化學(xué)教學(xué)課件第四節(jié)：有機(jī)物研究的步驟和方法

1、 第四節(jié) 研究有機(jī)化合物的一般步驟和方法第1頁(yè)，共43頁(yè)。有機(jī)物（不純）有機(jī)物（純凈）分離 提純研究有機(jī)化合物的一般步驟確定實(shí)驗(yàn)式元素定量分析確定化學(xué)式測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量確定結(jié)構(gòu)式化學(xué)性質(zhì)波譜分析第2頁(yè)，共43頁(yè)。一、分離、提純 提純固體有機(jī)物常采用重結(jié)晶法，提純液體有機(jī)物常采用蒸餾操作，也可以利用有機(jī)物與雜質(zhì)在某種溶劑中溶解性的差異，用溶劑萃取來(lái)提純。物質(zhì)提純的原則：不增、不變、易分離。效果相同的情況下可用物理方法的不用化學(xué)方法;可用低反應(yīng)條件的不用高反應(yīng)條件第3頁(yè)，共43頁(yè)。1、蒸餾 原理：當(dāng)液態(tài)有機(jī)物含有少量雜質(zhì)，而且該有機(jī)物熱穩(wěn)定性較強(qiáng)，與雜質(zhì)的沸點(diǎn)相差較大時(shí)（一般約大于30 ），就可以

2、用蒸餾法提純此液態(tài)有機(jī)物。裝置/show/-0y5EFb3r-t4OB2D.html第4頁(yè)，共43頁(yè)。注意事項(xiàng)：在蒸餾燒瓶中放少量碎瓷片，防止液體暴沸。溫度計(jì)水銀球的位置應(yīng)與支管口位于同一水平線(xiàn)上。蒸餾燒瓶中所盛放液體不能超過(guò)其容積的2/3，也不能少于l/3。冷凝管中冷卻水從下口進(jìn)，從上口出。加熱溫度不能超過(guò)混合物中沸點(diǎn)最高物質(zhì)的沸點(diǎn)。 不能直接加熱蒸餾燒瓶，應(yīng)墊上石棉網(wǎng)。第5頁(yè)，共43頁(yè)。練習(xí)1欲用96%的工業(yè)酒精制取無(wú)水乙醇時(shí)，可選用的方法是A.加入無(wú)水CuSO4，再過(guò)濾B.加入生石灰，再蒸餾C.加入濃硫酸，再加熱，蒸出乙醇D.將96%的乙醇溶液直接加熱蒸餾出苯第6頁(yè)，共43頁(yè)。2、重結(jié)晶

3、原理：利用固體混合物中各物質(zhì)在溶劑中溶解度不同，在一定條件下制成飽和溶液，再通過(guò)過(guò)濾、冷卻、結(jié)晶等操作予以分離。步驟：高溫溶解趁熱過(guò)濾冷卻結(jié)晶/show/jgcCUh8qk2Xc31b-.html第7頁(yè)，共43頁(yè)。不純固體物質(zhì)殘?jiān)?不溶性雜質(zhì))濾液母液(可溶性雜質(zhì)和部分被提純物)晶體(產(chǎn)品)溶于溶劑，制成飽和溶液，趁熱過(guò)濾冷卻，結(jié)晶，過(guò)濾，洗滌第8頁(yè)，共43頁(yè)。注意：首要是選擇溶劑，要求該溶劑：雜質(zhì)在此溶劑中溶解度很小或溶解度很大，易于除去；被提純的有機(jī)物在此溶劑中的溶解度，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。2、重結(jié)晶第9頁(yè)，共43頁(yè)。

