1、第二单元 有机物组成与结构的研究,三年18考 高考指数:1.能根据有机化合物的元素含量、相对分子质量确定有机化合物的分子式。2.了解确定有机化合物结构的化学方法和某些物理方法。,一、元素分析与相对分子质量的测定1.研究有机化合物的基本步骤,实验式,分子式,结构式,2.元素分析,CO2,H2O,简单无机,KOH浓溶液,氧原子,无水CaCl2,物,最简单的整数,比,实验式,3.相对分子质量的测定质谱法质荷比(分子离子与碎片离子的_与其_的比值) _值即为该有机物的相对分子质量。二、确定有机化合物结构的方法1.化学方法:利用特征反应鉴定出_,再制备它的衍生物进一步确认。,相对质量,电荷,最大,官能团
2、,2.物理方法(1)1H核磁共振谱。利用有机物分子中的氢原子核所处的化学环境不同，表现出的核磁性不同，代表核磁性特征的峰在核磁共振谱图中横坐标的位置也不同来对有机化合物中的氢原子进行分析。如CH3OCH3的1H-NMR有1个峰，CH3CH2OH的1H-NMR有3个峰。,(2)红外光谱。利用有机化合物分子中不同基团的特征吸收频率不同对有机化合物进行分析。(3)质谱法。用高能电子束轰击有机物分子，使之分离成带电的“碎片”，并根据“碎片”的某些特征谱分析有机物结构的方法。,1.有机物中碳、氢原子个数比为14，则该有机物为CH4。( )【分析】有机物中碳、氢原子个数比为14，除甲烷外，还可能是CH3O
3、H、CO(NH2)2等。2. 的核磁共振氢谱中有6种峰。( )【分析】该有机物中的环非苯环，环中与侧链相连的碳原子上有一个处于不同化学环境下的氢原子。,3.饱和一元醇的实验式和分子式都是相同的。( )【分析】饱和一元醇的通式为CnH2n+2O，氢原子达到了饱和，分子中只有一个氧原子，各元素的原子数之比已是最简整数比，实验式和分子式都相同。,有机化合物分子式的确定1.有机物分子式的确定,C、H等元素质量C、H等元素质量比C、H等元素质量分数燃烧产物的质量,M=m/n相对密度D=M1/M2M=22.4(标准状况)质谱图,实验式,相对分子质量,分子式,有机物燃烧方程式、计算、讨论,通过计算、讨论,2
4、.确定有机物分子式的规律(1)最简式规律。,(2)常见相对分子质量相同的有机物。 同分异构体相对分子质量相同；含有n个碳原子的醇与含(n-1)个碳原子的同类型羧酸和酯相对分子质量相同，均为14n+18。含有n个碳原子的烷烃与含(n-1)个碳原子的饱和一元醛(或酮)相对分子质量相同，均为14n+2。其他常见的相对分子质量相同的有机物和无机物。,(3)“商余法”推断有机物的分子式。(设烃的相对分子质量为M)M/12的余数为0或碳原子数大于或等于氢原子数时,将碳原子数依次减少一个,每减少一个碳原子即增加12个氢原子,直到饱和为止。,(4)根据题给特殊条件确定有机物分子式。含氢量最高的烃为甲烷；通常情
5、况下，烃的含氧衍生物为气态的是甲醛；对于烃类混合物，平均每个分子中所含碳原子数小于2，则该烃类混合物中一定含有甲烷；同温同压(温度高于100)烃燃烧前后，气体体积不变，则烃分子中氢原子数为4；通常情况下若为气态烃，则烃分子中碳原子数4。,【拓展延伸】分子式的确定1.直接法如果给出一定条件下的密度(或相对密度)及各元素的质量比(或质量分数)，可直接求算出 1 mol有机物中各元素原子的物质的量，从而求得有机物的分子式。密度(或相对密度)摩尔质量1 mol有机物中各元素原子的物质的量分子式。,2.化学方程式法根据题给条件依据下列燃烧通式求解x、y，从而确定有机物的分子式。,【高考警示钟】(1)某些
