质中各原子（元素）的质量分数质量分数 各原子的各原子的个数比个数比(实验式实验式)由由相对分子质量相对分子质量和实验式和实验式 有机物有机物分子式分子式 方法二方法二 1 mol1 mol物质中各原子（元素）的物质中各原子（元素）的质量除质量除以原子的以原子的摩尔质量摩尔质量 1 mol1 mol物质中的各种原子的物质中的各种原子的物质的量物质的量知道知道一个分子一个分子中各种原子的中各种原子的个数个数 有机物有机物分子式分子式 三、元素分析与相对分子质量的测定三、元素分析与相对分子质量的测定元素分析与相对分子质量的测定元素分析与相对分子质量的测定2023/1/87江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣

9、练习练习某含某含C、H、O三种元素组成的未知有机物三种元素组成的未知有机物A A，经燃烧分析实验测定该未知物中碳的质量分，经燃烧分析实验测定该未知物中碳的质量分数为数为52.16%，氢的质量分数为氢的质量分数为13.14%。（1 1）试求该未知物）试求该未知物A A的实验式（分子中各原子的的实验式（分子中各原子的最简单的整数比）。最简单的整数比）。（2 2）若要确定它的分子式，还需要什么条件？）若要确定它的分子式，还需要什么条件？相对分子质量相对分子质量n(C)n(H)n(O)52.1612 13.141 34.716 2 6 1 实验式为实验式为 C2H6O元素分析与相对分子质量的测定元素分

10、析与相对分子质量的测定2023/1/88江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣例例2 2、实验测得某碳氢化合物、实验测得某碳氢化合物A A中，含碳中，含碳80%80%、含氢、含氢 20%20%，求该化合物的实验式。又测得该化合物的相，求该化合物的实验式。又测得该化合物的相对分子质量是对分子质量是3030，求该化合物的分子式。，求该化合物的分子式。解法一解法一解法二解法二 n(C)n(H)8012 2011 3 该化合物的实验式：该化合物的实验式：CH3设分子式为设分子式为(CH3)n 则则 15n30 n2 分子式为分子式为 C2H61mol有机物中含有机物中含C原子原子3080%122mol1mol有

11、机物中含有机物中含H原子原子3020%16mol则一个分子中含则一个分子中含2个个C原子原子6个个H原子原子 分子式为分子式为 C2 2H6 6元素分析与相对分子质量的测定元素分析与相对分子质量的测定2023/1/89江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣思考：思考：确定相对分子质量的方法有哪些？确定相对分子质量的方法有哪些？（1）M=m/n（2）M1=DM2(D(D为相对密度为相对密度)（3）M=22.4 L/mol g/L=22.4 g/mol(标况下气体标况下气体)三、元素分析与相对分子质量的确定三、元素分析与相对分子质量的确定（4 4）质谱法）质谱法元素分析与相对分子质量的测定元素分析与相对分子

12、质量的测定2023/1/810江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣相对分子质量的确定相对分子质量的确定有机物有机物分子分子高能电子束轰击高能电子束轰击带电的带电的 “碎片碎片”确定确定结构结构碎片的质荷比碎片的质荷比质荷比：质荷比：碎片的相对质量（碎片的相对质量（m m）和所带电荷（）和所带电荷（e e-）的比值）的比值（由于分子离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间最长，（由于分子离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间最长，因此因此谱图中的质荷比最大的就是未知物的相对分子质量谱图中的质荷比最大的就是未知物的相对分子质量）质谱法作用：测定相对分子质量质谱法作用：测定相对分子质量 测定相对分子质量的方法

13、很多，质谱法是最精确、最测定相对分子质量的方法很多，质谱法是最精确、最快捷的方法。它是用高能电子流等轰击样品分子，使该快捷的方法。它是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。这分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子。这些不同离子具有不同的质量，质量不同的离子在磁场作些不同离子具有不同的质量，质量不同的离子在磁场作用下达到检测器的时间有差异，其结果被记录为质谱图用下达到检测器的时间有差异，其结果被记录为质谱图。2.2.质谱法质谱法元素分析与相对分子质量的测定元素分析与相对分子质量的测定2023/1/811江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣质谱仪质谱仪元素分析

