2020高中化学 专题1 认识有机化合物 第二单元 科学家怎样研究有机物课件 苏教版选修5

[明确学习目标]1.知道有机化合物组成的研究方法，学会如何确定最简式。2.知道有机化合物结构的研究方法及李比希提出的“基团理论”。3.知道研究有机反应机理的基本方法和有机化学反应的研究内容。23学生自主学习一、有机化合物元素组成的研究1．常见方法(1)李比希燃烧法①将某有机物在O2中充分燃烧后，各元素对应的燃烧产物：C→；H→；N→N2；S→。②若将有机物完全燃烧，生成物只有(使无水CuSO4变蓝)和CO2(使澄清石灰水变浑浊)，则该有机物中一定含有的元素是，可能含有的元素是。□01CO2□02H2O□03SO2□04H2O□05C、H□06O③判断是否含氧元素，可先求出产物CO2和H2O中C、H两种元素的质量和，再与有机物的质量比较，若二者相等，则说明原有机物中不含氧元素，否则有机物中含有氧元素。(2)钠融法：确定有机物中是否存在、、、等元素。(3)铜丝燃烧法：定性确定有机物中是否存在。用红热的铜丝蘸上试样灼烧时，若含卤素则火焰为。□07氮□08氯□09溴□10硫□11卤素□12绿色2．元素分析仪(1)工作原理：使有机化合物充分燃烧，再对进行自动分析。(2)特点□13燃烧产物二、有机化合物结构的研究1．有机化合物的结构(1)在有机化合物分子中，原子主要通过结合在一起。原子之间或的不同导致了所形成物质在性质上的差异。(2)1831年，德国化学家提出了“基团理论”。常见的基团有：羟基()，醛基()，羧基()，氨基()，烃基()等，它们有不同的结构和性质特点。□01共价键□02结合方式□03连接顺序□04李比希□05—OH□06—CHO□07—COOH□08—NH2□09—R2．测定有机化合物结构的分析方法(1)核磁共振法在1H核磁共振谱中：①特征峰的个数就是有机物中不同化学环境的氢原子的；②特征峰的面积之比就是不同化学环境的氢原子的比。如乙醚(CH3CH2OCH2CH3)分子中有10个氢原子，在1H核磁共振谱中会出现个峰，峰的面积之比为。□10种类□11个数□122□133∶2(2)红外光谱法①原理：不同基团的特征吸收频率不同，对红外光吸收的波长不同。②应用：初步判定有机物中的种类。(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”，分析带电“碎片”的特征谱，从而分析有机物的结构。其最大值表示有机物的相对分子质量。□14基团三、手性碳原子和手性分子当有机物分子中的一个碳原子所连四个原子或原子团均不相同时，此碳原子就是“”。含有手性碳原子的分子为。属于互为镜像且不能重叠的异构体，称为。手性分子具有特殊的光学性质，光通过时会发生，产生。□01手性碳原子□02手性分子□03对映异构体□04旋转□05旋光性四、有机化学反应的研究1．甲烷与氯气取代反应的反应机理(1)反应机理Cl2――→光照·Cl＋·Cl；·Cl＋CH4―→·CH3＋HCl；·CH3＋Cl2―→·Cl＋CH3Cl；其中Cl2、CH4为反应物，·Cl、·CH3为自由基，HCl、CH3Cl为生成物。(2)反应产物：共有和HCl五种。2．同位素示踪法研究酯的水解反应(1)方法：将乙酸乙酯与在H2SO4催化下加热水解，检测的分布情况，判断酯水解时的断键情况。□01CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4□02H182O□0318O(2)反应机理由此可以判断，酯在水解过程中断开的是酯中的键，水中的—18OH连接在键上形成羧酸。□04①□05①1．有机物的最简式(实验式)与分子式有哪些区别与联系？提示：(1)最简式是表示化合物分子中所含各元素原子个数的最简整数比的式子。(2)分子式是表示化合物分子所含元素的原子种类及数目的式子。(3)二者中各元素的质量分数相等，可能不同的是原子个数。提示2．