人教版選修5 第一章第四節(jié) 研究有機(jī)化合物的一般步驟和方法 學(xué)案.doc

第四節(jié)研究有機(jī)化合物的一般步驟和方法學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.了解研究有機(jī)化合物的一般步驟和方法。2.初步學(xué)會(huì)分離提純有機(jī)物的常規(guī)方法。(重點(diǎn))3.初步了解測(cè)定元素種類、含量以及相對(duì)分子質(zhì)量的方法。(重點(diǎn))4.了解確定分子式的一般方法與過程以及根據(jù)特征結(jié)構(gòu)和現(xiàn)代物理技術(shù)確定物質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法。(難點(diǎn))自 主 預(yù) 習(xí)探 新 知一、研究有機(jī)物的基本步驟 微點(diǎn)撥：因?yàn)橛袡C(jī)物中普遍存在同分異構(gòu)現(xiàn)象，所以在確定有機(jī)物的分子式以后，還要確定結(jié)構(gòu)式。二、分離、提純方法1蒸餾(1)適用范圍及條件分離和提純互相溶解的沸點(diǎn)不同的液態(tài)有機(jī)混合物。(2)裝置注意事項(xiàng)：溫度計(jì)水銀球位于蒸餾燒瓶支管口處。碎瓷片的作用：防止暴沸。冷凝管中水流的方向是下口進(jìn)入，上口流出。2重結(jié)晶(1)原理利用有機(jī)物和雜質(zhì)在同一溶劑中溶解度隨溫度的變化程度不同，常用冷卻或蒸發(fā)將有機(jī)物分離出來，是提純固體有機(jī)物的常用方法。(2)適用條件重結(jié)晶是提純固體有機(jī)物的常用方法。雜質(zhì)在所選溶劑中的溶解度很大或很小，易于除去。被提純的有機(jī)物在所選溶劑中的溶解度，受溫度的影響較大；該有機(jī)物在熱溶液中的溶解度較大，冷溶液中的溶解度較小，冷卻后易于結(jié)晶析出。(3)實(shí)驗(yàn)裝置與操作步驟3萃取(1)萃取的分類和原理萃取包括液液萃取和固液萃取。液液萃取是利用有機(jī)化合物在兩種互不相溶的溶劑里的溶解性不同，將有機(jī)化合物從一種溶劑轉(zhuǎn)移到另一種溶劑的過程。固液萃取是用有機(jī)溶劑從固體物質(zhì)中溶解出有機(jī)化合物的過程，在實(shí)驗(yàn)室和工廠中用專用的儀器和設(shè)備進(jìn)行這一操作。(2)萃取操作常用的玻璃儀器是分液漏斗。(3)適用條件：有機(jī)化合物與雜質(zhì)在某種溶劑中的溶解性有較大的差異。微記憶：萃取劑與原溶劑不能互溶，如一般不選用酒精作萃取劑。三、元素分析與相對(duì)分子質(zhì)量的測(cè)定1元素分析(1)定性分析：確定有機(jī)物分子的元素組成。用化學(xué)方法鑒定有機(jī)物分子的元素組成。如燃燒后，一般c生成co2、h生成h2o、n生成n2、s生成so2、cl生成hcl。(2)定量分析：確定有機(jī)物的實(shí)驗(yàn)式。將一定量的有機(jī)物燃燒并測(cè)定各產(chǎn)物的質(zhì)量，從而推算出各組成元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，然后計(jì)算有機(jī)物分子中所含元素原子最簡(jiǎn)單的整數(shù)比，即確定其實(shí)驗(yàn)式。(3)定量分析法(李比希法)微點(diǎn)撥：若有機(jī)物中還含有氮、硫、鹵素等元素，應(yīng)采取其他方法進(jìn)行定量分析。2相對(duì)分子質(zhì)量的測(cè)定質(zhì)譜法(1)原理用高能電子流等轟擊樣品分子，使該分子失去電子變成帶正電荷的分子離子和碎片離子。分子離子、碎片離子各自具有不同的相對(duì)質(zhì)量，它們?cè)诖艌?chǎng)的作用下到達(dá)檢測(cè)器的時(shí)間將因質(zhì)量的不同而先后有別，其結(jié)果被記錄為質(zhì)譜圖。(2)質(zhì)荷比指分子離子、碎片離子的相對(duì)質(zhì)量與其電荷的比值。質(zhì)譜圖中，質(zhì)荷比的最大值就表示了樣品分子的相對(duì)分子質(zhì)量。