新苏教版高中化学选修5同步课件： 科学家怎样研究有机物

测出 18O 的物质有哪些？ 提示：根据酯化反应的实质可知，
酸和醇酯化反应的机理是酸脱羟基、醇
脱氢，所以能够检测出 18O 的物质是
和 H128O 和 H128O。
[必记结论] 1．甲烷与氯气取代反应的反应机理 (1)反应机理：自由基型链反应
(2)反应产物：共有 CH3Cl、CH2Cl2、 CHCl3、CCl4 和 HCl 五种。
③1H 核磁共振谱图： 横坐标表示化学位移，即吸收峰的 位置，纵坐标表示吸收强度，其中吸收 峰数目＝氢原子种类，吸收峰面积比＝ 氢原子数目比。 如分子式为 C2H6O 的两种有机物的 1H 核磁共振谱图如下：
分析谱图知，图 1 只有一组峰，只有一种 氢原子，则结构简式为 CH3OCH3；图 2 有三组 峰，有三种氢原子，则结构简式为 CH3CH2OH。
与 CH3CH2OH 发 生酯化反应时，不可能生成的是( )
A． C．，在与 CH3CH2OH 进 行酯化反应时，根据酯化反应机理羧酸 脱羟基、醇脱氢可知，B 不可能生成。
—————————[关键语句小结]————————
1．有机物中通常含有碳和氢两种元 素，若将其完全燃烧，碳元素则生成 CO2，氢元素则生成 H2O，由此可以求 出有机物中碳、氢的质量分数。
[新知探究] 探究1 甲醚和乙醇的分子式都是 C2H6O，用 1H 核磁共振谱为什么能区分二者？ 提示：甲醚(CH3OCH3)分子中的 6 个氢原 子处于相同的化学环境，在 1H 核磁共振谱上 只有一组峰，而乙醇(CH3CH2OH)分子中存在 3 种不同化学环境的氢原子，在 1H 核磁共振 谱上有 3 组峰。
(2)手性碳原子：手性分子中具有与 4 个不同原子(或原子团)相连接的碳原 子称为手性碳原子，如丙氨酸分子中的 手性碳原子。
[成功体验] 2．下图是某有机物的 1H 核磁共振谱图，则该有 机物可能是( )
A．CH3CH2OH C．CH3OCH3
B．CH3CH2CH2OH D．CH3CHO
解析：选 C 从谱图看，只存在一 组峰，C 项中两个甲基上的 6 个氢原子 是等效的，与图符合。A 项峰应为 3∶2∶1；B 项峰为 3∶2∶2∶1；D 项峰 为 3∶1。
3．什么是官能团？你能写出羟基、 醛基、羧基、氨基的结构简式吗？
提示：决定有机物化学性质的原子 或基团称为官能团。羟基、醛基、羧基、 氨基的结构简式分别为—OH、—CHO、 —COOH、—NH2。
[课堂互动区]
[新知探究] 探究1 6.4 g 某有机化合物，完全 燃烧测得生成 8.8 g CO2 和 7.2 g H2O， 无其他物质生成。你能确定该有机化合 物中是否含有氧元素吗？
n(H)＝182g.5·m2ogl－1×2＝0.28 mol，
碳元素的物质的量为：
n(C)＝1.3424
g＋1.76 g·mol－1
g＝0.07
mol，
n(C)∶n(H)＝0.07∶0.28＝1∶4，
所以 A 的最简式为 CH4。 答案：(1)能 不能
(2)最简式为 CH4 (3)还需要测定相对分子质量
90，解之得：n＝3，故分子式为 C3H6O3。 答案：C3H6O3
有机物分子式确定的解题流程
1．实验测得某碳氢化合物 A 中，含 碳 80%、含氢 20%，又测得该化合物的 相对分子质量是 30，你能确定该化合物 的分子式吗？
2．常见的基团：羟基(—OH)、醛基 (—CHO) 、 羧 基 (—COOH) 、 氨 基 (—NH2)、烃基(—R)。
3．1H 核磁共振谱图中的峰代表有 机物不同种类的氢原子。红外光谱可以 读出有机物中含有的基团。
4．手性分子即含有手性碳的分子， 手性碳是指某个碳原子连接的四个原子 或原子团各不相同。
2．同位素示踪法研究酯的水解反应 (1)方法：将乙酸乙酯与 H128O 在 H2SO4 催化下加热水解，检测 18O 的分 布情况，判断酯水解时的断键情况。
(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①键，水中的—18OH 连接 在①键上。
