研究有機化合物的一般步驟和方法,第一章,認識有機化合物,4,研究有機化合物的一般步驟,粗品分離、提純,元素定量分析確定實驗式,測定相對分子質量確定分子式,波譜分析確定結構式(有哪些官能團）,【思考與交流】1、下列物質中的雜質（括號中是雜質）可以用什么方法除去?（1）酒精（水）（2）壬烷（己烷）（3）KNO3（NaCl)（4）乙酸乙酯（乙醇）（5）甲烷（乙烯）（6）NaCl（泥沙）（7）溴水（水）（8）CO2（HCl）,分離提純的基本方法：過濾法、結晶(重結晶)法、蒸餾(分餾)法、萃取分液法、洗氣法、加熱法、滲析法、鹽析法和離子交換法等。,3.分離提純的原則：（1）不增（不引入新的雜質）。（2）不減（不減少被提純物）。（3）易分離（被提純物與雜質易分離）。（4）易復原（被提純物易復原）。,2.常用的分離、提純物質的方法有哪些？,一、分離、提純,物理方法：利用有機物與雜質物理性質的差異而將它們分開.,有機物分離的常用物理方法,蒸餾重結晶萃取分液,化學方法：一般是加入或通過某種試劑進行化學反應。,1、蒸餾：,（2）蒸餾提純的條件,液態混合物有機物熱穩定性較強；與雜質的沸點相差較大（一般約大于30）,（1）蒸餾的原理,利用混合物的沸點不同，除去難揮發或不揮發的雜質,（3）蒸餾的注意事項：溫度計水銀球的部位（蒸餾燒瓶支管處）燒瓶中放少量沸石或碎瓷片（防止暴沸）進出水方向（下進上出）燒瓶中所盛放液體不能超過1/3,實驗：含有雜質的工業乙醇的蒸餾,例如:含有雜質的工業乙醇的蒸餾(乙醇的沸點：78.5C水的沸點：100C）,蒸餾提純乙醇收集7779C的餾分,實驗步驟：（1）將50ml工業乙醇倒入250ml蒸餾燒瓶中（2）在燒瓶中投入2粒碎瓷片（3）裝好蒸餾裝置（從下往上、從左往右）（4）往冷凝管中通入冷卻水（5)加熱蒸餾，收集77-79C的餾分,乙醇和水的共沸點混合物:沸點78.15,乙醇95.6%,水4.4%,練習,欲用95.6%的工業酒精制取無水乙醇時，可選用的方法是()A.加入無水CuSO4，再過濾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,3.某工廠廢液經測定得知主要含有乙醇，其中還溶有丙酮、乙酸和乙酸乙酯。根據各物質的性質（如下表），確定通過下列步驟回收乙醇和乙酸。物質丙酮沸點56.2,乙酸乙酯沸點77.06乙醇沸點78乙酸沸點117.9向廢液中加入燒堿溶液，調整溶液的pH10將混和液放入蒸餾器中緩緩加熱,收集溫度在5560時的餾出物收集溫度在7085時的餾出物排出蒸餾器中的殘液。冷卻后向其中加濃硫酸（過量），然后再放入耐酸蒸餾器進行蒸餾，回收餾出物請回答下列問題：（1）加入燒堿使溶液的pH10的目的是；（2）在7085時的餾出物的主要成份是；（3）在步驟中，加入過量濃硫酸的目的是（用化學方程式表示）（4）當最后蒸餾的溫度控制在85125一段時間后，殘留液中溶質的主要成份是。,將乙酸與堿反應先分離,乙酸乙酯和乙醇,2CH3COONa+H2SO4=Na2SO4+2CH3COOH,硫酸鈉和硫酸,2、重結晶（固體有機物的提純）,重結晶時選擇溶劑的條件:,雜質在此溶劑中溶解度很小或很大.被提純的有機物在此溶劑中的溶解度，受溫度的影響較大.,苯甲酸的重結晶,實驗步驟：（1）將1克粗苯甲酸于100ml燒杯中，再加入50ml蒸餾水（2）加熱至完全溶解，再加入10ml蒸餾水(為了減少趁熱過濾時損失苯甲酸，所以再加入蒸餾水少量.)