例如，由圖可知，樣品分子的相對(duì)分子質(zhì)量為46。四、分子結(jié)構(gòu)的鑒定1紅外光譜(1)作用：初步判斷某有機(jī)物中含有何種化學(xué)鍵和官能團(tuán)。(2)原理：不同的化學(xué)鍵或官能團(tuán)吸收頻率不同，在紅外光譜圖上將處于不同的位置。2核磁共振氫譜(1)作用：測(cè)定有機(jī)物分子中氫原子的種類和數(shù)目。(2)原理：處在不同化學(xué)環(huán)境中的氫原子因產(chǎn)生共振時(shí)吸收電磁波的頻率不同，在譜圖上出現(xiàn)的位置也不同，而且吸收峰的面積與氫原子數(shù)成正比。(3)分析：吸收峰數(shù)目氫原子種類，吸收峰面積比氫原子數(shù)之比。微記憶：有機(jī)化合物分子中相同的基團(tuán)(如ch3)，由于所處的化學(xué)環(huán)境不同，在核磁共振氫譜中有不同的吸收峰，如有兩種ch3吸收峰?；A(chǔ)自測(cè)1判斷正誤(正確的打“”，錯(cuò)誤的打“”)(1)分離和提純都只利用物質(zhì)的物理性質(zhì)，不利用物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)。()(2)燃燒后只產(chǎn)生co2和h2o的物質(zhì)不一定只含有碳、氫兩種元素。()(3)核磁共振氫譜中，有幾個(gè)吸收峰就說明有幾個(gè)氫原子。()(4)有機(jī)化合物中，連在同一個(gè)碳原子上的氫原子在核磁共振氫譜中是一個(gè)吸收峰。()(5)從乙酸乙酯和乙酸的混合物中提純乙酸乙酯，采用蒸餾法。()【答案】(1)(2)(3)(4)(5)2下列有關(guān)實(shí)驗(yàn)原理或操作正確的是()a分離ccl4和水b洗滌沉淀時(shí)，向漏斗中加適量水，攪拌并濾干c液體分層，下層呈無色d除去氯氣中的少量氯化氫a3如圖是某有機(jī)物核磁共振氫譜圖，則該有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式是() ach3ch2ch3bch3ch=chch3cch3cooch2ch3dch3chohch3c由核磁共振氫譜圖可知該有機(jī)物分子中有三種不同化學(xué)環(huán)境的氫原子，且個(gè)數(shù)比為332，只有c項(xiàng)符合題意。合 作 探 究攻 重 難有機(jī)物的分離和提純典例1現(xiàn)有一瓶乙二醇和丙三醇的混合液，已知它們的性質(zhì)如下表：物質(zhì)分子式熔點(diǎn)/沸點(diǎn)/密度gcm3溶解性乙二醇c2h6o211.51981.11易溶于水和乙醇丙三醇c3h8o317.92901.26與水和乙醇任意比互溶據(jù)此，將乙二醇和丙三醇分離的最佳方法是()a萃取b升華c蒸餾d蒸發(fā)c兩者均屬于醇類，相互混溶。從表中可知兩者的沸點(diǎn)相差較大，故可用蒸餾法將其分離。 方法目的主要儀器實(shí)例蒸餾分離、提純沸點(diǎn)相差很大的液態(tài)混合物蒸餾燒瓶、冷凝管分離乙酸和乙醇萃取將有機(jī)物從一種溶劑轉(zhuǎn)移到另一種溶劑分液漏斗用四氯化碳將碘水中的碘提取出來分液分離互不相溶的液態(tài)混合物分液漏斗分離汽油和水重結(jié)晶利用溫度對(duì)溶解度的影響提純有機(jī)物燒杯、酒精燈、蒸發(fā)皿、漏斗提純苯甲酸洗氣分離提純氣體混合物洗氣瓶除去甲烷中的乙烯對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1除去下列括號(hào)內(nèi)的雜質(zhì)通常采用的方法是什么？將答案填在橫線上。(1)h2o(nacl、mgcl2)_。(2)ch3oh(h2o)_。(注：ch3oh為甲醇，沸點(diǎn)為64.7 )(3) (nacl)_。(4) (br2)_。【解析】蒸餾是根據(jù)液體的熱穩(wěn)定性及與雜質(zhì)(可以是液體也可以是固體)的沸點(diǎn)差別大小(一般約相差30 )，來提純液態(tài)物質(zhì)；重結(jié)晶用于固體的分離?！敬鸢浮?1)蒸餾(2)蒸餾(可加入生石灰后再蒸餾)(3)重結(jié)晶(4)堿洗分液(常選用naoh溶液做堿洗液)1有機(jī)物的分離是通過物理或化學(xué)方法將混合物分開，其目的是得到混合物中的每一種純凈物質(zhì)。