1、- 1 -第 2 节 有机化合物结构的测定课标要求1了解有机化合物结构测定的一般步骤和程序，能进行确定有机化合物分子式的简单计算。2能利用化学检验方法鉴定官能团。3初步了解一些测定有机化合物结构的现代手段。4懂得有机化合物结构测定是有机化合物合成的重要环节。1.有机化合物中碳、氢元素的测定方法是燃烧法，卤素是沉淀法。2利用质谱法测定有机化合物的相对分子质量。3利用紫外光谱法、红外光谱法及核磁共振谱，可确定有机化合物的官能团和碳骨架。4常见官能团的不饱和度一个碳碳双键或碳氧双键、一个脂环， 1；一个碳碳叁键或碳氮叁键，其 2；一个苯环， 4。有 机 化 合 物 分 子 式 的 确 定1有机化合物
2、结构的测定流程测定有机化合物结构的核心步骤是确定分子式，检测分子中所含有的官能团及其在碳骨架上的位置。- 2 -2确定有机化合物的元素组成要确定有机化合物的分子式，首先要知道该物质的组成元素，各元素的质量分数，必要时还要测量其相对分子质量。1如何确定卤代烃中卤素原子的种类？提示：卤代烃在 NaOH 水溶液中共热后，加入稀 HNO3和 AgNO3溶液，由不溶性 AgX 的颜色不同，可由此判断卤素原子的种类。若 AgX 为白色沉淀，则 X 为 Cl；若 AgX 为浅黄色沉淀，则 X 为 Br；若 AgX 为黄色沉淀，则 X 为 I。22.3 g 某有机物完全燃烧后生成 4.4 g 二氧化碳和 2.
3、7 g 水，该有机物的组成元素有哪些？提示：该有机物中含 C： 12 gmol1 1.2 g4.4 g44 gmol 1含 H： 21 gmol1 0.3 g2.7 g18 gmol 1因 2.3 g(1.2 g0.3 g)，故该有机物中还含有氧元素。因此，该有机物是由 C、H、O三种元素组成的。- 3 -1确定有机化合物分子式的一般途径2确定有机物相对分子质量的方法(1)公式法 M m/n(M 表示摩尔质量， m 表示质量， n 表示物质的量)。已知有机物蒸气在标准状况下的密度： M22.4 (注意密度的单位)。已知有机物蒸气与某气体物质(相对分子质量为 M)在相同状况下的相对密度 D，则M
4、 M D。 M(A)A% M(B)B% 表示平均摩尔质量， M(A)、 M(B)分别表示 A、B 物质的M M摩尔质量， A%、 B%分别表示 A、B 物质的物质的量分数或体积分数。(2)其他方法根据化学方程式计算确定。利用质谱法测定。3确定有机化合物分子式的方法(1)实验式法由各元素的质量分数求各元素的原子个数之比(实验式)相对分子质量求分子式。(2)物质的量关系法由密度或其他条件求摩尔质量求 1 mol 分子中所含各元素原子的物质的量求分子- 4 -式。(3)化学方程式法利用化学方程式求分子式。(4)燃烧通式法利用通式和相对分子质量求分子式。CxHy( x )O2 xCO2 H2Oy4 y
5、2CxHyOz( x )O2 xCO2 H2Oy4 z2 y2由于 x、 y、 z 相对独立，借助通式进行计算，解出 x、 y、 z，最后求出分子式。(5)利用各类有机物的分子式通式和相对分子质量确定类别 通式 相对分子质量烷烃 CnH2n2 Mr14 n2( n1)环烷烃，烯烃 CnH2n Mr14 n(烯烃 n2，环烷烃 n3)二烯烃，炔烃 CnH2n2 Mr14 n2(炔烃 n2)苯及苯的同系物 CnH2n6 Mr14 n6( n6)饱和醇 CnH2n2 Ox Mr14 n216 x饱和一元醛 CnH2nO Mr14 n16饱和一元羧酸及酯 CnH2nO2 Mr14 n32(6)商余法(
6、只适用于烃， n 为正整数)： n2(烷烃)， n(烯烃、环烷烃)，Mr14 Mr14 n2(炔烃、二烯烃)， n6(苯或苯的同系物)。Mr14 Mr14- 5 -1正误判断(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)可燃有机物中碳、氢元素的质量分数可通过燃烧分析法求得()(3)含氯有机物样品中加入硝酸酸化的硝酸银溶液后，会有白色沉淀产生()(4)有机化合物分子式一定不与其最简式相同()(5)燃烧 0.1 mol 某有机化合物得到 0.2 mol CO2和 0.3 mol H2O 不能由此确定有机化合物的分子式()解析：(1
