2019-2020年高中化学 第3章 第2节 有机化合物结构的测定教案 鲁科版选修5

第2节有机化合物结构的测定目标与素养：1.掌握有机物分子式的确定方法。(证据推理与模型认知)2.掌握简单有机物分子不饱和度的确定方法。(微观探析)3.熟练掌握各种官能团的检验方法。(科学探究)一、有机化合物分子式的确定1．测定有机化合物结构的流程(1)核心步骤：测定有机化合物结构的核心步骤是确定分子式，检测分子中所含的官能团及其在碳骨架上的位置。(2)流程示意图2．有机化合物分子式的确定(1)要确定有机化合物的分子式，首先要知道该物质由哪些元素组成，各元素的质量分数，必要时还要测量其相对分子质量。(2)元素组成的测定方法(3)有机化合物相对分子质量的测定①通过实验测定有关数据计算相对分子质量。②用质谱仪测定有机物的相对分子质量。微点拨：实验式只是说明了物质中元素原子的物质的量之比，分子式说明了物质分子的具体组成。二、有机物结构式的确定1．确定有机物结构式的流程2．有机化合物分子不饱和度的计算(1)计算公式分子的不饱和度＝n(C)＋1－nH2。(2)常见官能团的不饱和度化学键不饱和度化学键不饱和度一个碳碳双键1一个碳碳叁键2一个羧基1一个苯环4一个酯基1一个氰基2微点拨：在计算不饱和度时，若有机化合物分子中含有卤素原子，可将其视为氢原子；若含有氧、硫原子，可不予考虑；若含有氮原子，就在氢原子总数中减去氮原子数。例如，分子式为C6H5NO2的分子的不饱和度为：6＋1－5－12＝5。3．确定有机化合物的官能团(1)常见官能团的化学检验方法官能团种类试剂判断依据碳碳双键或碳碳叁键溴的四氯化碳溶液红棕色溶液退色酸性KMnO4溶液紫色溶液退色卤素原子NaOH溶液(加热)、AgNO3和稀硝酸混合液有沉淀产生醇羟基钠有氢气放出酚羟基FeCl3溶液显紫色浓溴水有白色沉淀产生醛基银氨溶液(水浴)有银镜生成新制Cu(OH)2悬浊液(加热)有砖红色沉淀产生羧基NaHCO3溶液有无色无味气体放出(2)物理测试方法现代物理测试方法和仪器的出现，使人们能够通过紫外光谱(UV)、红外光谱(IR)和核磁共振谱(NMR)等快速准确地确定有机化合物分子的结构。1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)只要通过定性定量分析得到有机物的元素组成，即可确定有机物的分子式。()(2)只根据有机物完全燃烧生成CO2和H2O，不能确定该有机物一定为烃。()(3)有机化合物分子中插入氧原子对不饱和度没有影响。()(4)在有机物样品中加入酸性KMnO4溶液，紫色退去，说明有机物中一定含有碳碳双键或叁键。()[答案](1)×(2)√(3)√(4)×2．燃烧0.2mol某有机物，得到0.4molCO2和0.6molH2O，由此可得出的结论是()A．该有机物含有2个碳原子和6个氢原子B．该有机物中碳元素和氢元素的原子个数比为3∶1C．该有机物中含有2个CO2和3个H2OD．该有机物的一个分子中含有2个碳原子和6个氢原子，还可能含有氧原子[答案]D3．某烃分子的不饱和度为5，分子内碳原子数为8。该烃的分子式为()A．C8H10B．C8H16C．C8H8D．C8H20[答案]C有机化合物分子式的确定方法1.确定有机物分子式的基本方法2．确定有机物分子式的其他方法(1)通式法类别通式相对分子质量烷烃CnH2n＋2Mr＝14n＋2(n≥1)烯烃、环烷烃CnH2nMr＝14n(烯烃，n≥2)，Mr＝14n(环烷烃，n≥3)炔烃、二烯烃CnH2n－2Mr＝14n－2(炔烃，n≥2；二烯烃，n≥4)苯及其同系物CnH2n－6Mr＝14n－6(n≥6)饱和一元醇CnH2n＋2OMr＝14n＋2＋16饱和一元醛CnH2nOMr＝14n＋16饱和一元酸及酯CnH2nO2Mr＝14n＋32(2)商余法用烃(CxHy)的相对分子质量除以14，看商数和余数。