人教版高中化学选修五第一章认识有机化合物第四节研究有机化合物的一般步骤和方法

第四节 研究有机化合物的一般步骤和方法
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1. 初步了解测定有机化合物元素含量、相对分子质量的一般方法，并能根据英确定有机 化合物的分子式。

2. 初步学会分离、提纯有机物的常规方法。

3. 知道通过化学实验和某些物理方法可以确立有机化合物的结构。

4. 了解研究有机物的基本步骤。

一、研究有机化合物的一般步骤
【议一议】
1. 试分析实验式和分子式有何异同？
二、有机化合物的分离、提纯
1. 蒸憾
条祥」
~L — 舟机物与汆辰购 加*较大c
「-湖座计水伽球位w ：= 李蠢 血I 曲烷片‘
—4低TF 中水向二
2. 重结晶
⑴原理
利用有机物和杂质在同一溶剂中溶解度随温度的变化相差较大，采用冷却或蒸发将有机 物分离出来，是提纯 ___________ 有机物的常用方法。

⑵溶剂的选择
① 杂质在所选溶剂中溶解度 _______________________ ,易于除去。

② 被提纯的有机物在所选溶剂中的溶解度受 ___________ 的影响较大：该有机物在热溶 液中的溶解度 ___________ ,冷溶液中的溶解度 _____________ ,冷却后易于结晶析出。

⑶实验仪器与操作步骤
G 內、施钝洲展不冋g
3・萃取
(1) 萃取原理
① 液一液萃取
利用有机物在两种 _______________ 的溶剂中的 ______________ 不同，将有机物从一 种溶剂转移到另一种溶剂的过程。

② 固一液萃取
用 _____________________ 从固体物质中溶解出有机物的过程°
(2) 主要仪器： ________________ 、 ___________ 、 _________________ ° (3) 操作要求
加萃取剂后充分 ____________ ，静置分层后，打开分液漏斗活塞，从下口将 放出，并及时关闭活塞， _________________ 从上口倒出。

【议一议】
2. 在苯甲酸的重结晶实验中，是不是结晶的温度越低越好?
3・分液、蒸憎、萃取三种操作在分离依据上有什么区别？
4•用CCb 从碘水中萃取出碘后，如何得到纯净的12?
三.元素分析、相对分子质量和分子结构的测立 1. 元素分析
⑴定性分析：可确建有机物的 ___________________ (2) 定量分析：可确定有机物的化学式。

加热溶解
趁热过滤
冷却结晶
2.可用质谱法测左有机物的______________________________ •进而确
定________________ 。

3.鉴泄有机物结构的方法有化学方法和物理方法
(1)化学方法主要是初步鉴别官能团。

(2)物理方法主要有___________ . _______________________ 、_
_________________________ 等方法。

【议一议】
5.某物质的质谱图怎么去看？怎样去利用质谱图？
四、物质的分离和提纯
1.物质的分离
(1)分离原则
把混合物中的各种物质逐一分开，得到各纯净物，分开以后的各物质应该尽量减少损失 :各组分要尽量纯净。

(2)分离方法
①物理方法：过滤、重结晶、升华、蒸发、蒸馆、分憾、液化、分液、萃取、渗析、溶解、盐析、汽化、物理方法洗气等。

②化学方法：加热分解、氧化还原转化、生成沉淀、酸碱溶解或中和、络合、水解、化学方法洗气等。

2.物质的提纯
将某物质中的杂质，采用物理或化学方法除掉的过程。

它和分离的主要区别在于除掉的杂质可以不进行恢复。

(1)物质提纯的原则
①不增：在提纯过程中不增加新杂质：
②不减：在提纯过程中不减少被提纯物：
③易分离：被提纯物与杂质易分离：
④易复原：在提纯过程中被提纯物转变成了英他物质时，应容易将其恢复到原来的状态
O
(2)提纯的方法
①杂转纯
将要除去的杂质变为被提纯物，这是提纯物质的最佳方案。

如除去NazCOs中混有的NaHCO3 ,可将混合物加热使NaHCO3全部转化为NazCC^
②杂变沉
加入一种试剂将要除去的杂质变成沉淀，最后用过滤的方法除去沉淀。