7、)要想确定有机物的分子式，除了元素组成外，还需测定其相对分子质量。(2)有机物燃烧产生的水和二氧化碳分别用吸水剂和碱液吸收，称重后即可分别计算出碳、氢元素的质量分数。(3)含氯有机物样品中应先加入 NaOH 溶液，然后再加入硝酸酸化的硝酸银溶液，才会有白色沉淀产生。(4)有些有机化合物的分子式与其最简式相同，如甲烷 CH4、甲醛 CH2O、甲酸 CH2O2等。(5)仅凭此条件只能确定每个有机物分子中 C、H 原子个数，无法确定是否含有 O 原子。2某含 C、H、O 三种元素的有机物 A 经元素分析仪测定，含碳、氢的质量分数分别为52.16%、13.14%，则该有机物的分子式为( )AC 2H6
8、 BC 2H6OCC 6H6O DC 2H6O2解析：选 B 有机物 A 中 C、H、O 的原子个数比为 261，52.16%12 13.14%1 34.7%16则该有机物的实验式为 C2H6O，其中氢原子数已达到饱和，该实验式即为 A 的分子式，故 B 选项正确。3燃烧 0.2 mol 某有机物，得到 0.4 mol CO2和 0.6 mol H2O，由此可得出的结论是( )A该有机物中含有 2 个碳原子和 6 个氢原子- 6 -B该有机物中碳和氢的原子个数比为 31C该有机物中含有 2 个 CO2和 3 个 H2OD1 mol 该有机物中含有 2 mol 碳原子和 6 mol 氢原子，还可
9、能含有氧原子解析：选 D 该有机物的 1 个分子中含有 2 个碳原子和 6 个氢原子，A 项错误；该有机物中碳、氢原子的个数比为 13，B 项错误；该有机物中不含二氧化碳，也不含水，C 项错误。4某有机化合物 3.2 g 在氧气中充分燃烧，将生成物依次通入盛有浓硫酸的洗气瓶和盛有碱石灰的干燥管，实验测得装有浓硫酸的洗气瓶增重 3.6 g，盛有碱石灰的干燥管增重4.4 g。则下列判断正确的是( )A肯定含有碳、氢、氧三种元素B肯定含有碳、氢元素，可能含有氧元素C肯定含有碳、氢元素，不含氧元素D不可能同时含有碳、氢、氧三种元素解析：选 A 3.2 g 有机物在氧气中充分燃烧后生成的产物依次通过浓硫
10、酸和碱石灰，分别增重 3.6 g 和 4.4 g，则生成水的质量是 3.6 g，所以氢原子的物质的量是 0.4 mol，生成的二氧化碳的质量是 4.4 g，碳原子的物质的量是 0.1 mol，根据原子守恒，可知 3.2 g该有机物中含有 0.1 mol 碳原子和 0.4 mol 氢原子， m(H) m(C)0.4 mol1 gmol1 0.1 mol12 gmol1 1.6 g3.2 g，故该有机物中一定含有碳、氢、氧三种元素，所以 A 正确。5某气态烃对空气的相对密度为 2，在氧气中充分燃烧 1.16 g 这种烃，并将所得产物通过装有无水氯化钙的干燥管和装有碱石灰的干燥管，当称量这两个干燥管
11、的质量时，它们依次增重 1.8 g 和 3.52 g。这种烃的化学式是( )AC 2H6 BC 4H10CC 5H10 DC 5H12解析：选 B 气态烃对空气(空气的平均相对分子质量为 29)的相对密度为 2，则该烃的相对分子质量为 29258，则该烃的物质的量为 0.02 mol，装有无水1.16 g58 gmol 1- 7 -CaCl2的干燥管增重的 1.8 g 为生成水的质量，其物质的量为 0.1 mol，装有1.8 g18 gmol 1碱石灰的干燥管增重的 3.52 g 为生成二氧化碳的质量，其物质的量为 0.08 3.52 g44 gmol 1mol，根据原子守恒可知烃分子中 N(
12、C) 4、 N(H) 10，故该烃的0.08 mol0.02 mol 0.1 mol20.02 mol分子式为 C4H10，故 B 正确。6有机物 A 由碳、氢、氧三种元素组成。现取 3 g A 与 4.48 L(标准状况)氧气在密闭容器中充分燃烧，生成二氧化碳、一氧化碳和水蒸气(假设反应物没有剩余)。将反应生成的气体依次通过浓硫酸和碱石灰充分吸收，浓硫酸增重 3.6 g，碱石灰增重 4.4 g，剩余气体体积为 1.12 L(标准状况)。回答下列问题：(1)3 g A 燃烧后生成物的物质的量分别为 n(H2O)_， n(CO2)_， n(CO)_。(2)通过计算确定 A 的分子式。(3)写出
13、A 的所有可能的结构简式。解析：反应物没有剩余，将反应生成的气体(二氧化碳、一氧化碳和水蒸气)依次通过浓硫酸和碱石灰充分吸收，浓硫酸增重的 3.6 g 为水的质量，碱石灰增重的 4.4 g 为二氧化碳的质量，剩余气体体积为 1.12 L，则该气体应为 CO，说明有机物没有完全燃烧。(1)n(H2O) 0.2 mol； n(CO2) 0.1 mol； n(CO)3.6 g18 gmol 1 4.4 g44 gmol 10.05 mol。1.12 L22.4 Lmol 1(2)3 g A 中， n(H)2 n(H2O)20.2 mol0.4 mol, n(C) n(CO2) n(CO)0.1 mo
