第二節研究有機化合物的一般方法課程目標1．了解研究有機物應采取的步驟和方法。2．初步學會分離、提純有機物的常用方法。3．掌握蒸餾、重結晶和萃取實驗的基本技能。4．知道通過化學實驗和某些物理方法可以確定有機物的組成和結構。圖說考點基礎知識[新知預習]一、研究有機化合物的基本步驟二、有機物的分離、提純1．蒸餾(1)用途：常用于分離、提純沸點不同的__________有機物。(2)適用條件。①有機物熱穩定性________。②有機物與雜質的沸點相差______。2．萃取(1)萃取類型和原理①液—液萃取待分離組分在兩種________的溶劑中的______不同，將其從一種溶劑轉移到另一種溶劑的過程。②固—液萃取用________從固體物質中溶解出待分離組分的過程。(2)萃取劑選擇的條件①萃取劑與原溶劑________。②溶質在萃取劑中的溶解度____。③萃取劑與溶液中的成分________反應。(3)裝置3．重結晶(1)用途：提純____有機物。(2)溶劑的選擇：①雜質在所選溶劑中溶解度__________，易于除去。②被提純有機物在所選溶劑中的溶解度受____的影響較大；在熱溶液中的溶解度____，冷溶液中的溶解度____，冷卻后易于結晶析出。(3)裝置與操作：三、確定實驗式、確定分子式1．元素分析(1)定性分析：用化學方法測定有機物分子的元素組成。如燃燒后，C生成______、H生成______。(2)定量分析：將一定量的有機化合物燃燒轉化為簡單無機化合物，并定量測定各產物的質量，從而推算出各組成元素原子的________，然后計算出該有機物分子內各元素原子的__________，即確定其實驗式。2．相對分子質量的測定——質譜法(1)原理：用高能電子流等轟擊樣品，使有機分子失去電子形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________，它們在磁場的作用下到達檢測器的時間因質量不同而先后有別，其結果被記錄為質譜圖。(2)質荷比：指分子離子、碎片離子的________與其電荷的比值。由下圖可知，質荷比最大的數據是CH3CH2OH(46)，這就表示樣品分子的相對分子質量為46。四、確定分子結構1．紅外光譜：(1)原理：不同的化學鍵或官能團的吸收頻率不同，在紅外光譜圖中處于不同的位置。(2)作用：初步判斷某有機物中含有何種________或________。如下圖是一種分子式為C4H8O2的有機物的紅外光譜圖，則該有機物的結構簡式為________________。2．核磁共振氫譜：(1)作用：測定有機物分子中氫原子的__________。(2)原理：處在不同化學環境中的氫原子在譜圖上出現的______不同，具有不同的化學位移，而且吸收峰的面積與________成正比。(3)分析：吸收峰數目＝__________，吸收峰面積比＝____________。3．X射線衍射(1)原理：X射線和晶體中的原子相互作用可以產生衍射圖。經過計算可從中獲得分子結構的有關數據，包括________、________等分子結構信息。(2)作用：X射線衍射技術用于有機化合物________結構的測定，可以獲得直接而詳盡的結構信息。[即時性自測]1．判斷正誤(對的在括號內打√，錯的在括號內打×)(1)有機物分子中碳、氫原子個數比為1:4，則該有機物一定是CH4。()(2)蒸餾分離液態有機物時，在蒸餾燒瓶中應加少量碎瓷片。()(3)根據相似相溶原理用乙醇從水溶液中萃取有機物。()(4)根據物質的沸點利用蒸餾法提純液態有機物時，沸點相差大于30℃為宜。()(5)常用的有機溶劑有乙醚、石油醚、二氯甲烷等。()(6)質譜法可確定有機物分子的結構。()(7)紅外光譜可確定分子中所含官能團。()2．下圖實驗裝置一般不能用于分離物質的是()3．分離下列混合物，應選用蒸餾操作的是()A．汽油和柴油B．溴水C．硝酸鉀和氯化鈉的混合物D．四氯化碳和水4．在有機物的研究過程中，能快速、精確測定有機物相對分子質量的儀器是()A．