如食盐水中混有BaCI2 ,可
加过量的Na2CO3,把Ba?'转化成BaCOs沉淀，过滤后再在滤液中加入盐酸。

③杂转气
加热或加入一种试剂使杂质变为气体逸出。

如食盐水中混有Na2CO3,可加盐酸使CO变为
C 0
2逸
岀。

④
溶
剂
分
加入一种溶剂将杂质或被提纯物质萃取出来。

如用CCI4可将碘从碘水中萃取岀来。

3・有机物分禽与提纯的常用方法总结
上述方法中，最常用的是分液(萃取).蒸餾和洗气。

最常用的仪器是分液漏斗.蒸佛烧瓶和 洗气瓶。

【例1] 浪苯是一种化工原料，实验室合成決苯的装置示意图及有关数据如下:
按
下
列
合
成
步
骤回
答
问
题
：
⑴在a 中加入15 mL 苯和少量铁屑。

在b 中小心加入 4.0 mL 液态浪。

向a 中滴入几滴澳, 有白色烟雾产生，是因为生成了 ________ 气体。

继续滴加至液浪滴完。

装置d 的作用是_
(2) 液浪滴完后，经过下列步骤分离提纯：
① 向a 中加入10 mL 水，然后过滤除去未反应的铁眉： ② 滤液依次用10 mL 水、8mL10%ft<J NaOH
10 mL 水洗涤。

NaOH 溶液洗涤的作用是
③ 向分出的粗浪苯中加入少量的无水氯化钙，静置、过滤。

加入氯化钙的目的是
(3) _______________________________________________ 经以上分离操作后•粗浪苯中还含有的主要杂质为 ________________________________________ ,要进一步提纯，下列操作 中必须的是 _______ (填入正确选项前的字母)。

A. 重结晶B.过滤C.蒸憾D.萃取
(4) _________________________________ 在该实验中，a 的容积最适合的是 (填入正确选项前的字母)。

A. 25 mL B ・ 50 mL C ・ 250 mL D ・ 500 mL
变式训练1除去下列括号内的杂质通常采用的方法是什么？将答案填在横线上。

(1) H 2O(NaCk MgCl 2) ____________________________: (2) CH 3OH(H 2O) ________________________________: (注：CHQH 为甲醇，沸点为64.7 C)
ZV-COOH
五、有机物分子式及结构式的确定
1. 有机物分子式的确左
(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和也0,英组成元素可能为C 、 H
或 C 、H 、0。

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H 2O 中氢 元
素的质量，然后将C 、H 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氧元素。

(2)确建分子式的方法 ① 直接法
有机物的密度(或相对密度)一摩尔质量一 Imol 有机物中各原子的物质的量一分子 式。

② 最简式法
各元素的质量分数最简式一^^~＞分子式。

③ 余数法
用炷的相对分子质量除以14,看商数和余数。

其中商数月为烧中的碳原子数，此法适用于具有特左通式的绘(
如烷烧、烯桂、块坯、苯、
Mr(CxHy) M =彳
M r (CH 2)_14
•余2 除尽 差2 、差6 为烷坯
为烯坯或环烷炷
为烘炷或二烯炷 为苯或苯的同系物
⑶*/
(NaCl) __________________________
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：
2. 有机物结构式的确定
(1) 根据价键规律确左
某些有机物根据价键规律只存在一种结构，则直接根据分子式确左英结构式。

例如C 2H 6 ,只能是CHsCHjo
⑵通过左性实验确怎
实验有机物表现的性质及相关结论官能团确定结构式。

如能使澳的四氯化碳溶液褪色的 有机物分子中可能含有/ \,不能使渙的四氯化碳溶液褪色却能使酸性髙毎酸钾溶液褪 色的可能是苯的同系物等。

(3) 通过定量实验确定
① 通过定量实验确立有机物的官能团，如乙醇结构式的确
② 通过左量实验确立官能团的数目，如测得1 mol 某醇与足呈:钠反应可得到1 mol 气体，则 可说明该醇分子中含2个一0H 。

(4) 根据实验测建的有机物的结构片段“组装”有机物
实验测得的往往不是完整的有机物，这就需要我们根据有机物的结构规律，如价键规律、性 质和量的规律等来对其进行“组装”和“拼凑”。

