研究有机化合物的一般步骤和方法(1)详解

第一章认识有机化合物第4节研究有机化合物的一般步骤和方法研究有机物的一般步骤分离、提纯元素定量分析确定实验式测定相对分子质量确定分子式现代物理实验方法确定结构式【思考与交流】1、常用的分离、提纯物质的方法有哪些？2、下列物质中的杂质（括号中是杂质）分别可以用什么方法除去。（1）NaCl（泥沙）（2）酒精（水）（3）甲烷（乙烯）（4）溴水（水）（5）KNO3(NaCl)3、归纳分离、提纯物质的总的原则是什么？4.1有机物的分离与提纯分离提纯的基本方法：过滤法、结晶(重结晶)法、蒸馏(分馏)法、萃取分液法、洗气法、加热法、渗析法、盐析法和离子交换法等。3.分离提纯的原则：不损失或少损失原物质，或将杂质转化成原物质；不引入新杂质，若过程中引入新杂质，在最后也要除去。（要注意先后顺序）1.常用的分离、提纯物质的方法有哪些？一、蒸馏思考与交流1、蒸馏法适用于分离、提纯何类有机物？对该类有机物与杂质的沸点区别有何要求？2、实验室进行蒸馏实验时，用到的仪器主要有哪些？3、思考实验1-1的实验步骤，有哪些需要注意的事项？1、蒸馏：（2）蒸馏提纯的条件•液态混合物•有机物热稳定性较强；•与杂质的沸点相差较大（一般约大于30℃）（1）蒸馏的原理利用混合物的沸点不同，除去难挥发或不挥发的杂质蒸馏的注意事项•注意仪器组装的顺序：“先下后上，由左至右”；•不得直接加热蒸馏烧瓶，需垫石棉网；加热温度不得超过混合物中沸点最高物质的沸点；•蒸馏烧瓶盛装液体以1/2为宜，最多不超过容积的2/3，不得少于1/3，不得将全部溶液蒸干；•需使用沸石或碎瓷片；•冷凝管水流方向：应与蒸汽流方向相反（逆流：下进上出）；•温度计水银球位置应与蒸馏烧瓶支管口齐平，以测量馏出蒸气的温度；练习1A.加入无水CuSO4，再过滤B.加入生石灰，再蒸馏C.加入浓硫酸，再加热，蒸出乙醇D.将96%的乙醇溶液直接加热蒸馏出苯√通过蒸馏可获得95.6%乙醇和4.4%水的共沸混合物，要想得到更纯净乙醇，可选用的方法是二、重结晶思考与交流1、已知KNO3在水中的溶解度很容易随温度变化而变化，而NaCl的溶解度却变化不大，据此可用何方法分离出两者混合物中的KNO3并加以提纯？2、重结晶对溶剂有何要求？被提纯的有机物的溶解度需符合什么特点？3、重结晶苯甲酸需用到哪些实验仪器？4、能否用简洁的语言归纳重结晶苯甲酸的实验步骤？高温溶解、趁热过滤、低温结晶（2）重结晶的注意事项（苯甲酸的提纯）：•为了减少趁热过滤时损失苯甲酸，所以再加入蒸馏水少量•冷却结晶时，并不是温度越低越好。原因：若温度越低，杂质的溶解度也会降低而析出晶体2、重结晶（固体有机物的提纯）（1）选择溶剂的条件•杂质在此溶剂中溶解度很小或很大•被提纯的有机物在此溶剂中的溶解度，受温度的影响较大学与问在苯甲酸重结晶的实验中，滤液放置冷却可以结晶出纯净的苯甲酸晶体。请你思考并与同学交流：温度越低，苯甲酸的溶解度越小，为了得到更多的苯甲酸晶体，是不是结晶时的温度越低越好？阅读课本P18,归纳重结晶的步骤。不纯固体物质残渣(不溶性杂质)滤液母液(可溶性杂质和部分被提纯物)晶体(产品)溶于溶剂，制成饱和溶液，趁热过滤冷却，结晶，过滤，洗涤如何洗涤结晶？如何检验结晶洗净与否？洗涤沉淀或晶体的方法：用胶头滴管往晶体上加蒸馏水直至晶体被浸没，待水完全流出后，重复两至三次，直至晶体被洗净。检验洗涤效果：取最后一次的洗出液，再选择适当的试剂进行检验。三、萃取思考与交流1、如何提取溴水中的溴？实验原理是什么？2、进行提取溴的实验要用到哪些仪器？3、如何选取萃取剂？4、实验过程有哪些注意事项？三、萃取1、萃取剂的选择：①与原溶剂互不相溶②被萃取的物质在萃取剂中的溶解度要大得多2、常见的有机萃取剂：乙醚、石油醚、二氯甲烷、四氯化碳……3、萃取－分液的注意事项•萃取过程要注意以下几点：•试剂上口倒入分液漏斗，其量不能超过漏斗容积的2/3；•振荡倒转，握住旋塞；•分液漏斗静置、分液，分液时下层液体从漏斗口放出，上层液体从上口倒出。