紅外光譜儀B．元素分析儀C．質譜儀D．核磁共振儀5．某化合物6.4g在氧氣中完全燃燒，生成8.8gCO2和7.2gH2O，下列說法中正確的是()A．該化合物含碳、氫兩種元素B．該化合物中碳、氫原子個數比為1:4C．無法確定該化合物是否含有氧元素D．該化合物一定是C2H8O26．下列化合物分子，在核磁共振氫譜圖中能給出三種信號峰的是()7．化合物A和B的分子式都是C2H4Br2，A的核磁共振氫譜如圖所示，則A的結構簡式為________，請預測B的核磁共振氫譜上有________個峰(信號)，B的結構簡式為________。

技能素養提升點一有機物的分離與提純[例1]實驗室制備苯甲醇和苯甲酸的化學原理是：已知苯甲醛易被空氣氧化；苯甲醇的沸點為205.3℃；苯甲酸的熔點為121.7℃，沸點為249℃，常溫下在水中的溶解度為0.34g；乙醚的沸點為34.8℃，難溶于水。制備苯甲醇和苯甲酸的主要過程如下所示：苯甲醛eq\o(→,\s\up17(KOH、H2O),\s\do15(放置24h))白色糊狀物eq\f(水、乙醚,操作Ⅰ)請根據上述信息回答下列問題：(1)操作Ⅰ的名稱是________，乙醚溶液中所溶解的主要成分是________。(2)操作Ⅱ的名稱是________，產品甲是________。(3)操作Ⅲ的名稱是________，產品乙是________。(4)如圖所示，操作Ⅱ中溫度計水銀球上沿放置的位置應是________(填“a”“b”“c”或“d”)，該操作中，除需蒸餾燒瓶、溫度計外，還需要的玻璃儀器是________________，收集產品甲的適宜溫度為________。eq\x(狀元隨筆)蒸餾的裝置為[提升1]對于很多人來說，喝茶是人生的一大樂事，茶葉中含有少量的咖啡因。咖啡因具有擴張血管、刺激心腦等作用，在100℃時失去結晶水并開始升華，120℃時升華相當顯著，178℃時升華很快。其結構簡式如圖所示。實驗室可通過下列簡單方法從茶葉中提取咖啡因：(1)咖啡因的分子式為________。(2)步驟1浸泡茶葉所用的溶劑最好為________(填序號)A．水B．乙醇C．石油醚(3)步驟1、步驟4所進行的操作或方法分別是____________、____________。eq\x(狀元隨筆)易升華的物質(如I2等)可用升華法進行分離提純。[關鍵能力]有機物的分離與提純1．分離與提純的區別(1)分離指通過物理或化學方法將混合物各組分分開，其目的是得到混合物中的每一種純凈物質。(2)提純將被提純物質中的雜質除去，其目的是凈化主體物質，不考慮提純后雜質的化學成分和物理狀態的改變。2．萃取與分液的區別與聯系(1)分液和萃取是兩個不同的概念，分液可以單獨進行，但萃取之后一般要進行分液。(2)分液是將兩種互不相溶的液體組成的混合物進行分離的操作。3．常見有機物的分離提純方法(括號內為雜質)混合物試劑分離提純的方法主要儀器乙酸乙酯(乙酸)飽和Na2CO3溶液分液分液漏斗、燒杯溴苯(溴)NaOH溶液苯(乙苯)酸性KMnO4、NaOH溶液乙醇(水)CaO蒸餾蒸餾燒瓶、冷凝管肥皂(甘油)NaCl鹽析漏斗、燒杯淀粉(純堿)H2O滲析半透膜、燒杯甲烷(乙烯)溴水洗氣洗氣瓶eq\x(狀元隨筆)分離、提純的原則(1)不增：不增加新的雜質。(2)不減：不減少被提純的物質。(3)易分離：被提純物質與雜質易分離。(4)易復原：被提純物質轉變成其他物質后，易恢復到原來的狀態。提升點二有機物分子式、結構式的確定方法[例2]有機物A可由葡萄糖發酵得到，也可從酸牛奶中提取。純凈的A為無色黏稠液體，易溶于水。