(5) 可用红外光谱、核磁共振氢谱确泄有机物中的官能团和各类氢原子数目，确左结构式。

【例2】 为了测宦某有机物A 的结构，做如下实验： ① 将2.3 g 该有机物完全燃烧，生成0.1 mol CO 2和2.7 g 水； ② 用质谱仪测泄其相对分子质量，得如图一所示的质谱图；
③ 用核磁共振仪处理该化合物，得到如图二所示图谱，图中三个稣的面积之比是1 ： 2 ： 3。

02—
‘曲"> xCOz-l-
试回答下列问题：
27
质荷比
图一
(1) 有机物A 的相对分子质量是 _______ (2) 有机物A 的实验式是 _______ 。

(3) A 的分子式是 ___________________________________ 。

(4) A 的结构简式为 _________________________________
()
II
II
变式训练2分子式为C2H4O2的结构可能有CH3—C —()H 和H —c —O-CH3两种, 为对其结构进行物理方法鉴定，可用 ___________________ 或 ________________ 。

()
II
⑴若为('H3—C —()H ，则红外光谱中应该有 ________________ 个振动吸收，核磁共振 氢谱中应有 __________ 个峰。

()
II
⑵若为H —C —(》一CH3 ,则红外光谱中有 _____________ 个振动吸收；核磁共振氢谱
中应有 _________ 个峰。

当堂检测
1. 下列分离或除杂的方法不正确的是(
)
A. 用分液法分离水和洒精
B. 用蒸馅法分离苯和浪苯
C. 用重结晶方法提纯苯甲酸
D. 用饱和碳酸氢钠溶液除去二氧化碳中混有的少量氯化氢气体
相对半度
图二
2 1 0 化学位移6
吸收强度
27
2.某有机物在氧气中充分燃烧，生成的水蒸气和二氧化碳的物质的量之比为1 ： 1,由此可以
得出的结论是()
A.该有机物中C、H、0的原子个数比为1 ： 2 ： 3
B.分子中C、H的原子个数比为1： 2
C.有机物中必左含氧
D.有机物中必左不含氧
3.二甲醍和乙醇是同分异构体，英鉴别可采用化学方法或物理方法，下列鉴别方法中不能
对二者进行鉴别的是( )
A.利用金属钠或者金属钾
B.利用质谱法
C.利用红外光谱法
D.利用核磁共振氢谱
4.下列化合物分子，在核磁共振氢谱图中能给出三种信号唸的是( )
A.CH,CH：CH,
B. CH,—0—CH,
0 ()
I . II
C. CHa—C一C 1<2( Ih
D. CFI3—C—()—CHs
5.将CH3CH0(^溶于水，沸点为20.8 °C的液体)和CH3C00H分离的正确方法是( )
A.加热蒸餾
B.加入Na£0,后，通过萃取的方法分离
C.先加入饶碱溶液之后蒸出乙醛，再加入浓硫酸，蒸出乙酸
D.和Na反应后进行分离
6.选择下列实验方法分离提纯物质，将分离提纯方法的序号填在横线上。

A.萃取分液
B.升华
C.重结晶
D.分液
E.蒸馅
F.过滤
G.洗气
(1)_______ 分离饱和食盐水与沙子的混合物。

(2)____ 从硝酸钾和氯化钠的混合溶液中获得硝酸钾。

(3)_______ 分离水和汽油的混合物。

(4)_______ 分离CC1.(沸点为76. 75 °C)和甲苯(沸点为110.6 °C)的混合物。

(5)_______ 除去混在乙烷中的乙烯。

(6)_______ 提取碘水中的碘。

分层练习
1•研究有机物一般经过以下几个基本步骤：分离、提纯一确定实验式一确定分子式一确泄结构式，以下用于研究有机物的方法错误的是()
A.蒸镭常用于分离提纯液态有机混合物
B.燃饶法是研究确定有机物成分的有效方法
C.核磁共振氢谱通常用于分析有机物的相对分子质量
D.对有机物分子红外光谱图的研究有助于确左有机物分子中的官能团
2.下列实验方案不合理的是( )
A.用饱和Na：C0,溶液除去乙酸乙酯中混有的乙酸等
B.分藹苯和硝基苯的混合物，可用蒸餾法
C.可用苯将浪从浪苯中萃取出来
D. 可用水来鉴别苯、乙醇、四氯化碳
3•核磁共振氢谱是指有机物分子中的氢原子核所处的化学环境（即其附近的基团）不同，表 现
出的核磁性就不同，代表核磁性特征的峰在核磁共振图中坐标的位宜（化学位移，符号 为§）也就不同。