[练习1]下列每组中各有三对物质，它们都能用分液漏斗分离的是A乙酸乙酯和水，酒精和水，植物油和水B四氯化碳和水，溴苯和水，硝基苯和水C甘油和水，乙酸和水，乙酸和乙醇D汽油和水，苯和水，己烷和水[练习2]可以用分液漏斗分离的一组液体混和物是A溴和四氯化碳B苯和溴苯C汽油和苯D硝基苯和水练习3可以用分液漏斗分离的一组液体混和物是A溴和四氯化碳B苯和溴苯C汽油和苯D硝基苯和水√学习小技巧：适当记忆一些有机物质相对与水的密度大小，对于解决萃取分液的实验题是很有帮助的一、元素分析与相对分子质量的确定1、元素分析方法：李比希法→现代元素分析法元素分析仪“李比希元素分析法”的原理：取定量含C、H（O）的有机物加氧化铜氧化H2OCO2用无水CaCl2吸收用KOH浓溶液吸收得前后质量差得前后质量差计算C、H含量计算O含量得出实验式（最简式）有机物燃烧分析W(H)==13.14%W(C)==52.16%W(O)==34.7%N(C)：N(H):N(O)==52.16%12:13.14%1:34.7%16==2：6:1∴实验式：C2H6O有机物分子式的确定例：有机物组成元素的确定5.8g某有机物完全燃烧，生成CO213.2g,H2O5.4g.含有哪些元素?含碳3.6g(0.3mol)含氢0.6g(0.6mol)含氧1.6g(0.1mol)能否直接确定含有氧?如何确定?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?C3H6O2.相对分子质量的测定：【讨论】实验式和分子式的区别实验式：表示化合物分子中所含元素的原子数目最简整数比的式子。分子式：表示化合物所含元素的原子种类及数目的式子,表示物质的真实组成。例题2：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。答案：实验式是CH3，分子式是C2H62、相对分子质量的测定：质谱法（MS）质谱仪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用下达到检测器的时间有差异，其结果被记录为质谱图。【思考与交流】1、质荷比是什么？2、如何确定有机物的相对分子质量？2.相对分子质量的测定—质谱法（1）原理：（2）质荷比：质荷比==电荷相对分子质量（由于分子离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间最长，因此谱图中的质荷比最大的就是未知物的相对分子质量）（3）判断相对分子质量的方法：质荷比最大的就是Mr②确定分子式：下图是例1中有机物A的质谱图，则其相对分子质量为,分子式为。46C2H6O例2、2002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。其方法是让极少量的（10－9g）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C2H6离子化后可得到C2H6＋、C2H5＋、C2H4＋……，然后测定其质荷比。某有机物样品的质荷比如下图所示则该有机物可能是A甲醇B甲烷C丙烷D乙烯√3、求有机物相对分子质量的常用方法（1）M=m/n（2）根据有机蒸气的相对密度D，M1=DM2（3）标况下有机蒸气的密度为ρg/L，M=22.4L/mol▪ρg/L二、分子结构的鉴定结构式（确定有机物的官能团）分子式•通过化学实验确定官能团确定结构式的方法•通过红外光谱IR确定组成的化学键或官能团•通过核磁共振氢谱NMR有几种不同位置的氢原子及它们的数量（推测出碳骨架结构）1、红外光谱（IR）红外光谱仪红外光谱红外光谱法确定有机物结构的原理是：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率相当。