14、与相对分子质量的测定元素分析与相对分子质量的测定2023/1/812江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣CH3CH2OH+质荷比质荷比311008060402002030405027294546CH3CH2+CH2=OH+CH3CH=OH+相相对对丰丰度度/%乙醇的质谱图乙醇的质谱图最大分子、离子最大分子、离子的质荷比越大，的质荷比越大，达到检测器需要达到检测器需要的时间越长，因的时间越长，因此此质谱图中的质质谱图中的质荷比最大的就是荷比最大的就是未知物的相对分未知物的相对分子质量。子质量。三、元素分析与相对分子质量的测定三、元素分析与相对分子质量的测定元素分析与相对分子质量的测定元素分析与相对分子质

15、量的测定2023/1/813江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣例例3 320022002年诺贝尔化学奖获得者的贡献之一是发明了年诺贝尔化学奖获得者的贡献之一是发明了对有机物分子进行结构分析的质谱法。其方法是让极少对有机物分子进行结构分析的质谱法。其方法是让极少量的（量的（10109 9g g）化合物通过质谱仪的离子化室使样品分）化合物通过质谱仪的离子化室使样品分子大量离子化，少量分子碎裂成更小的离子。如子大量离子化，少量分子碎裂成更小的离子。如C C2 2H H6 6离离子化后可得到子化后可得到C C2 2H H6 6、C C2 2H H5 5、C C2 2H H4 4，然后测定其质，然后测定其质荷

16、比。设荷比。设H H的质荷比为的质荷比为，某有机物样品的质荷比如，某有机物样品的质荷比如右图所示（假设离子均带一个单位正电荷，信号强度与右图所示（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（该离子的多少有关），则该有机物可能是（）A A.甲醇甲醇 B B.甲烷甲烷 C C.丙烷丙烷 D D.乙烯乙烯B元素分析与相对分子质量的测定元素分析与相对分子质量的测定2023/1/814江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣 练习练习 某有机物的结构确定：某有机物的结构确定：测定实验式：某含测定实验式：某含C C、H H、O O三种元素的有机物，经燃三种元素的有机物，经燃烧分析实验测

17、定其碳的质量分数是烧分析实验测定其碳的质量分数是64.86%64.86%，氢的质量，氢的质量分数是分数是13.51%,13.51%,则其实验式是（则其实验式是（）。）。确定分子式：下图是该有机物的质谱图，则其相对确定分子式：下图是该有机物的质谱图，则其相对分子质量为（分子质量为（），分子式为），分子式为（）。）。C4H10O74C4H10O74n(C)n(H)n(O)64.8612 13.511 21.6316 4 10 1 实验式为：实验式为：C4H10O 设分子式为设分子式为；(C4H10O)n 则则 74n74 n1 分子式为分子式为 C4H10O元素分析与相对分子质量的测定元素分析与相

18、对分子质量的测定2023/1/815江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣 练习练习 吗啡和海洛因都是严格查禁的毒品。吗啡分子含吗啡和海洛因都是严格查禁的毒品。吗啡分子含C 71.58%、H 6.67%、N 4.91%、其余为、其余为O O。已知其分子量。已知其分子量不超过不超过300300。试求：。试求：吗啡的分子量；吗啡的分子量；吗啡的分子式。吗啡的分子式。分析：分析：分析：分析：可先假设分子中只含可先假设分子中只含可先假设分子中只含可先假设分子中只含1 1个氮原子，个氮原子，个氮原子，个氮原子，可通过可通过可通过可通过N N N N的百分的百分的百分的百分含量和含量和含量和含量和N N N N的原

19、子量，计算出吗啡的最小分子量。的原子量，计算出吗啡的最小分子量。的原子量，计算出吗啡的最小分子量。的原子量，计算出吗啡的最小分子量。解：解：解：解：吗啡最小分子量吗啡最小分子量吗啡最小分子量吗啡最小分子量 ，而又知吗啡分子量不，而又知吗啡分子量不，而又知吗啡分子量不，而又知吗啡分子量不超过超过超过超过300300300300，故可知吗啡分子量即为故可知吗啡分子量即为故可知吗啡分子量即为故可知吗啡分子量即为285285285285。一个吗啡分子中碳原子数为一个吗啡分子中碳原子数为一个吗啡分子中碳原子数为一个吗啡分子中碳原子数为 氢原子数为氢原子数为氢原子数为氢原子数为 氮原子数为氮原子数为氮原子