14、l0.05 mol0.15 mol， n(O)2 n(CO2) n(CO) n(H2O)2 n(O2)20.1 mol0.05 mol0.2 mol20.2 mol0.05 mol， n(C) n(H) n(O)0.15 mol0.4 mol0.05 mol381，所以 A 的最简式为 C3H8O，由于达到结合 H 原子的最大数目，所以最简式就是该物质的分子式，即该物质的分子式为 C3H8O。(3)A(C3H8O)可能为饱和一元醇，也可能为甲乙醚，可能的结构简式有 CH3CH2CH2OH、CH 3CH(OH)CH3、CH3CH2OCH3。- 8 -答案：(1)0.2 mol 0.1 mol 0
15、.05 mol (2)C 3H8O(3)CH3CH2CH2OH、CH 3CH(OH)CH3、CH 3CH2OCH3方法技巧由实验式确定分子式的几种方法(1)一般方法：必须已知化合物的相对分子质量 Mr(A)，根据实验式的相对式量 Mr(实)，可求得分子式含实验式的个数 n， n Mr(A)/Mr(实)，即得分子式。(2)特殊方法：某些特殊组成的实验式，在不知化合物相对分子质量时，也可根据组成特点确定其分子式。实验式为 CH3O 的有机化合物，当 n2 时，氢原子达到饱和，则其分子式为 C2H6O2。(3)特殊方法：部分有机化合物的实验式中，氢原子已达到饱和，则该有机化合物的实验式即为其分子式，
16、如实验式为 CH4、CH 3Cl、C 2H6O、C 4H10O 等有机化合物，其实验式即为分子式。有 机 化 合 物 结 构 式 的 确 定1有机化合物分子不饱和度的计算(1)几种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 2一个羰基 1 一个苯环 4一个脂环 1 一个氰基 2- 9 -(2)有机化合物分子不饱和度的计算公式 n(C)1 。n H2其中 n(C)为碳原子数； n(H)为氢原子数。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 C
17、6H5NO2的分子的不饱和度为：61 5。 5 122确定有机化合物的官能团(1)实验确定法官能团种类 试剂 判断依据溴的四氯化碳溶液 红棕色退去碳碳双键或碳碳叁键 酸性 KMnO4溶液 紫色退去卤素原子NaOH 溶液 (加热 )、稀硝酸、AgNO 3溶液有沉淀生成醇羟基 钠 有氢气放出FeCl3溶液 显紫色酚羟基溴水 有白色沉淀生成银氨溶液(水浴) 有银镜生成醛基新制氢氧化铜悬浊液(加热) 有砖红色沉淀生成羧基 NaHCO3溶液 有二氧化碳气体放出(2)仪器确定法现代物理方法能快速准确地确定有机化合物分子的结构。1与金属钠反应生成氢气的官能团可能有哪些？与 Na2CO3溶液反应的官能团有哪些
18、？- 10 -其中能生成 CO2气体的官能团有哪些？提示：能与金属钠反应生成 H2的官能团有酚OH、醇OH、羧基(COOH)及磺酸基(SO3H)，能与 Na2CO3溶液反应的官能团有酚OH 和羧基，其中可生成 CO2气体的为羧基。2如何确定未知有机化合物的结构式？提示：一般的做法是先确定有机物的分子式，再进一步确定官能团的种类、数目及位置，最后写出有机物的结构式。1由分子式确定有机物结构式的一般步骤2由分子式确定结构式的方法(1)化学法确定有机化合物的官能团官能团决定有机化合物的特殊化学性质，通过一些特殊的化学反应和反应的实验现象，我们可以确定有机化合物中含有何种官能团。(2)仪器法测定有机化
19、合物的碳骨架和官能团核磁共振谱(NMR)。核磁共振谱分为氢谱( 1H 核磁共振谱)和碳谱两类，其中比较常用的是氢谱。氢谱能够测定有机化合物分子中氢原子在碳骨架上的位置和数目，进而推断出有机化合物的碳骨架结构。红外光谱(IR)。每种官能团在红外光谱中都有一个特定的吸收区域，因此从一未知物的红外光谱就可以准确判断该有机化合物中含有哪些官能团。红外光谱不仅可以用于定性鉴定，还可以定量算出样品的浓度。紫外光谱(UV)。紫外光谱可以确定分子中有无共轭双键。1确定有机化合物的不饱和度是判断有机物结构的重要内容之一，现有如下 4 种物质，- 11 -其中不饱和度为 4 的是( )解析：选 D 根据不饱和度公