4、3、萃取液-液萃?。汗?液萃?。豪糜袡C(jī)物在兩種互不相溶的溶劑中的溶解性不同，將有機(jī)物從一種溶劑轉(zhuǎn)移到另一種溶劑的過(guò)程。利用有機(jī)溶劑從固體物質(zhì)中溶解出有機(jī)物的過(guò)程。萃取劑選擇要求：1、對(duì)所萃取的物質(zhì)具有較好的溶解性；2、與原溶劑不混溶；3、與所萃取的物質(zhì)較易分離。第10頁(yè)，共43頁(yè)。練習(xí)1下列每組中各有三對(duì)物質(zhì)，它們都能用分液漏斗分離的是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，己烷和水練習(xí)2可以用分液漏斗分離的一組液體混和物是A 溴和四氯化碳 B 苯和溴苯 C 汽油和苯 D 硝基苯和水第11頁(yè)，共43頁(yè)

5、。3.分離、提純混合物的操作有：過(guò)濾、分餾、分液、升華、萃取、蒸發(fā)、重結(jié)晶、蒸餾等，為了達(dá)到下列實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，?qǐng)將適宜的操作填寫(xiě)在相應(yīng)的橫線(xiàn)上。(1)將苯和乙醚的混合物分離，要用 方法；(2)從氫氧化銅的懸濁液中分離出氫氧化銅，要用 方法；(3)除去NaCl晶體中混有的碘單質(zhì)，要用 方法；(4)分離石油中各不同沸點(diǎn)范圍的成分，要用 方法；【答案】(1)蒸餾或分餾(2)過(guò)濾 (3)升華 (4)分餾第12頁(yè)，共43頁(yè)。4.下列除雜質(zhì)和分離提純的實(shí)驗(yàn)操作中，錯(cuò)誤的是A除去蛋白質(zhì)溶液中混有的少量食鹽：滲析B除去CO2中混有的少量SO2，將氣體通過(guò)盛有足量 Na2CO3溶液的洗氣瓶C除去乙醇中混有的少量水：

6、在乙醇中加入新制的 生石灰，加熱蒸餾 D除去乙酸乙酯中混有的少量乙醇，加入飽和碳酸 鈉溶液振蕩?kù)o置分層后分液 第13頁(yè)，共43頁(yè)。5某工廠(chǎng)廢液經(jīng)測(cè)定得知主要含有乙醇，其中還溶有丙酮、乙酸和乙酸乙酯。根據(jù)各物質(zhì)的性質(zhì)（如下表），確定通過(guò)下列步驟回收乙醇和乙酸?？晒┻x擇的實(shí)驗(yàn)用品:1mol/L燒堿溶液;18.4mol/L硫酸;蒸餾水和冰;400mL蒸餾燒瓶;溫度計(jì);冷凝管;接受器;玻璃棒以及中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的常用儀器.(1)補(bǔ)充下列實(shí)驗(yàn)步驟:組裝蒸餾裝置,檢查氣密性;取100mL廢液注入250mL蒸餾燒瓶中,滴入1mol/L燒堿溶液,調(diào)節(jié)廢液pH=10;?(2)滴加1mol/L燒堿溶液,使溶液pH=

7、10的目的是.(3)用18.4mlo/L的硫酸的目的是(用化學(xué)方程式表示).(4)最后蒸餾燒瓶?jī)?nèi)殘留液中的溶質(zhì)主要成分是.物質(zhì)丙酮乙酸乙酯乙醇乙酸沸點(diǎn)（）56.277.0678117.9(1)向蒸餾燒瓶中加入幾塊碎瓷片,緩緩加熱收集70左右的餾出物;待蒸餾燒瓶中的殘液冷卻后,向其中緩緩加入硫酸至過(guò)量,再加熱蒸餾;收集118左右的餾出物;(2) 使乙酸乙酯在蒸餾時(shí)水解生成乙酸和乙醇,將乙酸中和成乙酸鈉;(3)2CH3COONa+H2SO4Na2SO4+2CH3COOH(4)Na2SO4第14頁(yè)，共43頁(yè)。研究有機(jī)化合物的一般步驟和方法(2)李比希元素分析儀現(xiàn)代元素分析儀（接電腦）第15頁(yè)，共43