而有機(jī)物的提純是將被提純物質(zhì)中的雜質(zhì)除去，其目的是凈化主體物質(zhì)，不考慮提純后雜質(zhì)的化學(xué)成分和物理狀態(tài)的改變，兩種方法的要求是不同的。2萃取和分液是兩個(gè)不同的概念，分液可以單獨(dú)進(jìn)行，但萃取之后一般要進(jìn)行分液。3用蒸餾的方法分離兩種液態(tài)有機(jī)混合物時(shí)，要求兩種有機(jī)物的沸點(diǎn)一般相差30 以上。有機(jī)物分子式的確定背景材料已知某有機(jī)物的質(zhì)譜圖如下：思考交流結(jié)合上述質(zhì)譜圖，思考下列問題：(1)怎樣根據(jù)質(zhì)譜圖確定有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量？(2)該有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量是多少？(3)知道了有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量，能直接確定該有機(jī)物的分子式嗎？【提示】(1)依據(jù)質(zhì)譜圖可知，最大的質(zhì)荷比即為該有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量。(2)該有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量是46。(3)確定有機(jī)物的分子式的方法一般需要兩個(gè)條件：相對(duì)分子質(zhì)量和最簡(jiǎn)式(或分子中各元素原子個(gè)數(shù)比)。1有機(jī)物組成元素的推斷一般來說，某有機(jī)物完全燃燒后，若產(chǎn)物只有co2和h2o，其組成元素可能為c、h或c、h、o。欲判斷該有機(jī)物分子是否含氧元素，首先應(yīng)求出產(chǎn)物co2中碳元素的質(zhì)量及h2o中氫元素的質(zhì)量，然后將c、h的質(zhì)量之和與原來有機(jī)物質(zhì)量比較，若兩者相等，則原有機(jī)物分子的組成中不含氧元素；否則，原有機(jī)物分子的組成中含氧元素。2確定分子式的方法(1)直接法有機(jī)物的密度(或相對(duì)密度)摩爾質(zhì)量1 mol有機(jī)物中各原子的物質(zhì)的量分子式。(2)最簡(jiǎn)式法各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最簡(jiǎn)式分子式。(3)余數(shù)法用烴的相對(duì)分子質(zhì)量除以14，看商數(shù)和余數(shù)。a其中商數(shù)a為烴中的碳原子數(shù)，此法適用于具有特定通式的烴(如烷烴、烯烴、炔烴、苯和苯的同系物等)。(4)化學(xué)方程式法利用有機(jī)反應(yīng)中反應(yīng)物、生成物之間“量”的關(guān)系求分子式的方法。在有機(jī)化學(xué)中，常利用有機(jī)物燃燒等方程式對(duì)分子式進(jìn)行求解。常用的化學(xué)方程式有：cxhy(x)o2xco2h2ocxhyoz(x)o2xco2h2o對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2某有機(jī)物在空氣中完全燃燒時(shí)，生成水和二氧化碳的分子數(shù)之比為21，則該物質(zhì)可能是 ()ch4c2h4c2h5ohch3ohabcdb該物質(zhì)完全燃燒生成水和二氧化碳的分子數(shù)之比為21，即n(h2o)n(co2)21，則該物質(zhì)中n(h)n(c)41，分子式滿足n(c)n(h)14的有ch4、ch3oh。有機(jī)物結(jié)構(gòu)式的確定典例2化合物a的相對(duì)分子質(zhì)量為136，分子式為c8h8o2。a分子中只含一個(gè)苯環(huán)且苯環(huán)上只有一個(gè)取代基，其紅外光譜和核磁共振氫譜如圖所示。