(3)趁熱過濾到另一個100ml燒杯中（4）將盛有濾液的小燒杯放入裝有冷水的大燒杯中，冷卻結晶.,重結晶,觀察:(1)粗苯甲酸的狀態：白色固體混有黑色或灰色固體(2)濾液冷卻時的實驗現象：澄清渾濁析出晶體(3)重結晶后苯甲酸的狀態：白色片狀晶體,學與問,在苯甲酸重結晶的實驗中，濾液放置冷卻可以結晶出純凈的苯甲酸晶體。請你思考并與同學交流：溫度越低，苯甲酸的溶解度越小，為了得到更多的苯甲酸晶體，是不是結晶時的溫度越低越好？,歸納重結晶的步驟。,原因：若溫度越低，雜質的溶解度也會降低而析出晶體,不純固體物質,殘渣(不溶性雜質),濾液,母液(可溶性雜質和部分被提純物),晶體(產品),溶于溶劑，制成飽和溶液，趁熱過濾,冷卻，結晶，過濾，洗滌,洗滌沉淀或晶體的方法：用膠頭滴管往晶體上加蒸餾水直至晶體被浸沒，待水完全流出后，重復操作兩至三次，直至晶體被洗凈。,檢驗洗滌效果：取最后一次的洗出液，再選擇適當的試劑進行檢驗。,3、萃取,萃取,固液萃取,液液萃取,用一種溶劑把溶質從它與另一溶劑所組成的溶液中提取出來的方法.,利用混合物中一種溶質在不同溶劑里的溶解度的不同，將有機物從一種溶劑轉移到另一種溶劑中的過程.,（1）萃取,(2)萃取的原理,（3）萃取劑選擇的條件：,萃取劑和原溶劑互不相溶和不發生化學反應溶質在萃取劑中的溶解度大于在原溶劑中的溶解度溶質和萃取劑不反應萃取劑易揮發，與溶質易分離,（4）主要儀器：分液漏斗,練習1下列每組中各有三對物質，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，苯和水C甘油和水，乙酸和水，乙酸和乙醇D汽油和水,己烷和水練習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苯和甲苯C汽油和苯D硝基苯和水,BD,D,二、元素分析與相對分子質量的測定,1.元素分析：（1）定性分析：主要分析有機物的組成元素,方法：燃燒法,C-CO2,N-N2,O-H2O,H-H2O,如:產物中只有CO2和H2O,可能2：含C、H、O三種元素,可能1：只含C、H兩種元素,（2）定量分析：測定有機物分子各元素原子的質量分數,元素定量分析的原理：,將一定量的有機物燃燒，分解為簡單的無機物，并作定量測定，通過無機物的質量推算出組成該有機物元素原子的質量分數，然后計算出該有機物分子所含元素原子的最簡整數比，確定其實驗式（又稱為最簡式）,李比希分析方法：,有機物,CuO,H2O,CO2,濃KOH,固體CaCl2,計算增重,計算增重,CO2H2O,C,O?,H,H2OCO2,李比希分析方法：,可以直接測出有機物中各元素的質量分數.,現代元素分析儀-元素定量分析,【例題】某含C、H、O三種元素的未知物A，經燃燒分析實驗測定該未知物碳的質量分數為52.16，氫的質量分數為13.14，試求該未知物A的實驗式。,【思路點撥】(1)先確定該有機物中各組成元素原子的質量分數,(2)再求各元素原子的個數比,若要確定它的分子式，還需要什么條件？,實驗式:C2H6O,【知識回顧】有哪些方法可以求相對分子質量？,（1）M=m/n（2）根據有機蒸氣的相對密度D，D=M1/M2（3）標況下有機蒸氣的密度為g/L，M=22.4L/molg/L,質譜法測定相對分子質量。,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相對質量，相對質量不同的離子在磁場作用下達到檢測器的時間有差異，其結果被記錄為質譜圖。,2.