為研究A的組成與結構，進行了如下實驗：實驗步驟解釋或實驗結論(1)稱取A9.0g，升溫使其汽化，測得其密度是相同條件下H2的45倍試通過計算填空：(1)A的相對分子質量為：________(2)將此9.0gA在足量純O2中充分燃燒，并使其產物依次緩緩通過濃硫酸、堿石灰，發現二者質量分別增加5.4g和13.2g(2)A的分子式為________(3)另取A9.0g，跟足量的NaHCO3粉末反應，生成2.24LCO2(標準狀況)，若與足量金屬鈉反應則生成2.24LH2(標準狀況)(3)用結構簡式表示A中含有的官能團是________(4)A的核磁共振氫譜如下圖：(4)A中含有________種氫原子(5)綜上所述，A的結構簡式為________[提升2]化合物A經李比希法測得其中含碳元素的質量分數為72.0%、氫元素的質量分數為6.67%。已知乙醇(CH3CH2OH)的核磁共振氫譜有三組峰，其面積之比為3:2:1，如圖甲所示。現測得化合物A的核磁共振氫譜有五組峰，其面積之比為1:2:2:2:3，A的相對分子質量為150。又測得A分子的紅外光譜如圖乙所示。已知A分子中只含一個苯環，且苯環上只有一個取代基。回答下列問題。(1)A的分子式為___________________________________________________；(2)A的結構簡式為_______________________________________________。eq\x(狀元隨筆)第1步，根據化合物A的碳、氫含量和相對分子質量確定其分子式。第2步，根據A的紅外光譜中的各結構單元對A物質進行基本組合。第3步，根據核磁共振氫譜判斷組合是否正確。第4步，調整各結構單元的組合使其結構與核磁共振氫譜相符，即確定其結構簡式。[關鍵能力]有機物分子式、結構式的確定方法1．基本思路2．有機物實驗式(最簡式)的確定方法：(1)確定有機物中碳、氫元素的質量分數。(2)分析有機物中是否含有氧元素以及其他元素。(3)求出各元素原子的個數比，再測出有機物的相對分子質量，即達到確定其分子式的目的。(4)實驗式(最簡式)和分子式的區別：實驗式是表示化合物分子所含元素的原子數目最簡整數比的式子。分子式是表示化合物分子所含元素的原子種類及數目的式子。3．相對分子質量的測定質譜法是近代發展起來的快速、微量、精確測定相對分子質量的方法。乙醇的質譜圖如下：(1)相對豐度：以圖中最強的離子峰(基峰)高為100%，其他峰的峰高則用相對于基峰的百分數表示。(2)質荷比：分子離子、碎片離子的相對質量與其電荷的比值。(3)質譜圖最右邊的分子離子峰表示的就是乙醇的相對分子質量。4．確定分子式的方法：(1)直接法：有機物的密度(或相對密度)→摩爾質量→1mol有機物中各原子的物質的量→分子式。(2)最簡式法：各元素的質量分數→最簡式eq\o(→,\s\up15(摩爾質量))分子式。(3)余數法：用烴的相對分子質量除以14，看商數和余數。eq\a\vs4\al\co1(\f(MrCxHy,MrCH2)＝\f(M,14)＝A……)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(余2為烷烴,除盡為烯烴或環烷烴,差2為炔烴或二烯烴,差6為苯或苯的同系物))其中商數A為烴中的碳原子數，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)化學方程式法：利用有機反應中反應物、生成物之間“量”的關系求分子式的方法。在有機化學中，常利用有機物燃燒等方程式對分子式進行求解。常用的化學方程式有：CxHy＋x＋eq\f(y,4)O2eq\o(→,\s\up15(點燃))xCO2＋eq\f(y,2)H2OCxHyOz＋x＋eq\f(y,4)－eq\f(z,2)O2eq\o(→,\s\up15(點燃))xCO2＋eq\f(y,2)H2O5．有機物結構式的確定(1)根據價鍵規律確定有些有機物根據價鍵規律只存在一種結構，根據分子式直接確定其結構式。例如：分子式C2H6eq\o(→,\s\up15(H飽和))結構簡式CH3—CH3。實驗式：CH4Oeq\o(→,\s\up15(價鍵規律))分子式CH4Oeq\o(→,\s\up15(H飽和))結構簡式CH3OH。