下列關(guān)于化合物a的說法中不正確的是 ()a化合物a屬于酯類化合物，在一定條件下能發(fā)生水解反應(yīng)b化合物a在一定條件下可與3 mol h2發(fā)生加成反應(yīng)c符合題中化合物a分子結(jié)構(gòu)特征的有機(jī)物有1種d與化合物a含有相同官能團(tuán)的同分異構(gòu)體只有2種d苯環(huán)上只有一個(gè)取代基，則苯環(huán)上有三種氫原子，苯基(c6h5)的相對(duì)分子質(zhì)量是77，則取代基的相對(duì)分子質(zhì)量是59，對(duì)照核磁共振氫譜可知，取代基上的氫原子是等效的，對(duì)照紅外光譜可判斷，a的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式是，故a、b、c項(xiàng)均正確。與a含有相同官能團(tuán)的同分異構(gòu)體有、，共5種，故d項(xiàng)錯(cuò)誤。有機(jī)物結(jié)構(gòu)式的確定1根據(jù)價(jià)鍵規(guī)律確定某些有機(jī)物根據(jù)價(jià)鍵規(guī)律只存在一種結(jié)構(gòu)，則直接根據(jù)分子式確定其結(jié)構(gòu)式。例如：c2h6，只能是ch3ch3。2通過定性實(shí)驗(yàn)確定實(shí)驗(yàn)有機(jī)物表現(xiàn)的性質(zhì)及相關(guān)結(jié)論確定官能團(tuán)確定結(jié)構(gòu)式。例如：能使溴的四氯化碳溶液褪色的有機(jī)物分子中可能含有，不能使溴的四氯化碳溶液褪色卻能使酸性高錳酸鉀溶液褪色的可能是苯的同系物等。3通過定量實(shí)驗(yàn)確定(1)通過定量實(shí)驗(yàn)確定有機(jī)物的官能團(tuán)，如乙醇結(jié)構(gòu)式的確定；(2)通過定量實(shí)驗(yàn)確定官能團(tuán)的數(shù)目，如測(cè)得1 mol某醇與足量鈉反應(yīng)可得到1 mol氣體，則可說明該醇分子中含2個(gè)oh。4根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的有機(jī)物的結(jié)構(gòu)片段“組裝”有機(jī)物實(shí)驗(yàn)測(cè)得的往往不是完整的有機(jī)物，這就需要我們根據(jù)有機(jī)物的結(jié)構(gòu)規(guī)律，如價(jià)鍵規(guī)律、性質(zhì)和量的規(guī)律等來對(duì)其進(jìn)行“組裝”和“拼湊”。5可用紅外光譜、核磁共振氫譜確定有機(jī)物中的官能團(tuán)和各類氫原子數(shù)目，確定結(jié)構(gòu)式。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練3為了測(cè)定某有機(jī)物a的結(jié)構(gòu)，做如下實(shí)驗(yàn)：將2.3 g該有機(jī)物完全燃燒，生成0.1 mol co2和2.7 g h2o；用質(zhì)譜儀測(cè)定其相對(duì)分子質(zhì)量，得如圖一所示的質(zhì)譜圖；用核磁共振儀處理該化合物，得到如圖二所示圖譜，圖中三個(gè)峰的面積之比是123。試回答下列問題：圖一圖二(1)有機(jī)物a的相對(duì)分子質(zhì)量是_。(2)有機(jī)物a的實(shí)驗(yàn)式是_。(3)能否根據(jù)a的實(shí)驗(yàn)式確實(shí)a的分子式_(填“能”或“不能”)；若能，則a的分子式是_(若不能，則此空不填)。(4)寫出有機(jī)物a的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式_。【解析】(1)在a的質(zhì)譜圖中，最大質(zhì)荷比是46，所以其相對(duì)分子質(zhì)量是46。(2)在2.3 g該有機(jī)物中，n(c)0.1 mol，m(c)1.2 g，n(h)20.3 mol，m(h)0.3 g，m(o)2.3 g1.2 g0.3 g0.8 g，n(o)0.05 mol，所以n(c)n(h)n(o)0.1 mol0.3 mol0.05 mol261，a的實(shí)驗(yàn)式是c2h6o。