20、数为氮原子数为1 1 1 1氧原子数为氧原子数为氧原子数为氧原子数为 故吗啡的分子式为故吗啡的分子式为故吗啡的分子式为故吗啡的分子式为 2023/1/816江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣四、四、分子结构的鉴定分子结构的鉴定 有机物的性质有机物的性质结构式结构式（确定有机物的官能团）（确定有机物的官能团）分子式分子式计算不饱和度计算不饱和度推测可能的推测可能的官能团官能团写出可能的写出可能的同分异构体同分异构体利用官能团的特利用官能团的特征性质，通过化征性质，通过化学实验确定。学实验确定。当化合物结构比当化合物结构比较复杂时，若用较复杂时，若用化学方法，时间化学方法，时间长、浪费试剂，长、浪费试剂

21、，因此科学上常常因此科学上常常需要采取一些物需要采取一些物理方法。与鉴定理方法。与鉴定有机物结构有关有机物结构有关的物理方法有质的物理方法有质谱、红外光谱、谱、红外光谱、核磁共振谱等。核磁共振谱等。分子结构的鉴定分子结构的鉴定2023/1/817江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣核磁共振氢谱核磁共振氢谱氢原子种类不同（所氢原子种类不同（所处的化学环境不同）处的化学环境不同）特征峰也不同特征峰也不同红外光谱红外光谱作用：作用：获得分子中含有何种化学键或官能团的信息获得分子中含有何种化学键或官能团的信息作用：作用：测定有机物分子中等效氢原子的类型和数目测定有机物分子中等效氢原子的类型和数目 四、四、分子

22、结构分子结构的鉴定的鉴定 利用特征反应鉴定出官能团，再进一步确认分子结构利用特征反应鉴定出官能团，再进一步确认分子结构2.2.物理方法：物理方法：1.1.化学方法：化学方法：分子结构的鉴定分子结构的鉴定2023/1/818江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣由于有机物中组成化学键、官能团的原子处于不由于有机物中组成化学键、官能团的原子处于不断振动状态，且振动频率与红外光的振动频谱相当。断振动状态，且振动频率与红外光的振动频谱相当。所以，当用红外线照射有机物分子时，分子中的化学所以，当用红外线照射有机物分子时，分子中的化学键、官能团可发生震动吸收，键、官能团可发生震动吸收，不同的化学键、官能团不同的化学

23、键、官能团吸收频率不同，在红外光谱图中将吸收频率不同，在红外光谱图中将处于不同位置处于不同位置。因。因此，我们就可以此，我们就可以根据红外光谱图，推知有机物含有哪根据红外光谱图，推知有机物含有哪些化学键、官能团，以确定有机物的结构些化学键、官能团，以确定有机物的结构。红外光谱法确定有机物结构的原理是：红外光谱法确定有机物结构的原理是：1.1.红外光谱红外光谱(IR)(IR)四、四、分子结构分子结构的鉴定的鉴定 分子结构的鉴定分子结构的鉴定2023/1/819江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣2、红外光谱的应用原理、红外光谱的应用原理分子结构的鉴定分子结构的鉴定2023/1/820江西省鹰潭市第一中学

24、 桂耀荣例例4 4、下下图图是是一一种种分分子子式式为为C4H8O2的的有有机机物物的的红红外外光光谱谱图谱谱图,则该有机物的结构简式为：则该有机物的结构简式为：COCC=O不对称不对称CH3CH3CH2COOCH3或或CH3COOCH2CH3分子结构的鉴定分子结构的鉴定2023/1/821江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣练习练习5 5：有一有机物的相对分子质量为：有一有机物的相对分子质量为7474，确定分子结，确定分子结构，请写出该分子的结构简式构，请写出该分子的结构简式COC对称对称CH3对称对称CH2CH3CH2OCH2CH3分子结构的鉴定分子结构的鉴定2023/1/822江西省鹰潭市第一中

25、学 桂耀荣核磁共振仪核磁共振仪 分子结构的鉴定分子结构的鉴定2023/1/823江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣 核磁共振中的核指的是氢原子核。氢原子核核磁共振中的核指的是氢原子核。氢原子核具有磁性，如用电磁波照射氢原子核，它能通过具有磁性，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，在谱图上出原子因产生共振时吸收的频率不同，在谱图上出现的现的位置也不同。且吸收峰的面积与氢原子数成位置也不同。且吸收峰的面积与氢原