6、有机化合物,由于其组成较特殊,其实验式就是其分子式,不用再借助于有机化合物的相对分子质量求分子式。如CH4、C2H6、C3H8、CH4O、C2H6O、C3H8O3等。(2)最简式相同的有机物,无论多少种,无论以何种比例混合,混合物中元素质量比例不变。,【典例1】将2.3 g有机物A完全燃烧,燃烧产物依次通过浓硫酸和碱石灰，浓硫酸增重2.7 g，碱石灰增重4.4 g(假设燃烧产物被完全吸收)则：(1)有机物A的实验式为_；(2)能否根据A的实验式确定A的分子式_(填“能”或“不能”),若能,则A的分子式是_(若不能,则此空不填)。,【解题指南】解答本题时应注意以下两点：(1)先求出有机物中碳和氢
7、的质量，结合有机物的质量确定氧的质量，确定有机物的实验式；(2)从实验式中氢原子是否已达到饱和，确认由实验式能否判断出分子式。,【解析】浓硫酸增重2.7 g为有机物A燃烧产生水的质量，根据水的质量求得氢原子的物质的量为0.3 mol，碱石灰增重4.4 g为有机物A燃烧产生二氧化碳的质量，根据二氧化碳的质量求得碳原子的物质的量为0.1 mol，用有机物的质量减去碳、氢原子质量可求得氧原子的物质的量为0.05 mol，从而求得有机物A的实验式为C2H6O，C2H6O中氢原子数已经达到饱和,所以其实验式即为分子式。答案：(1)C2H6O (2)能 C2H6O,【技巧点拨】有机物中C、H含量的确定方法
8、烃或烃的含氧衍生物完全燃烧生成的 CO2中碳的质量等于有机物中碳的质量，生成的 H2O中氢的质量等于有机物中氢的质量，将碳和氢的质量之和与有机物相比较，若有机物的质量等于碳、氢元素质量之和，则该有机物不含氧，若有机物的质量大于碳、氢元素质量之和，则有机物的质量减去碳、氢元素质量即为有机物中所含氧元素质量。,【变式训练】碳、氢、氧3种元素组成的有机物A，相对分子质量为102，含氢的质量分数为9.8%，分子中氢原子个数为氧的5倍。则A的分子式是_。【解析】有机物A相对分子质量为102，含氢的质量分数为9.8%，氢的质量为1029.8%10，所以该有机物分子中含10个氢原子，两个氧原子，102-10
9、1-162=60=125，该有机物分子中含有5个碳原子，分子式为C5H10O2。答案：C5H10O2,有机化合物结构的确定1.红外光谱(IR)不同官能团或化学键在红外光谱图中都有一个特定的吸收区域，借助红外光谱图可以确定有机物中含有何种化学键或官能团的信息，从而确定有机物的结构。2.1H核磁共振谱1H核磁共振谱中，处在不同化学环境中的氢原子在谱图上出现的位置不同，吸收峰的面积与氢原子数成正比，根据1H核磁共振谱中峰的个数和面积可以确定不同化学环境下氢原子的种数及个数比，从而确定有机物的结构。,3.有机物的性质根据有机物的性质推测有机物中含有的官能团，从而确定有机物结构。常见官能团的检验方法如下
10、：,溴的四氯化碳溶液,酸性高锰酸钾溶液,氢氧化钠溶液、硝酸银溶液、稀硝酸,三氯化铁溶液,溴水,银氨溶液,新制氢氧化铜,碳酸钠溶液,碳酸氢钠溶液,石蕊试液,4.分子式(或相对分子质量)根据质量守恒定律，用有机物相对分子质量减去已知结构部分的相对质量，通过推断确定剩余部分的结构，从而确定有机物的结构。,【高考警示钟】(1)用结构简式表示有机物结构时，可省略碳碳单键、碳氢键，不能省略官能团。如乙烯结构简式应写成CH2=CH2而不能写成CH2CH2。(2)已知分子式确定结构式时，注意根据组成规律估计可能的种类，缩小推断范围。(3)确定有机物的结构时，不仅要注意有机物中含有什么官能团，还要注意根据信息确
11、定官能团的位置。,【典例2】写出与A( )互为同分异构体且符合下面3个条件的有机物结构简式(1)含有邻二取代苯环结构；(2)与A有相同的官能团；(3)不与FeCl3溶液发生显色反应。_。【解题指南】解答本题时应注意以下两点：(1)邻二取代苯的结构是指在苯环的邻位上有两个取代基；(2)不与FeCl3溶液发生显色反应说明羟基不跟苯环相连。,【解析】由(1)(2)两个要求可知只能改变A的侧链上的原子连接方式，且不能改变官能团，由(3)知，不能产生酚羟基。因要求“二取代”则侧链只有两种可能：羧基直接连在苯环上作为一个侧链，另两个碳原子连在一起作为另一个侧链；羧基连在一个碳原子上作为一个侧链，另一个碳原