20、式进行计算，即不饱和度 n(C)1 ，A 的不饱和n H2度为 5，B 为 2，C 为 1，D 为 4。2某化合物分子由碳、氢、氧三种元素组成，其红外光谱只有 CH 键、OH 键、CO 键的振动吸收，该有机物的相对分子质量是 60，则该有机物的结构简式是( )ACH 3CH2OCH3 BCH 3CH(OH)CH3CCH 3CH2OH DCH 3COOH解析：选 B A 中不存在 OH 键；C 中相对分子质量不是 60；D 中存在 C=O 键。3下列化合物在核磁共振氢谱中能出现两组峰，且其峰面积之比为 21 的有( )乙酸甲酯 对苯二酚 2甲基丙烷对苯二甲酸A B C D解析：选 D 乙酸甲酯(
21、CH 3COOCH3)中含有 2 种氢原子，核磁共振氢谱中能出现两组峰，且其峰面积之比为 11，错误；对苯二酚中含有 2 种氢原子，核磁共振氢谱中能出现两组峰，且其峰面积之比为 21，正确；2甲基丙烷含有 2 种氢原子，核磁共振氢谱中能出现两组峰，且其峰面积之比为 91，错误；对苯二甲酸中含有 2 种氢原子，核磁共振氢谱中能出现两组峰，且其峰面积之比为 21，正确。4质子核磁共振谱(PMR)是研究有机物结构的有力手段之一，在所研究的化合物分子中，每一结构中的等性氢原子在 PMR 谱中都给出了相应的峰(信号)。峰的强度与结构中的 H 原子数成正比，例如乙酸分子的 PMR 谱中有两个信号峰，其强度
22、比为 31。现有某化学式为C3H6O2的有机物的 PMR 谱有三个峰，其强度比为 321，则该有机物的结构简式不可能是( )ACH 3CH2COOH BCH 3COOCH3CHCOOCH 2CH3 DCH 3COCH2OH- 12 -解析：选 B 在 PMR 谱中，等性氢原子都给出了相应的峰(信号)，峰的强度与结构中的H 原子数成正比。因此 PMR 谱有三个峰说明有三种化学环境不同的氢原子，而且其个数比为321。5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。.实验式的确定(1)取样品 A 进行燃烧法测定，发现燃烧
23、后只生成 CO2和 H2O，某次燃烧后，经换算得到了 0.125 mol CO2和 0.15 mol H2O。据此得出的结论是_。(2)另一实验中，取 3.4 g 蜡状有机物 A 在 3.36 L(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 2.8 L CO2和液态水。由此得出 A 的实验式是_。.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 21，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_。解析：(1)取样品
24、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 0.125 mol CO2和 0.15 mol H2O，说明该有机物中含有 C、H 元素，可能含有 O 元素，分子中 C、H 原子的数目比为 N(C) N(H)0.125 (20.15)512，分子式为C5H12Ox(x0,1,2)。(2)生成 CO2的物质的量为 0.125 mol，则生成水的物质的量为 0.15 2.8 L22.4 Lmol 1mol,3.4 g 有机物中氧元素的质量为 3.4 g0.125 mol12 gmol1 0.15 mol21 - 13 -gmol1 1.6 g，则氧原子的物质的量为
25、 0.1 mol，分子中 N(C) N(H) N(O)5124，故最简式为 C5H12O4。(3)取少量样品熔化，加入钠有氢气放出，A 分子中不含有不饱和键，说明 A 分子中含有羟基。(4)进行核磁共振，发现只有两组特征峰，且面积比为 21，说明结构中含有两种氢原子，数目分别为 4 和 8，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，说明结构中含有醇羟基，从红外光谱图可以看出分子中含有 OH、CO、CH 键，该有机物的结构简式为 C(CH2OH)4。答案：(1)分子中 N(C) N(H)512，分子式为 C5H12Ox(x0,1,2) (2)C 5H12O4 (3)羟基 (4)C(CH 2OH)4