8、頁(yè)。李比希德國(guó)化學(xué)家李比希（ 18031873 ）最早提出有機(jī)物的元素定量分析方法；他用CuO將有機(jī)物氧化，生成的H2O用無(wú)水CaCl2吸收，CO2用KOH濃溶液吸收。分別稱(chēng)出吸收前后吸收劑的質(zhì)量，計(jì)算出C、H原子在分子中的含量，剩余的就是O的含量；李比希還建立了含N、S、X等有機(jī)物的元素定量分析方法；現(xiàn)在使用的是由計(jì)算機(jī)控制的現(xiàn)代元素分析儀?？茖W(xué)史話(huà)李比希元素分析儀現(xiàn)代元素分析儀（接電腦）第16頁(yè)，共43頁(yè)。測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量的方法很多， 質(zhì)譜法是最精確、最快捷的方法。相對(duì)分子質(zhì)量的確定質(zhì)譜法研究有機(jī)化合物的一般步驟和方法(3)第17頁(yè)，共43頁(yè)。（由于分子離子的質(zhì)荷比越大，達(dá)到檢測(cè)器需要的時(shí)

9、間最長(zhǎng)，因此譜圖中的質(zhì)荷比最大的就是未知物的相對(duì)分子質(zhì)量）質(zhì)譜儀有什么作用？其原理是什么？它是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。這些不同離子具有不同的質(zhì)量，質(zhì)量不同的離子在磁場(chǎng)作用下達(dá)到檢測(cè)器的時(shí)間有差異，其結(jié)果被記錄為質(zhì)譜圖。1、質(zhì)荷比是什么？2、如何確定有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量？分子離子、碎片離子的相對(duì)質(zhì)量與其電荷的比值第18頁(yè)，共43頁(yè)。例2002年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者的貢獻(xiàn)之一是發(fā)明了對(duì)有機(jī)物分子進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的質(zhì)譜法。其方法是讓極少量的（109g）化合物通過(guò)質(zhì)譜儀的離子化室使樣品分子大量離子化，少量分子碎裂成更小的離子。如C2H6離子化后可得到C2

10、H6、C2H5、C2H4，然后測(cè)定其質(zhì)荷比。某有機(jī)物樣品的質(zhì)荷比如右圖所示（假設(shè)離子均帶一個(gè)單位正電荷，信號(hào)強(qiáng)度與該離子的多少有關(guān)），則該有機(jī)物可能是 A 甲醇 B 甲烷 C 丙烷 D 乙烯第19頁(yè)，共43頁(yè)。確定有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式一般過(guò)程歸納：(1)組成元素質(zhì)量比(2)組成元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)(3)燃燒產(chǎn)物的質(zhì)量比或物質(zhì)的量比(1) M22.4d(2) MDMr （D相對(duì)密度，Mr相對(duì)氣體分子質(zhì)量）(3) MMAA MBB有機(jī)物最簡(jiǎn)式（實(shí)驗(yàn)式）相對(duì)分子質(zhì)量分子式化學(xué)性質(zhì)有機(jī)物結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式第20頁(yè)，共43頁(yè)。有機(jī)物分子式的確定方法： 【方法一】最簡(jiǎn)式法 根據(jù)分子式為最簡(jiǎn)式的整數(shù)倍，因此利用相對(duì)分子質(zhì)量的最

11、簡(jiǎn)式可確定其分子式。第21頁(yè)，共43頁(yè)。求有機(jī)物的實(shí)驗(yàn)式：【例題】某含C、H、O三種元素的未知物A，經(jīng)燃燒分析實(shí)驗(yàn)測(cè)定A中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52.16%，氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.14%，求A的實(shí)驗(yàn)式。解：氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為152.16%13.14%34.70%各元素原子個(gè)數(shù)比N(C)：N(H)：N(O)2：6：1A的實(shí)驗(yàn)式為：C2H6O4.35：13.14：2.17第22頁(yè)，共43頁(yè)。確定相對(duì)分子質(zhì)量的常見(jiàn)方法：（1）根據(jù)標(biāo)況下氣體的密度可求： M = 22.4L/mol g/L=22.4 g/mol（2）依據(jù)氣體的相對(duì)密度： M1 = DM2(D:相對(duì)密度)（3）求混合物的平均式量：（4）運(yùn)用質(zhì)譜法來(lái)測(cè)