12、子作为另一个侧链，再将羟基连上即可(注意：羟基只能连在侧链且不是羧基中的碳原子上)。,答案：,【互动探究】(1)分子组成比A少“CO2”的有机物有多种，其中属于酚类的有哪些？提示：分子组成比A少“CO2”的有机物分子式为C8H10O，属于酚，则其结构中只能有1个苯环、另两个碳原子可以形成一个乙基或两个甲基，其结构共有9种，分别为：,(2)上述(1)中有机物1H核磁共振谱中只有4种峰的有机物有哪些？提示：1H核磁共振谱只有4种峰，说明该有机物有4种处于不同化学环境下的氢原子，可能是：,【变式备选】写出相对分子质量为106的芳香烃的可能的结构简式。【解析】相对分子质量为106的芳香烃除苯环外还有两
13、个碳原子，两个碳原子可能是一个乙基，也可能是两个甲基，两个甲基连在苯环上有邻、间、对三种。所以相对分子质量为106的芳香烃结构可能为：,答案：,【解题技巧8】信息迁移法解决新情境问题,1.优点信息迁移法的研究对象是“信息题”。解决新情境信息的关键是运用好信息迁移法，即通过对题设信息的分析，探索出综合题设问的实际问题与中学学科知识的相同点或相似点，并将所学知识迁移到新情境中去。此类题目一般起点高(设置教材上没有的新情境、新知识等)落点低(解决问题回归教材)，难度不大。,2.解题关键解答化学信息题的关键是善于分析与综合、类比与推理、归纳与演绎、假设与验证等基本的思维方法。解题时一是会利用外显信息正
14、确模仿迁移；二是排除干扰信息，进行合理筛选有效信息迁移；三是挖掘潜在信息，注重联想类比迁移。一般思路为：(1)阅读理解发现信息：认真阅读题干，能读懂题干给出的新信息，理解题干创设新情境中的新知识。,(2)提炼信息发现规律：结合提出的问题，提炼出有价值的信息，剔除干扰信息，从中找出规律。(3)运用规律联想迁移：充分发挥联想，将发现的规律和已有旧知识牵线搭桥，迁移到要解决的问题中来。(4)类比推理解答问题：运用比较、归纳、推理，创造性地解决问题。即,3.常见类型(1)演绎迁移。若未知事物具有已知事物的属性，则可通过对已知事物的属性演绎迁移，获取未知事物也应具有的性质。(2)归纳迁移。根据题目给出的
15、若干个特殊事例，找出(归纳)其同性，推演迁移出一般性或普遍的属性(即提出假说、定理、定律或公式)，然后预测新的特殊事例。,(3)类比迁移。是根据两个不同的研究对象，在某些方面(如特征、属性、关系等)的类同之处，类比迁移推测这两个对象在其他方向也可能具有的类同之处，并作出某种判断的方法。(4)原型迁移。针对的研究对象是以一般学生没有接触过的知识实例作为题设的原型，并要求学生在原型的启发下来求解。其一般迁移思路为：分析原型，找出规律，应用规律，完成迁移。,1.四氧化三铁(Fe3O4)中的铁呈+2、+3两种价态，有时化学式可写成两种氧化物的形式：FeO Fe2O3；也有人认为它是一种盐，化学式也可以
16、写成：Fe(FeO2)2。四氧化三铅(Pb3O4)中的铅也是呈现两种价态，化学式也可以写成两种氧化物的形式，表示为_；也可看作盐，化学式可写成_。,【解析】本题可以将四氧化三铁的组成作为信息，对四氧化三铅的有关化学式进行迁移模仿。但在进行信息迁移时，要注意二者的区别。Fe3O4中铁呈+2、+3两种价态，由于铅是第A族元素，Pb3O4中的铅呈现+2、+4两种价态。所以四氧化三铅写成两种氧化物的形式应该为：2PbOPbO2，另一方面，在Fe(FeO2)2中，高价的铁形成酸根，故Pb3O4写成盐的形式为：Pb2PbO4。答案：2PbOPbO2 Pb2PbO4,2.环己烯可以通过丁二烯和乙烯发生环化加