26、子数成正比。可以正比。可以推知该有机物分子有几种不同类型的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多少氢原子及它们的数目多少。2.2.核磁共振氢谱核磁共振氢谱四、分子结构的确定四、分子结构的确定 分子结构的鉴定分子结构的鉴定2023/1/824江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣结构分析：结构分析：核磁共振法核磁共振法（HNMR）作用：作用：测定有机物中测定有机物中H原子的原子的种类种类信信号号个个数数和和数目数目信号强度信号强度之比之比峰峰面面积积吸收峰数目氢原子类型吸收峰数目氢原子类型不同吸收峰的面积之比（强度之比）不同吸收峰的面积之比（强度之比）不同氢原子的个数之比不同氢原子的个数之比

27、分子结构的鉴定分子结构的鉴定2023/1/825江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣核核磁磁共共振振氢氢谱谱分子结构的鉴定分子结构的鉴定2023/1/826江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣例例5 5、分子式为、分子式为C2H6O的两种有机化合物的的两种有机化合物的1 1H H核磁共振核磁共振谱，你能分辨出哪一幅是乙醇的谱，你能分辨出哪一幅是乙醇的1 1H-NMRH-NMR谱图吗谱图吗?分子式为分子式为C2H6O的两种有机物的的两种有机物的1H核磁共振谱图核磁共振谱图H HC CO OC CH HCCO-HH HCCO-H H HH HH HH HH H H HH H H H分子结构的鉴定分子结构的鉴定20

28、23/1/827江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣下图是某有机物的下图是某有机物的1 1H H核磁共振谱图，则该有机物核磁共振谱图，则该有机物可能是可能是 ()()A.CH3CH2OH B.CH3CH2CH2OH C.CH3OCH3 D.CH3CHOC下列有机物在下列有机物在H-NMRH-NMR上只给出一组峰的是上只给出一组峰的是()()A、HCHO B、CH3OH C、HCOOH D、CH3COOCH3A分子结构的鉴定分子结构的鉴定2023/1/828江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣问题探究：问题探究：种；种；种种种；种；种；种；CHCH3 3-CH-CH-CH-CH3 3CHCH3 3CHCH3 3

29、-C-CH-C-CH3 3CHCH3 3CHCH3 3CHCH3 3-CH-CH2 2-CH-CH-CH-CH3 3CHCH3 3CHCH3 3-CH-CH2 2-OH-OH1 1、下列有机物中有几种、下列有机物中有几种H H原子以及原子以及个数之比？个数之比？分子结构的鉴定分子结构的鉴定2023/1/829江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣2 2、分子式为、分子式为C3H6O2的二元混合物，分离后的二元混合物，分离后,在在核磁共振氢谱上观察到氢原子给出的峰有两种核磁共振氢谱上观察到氢原子给出的峰有两种情况。第一种情况峰给出的强度为情况。第一种情况峰给出的强度为1 11 1；第二；第二种情况峰给出的

30、强度为种情况峰给出的强度为3 32 21 1。由此推断混。由此推断混合物的组成可能是（写结构简式）。合物的组成可能是（写结构简式）。CH3COOCH3CH3CH2COOHHOCH2COCH3HCOOCH2CH33 33 33 32121分子结构的鉴定分子结构的鉴定2023/1/830江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣诺贝尔化学奖与物质结构分析(2002年)引入了核磁共振光谱学观察到了引入了核磁共振光谱学观察到了DNADNA、蛋、蛋白质等大分子的真面目。白质等大分子的真面目。美国美国 芬恩芬恩日本日本田中耕一田中耕一瑞士瑞士 维特里希维特里希分子结构的鉴定分子结构的鉴定2023/1/831江西省鹰潭市

31、第一中学 桂耀荣三、元素分析与相对原子质量的测定三、元素分析与相对原子质量的测定1.1.元素分析：李比希法元素分析：李比希法2.2.质谱法质谱法相对原子质量的测定相对原子质量的测定四、有机物分子结构的确定四、有机物分子结构的确定1.1.化学方法：利用特征反应鉴定出官能团，再进一步确认分子结构化学方法：利用特征反应鉴定出官能团，再进一步确认分子结构第四节第四节 研究有机化合物的一般步骤和方法研究有机化合物的一般步骤和方法2.2.物理方法：物理方法：红外光谱确定化学键、官能团；红外光谱确定化学键、官能团；核磁共振氢谱核磁共振氢谱确定确定等效氢原子的类型和数目等效氢原子的类型和数目研究有机化合物的一般株洲和方法研究有机化合物的一般株洲和方法2023/1/832江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣Thanks 谢谢您的观看！2023/1/833江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