(3)因?yàn)閷?shí)驗(yàn)式是c2h6o的有機(jī)物中，氫原子數(shù)已經(jīng)達(dá)到飽和，所以其實(shí)驗(yàn)式即為分子式。(4)a有如下兩種可能的結(jié)構(gòu)：ch3och3或ch3ch2oh。若為前者，則在核磁共振氫譜中應(yīng)只有一個(gè)峰；若為后者，則在核磁共振氫譜中應(yīng)有三個(gè)峰，而且三個(gè)峰的面積之比是123。后者符合，所以a為乙醇?！敬鸢浮?1)46(2)c2h6o(3)能c2h6o(4)ch3ch2oh當(dāng) 堂 達(dá) 標(biāo)固 雙 基1研究有機(jī)物一般經(jīng)過以下幾個(gè)基本步驟：分離、提純確定實(shí)驗(yàn)式確定分子式確定結(jié)構(gòu)式，以下用于研究有機(jī)物的方法錯(cuò)誤的是 ()a蒸餾常用于分離提純液態(tài)有機(jī)混合物b燃燒法是研究確定有機(jī)物成分的有效方法c核磁共振氫譜通常用于分析有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量d對(duì)有機(jī)物分子紅外光譜圖的研究有助于確定有機(jī)物分子中的官能團(tuán)c核磁共振氫譜確定的是等效氫的種類和數(shù)量。2下列實(shí)驗(yàn)方案不合理的是 () a用飽和na2co3溶液除去乙酸乙酯中混有的乙酸等b分離苯和硝基苯的混合物，可用蒸餾法c可用苯將溴從溴苯中萃取出來d可用水來鑒別苯、乙醇、四氯化碳c因乙酸乙酯在飽和na2co3溶液中的溶解度很小，且乙酸易溶于飽和na2co3溶液，因此可用飽和na2co3溶液來除去乙酸乙酯中混有的乙酸等雜質(zhì)；苯與硝基苯的沸點(diǎn)相差較大，可用蒸餾法將兩者分離開來；溴易溶于溴苯，也易溶于苯，因此不能用苯作萃取劑將溴從溴苯中除去；苯不溶于水。加入水時(shí)，液體分為兩層，上層為苯(油狀液體)，下層為水，乙醇與水混合時(shí)不分層，四氯化碳不溶于水，加水混合時(shí)，液體也分為兩層。上層為水，下層為四氯化碳(油狀液體)，因此可用水來鑒別苯、乙醇、四氯化碳。3核磁共振氫譜是指有機(jī)物分子中的氫原子核所處的化學(xué)環(huán)境(即其附近的基團(tuán))不同，表現(xiàn)出的核磁性就不同，代表核磁性特征的峰在核磁共振圖中坐標(biāo)的位置(化學(xué)位移，符號(hào)為)也就不同?，F(xiàn)有一物質(zhì)的核磁共振氫譜如圖所示。則可能是下列物質(zhì)中的()ach3ch2ch3bch3ch2ch2ohcdch3ch2chob由核磁共振氫譜的定義可知，在氫譜圖中從峰的個(gè)數(shù)即可推知有幾種不同化學(xué)環(huán)境的氫原子，從上圖中可知有4種不同化學(xué)環(huán)境的氫原子。分析選項(xiàng)可得a項(xiàng)是2種，b項(xiàng)是4種，c項(xiàng)是2種，d項(xiàng)是3種。4下列實(shí)驗(yàn)操作中錯(cuò)誤的是 ()a分液時(shí)，分液漏斗中下層液體從下口放出，上層液體從上口倒出b蒸餾時(shí)，應(yīng)使溫度計(jì)水銀球靠近蒸餾燒瓶支管口處c可用酒精萃取碘水中的碘d稱量時(shí)，稱量物放在稱量紙上，置于托盤天平的左盤，砝碼放在托盤天平的右盤c5下圖是一種分子式為c4h8o2的有機(jī)物的紅外光譜圖，則該有機(jī)物分子可能為() ach3cooch2ch3bch3ch2ch2coohchcooch2ch2ch3d(ch3)2chch2cooha本題所給選項(xiàng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式分別為a項(xiàng)、b項(xiàng)ch3ch2ch2cooh、c項(xiàng)、d項(xiàng)，首先排除d項(xiàng)，因d項(xiàng)的分子式為c5h10o2，與題設(shè)不符；再由圖像可知有不對(duì)稱ch3，則排除b、c項(xiàng)，而a項(xiàng)存在不對(duì)稱ch3、c=o與coc，所以有可能。(1)利用紅外光譜圖可以確定有機(jī)物