(2)根據性質和定量實驗確定特征反應→確定官能團eq\o(→,\s\up15(反應機理及實驗數據),\s\do5(計算分析))官能團的數目和位置→確定結構簡式。例如：測得1mol某醇與足量鈉反應可得到1mol氣體，則可說明該醇分子中含2個—OH。(3)根據物理實驗方法確定①質譜圖→確定相對分子質量。②紅外光譜→確定有機物中的化學鍵和官能團信息。③核磁共振氫譜→確定有機物中氫原子的類型及數目。綜合根據以上信息確定有機物的結構。eq\x(狀元隨筆)(1)氣體摩爾體積法求相對分子質量標準狀況下，已知氣體密度，則氣體摩爾質量為：Mr＝。(2)相對密度法求相對分子質量若已知A氣體及未知氣體B的相對密度(符號為D)，則有關系式：D＝eq\f(MA,MB)。如已知某氣體對氫氣的相對密度為16，則D＝eq\f(M,MH2)，M＝16×2g·mol－1＝32g·mol－1。形成性自評1．現有三組混合液：①乙酸乙酯和乙酸鈉溶液；②乙醇和丁醇；③溴化鈉和單質溴的水溶液。分離上述各混合液的正確方法依次是()A．分液、萃取、蒸餾B．萃取、蒸餾、分液C．分液、蒸餾、萃取D．蒸餾、萃取、分液2．按以下實驗方案可從海洋動物柄海鞘中提取具有抗腫瘤活性的天然產物。下列說法錯誤的是()A．步驟(1)需要過濾裝置B．步驟(2)需要用到分液漏斗C．步驟(3)需要用到坩堝D．步驟(4)需要蒸餾裝置3．下列實驗式中，不用相對分子質量就可以確定分子式的是()①CH3②CH③CH2④C2H5A．①②B．③④C．②③D．①④4．設H＋的質荷比為β，某有機物樣品的質荷比如圖所示(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(CH3OH)B．甲烷C．丙烷D．乙烯5．有機物A完全燃燒只生成CO2和H2O，將12g該有機物完全燃燒的產物通過足量濃硫酸，濃硫酸增重14.4g，再通過足量堿石灰，堿石灰增重26.4g，該有機物的分子式是()A．C4H10B．C2H6OC．C3H8OD．C2H4O26．為測定某化合物A的結構，進行如下實驗。第一步，分子式的確定：(1)將有機物A置于氧氣流中充分燃燒，實驗測得：生成5.4gH2O和8.8gCO2，消耗氧氣6.72L(標準狀況下)，則該有機物中各元素的原子個數比是________。(2)用質譜儀測定該有機化合物的相對分子質量為46，則該物質的分子式是________。(3)根據價鍵理論，預測A的可能結構并寫出結構簡式________________________________。第二步，結構式的確定：(4)經測定，有機物A的核磁共振氫譜圖如下：則A的結構簡式為________________。eq\x(溫馨提示：請完成課時作業2)第二節研究有機化合物的一般方法基礎知識新知預習一、實驗式分子式結構式蒸餾核磁共振氫譜二、1．(1)液態(2)較高較大2．(1)互不相溶溶解性溶劑(2)互不相溶大不發生(3)分液漏斗燒杯3．(1)固體(2)很小或很大溫度較大較小(3)溶解過濾結晶三、1．(1)CO2H2O(2)質量分數最簡整數比2．(1)相對質量(2)相對質量四、1．(2)化學鍵官能團CH3COOCH2CH32．(1)種類和數目(2)位置氫原子數(3)氫原子種類氫原子數目比3．(1)鍵長鍵角(2)晶體即時性自測1．(1)×解析：C:H之比為1:4時可以為CH4O(CH3OH甲醇)。(2)√(3)×解析：乙醇與水互溶，不能萃取水中的物質。(4)√(5)√(6)×(7)√2．解析：A、B、C三項分別為蒸餾、分液、過濾裝置，都用于物質的分離。D項為一定物質的量濃度溶液的配制，不屬于物質的分離。答案：D3．解析：A項，汽油和柴油互溶，但二者沸點不同，故用蒸餾操作分離；B項，用萃取、分液、蒸餾操作分離；C項，用結晶操作分離；D項，四氯化碳與水互不相溶，用分液操作分離。答案：A4．答案：C5．