3．已知
[成功体验] 在水溶液中存在平衡：
提示：8.8 g CO2 中碳元素的质量为 44 8g.·8mgol－1×12 g·mol－1＝2.4 g，7.2 g
H2O
中
氢
元
素
的
质
量
为
18
7.2 g g·mol－1
×
2
g·mol－1＝0.8 g。因 6.4 g>(2.4 g＋0.8 g)，
故该有机物中一定含有氧元素。
探究2 某烃在空气中完全燃烧生 成 CO2 和 H2O 的物质的量相等，你能确 定该烃的最简式吗？
根据谱值可判断官能团的种类，此
化合物的结构简式为
。
(2)1H 核磁共振谱法(1H—NMR)： ①作用：测定有机物分子中等效氢 原子(氢原子处于相同的化学环境中)的 类型和数目。 ②原理：用电磁波照射氢原子核时， 不同化学环境(即其附近的基团)的氢原 子通过共振吸收电磁波的频率不同，在 1H 核磁共振谱图上出现的位置也不同， 而且吸收峰的面积与氢原子数成正比。
(3)铜丝燃烧法： 将一根铜丝加热至红热，蘸上有机 试样，放在火焰上灼烧，如存在卤素， 火焰为绿色。用铜丝燃烧法可定性确定 有机物中是否存在卤族元素。
[成功体验] 1．为测定一种气态烃的化学式，取 一定量的 A 置于密闭容器中燃烧，定性 实验表明产物是 CO2、CO 和水蒸气。 学生甲、乙设计了如下两个方案，均认 为根据自己的方案能求出 A 的最简式。 他们测得的有关数据如下(图中的箭头 表示气体的流向，实验前系统内的空气 已排除)：
如图所示，甲苯的相对分子质量为 92。
4．手性分子 (1)手性分子的定义：两种分子式相同的有机分 子，其空间结构互为镜像，且不能完全重叠，其关 系正和左、右手的关系相似，现在普遍地称这类分 子为手性分子。例如乳酸 CH3CHCOOHOH，它可 以写出结构式(ⅰ)和(ⅱ)，(ⅰ)和(ⅱ)与左、右手一样 具有实体和镜像的关系，因此乳酸是一个手性分子。
_____________________________。
解析：(1)乙方案中将燃烧产物通过碱石灰时， 二氧化碳和水蒸气都被吸收，不能求出碳氢元素的 物质的量之比，所以不能求出 A 的最简式。
(2)甲方案中将燃烧产物先通过浓硫酸，水蒸气 被吸收，通过碱石灰时，二氧化碳被吸收，点燃时 CO 反应生成二氧化碳，可以求出碳氢元素的物质 的量之比，所以能求出 A 的最简式。氢元素的物质 的量为：
2．有机物结构的测定 (1)红外光谱法(IR)： ①作用：初步判断该有机物中具有 哪些基团。 ②原理：用红外线照射有机物分子 时，分子中的基团发生振动吸收，不同 的基团吸收频率不同，在红外光谱图上 将处于不同的位置。
③红外光谱图： 横坐标表示波长(或波数)，即吸收峰的 位置，纵坐标表示吸收强度。如分子式为 C4H8O2 的化合物，红外光谱如图所示：
提示：该烃中 C、H 的原子个数比 为 1∶2，即最简式为 CH2。
[必记结论] 1．最简式 最简式又称实验式，是表明有机化 合物所含各元素原子个数的最简整数比 的式子。
2．李比希燃烧确定元素组成法
有机化合物
水＋二氧化碳
测定出水和 CO2 的质量；由原有机 化 合物的 质量―→确定有 机化合物中 碳、氢的质量分数。
模拟图如下：
说明：实验中的 CuO 能确保有机物 充分氧化，最终生成 CO2 和 H2O。
3．确定元素组成的其他方法 (1)燃烧法： 有机物完全燃烧，各元素分别转化 为以下物质： C―→ CO2 H―→H2O N―→N2 Cl―→HCl
(2)钠融法： ①应用：用钠融法可定性确定有机 物中是否存在氮、氯、溴、硫等元素。 ②方法：
m(C)＝2.64 g÷44 g·mol－1×12 g·mol－1
＝0.72 g，
m(O)＝1.8 g－0.12 g－0.72 g＝0.96 g；
n(C)∶n(H)∶n(O)
＝
0.72/12∶0.12/1∶0.96/16＝1∶2∶1，则其实
验式为 CH2O；
可设分子式为(CH2O)n，则有 30n＝