相對分子質量的測定質譜法,（1）原理：,（2）質荷比：,質荷比=,電荷,相對質量,質譜儀,用途：確定相對分子質量,(3)質譜圖,未知物A的質譜圖,質譜圖中的質荷比最大的就是未知物的相對分子質量.,最右邊離子峰就是未知物A的相對分子質量:46,【例題】某含C、H、O三種元素的未知物A，經燃燒分析實驗測定該未知物碳的質量分數為52.16，氫的質量分數為13.14，試求該未知物A的實驗式。,【思路點撥】(1)先確定該有機物中各組成元素原子的質量分數,(2)再求各元素原子的個數比,實驗式:C2H6O,C2H6O,未知物A的相對分子質量:46,確定它的分子式為:,列式計算下列有機物的相對分子質量：(1)某有機物A的蒸氣密度是相同狀況下氫氣密度的14倍；(2)某有機物在相同狀況下對空氣的相對密度為2；(3)標準狀況下0.56g某氣態烴的體積為44.8ml;(4)3.2g某飽和一元醇與足量金屬鈉反應得到1.12L(標況)氫氣。,試歸納求有機物相對分子質量的方法。,練習,列式計算下列有機物的相對分子質量：(1)某有機物A的蒸氣密度是相同狀況下氫氣密度的14倍；(2)某有機物在相同狀況下對空氣的相對密度為2；(3)標準狀況下0.56g某氣態烴的體積為44.8ml;(4)3.2g某飽和一元醇與足量金屬鈉反應得到1.12L(標況)氫氣。,總結：求有機物相對分子質量的方法,1、利用有機物蒸氣的相對密度2、利用標準狀況下氣態烴的密度3、利用各類有機物的分子通式及相應的化學反應方程式4、質譜法能快速、微量、精確測定相對分子質量的方法,例:2002年諾貝爾化學獎獲得者的貢獻之一是發明了對有機物分子進行結構分析的質譜法。其方法是讓極少量的（10-9g）化合物通過質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C2H6、C2H5、C2H4，然后測定其質荷比。某有機物樣品的質荷比如右圖所示（假設離子均帶一個單位正電荷，信號強度與該離子的多少有關），則該有機物可能是,A甲醇B甲烷C丙烷D乙烯,B,確定某有機物的結構：測定實驗式：某含C、H、O三種元素的有機物，經燃燒分析實驗測定其碳的質量分數是64.86%，氫的質量分數是13.51%,則其實驗式是（）。確定分子式：下圖是該有機物的質譜圖，則其相對分子質量為（），分子式為（）。,C4H10O,74,C4H10O,練習,【討論】：,C2H6O的可能結構？,CH3-O-CH3,CH3-CH2-OH,測定方法,化學方法：看是否與Na反應,現代物理實驗方法：紅外光譜法,當化合物結構比較復雜時，若用化學方法，時間長、浪費試劑，因此科學上常常采用現代物理實驗方法,如:紅外光譜、核磁共振氫譜等來確定有機化合物分子的結構。,三、分子結構的鑒定,1.紅外光譜,紅外光譜儀,原理:當紅外光照射有機物分子時,有機物分子發生振動吸收,不同的化學鍵或官能團振動頻率不同,因而吸收不同頻率的紅外光,用紅外光譜儀能記錄相應信息,得到紅外光譜圖.,1.紅外光譜,用途：通過紅外光譜圖可以推知有機物含有哪些化學鍵、官能團.,例.下圖是分子式為C2H6O的有機物的紅外光譜譜圖,則該有機物的結構簡式為：,O-H2.743.22微米,C-H3.384.49微米,C-O10001200cm-1,C,C2H6O的結構中,含:,H,C,O,O,H,CH3-O-CH3,CH3-CH2-OH,C2H6O的結構可能是哪一種呢？,例1下圖是一種分子式為C4H8O2的有機物的紅外光譜譜圖,則該有機物的結構簡式為：,COC,C=O,不對稱CH3,CH3COOCH2CH3,原理:有機物分子中,處于不同化學環境中的氫原子共振頻率不同,因而吸收不同頻率的電磁波,在譜圖中出現的位置不同,各種氫原子的這種差異被稱為化學位移.