现有一物质的核磁共振氢谱如下图所示。

则可能是下列物质中的（）
A. CH,CH ：CH,
B. CHoCHzC 比OH
CIh —CII —CFh
I
C.
CI%
D. CH 3CH :CH0
4•设『的质荷比为0,其有机物样品的质荷比如图所示（假设离 子均
带一个单位正电荷，信号强度与该离子的多少有关），则 该有机物可能是（）
A.甲醇(CHoOH) C ・丙烷
5. 下列实验操作中错误的是（）
A. 分液时，分液漏斗中下层液体从下口放岀，上层液体从上口倒出
B. 蒸馅时，应使温度计水银球靠近蒸锚烧瓶支管口
C. 可用洒精萃取碘水中的碘
D. 除去淀粉中NaCl 杂质，可将混合物加水溶解后，用渗析的方法分离
6. 物质的提纯是化学实验中的一项重要操作，也是化工生产及物质制备中的主要环节。

下 列
有关叙述中，正确的是（）
A. 乙酸乙酯中混有乙酸，可用饱和Na ：C0,溶液洗涤，然后分液分离岀乙酸乙酯
B. 在提纯鸡蛋中的蛋白质时，可向鸡蛋淸溶液中加入浓硝酸，然后将所得沉淀滤岀， 即得较纯的蛋白质
C. 除去乙烷中少量的乙烯：光照条件下通入C1：,气液分离
D. 乙醇中含乙酸杂质，加入碳酸钠溶液洗涤，分液
7. 为了提纯下表所列物质（括号内为杂质），有关除杂试剂和分离方法的选择均正确的是
选项 被提纯的物质 除杂试剂 分离方法
相对丰度
15
B.甲烷 D.乙烯
987654321
0 5 /ppm
吸收强度
质荷比
（0）
12 14 16
B 淀粉溶液(NaCl)
水 过滤 C CH 3CH ：OH (CHoCOOH) CaO 蒸馅 D
CO ： (S0=)
Na ：g 溶液
洗气
8.某化学兴趣小组在查阅资料时发现：实验室制备苯甲醇和苯甲酸的化学原理是:
已知苯甲醛易被空气氧化.苯甲醇的沸点为205.3 °C,苯甲酸的熔点为121.7 沸
点为249 C,溶解度为0.34g ：乙瞇的沸点为34.8 °C,难溶于水。

制备苯甲醇和苯甲 酸的主要过程如下所示：
CIIO
+ KOII
COOK
COOK
coon
+ IIC1
+ KC1
苯甲醛 KOH. H 2O
放置24订 白色糊状物
水、乙瞇
亠乙醛溶液 亠水溶液
操作U 「乙醴
产品甲
Ha 「产貼乙 操
冠L 水溶液
试根据上述信息回答下列问题:
(1) 操作I 的名称是 ________ ,乙醛溶液中所溶解的主要成分是 ________ (2) 操作I 【的名称是 ______ ,产品甲是 _________ 。

(3) 操作III 的名称是 ______ ,产品乙是 _________ 。

(4) 如右图所示，操作II 中温度il •水银球上沿放宜的位置应是 ________ ( 填“a”、“b”、“c”或“d” ),该操作中，除需蒸馅烧瓶、温度计外， 还需要的玻璃仪器是 __________________ •收集产品甲的适宜温度为
9. 现拟分离乙酸乙酯、乙酸和乙醇的混合物，下图是分离操作步骤流程图。