17、成反应得到：,实验证明，下列反应中反应物分子的环外双键比环内双键更容易被氧化：现仅以丁二烯为有机原料，无机试剂任选，按下列途径合成甲基环己烷：,按要求填空：(1)A的结构简式是_。(2)写出下列反应的化学方程式和反应类型：反应_，反应类型_。反应_。反应_，反应类型_。,【解析】,答案：,1.研究有机物一般经过以下几个基本步骤:分离、提纯确定实验式确定分子式确定结构式,以下用于研究有机物的方法错误的是( )A蒸馏常用于分离提纯液态有机混合物B燃烧法是研究确定有机物成分的有效方法C.1H核磁共振谱通常用于确定有机物的相对分子质量D对有机物分子红外光谱图的研究有助于确定有机物分子中的官能团,【解析
18、】选C。当有机物热稳定性较强,与杂质的沸点相差较大时,可用蒸馏法提纯这类液态有机混合物；将一定量的有机物燃烧,分解为简单的无机物,通过无机物的质量可以推算出组成该有机物元素原子的质量分数；1H核磁共振谱通常用于分析有机物分子中有几种处于不同化学环境下的氢原子及它们的数目；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.某有机物分子，仅由含C、H、O三种元素的13个原子组成，其分子中的电子总数为42。充分燃烧该有机物，所生成的CO2和水蒸气在相同状况下的体积之比为34，则该有机物的分子式为( )A.C3H8O2 B.C3H6
19、O3C.C4H8O D.C6H6O【解析】选A。该有机物分子中的电子总数为42，充分燃烧产生的CO2和水蒸气在相同状况下的体积比为34，分子中碳氢原子个数之比为38，即可推出其分子式为C3H8O2。,3.(2012广州模拟)某气态有机物X含碳、氢、氧三种元素。现已知下列条件:X中含碳的质量分数；X中含氢的质量分数；X在标准状况下的体积；X对氢气的相对密度；X的质量。现欲确定X的分子式,至少需要知道( )A. B. C. D.【解析】选B。因X含碳、氢、氧三种元素，由可确定有机物的最简式，若知道X的相对分子质量就可以确定X的分子式。根据和，由求出X的物质的量，结合应用M=m/n,可求得X的相对分
20、子质量，由也可以求得X的相对分子质量，所以正确的组合为：或。故应选B。,4.能够快速、微量、精确的测定相对分子质量的物理方法是( )A.质谱法 B.红外光谱C.紫外光谱 D.核磁共振氢谱【解析】选A。质谱法可以测相对分子质量，其中最大的质荷比数值就是该有机物的相对分子质量。,5.某物质完全燃烧，消耗氧气9.6克，生成13.2克二氧化碳和5.4克水，则该化合物( )A一定含有氧元素B一定含有碳元素和氢元素,可能含有氧元素C一定不含氧元素D只含碳、氢元素【解析】选A。根据二氧化碳和水的质量求出二氧化碳和水中氧元素的质量之和比氧气质量大，根据质量守恒可知该有机物一定含有氧元素。,6.某有机物的结构确
21、定：(1)测定实验式：某含C、H、O三种元素的有机物，经燃烧分析实验测定其碳的质量分数是64.86%，氢的质量分数是13.51%, 则其实验式是_。(2)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_，分子式为_。,(3)确定结构式：实验测定该物质1H核磁共振谱中有两种峰，则该有机物的结构简式可能为_。,【解析】(1)有机物中碳的质量分数是64.86%，氢的质量分数是13.51%, 则氧的质量分数为1-64.86%-13.51%=21.63%n(C)n(H)n(O)=(64.86%12)(13.51%1)(21.63%16)=4101,所以该有机物实验式为C4H10O。(2)从质谱图上可以看出，该有机物的最大质荷比为74，则其相对分子质量为74。该有机物的实验式的式量也为74，则实验式即为分子式。(3)1H核磁共振谱中有两种峰，则该有机物中所有氢原子所处的化学环境有两种。答案：(1)C4H10O (2)74 C4H10O(3)CH3CH2OCH2CH3或(CH3)3COH,