氫原子數越多,吸收能量越大,吸收峰面積越大,用核磁共振儀能記錄相應信息.,2、核磁共振氫譜,用途：通過核磁共振氫譜可知道有機物分子里含有多少種類型的氫原子，不同類型的氫原子的數目之比。,吸收峰數目氫原子類型數,不同吸收峰的面積之比（強度之比）,不同類型氫原子的個數之比,核磁共振氫譜,核磁共振儀,用途：確定氫原子的類型及數目比,CH3-O-CH3,CH3-CH2-OH,C2H6O的核磁共振氫譜圖,（3）、分析方法,a.氫原子類型吸收峰數目=3,b峰的面積之比=不同類型的H的數目比=3:2:1,C2H6O的結構可能是哪一種呢？,CH3OCH3,的核磁共振氫譜,練習12002年諾貝爾化學獎表彰了兩項成果，其中一項是瑞士科學家庫爾特維特里希發明了“利用核磁共振技術測定溶液中生物大分子三維結構的方法”。在化學上經常使用的是氫核磁共振譜，它是根據不同化學環境的氫原子在氫核磁共振譜中給出的信號不同來確定有機物分子中的不同的氫原子。下列有機物分子在核磁共振氫譜中只給出一種信號的是AHCHOBCH3OHCHCOOHDCH3COOCH3,A,練習2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。第一種情況峰給出的強度為11；第二種情況峰給出的強度為321。由此推斷混合物的組成可能是（寫結構簡式）。,CH3COOCH3和CH3CH2COOH,【小結】,研究有機化合物的一般步驟和方法,分離、提純,元素定量分析:確定實驗式,測定相對分子質量:確定分子式,確定結構式(有哪些官能團，化學鍵）,1.蒸餾,2.重結晶,3.萃取,有幾種不同類型的H，及不同類型的H的數目。,質譜法,紅外光譜法,分子結構,核磁共振氫譜:,現代元素分析儀,確定結構式：下圖是有機物C4H10O的紅外光譜圖，則有機物的結構式：_,COC,對稱CH2,對稱CH3,CH3CH2OCH2CH3,補充:有機物分子式的其它推算方法,例：已知某烴,W(H)=20%,W(C)=80%,Mr=30,N(C)：N(H)=1：3,實驗式：CH3,化學式(分子式)：C2H6,1.實驗式法：,2.利用分子通式法：,例1：已知某烷烴的相對分子質量為142。求分子式。,例2：已知某飽和二元醇6.2g，與足量的Na反應，產生2.24L的H2（標況下），求分子式。,CnH2n+2O2H2M22.4L6.2g2.24L,M=62CnH2n+2O2=62n=2C2H6O2,3.利用規律法：,例1：某氣態烴CxHy在120時完全燃燒（密閉容器中）反應前后，壓強相等。,1+x+y/4=x+y/2,【練習】,兩種氣態烴以任意比混合，在105時，1L該混合氣體與9LO2混合，充分燃燒，（密閉容器中）恢復到原來的狀況，所得氣體的體積仍是10L.下列組合不符合此條件的是,A.CH4C2H4,C.C3H4C2H4,D.C2H6CH4,B.CH4C3H4,D,例2：,C2H2,C6H6,燃燒后n(CO2)n(H2O)=21,例3：,CnH2n,燃燒后n(CO2)n(H2O)=11,4.燃燒通式法：,例：某含C、H、O的有機物相對于H2的密度為29。5.8g該有機物完全燃燒，得CO213.2g,H2O5.4g。求分子式？,CxHyOz+(x+y/4-z/2)O2,xCO2+y/2H2O,1,x,相對分子質量Mr=292=58,n(有機物)=0.1mol,n(CO2)=0.3mol,n(H2O)=0.3mol,0.1,0.