请写出图中圆括号内适当的试剂，方括号内所用的分离方法，方框内所分离的有关物 质的化学式。

10. 任一左条件下，茶可以彼浓硝酸、浓硫酸的混酸硝化生成二硝基物，它是1,5--硝基
于98%的硫酸，而前者不能。

利用这一性质可以将这两种同分异构体分离，将上述硝化 产物加入适量的98%硫酸，充分搅拌，用耐酸漏斗过滤，欲从滤液中得到固体1,8■二硝 基蔡，应采用的方法是（ ）
11. 某气态有机物X 含C 、H 、0三种元素，已知下列条件，现欲确左X 的分子式，所需的最
少条件是（）
®x 中含碳质量分数 ②X 中含氢质量分数 ③X 在标准状况下的体积 ④质谱确上X 的相对分子质量 ⑤X 的质量 A.①②B.①②④C. ®@（§） D.③④⑤
12. 甲醛在医药、染料、香料等行业中都有着广泛的应用。

实验室通过下图所示的流程由甲
苯氧化制备苯甲醛，试回答下列问题。

（l ）Mn ：03氧化甲苯的反应需要不断搅拌，搅拌的作用是
（2）甲苯经氧化后得到的混合物通过结晶、过滤进行分离，该过程中需将混合物冷却, 其目的是 ____________________________________________________
G L U
roi
乙酸
荼（
A. 蒸发浓缩结晶
B. 向滤液中加水后过滤
C. 用NMOs 溶液处理滤液
D. 将滤液缓缓加入水中并过滤
）后者可溶于质量分数大
苯
甲 醛
(3) 实验过程中，可循环使用的物质有 ________ 、 _______ 「 (4) 实验中分离甲苯和苯甲醛采用的操作【是 ______ ,其原理是
13. 电炉加热时用纯氧气氧化管内样品，根据产物的质量确立有机物的组成，下图装垃是用 燃
烧法确定有机物分子式的常用装置。

⑴产生的氧气按从左到右方向流动，所选装置各导管的连接顺序是
(2) C 装置中浓硫酸的作用是 __________________________________________ (3) D 装置中MnO :的作用是 __________________________________________ (4) 燃烧管中CuO 的作用是 ___________________________________________ (5) 若准确称取0.90 g 样品(只含C 、H 、0三种元素中的两种或三种)，经充分燃烧后, A 管质疑增加1.32 g, B 管质量增加0.54 g,则该有机物的实验式为 ______________ : (6) 要确定该有机物的分子式，还要知道 _______________________________ 14・某化学小组采用类似制乙酸乙酯的装宜(如图)，以环己醇制备环己烯。

密度/ (g • cm 5)
熔点厂C
沸点/°C 溶解性 环己醇 0. 96 25 161 能溶于水 环己烯
0.81
—103
83
难溶于水
(1)制备粗品
将12.5 mL 环己醇加入试管A 中，再加入1 mL 浓硫酸，摇匀后放入碎瓷片，缓慢加热 至反应完全，在试管C 内得到环己烯粗品。

已知:
()11
1/
if i
浓硫酸
A B C DE
B
A 水浴
G
①A中碎瓷片的作用是_____________ ，导管B除了导气外还具有的作用是
__________________________________________________________________ O
②试管C置于冰水浴中的目的是_______________________________________
__________________________________ O
(2)制备精品
①环己烯粗品中含有环己醇和少量酸性杂质等。

加入饱和食盐水，振荡、静置、分层，
环己烯在________ 层(填"上”或“下”)，分液后用__________ (填入编号)洗涤。

a.KMnO；溶液
b.稀H=SOi
c. Na：COs溶液
②再将环己烯按如图装宜蒸馅，冷却水从________ 口进入。

蒸愉时要加入生石灰，目的
足_______________________________________________________
③ ______________________________ 收集产品时，控制的温度应在左右，实验制得的环己烯精品质量低于理论产
量，可能的原因是________ 。

a.蒸馆时从70 °C开始收集产品
b.环己醇实际用疑多了
c.制备粗品时环己醇随产品一起蒸岀
(3)_____________________________________________ 以下区分环己烯精品和粗品的方法，合理的是_____________________________________________ 。

a.用酸性高锹酸钾溶液
b.用金属钠
c.测立沸点
15.有机物A可由葡萄糖发酵得到，也可以从牛奶中提取。

纯净的A为无色粘稠液体，易溶于
水。

为研究A的组成与结构，进行了如下实验：。