12、定相對(duì)分子質(zhì)量第23頁(yè)，共43頁(yè)?！纠}】某同學(xué)為測(cè)定維生素C（可能含C、H或C、H、O）中碳、氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，取維生素C樣品研碎，稱(chēng)取該樣品0.352 g，置于鉑舟并放入燃燒管中，不斷通入氧氣流。用酒精噴燈持續(xù)加熱樣品，將生成物先后通過(guò)無(wú)水硫酸銅和堿石灰，兩者分別增重0.144g和0.528g，生成物完全被吸收。試回答以下問(wèn)題：（1）維生素C中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是 ，氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是 。（2）維生素C中是否含有氧元素？為什么？（3）試求維生素C的實(shí)驗(yàn)式： （3）若維生素C的相對(duì)分子質(zhì)量為176，請(qǐng)寫(xiě)出它的分子式C3H4O3 414.55肯定含有氧C6H8O6 第24頁(yè)，共43頁(yè)?！纠}】實(shí)驗(yàn)表明，許多

13、咖啡和可樂(lè)飲料中含有興奮性物質(zhì)咖啡因。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，咖啡因分子中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是: 碳49.5，氫5.20，氧16.5，氮28.9，其摩爾質(zhì)量為194.1g/mol 你能確定它的分子式嗎？【方法二】直接法 密度(或相對(duì)密度)摩爾質(zhì)量1mol氣體中元素原子各為多少摩爾分子式第25頁(yè)，共43頁(yè)。解：1mol有機(jī)物分子中各元素原子的物質(zhì)的量為：n(C)=1mol194.1mol/L49.5%12g/mol =8.0moln(H)= 1mol194.1g/mol5.20%1g/mol =10.0mol n(O)= 1mol194.1g/mol16.5%16g/mol =2.0mol n(N)= 1mo

14、l194.1/gmol28.9%14g/mol =4.0mol 因此該有機(jī)物的分子式為C8H10O2N4第26頁(yè)，共43頁(yè)?！痉椒ㄈ坑鄶?shù)法烴的類(lèi)別不確定CxHy，可用相對(duì)分子質(zhì)量M除以12，看商和余數(shù)，即M/12x余y，分子式為CxHy【例題】分別寫(xiě)出相對(duì)分子質(zhì)量為128、72的烴的分子式C10H8或C9H20；C5H12第27頁(yè)，共43頁(yè)。某烴1.68g，完全燃燒生成CO25.28g和H2O2.16g，經(jīng)測(cè)定這種烴在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的密度為3.75gL則其分子式是 ACH4 BC3H8 CC4H10 DC6H12 【方法四】方程式法烴的燃燒化學(xué)反應(yīng)方程式通式：CxHy+（x+y/4）O2xCO2

15、+y/2H2O烴的含氧衍生物燃燒的化學(xué)反應(yīng)方程式通式：CxHyOz+（x+y/4-z/2）O2xCO2+y/2H2O第28頁(yè)，共43頁(yè)。 在同溫同壓下，10mL某氣態(tài)烴在50mL O2里充分燃燒，得到液態(tài)水和體積為35mL的混合氣體，則該烴的分子式可能為（ ）A、C4H6 B、C2H6 C、C3H8 D、C3H6BD第29頁(yè)，共43頁(yè)。練習(xí)3、某有機(jī)物的結(jié)構(gòu)確定：測(cè)定實(shí)驗(yàn)式：某含C、H、O三種元素的有機(jī)物，經(jīng)燃燒分析實(shí)驗(yàn)測(cè)定其碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是64.86%，氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是13.51%, 則其實(shí)驗(yàn)式是（ ）。 確定分子式：下圖是該有機(jī)物的質(zhì)譜圖，則其相對(duì)分子質(zhì)量為（ ），分子式為（ ）。C4H10O