如何判断有机物分子中不同化学环境的氢原子种类？提示：(1)依据1H核磁共振谱。(2)可利用等效氢法确定不同化学环境的氢原子。①在同一个C上的氢等效。②对称C上的氢等效。③在同一个C上相同取代基上的氢等效。若为等效氢，则属于同种化学环境的氢。如：①CH3CHCH3②CH2CH3，共有4种不同化学环境的氢原子，其中①、②C上的氢等效，并且其1H核磁共振谱有4种波峰，其波峰的面积比为6∶1∶2∶3。提示23师生课堂互动一、有机物分子式的确定确定有机物分子式的方法1．直接求算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1mol气体中各元素原子的物质的量，从而得出其分子式。密度(或相对密度)→摩尔质量→1mol气体中各元素原子的物质的量→分子式例如，相同条件下，某有机物蒸气对H2的相对密度为23，其中C、H、O的质量分数分别为52.17%、13.05%、34.78%，则该有机物的相对分子质量为2×23＝46，则该有机物分子中所含C原子数为46×52.17%12≈2，所含H原子数为46×13.05%1≈6，所含O原子数为46×34.78%16≈1，则该有机物的分子式为C2H6O。2．最简式法分子式为最简式(也叫实验式)的整数倍，因此利用相对分子质量及求得的最简式可确定其分子式。利用最简式求烃的分子式的方法如下：n(C)∶n(H)＝碳的质量分数12∶氢的质量分数1＝a∶b(最简整数比)。所以最简式为CaHb，则分子式为(CaHb)n，n＝M12a＋b(M为烃的相对分子质量，12a＋b为最简式的式量)。3．商余法若已知某烃的相对分子质量为M，可用商余法来求其分子式。用M除以12(C的相对原子质量)，看商和余数。M12＝x……y其中商x为整数，也为烃分子中的最大碳原子数；y为余数，也为烃分子中的最小氢原子数，即分子式为CxHy。若y＝0或x≥6时，则x每减小1，y增大12，但y最大不能超过2x＋2，由此可求出烃的分子式。4．化学方程式法利用有机化学反应中反应物、生成物之间“量”的关系求分子式的方法。在有机化学中，常利用有机物燃烧的化学方程式对分子式进行求解。常用的化学方程式有：CxHy＋x＋y4O2――→点燃xCO2＋y2H2OCxHyOz＋x＋y4－z2O2――→点燃xCO2＋y2H2O用此法进行求算时，要抓住以下关键点：①气体体积变化(注意水的状态)；②气体压强变化；③气体密度变化；④混合物的平均相对分子质量等。同时可结合差量法、平均值法、十字交叉法、讨论法等技巧来求有机物的分子式。[对点练习]1．某化合物6.4g在氧气中完全燃烧，只生成8.8gCO2和7.2gH2O。下列说法正确的是()A．该化合物仅含碳、氢两种元素B．该化合物中碳、氢原子个数比为1∶8C．无法确定该化合物中是否含有氧元素D．该化合物中一定含有氧元素答案D答案解析根据元素守恒知：m(C)＋m(H)＝8.8g×1244＋7.2g×218＝3.2g化合物的质量(6.4g)，故化合物中含有氧元素。解析2．(1)气态烃A是一种基本的有机化工原料，目前石油裂解已成为生产A的主要方法。A在标准状况下的密度为1.25g/L，D的分子式为C4H8O2，D在酸性条件下水解得到B和C，C的相对分子质量比B大14。四种有机物之间存在如图所示的转化关系。写出D的结构简式：________________。(2)E是芳香化合物，相对分子质量为180，其碳的质量分数为60.0%，氢的质量分数为4.4%，其余为氧，则E的分子式是________。答案(1)CH3COOCH2CH3(2)C9H8O4答案解析(1)由A在标准状况下的密度为1.25g/L，可求得A的相对分子质量是28，结合题给生产A的主要方法可推知，A是乙烯。D的分子式为C4H8O2，D在酸性条件下水解得到B和C，可知D是酯，B是乙醇，又由C的相对分子质量比B大14，可知C是乙酸。