解析：n(CO2)＝eq\f(8.8g,44g·mol－1)＝0.2mol，知m(C)＝0.2mol×12g·mol－1＝2.4g，n(H2O)＝eq\f(7.2g,18g·mol－1)＝0.4mol，知m(H)＝1g·mol－1×0.8mol＝0.8g；則m(C)＋m(H)＝2.4g＋0.8g＝3.2g,3.2g<6.4g，故該化合物中含氧元素，其質量為6.4g－3.2g＝3.2g，其物質的量n(O)＝eq\f(3.2g,16g·mol－1)＝0.2mol。n(C):n(H):n(O)＝1:4:1，實驗式為CH4O，分子式一定不是C2H8O2，因為實驗式中H原子已飽和。答案：B6．解析：有機物中含有幾種不同類型的氫原子，在核磁共振氫譜上就能出現幾種信號峰，現題給有機物在核磁共振氫譜圖中有三種信號峰，這表明有機物分子中含有三種不同類型的氫原子。答案：C7．解析：由A的核磁共振氫譜圖中只有一個峰，所以可得A的結構簡式為，則B的結構只能是，因共有兩種化學環境的氫原子，故有兩個峰。答案：CH2BrCH2Br2CH3CHBr2技能素養例1解析：(1)由題意可知，白色糊狀物為苯甲醇和苯甲酸鉀，加入水和乙醚后，依相似相溶原理，乙醚中溶有苯甲醇，水中溶有苯甲酸鉀，兩種液體可用分液法分離；(2)溶解在乙醚中的苯甲醇沸點遠高于乙醚，可用蒸餾法分離；(3)加入鹽酸后生成的苯甲酸為微溶于水的晶體，可過濾分離；(4)蒸餾時溫度計水銀球上沿應位于蒸餾燒瓶支管口(b)處；蒸餾時，除溫度計外、蒸餾燒瓶外，還需冷凝管、酒精燈、尾接管、錐形瓶等玻璃儀器；因蒸出的是沸點較低的乙醚，故收集產品甲(苯甲醇)的適宜溫度應是34.8℃。答案：(1)分液苯甲醇(2)蒸餾苯甲醇(3)過濾苯甲酸(4)b冷凝管、酒精燈、尾接管、錐形瓶34.8℃提升1解析：(2)乙醇能溶解咖啡因，且在后面的分離操作中容易分離得到產品，故選B。(3)由題給信息可知，步驟1為萃取操作；利用咖啡因易升華的特點，步驟4選擇升華的分離方法得到精產品。答案：(1)C8H10N4O2(2)B(3)萃取升華例2解析：(1)Mr(A)＝D(H2)·Mr(H2)＝45×2＝90。(2)由m(H2O)＝5.4g，m(CO2)＝13.2g，知A中m(H)＝0.6g，m(C)＝3.6g，故A中還應有O，m(O)＝9.0g－0.6g－3.6g＝4.8g。則A中n(C):n(H):n(O)＝eq\f(3.6g,12g/mol):eq\f(0.6g,1g/mol):eq\f(4.8g,16g/mol)＝0.3mol:0.6mol:0.3mol＝1:2:1，故A的實驗式應為CH2O。又因A的相對分子質量為90，將A的分子式為C3H6O3。(3)A能與NaHCO3反應放出0.1molCO2，與Na反應放出0.1molH2，故0.1molA中有0.1mol—COOH和0.1mol—OH。(4)由核磁共振氫譜可知，A有4種氫原子。(5)A的結構簡式應為。答案：(1)90(2)C3H6O3(3)—COOH、—OH(4)4(5)提升2解析：(1)根據C、H、O的質量分數及有機物的相對分子質量，可求出其分子式為C9H10O2。(2)有機物A的核磁共振氫譜中含有五組峰，且峰面積之比為1:2:2:2:3，對比乙醇的核磁共振氫譜，可推知有機物A中含有五種不同類型的氫原子，且氫原子數之比為1:2:2:2:3；因A分子中含有一個苯環，且苯環上只有一個取代基，即A中含有，苯環上有三種類型的氫原子，其個數比為1:2:2，則A分子中還應含有一個“CH2”基團和一個“CH3”基團；而由A分子的紅外光譜圖可知，A分子中含有C=O鍵和C—O—C鍵，由此可得出A可能的結構簡式為、。答案：(1)C9H10O2(2)、、、形成性自評1．解析：液體混合物根據相互溶解性，在不同溶劑中溶解度大小和各成分沸點差別只要求掌握三種分離方法。乙酸乙酯難溶于水，乙酸鈉易溶于水，可采取分液的方法將兩者分開。乙醇和丁醇互溶，可用蒸餾法分離。NaBr和單質溴，可利用有機溶劑萃取其中的Br2，與NaBr分離。故正確答案為C。答案：C2．解析：本題可根據圖示的操作流程和物質的性質，分析所用的分離提純方法，從而確定需要的儀器。A項，樣品粉末經步驟(1