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，不同的化学键、官能团吸收频率不同，在红外光谱图中将处于不同位置。因此，我们就可以根据红外光谱图，推知有机物含有哪些化学键、官能团，以确定有机物的结构。例3、下图是一种分子式为C3H6O2的有机物的红外光谱谱图,则该有机物的结构简式为：C—O—CC=O不对称CH3CH3-O-C-CH3=OC3H6O2练习3、有一有机物的相对分子质量为74，确定分子结构，请写出该分子的结构简式C—O—C对称CH3对称CH2CH3CH2-O-CH2CH32、核磁共振氢谱（HNMR）核磁共振仪核磁共振氢谱如何根据核磁共振氢谱确定有机物的结构？对于CH3CH2OH、CH3—O—CH3这两种物质来说，除了氧原子的位置、连接方式不同外，碳原子、氢原子的连接方式也不同、所处的环境不同，即等效碳、等效氢的种数不同。不同化学环境的氢原子（等效氢原子）因产生共振时吸收的频率不同，被核磁共振仪记录下来的吸收峰的面积不同。所以，可以从核磁共振谱图上推知氢原子的类型及数目。吸收峰数目＝氢原子类型不同吸收峰的面积之比（强度之比）＝不同氢原子的个数之比练习4、2002年诺贝尔化学奖表彰了两项成果，其中一项是瑞士科学家库尔特·维特里希发明了“利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法”。在化学上经常使用的是氢核磁共振谱，它是根据不同化学环境的氢原子在氢核磁共振谱中给出的信号不同来确定有机物分子中的不同的氢原子。下列有机物分子在核磁共振氢谱中只给出一种信号的是AHCHOBCH3OHCHCOOHDCH3COOCH3√例4、一个有机物的分子量为70,红外光谱表征到碳碳双键和C＝O的存在，核磁共振氢谱列如下图：①写出该有机物的分子式：②写出该有机物的可能的结构简式：C4H6OCH2=CH-C-CH3=O练习5、分子式为C3H6O2的二元混合物，如果在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1︰1；第二种情况峰给出的强度为3︰2︰1。由此推断混合物的组成可能是（写结构简式）。CH3-O-C-CH3=OCH3-CH2-C-OH=O图谱题解题建议：1、首先应掌握好三种谱图的作用、读谱方法。2、必须尽快熟悉有机物的类别及其官能团。3、根据图谱获取的信息，按碳四价的原则对官能团、基团进行合理的拼接。4、得出结构（简）式后，再与谱图提供信息对照检查，主要为分子量、官能团、基团的类别是否吻合。研究有机物的一般步骤分离、提纯元素定量分析确定实验式测定相对分子质量确定分子式现代物理实验方法确定结构式确定分子式的途径元素质量产物的量元素质量分数元素质量比实验式相对分子质量标准状况下密度相对密度化学反应有机物分子式有机物的通式、计算化学方程式、计算质谱法MS（1）M=m/n（2）根据有机蒸气的相对密度D，M1=DM2（3）标况下有机蒸气的密度为ρg/L，M=22.4L/mol▪ρg/L（4）质谱仪最后出现的谱线的荷质比相对分子质量•通过化学实验确定官能团确定结构式的方法•通过红外光谱IR确定组成的化学键或官能团•通过核磁共振氢谱NMR有几种不同位置的氢原子及它们的数量（推测出碳骨架结构）例：在常温、常压下，50ml三种气态烃的混合物在足量的O2里，点燃爆炸，恢复到原来的温度和压强，体积共缩小100ml,则三种烃的可能组合是①.CH4②.C2H4③C3H6④C3H4⑤C3H8⑥C4H6CxHy+(x+)O21xxCO2+H2Oy2△Vy4y4x+1+y450100分析：150100y41+==y=46.平均值法：方法：先求平均分子式，再用十字交叉法细求两种气态烃组成的混合物0.1mol完全燃烧，得0.16molCO2,0.2molH2O.则该混合物中（）A.一定有CH4C2H4C.一定有C2H2D.一定有CH4B.一定没有C2H4D分析：0.1mol烃C：2molH:6mol平均分子式：C1.6H4练习