①Mr14＝m……2，该烃分子式为CnH2n＋2。②Mr14＝m……0，该烃分子式为CnH2n。③Mr14＝m……12，该烃分子式为CnH2n－2。④Mr14＝m……8，该烃分子式为CnH2n－6。(Mr：相对分子质量n：分子式中碳原子的数目)(3)化学方程式法利用有机反应中反应物、生成物之间“量”的关系求分子式的方法。利用燃烧反应的化学方程式，由题给条件并依据下列燃烧通式所得CO2和H2O的量求解x、y、z。CxHy＋(x＋y4)O2――→点燃xCO2＋y2H2O、CxHyOz＋(x＋y4－z2)O2――→点燃xCO2＋y2H2O。【典例1】将有机物完全燃烧，生成CO2和H2O。将12g该有机物的完全燃烧产物通过浓H2SO4，浓H2SO4增重14.4g，再通过碱石灰，碱石灰增重26.4g。则该有机物的分子式为()A．C4H10B．C2H6OC．C3H8OD．C2H4O2C[n(H2O)＝14.4g18g/mol＝0.8mol，n(CO2)＝26.4g44g/mol＝0.6mol，该有机物中m(H)＝2×0.8mol×1g/mol＝1.6g，m(C)＝0.6mol×12g/mol＝7.2g，因m(H)＋m(C)12g，所以该有机物中含有氧元素，则有机物中氧元素的物质的量为：n(O)＝12g－7.2g－1.6g16g/mol＝0.2mol。则n(C)∶n(H)∶n(O)＝0.6∶(0.8×2)∶0.2＝3∶8∶1，因此看出氢原子已饱和，故有机物的分子式为C3H8O。]有些有机物的实验式中，氢原子已达到饱和，则该有机物的实验式即为分子式。如CH4、CH3Cl、C2H6O。若1mol某气态烃CxHy完全燃烧，需消耗3molO2，则()A．x＝2，y＝2B．x＝2，y＝4C．x＝3，y＝6D．x＝3，y＝8B[由烃CxHy燃烧通式CxHy＋x＋y4O2――→点燃xCO2＋y2H2O知，1mol烃燃烧需x＋y4molO2，将各选项代入即可求得。]有机化合物结构式的确定方法1.由分子式确定有机物结构式的一般步骤2．确定有机物结构式的方法(1)根据价键规律确定：某些有机物根据价键规律只存在一种结构，则直接根据分子式确定其结构式。例如C2H6只能为CH3CH3。(2)通过定性实验确定实验→有机物表现的性质及相关结论→官能团→确定结构式。如能使溴的四氯化碳溶液退色的有机物分子中可能含有，不能使溴的四氯化碳溶液退色却能使酸性高锰酸钾溶液退色的可能是苯的同系物等。(3)通过定量实验确定①通过定量实验确定有机物的官能团，如乙醇结构式的确定；②通过定量实验确定官能团的数目，如1mol某醇与足量钠反应可得到1mol气体，则可说明该醇分子中含2个－OH。(4)根据实验测定的有机物的结构片段“组装”有机物。实验测得的往往不是完整的有机物，这就需要我们根据有机物的结构规律，如价键规律、性质和量的规律等来对其进行“组装”和“拼凑”。(5)可用红外光谱、核磁共振氢谱确定有机物中的官能团和各类氢原子数目，确定结构式。【典例2】胡椒酚A是植物挥发油中的一种成分。某研究性学习小组对其分子组成结构的研究中发现：A的相对分子质量不超过150；A中C、O的质量分数分别为w(C)＝80.60%，w(O)＝11.94%，完全燃烧后产物只有CO2和H2O。根据以上信息，填写下列内容：(1)A的摩尔质量为________。(2)光谱分析发现A中不含甲基(—CH3)，苯环上的一氯取代物只有2种；1molA与足量溴水反应，最多消耗3molBr2，则A的结构简式为________。(3)A的一种同分异构体中，苯环上含有两个取代基，取代基位置与A相同，且能发生银镜反应。①符合条件的A的同分异构体的结构简式为__________________________________________________________________________________________________________。