16、74C4H10O第30頁(yè)，共43頁(yè)。有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)的鑒定：結(jié)構(gòu)式（確定有機(jī)物的官能團(tuán)）分子式研究有機(jī)化合物的一般步驟和方法(4)第31頁(yè)，共43頁(yè)。1、紅外光譜（IR）紅外光譜儀第32頁(yè)，共43頁(yè)。紅外光譜紅外光譜法確定有機(jī)物結(jié)構(gòu)的原理是：由于有機(jī)物中組成化學(xué)鍵、官能團(tuán)的原子處于不斷振動(dòng)狀態(tài)，且振動(dòng)頻率與紅外光的振動(dòng)頻譜相當(dāng)。所以，當(dāng)用紅外線(xiàn)照射有機(jī)物分子時(shí)，分子中的化學(xué)鍵、官能團(tuán)可發(fā)生震動(dòng)吸收，不同的化學(xué)鍵、官能團(tuán)吸收頻率不同，在紅外光譜圖中將處于不同位置。因此，我們就可以根據(jù)紅外光譜圖，推知有機(jī)物含有哪些化學(xué)鍵、官能團(tuán)，以確定有機(jī)物的結(jié)構(gòu)。第33頁(yè)，共43頁(yè)。例1下圖是一種分子式為C4H8

17、O2的有機(jī)物的紅外光譜譜圖,則該有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為：COCC=O不對(duì)稱(chēng)CH3CH3COOCH2CH3第34頁(yè)，共43頁(yè)。練習(xí)1有一有機(jī)物的分子式為C4H10O，請(qǐng)寫(xiě)出該分子的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式 COC對(duì)稱(chēng)CH3對(duì)稱(chēng)CH2CH3CH2OCH2CH3第35頁(yè)，共43頁(yè)。2、核磁共振氫譜（HNMR）核磁共振儀第36頁(yè)，共43頁(yè)。核磁共振氫譜 不同化學(xué)環(huán)境的氫原子（等效氫原子）因產(chǎn)生共振時(shí)吸收的頻率不同，被核磁共振儀記錄下來(lái)的吸收峰的面積不同。所以，可以從核磁共振譜圖上推知?dú)湓拥念?lèi)型及數(shù)目。 第37頁(yè)，共43頁(yè)。 通過(guò)核磁共振氫譜可知道有機(jī)物里有多少種氫原子，不同氫原子的數(shù)目之比是多少。吸收峰數(shù)目氫原子類(lèi)型不同吸收峰的面積之比（強(qiáng)度之比）不同氫原子的個(gè)數(shù)之比第38頁(yè)，共43頁(yè)。練習(xí)2 2002年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)表彰了兩項(xiàng)成果，其中一項(xiàng)是瑞士科學(xué)家?guī)鞝柼鼐S特里希發(fā)明了“利用核磁共振技術(shù)測(cè)定溶液中生物大分子三維結(jié)構(gòu)的方法”。在化學(xué)上經(jīng)常使用的是氫核磁共振譜，它是根據(jù)不同化學(xué)環(huán)境的氫原子在氫核磁共振譜中給出的信號(hào)不同來(lái)確定有機(jī)物分子中的不同的氫原子。下列有機(jī)物分子在核磁共振氫譜中只給出一種信號(hào)的是A HCHO B CH3OH C HCOOH D CH3COOCH3第39頁(yè)，共43頁(yè)。練習(xí)3、 分子式為C3H6O2的二元混合物，如果在核磁共振氫譜上觀察到氫原子給出的峰有兩種情況。