[新知探究] 探究1 氯气在光照或加热条件下 形成的氯自由基是什么？ 提示：氯自由基就是氯原子，氯原 子易得电子，性质很活泼。
探究2 甲烷和氯气在光照条件下
得到的产物有哪些？ 提示：反应产物有 CH3Cl、CH2Cl2、
CHCl3、CCl4 和 HCl 五种。
探究3 CH3CH2OH 和
在
浓硫酸作用下反应一段时间后，能够检
2．确定分子式的方法 (1)直接法： 有机物的密度(或相对密度)―→摩 尔质量―→1 mol 有机物中各原子的物 质的量―→分子式。 (2)最简式法： 各元素的质量分数―→最简式 分子式。
(3)余数法：
用烃的相对分子质量除以 14，看商
数和余数。
Mr（CxHy） Mr（CH2）
＝
M 14
＝
A
…
…
余2 为烷烃 除尽 为烯烃或环烷烃 差2 为炔烃或二烯烃 差6 为苯或苯的同系物
其中商数 A 为烃中的碳原子数，此 法适用于具有特定通式的烃(如烷烃、烯 烃、炔烃、苯、苯的同系物等)。
(4)化学方程式法： 利用有机反应中反应物、生成物之间 “量”的关系求分子式的方法。 在有机化学中，常利用有机物燃烧等方程 式对分子式进行求解。常用的化学方程式有：
探究2 C3H8(丙烷)的 1H 核磁共振谱中 有几组特征峰？其面积之比为多少？
提示：C3H8 的 1H 核磁共振谱中有 2 组特征峰，其面积之比是 1∶3。
探究3 能快速、微量、精确的测定有 机物相对分子质量的物理方法是什么？
提示：质谱法。
[必记结论] 1．基团理论 有机物中的“基团”包含两类，一 类是烃基，另一类是官能团。人们研究 有机化合物时首先研究其所具有的基 团，如甲基(—CH3)、羟基(—OH)、醛基 (—CHO) 、 羧 基 (—COOH) 、 氨 基 (—NH2)、烃基(—R)。
5．同位素示踪法可以研究出有机化 学反应的历程(机理)。
[热点命题区]
1．有机物组成元素的推断 一般来说，某有机物完全燃烧后， 若产物只有 CO2 和 H2O，其组成元素可 能为 C、H 或 C、H、O。
欲判断该有机物是否含氧元素，首先应 求出产物 CO2 中碳元素的质量及 H2O 中氢 元素的质量，然后将碳、氢的质量之和与原 来有机物质量比较，若两者相等，则原有机 物的组成中不含氧元素；否则，原有机物的 组成中含有氧元素。
[例 1] 某仅由碳、氢、氧三种元素 组成的有机化合物，经测定其相对分子 质量为 90。取有机物样品 1.8 g，在纯氧 中完全燃烧，将产物先后通过浓硫酸和 碱石灰，两者分别增重 1.08 g 和 2.64 g。 试求该有机物的分子式。
解析：已知 m(H)＝1.08 g÷18 g·mol－1
×2×1 g·mol－1＝0.12 g，
试回答： (1)根据两方案，你认为能否求出 A 的最 简式(填“能”或“不能”)? 甲方案：________；乙方案：________。 (2)根据你选出的方案，求出 A 的最简式 (实验式)为 _________________________________。
(3)若要确定 A 的化学式，是否还需 要测定其他数据？如果需要，应该测定 哪些数据？
第二单元 科学家怎样研究有机物
1．某有机物在 O2 中完全燃烧生成 CO2 和 H2O，你能确定该有机物中含有 哪些元素吗？
提示：该有机物中一定含有碳、氢 两种元素，可能含有氧元素。
2．C2H6O 是否存在同分异构体？若 存在，写出其结构简式。
提示：C2H6O 存在同分异构体，分 别为 CH3CH2OH 和 CH3OCH3。
3．质谱法 (1)作用：测定有机物分子的相对分 子质量。 (2)原理：用高能电子流轰击样品， 使分子失去电子变成带正电荷的碎片， 在磁场的作用下，由于碎片的相对质量 不同，它们到达检测器的时间也先后不 同，其结果被记录为质谱图。
(3)质谱图： 横坐标表示碎片的质荷比，纵坐标 表示碎片的相对丰度，峰上的数据表示 碎片的相对质量。分子离子的相对质量 越大，质荷比就越大，到达检测器需要 的时间就越长，因此质谱图中最右边的 峰表示的就是样品的相对分子质量。