(2)E中碳原子数目为180×60.0%12＝9，氢原子数目为180×4.4%1≈8，氧原子数目为180×1－60%－4.4%16≈4，故其分子式为C9H8O4。解析二、有机物结构的确定确定有机化合物结构的分析思路为：1．根据价键理论规律确定有机物的同分异构体在有机物中C(四键)、O(二键)、N(三键)、H(一键)、X(一键)，利用价键理论书写有机物的结构，如C2H6O，只能写成CH3—CH2—OH或CH3—O—CH3。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褪色的有机物分子中可能含有，不能使溴的四氯化碳溶液褪色却能使酸性高锰酸钾溶液褪色的可能是苯的同系物等。3．通过定量实验确定通过定量实验确定有机物的官能团，如测得1mol某醇与足量钠反应可得到1mol气体，则可说明醇分子含2个—OH。4．可用红外光谱、1H核磁共振谱确定有机物中的官能团和各类氢原子数目，确定结构式利用红外光谱可确定有机物分子中不同基团。1H核磁共振谱可确定有机物中不同化学环境的H原子种类及个数比。[对点练习]3．为了测定某有机物A的结构，做如下实验：①将2.3g该有机物完全燃烧，生成0.1molCO2和2.7gH2O；②用质谱仪测得其相对分子质量为46；③用核磁共振仪处理该化合物，得到如图所示图谱。试回答下列问题：(1)有机物A的实验式是________。(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。(3)写出有机物A可能的结构简式：_____________________________________________________________________。答案(1)C2H6O(2)能C2H6O(3)CH3CH2OH答案解析(1)在2.3g有机物中：n(C)＝0.1mol，m(C)＝0.1mol×12g·mol－1＝1.2g；n(H)＝2.7g18g·mol－1×2＝0.3mol，m(H)＝0.3mol×1g·mol－1＝0.3g；m(O)＝2.3g－1.2g－0.3g＝0.8g，n(O)＝0.8g16g·mol－1＝0.05mol。n(C)∶n(H)∶n(O)＝0.1mol∶0.3mol∶0.05mol＝2∶6∶1，所以A的实验式是C2H6O。解析(2)实验式是C2H6O的有机物中，氢原子数已经达到饱和，所以其实验式C2H6O即为分子式。(3)A有如下两种可能的结构：CH3OCH3或CH3CH2OH。若为前者，则在核磁共振氢谱中应只有一个峰；若为后者，则在核磁共振氢谱中应有三个峰，而且三个峰的面积之比是1∶2∶3。显然后者符合，所以A的结构简式为CH3CH2OH。解析4．某研究性学习小组为确定某蜡状有机物A的结构和性质，他们拟用传统实验的手段与现代技术相结合的方法进行探究。请你参与过程探究。Ⅰ.实验式的确定(1)取样品A进行燃烧法测定，发现燃烧后只生成CO2和H2O，某次燃烧后，经换算得到了0.125molCO2和0.15molH2O。据此得出的结论是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)另一实验中，取3.4g蜡状有机物A在3.36L(标准状况下，下同)氧气中完全燃烧，两者均恰好完全反应，生成2.8LCO2和液态水。由此得出A的实验式是________。Ⅱ.结构式的确定(经测定A的相对分子质量为136)(3)取少量样品熔化，加入钠有氢气放出，说明A分子中含有________。(4)进行核磁共振，发现只有两组特征峰，且峰面积比为2∶1，再做红外光谱，发现与乙醇一样透过率在同一处波数被吸收。图谱如下：则A的结构简式为________。答案Ⅰ.(1)分子中n(C)∶n(H)＝5∶12，分子式为C5H12Ox(x＝0,1,2……)(2)C5H12O4Ⅱ.(3)羟基(4)C(CH2OH)4答案解析(1)取样品A进行燃烧法测定，发现燃烧后只生成CO2