②上述A的一种同分异构体发生银镜反应的化学方程式_____________________________________________________________________________________________________。[解析]由题意知胡椒酚中至少含有一个羟基，A的摩尔质量M＝16n11.94%，由于M≤150，可知n只能取1，解得M＝134g·mol－1，A中含有的碳原子数为134×80.60%12≈9，氢原子数为134×1－80.60%－11.94%1≈10，因此A的化学式为C9H10O。A分子的不饱和度为5，含有一个苯环(不饱和度为4)，说明A中还含有一个碳碳双键，且A中不含甲基，因此双键在末端，A中苯环上的一氯取代物只有2种，说明酚羟基和烃基在对位上，从而可确定胡椒酚A的结构简式为。[答案](1)134g·mol－1(1)________(填“能”或“不能”)用溴水退色的现象检验胡椒酚A中含有碳碳双键。(2)可用________(填试剂名称)检验胡椒酚A中的酚羟基，现象是________________________________________________________。[答案](1)不能(2)三氯化铁溶液变为紫色下列有机物分子在核磁共振氢谱中只给出一种信号的是()A．HCHOB．CH3OHC．HCOOHD．CH3COOCH3A[甲醛的结构为，其分子中只有一种不同化学环境的氢原子，而CH3OH、HCOOH、CH3COOCH3分子中均有两种氢原子。]1．某有机物在氧气中充分燃烧，生成的CO2和H2O的物质的量之比为1∶2，则下列说法中正确的是()A．分子中C、H、O个数比为1∶2∶3B．分子中C、H个数比为1∶4C．分子中含有氧元素D．此有机物的最简式为CH4B[由n(CO2)∶n(H2O)＝1∶2仅能得出n(C)∶n(H)＝1∶4，不能确定是否含O。]2．某气态有机物X含C、H、O三种元素，已知下列条件，现欲确定X的分子式，所需的最少条件是()①X中含碳质量分数②X中含氢质量分数③X在标准状况下的体积④质谱法确定X的相对分子质量⑤X的质量A．①②B．①②④C．①②⑤D．③④⑤B[由C、H质量分数可推出O的质量分数，由各元素的质量分数可确定X的实验式，由相对分子质量和实验式即可确定X的分子式。]3．下列化合物分子，其不饱和度为4的是()D[据不饱和度＝n(C)＋1－nH2可知A～D四项分子的不饱和度分别为5、3、1、4。]4．某化合物由碳、氢、氧三种元素组成，其红外光谱图中有C—H键、O—H键、C—O键的振动吸收，该有机物的相对分子质量是74，则该有机物的结构简式是()A．CH3CH2OCH3B．CH3CH(OH)CH3C．CH3CH2CH2CH2OHD．CH3CH2CHOC[A项中无O—H键，故错误；B的相对分子质量为60，故错误；D选项中无O—H键及C—O键，故错误。]5．某含氧有机化合物可以作为无铅汽油的抗爆震剂，其相对分子质量为88.0，含C的质量分数为0.682，含H的质量分数为0.136，其余为O。(1)试确定该化合物的分子式________________。(2)经红外光谱和核磁共振氢谱显示，该分子中有4个甲基。请写出其结构简式________________。[解析](1)(实验式法)该化合物中ω(O)＝1.000－0.682－0.136＝0.182，N(C)∶N(H)∶N(O)＝0.68212∶0.1361∶0.18216≈5∶12∶1。设该化合物的分子式为(C5H12O)n，则(12×5＋1×12＋16)×n＝88.0，解得n＝1该有机物的分子式为C5H12O。(2)(残基法)由于该有机物分子中有4个甲基，除去这4个甲基外，还有1个C和1个O。所以，该有机化合物的结构简式为。