课时作业10：1.4.2元素分析与相对分子质量的测定 分子结构的鉴定

第2课时元素分析与相对分子质量的测定分子结构的鉴定
题组一元素分析与相对原子质量的测定
1．某有机物在氧气中充分燃烧，生成CO2和H2O的物质的量之比为1∶2，则下列说法中正确的是()
A．分子中C、H、O原子个数之比为1∶2∶3
B．分子中C、H原子个数之比为1∶4
C．该有机物中一定含有氧元素
D．此有机物的最简式为CH4
答案 B
解析只根据生成物CO2和H2O无法确定该有机物中是否含有氧元素。

由题意知N(C)∶N(H)＝1∶4。

2．下列实验式中，不用相对分子质量就可以确定分子式的是()
①CH3②CH③CH2④C2H5
A．①②B．③④
C．②③D．①④
答案 D
解析实验式乘以整数倍，即可得到有机物的分子式。

据烷烃通式，当碳原子数为n时，则氢原子数最多为2n＋2。

符合实验式为CH3的只有C2H6；符合实验式为CH的有C2H2、C6H6等；符合实验式为CH2的有C2H4、C3H6等；符合实验式为C2H5的只有C4H10。

3．某气态有机物X含C、H、O三种元素。

现欲确定X的分子式，下列条件中所需的最少条件是()
①X中碳的质量分数②X中氢的质量分数③X在标准状况下的体积④质谱图确定X的相对分子质量⑤X的质量
A．①②B．①②④
C．①②⑤D．③④⑤
答案 B
解析由①②可得有机物的实验式，由①②④可知有机物的分子式。

4．(2019·成都高二下学期期末)某有机物蒸气完全燃烧需三倍于其体积的氧气，产生二倍于其体积的二氧化碳(体积均在相同状况下测定)，该有机物可能是()
A ．C 3H 7OH
B ．CH 3CHO
C ．CH 3COCH 3
D ．C 2H 4
答案 D
解析 设有机物分子式为C x H y O z ，燃烧的通式为C x H y O z ＋(x ＋y 4－z 2)O 2――→点燃
x CO 2＋y 2H 2O ，
解得x ＝2，y －2z ＝4。

由x ＝2知A 、C 项不合题意；B 项，把y ＝4，z ＝1代入y －2z ＝4知不合题意，故答案选D 。

题组二 波谱法确定有机物的分子结构式
5．(2019·岳阳高二下学期期末)乙酸和甲酸甲酯互为同分异构体，其结构式分别如下：
和。

在下列哪种检测仪上显示出的信号是完全相同的
( )
A ．李比希元素分析仪
B ．红外光谱仪
C ．核磁共振仪
D ．质谱仪
答案 A
解析 李比希元素分析仪检测的是元素的种类，乙酸和甲酸甲酯的元素种类相同，都含有C 、H 、O 三种元素，A 正确；红外光谱仪检测的是化学键和官能团的结构特征，乙酸中含有羧基、甲酸甲酯中含有酯基，信号不完全相同，B 错误；核磁共振仪检测的是氢原子的种类，乙酸中含有2种氢原子，有2个峰且峰面积之比为3∶1，甲酸甲酯中含有2种氢原子，有2个峰且峰面积之比为1∶3，峰的位置不完全相同，C 错误；质谱仪检测的是分子的相对分子质量，二者的相对分子质量相同，但分子碎片的相对质量不完全相同，D 错误。

6．(2019·怀化高二下学期期中)为测定某有机物的结构，用核磁共振仪处理后得到如图所示的核磁共振氢谱，则该有机物可能是( )
A ．C 2H 5OH
B ．
C ．
D ．
答案 A
解析 根据有机物的核磁共振氢谱知该有机物中含有3种氢原子，且峰面积之比为3∶2∶1，
根据等效氢的概念判断。

乙醇分子中含有3种氢原子，峰面积之比为3∶2∶1，故A正确；2-甲基丙烯中含有2种氢原子，故B错误；对氨基苯酚中含有4种氢原子，故C错误；对二甲苯中含有2种氢原子，故D错误。

7．(2019·西宁高二下学期期中)下列有机物分子中，在核磁共振氢谱中信号强度(个数比)是1∶3的是()
A．丙烷B．1,2,3-三甲基苯
C．异丙醇D．
答案 A
解析丙烷的结构简式为CH3CH2CH3，在核磁共振氢谱中信号强度(个数比)是2∶6＝1∶3，A正确；1,2,3-三甲基苯分子在核磁共振氢谱中信号强度(个数比)是6∶3∶2∶1，B错误；异
丙醇分子在核磁共振氢谱中信号强度(个数比)是6∶1∶1，C错误；分子在核磁共振氢谱中信号强度(个数比)是9∶1，D错误。

8．某有机物A的分子式为C4H10O，红外光谱图如图所示，则A的结构简式为()
A. CH3CH2OCH2CH3
B. CH3OCH2CH2CH3
C. CH3CH2CH2OCH3D．( CH3)2CHOCH3
答案 A
解析红外光谱图中显示存在对称的甲基、对称的亚甲基和醚键，可得分子的结构简式为CH3CH2OCH2CH3。

9．某化合物由碳、氢、氧三种元素组成，其红外光谱图有C—H键、O—H键、C—O键的振动吸收，该有机物的相对分子质量是60，其核磁共振氢谱只有3组峰，则该有机物的结构简式是()
A．CH3CH2OCH3B．CH3CH(OH)CH3
C．CH3CH2CH2OH D．CH3CH2CHO
答案 B
解析由红外光谱图知该有机物的分子中含C—H键、O—H键、C—O键，A项中无O—H 键，D项中无O—H键、C—O键，B、C项含有三种化学键且相对分子质量都是60，但B 项核磁共振氢谱有3组峰，C项有4组峰，故B项正确。

10．某有机物A用质谱仪测定如图①，核磁共振氢谱示意图如图②，则A的结构简式可能为()
A．HCOOH B．CH3CHO
C．CH3CH2OH D．CH3CH2CH2COOH
答案 C
解析根据图①可知，该有机物的最大质荷比为46，则A的相对分子质量为46，故B、D 错误；根据图②可知，A分子的核磁共振氢谱有3组吸收峰，则其分子中有3种H原子，HCOOH 分子中含有2种H原子，CH3CH2OH分子中含有3种H原子，故C正确。

11．某化合物的结构(键线式)及球棍模型如下：
该有机分子的核磁共振氢谱图如下(单位是ppm)：
下列关于该有机物的叙述正确的是()
A．该有机物不同化学环境的氢原子有6种
B．该有机物属于芳香化合物
C．键线式中的Et代表的基团为—CH3
D．该有机物在一定条件下能完全燃烧生成CO2和H2O
答案 D
解析A项，由核磁共振氢谱图可知有8种不同化学环境的氢原子，错误；B项，由键线式可看出，该物质中无苯环，不属于芳香化合物，错误；C项，由键线式和球棍模型对照可知Et为—CH2CH3，错误；D项，该化合物分子中含有碳、氢、氧三种元素，可完全燃烧生成CO2和H2O，正确。

12．某芳香烃A的质谱图如图所示：
(1)A的名称为________。

(2)A的一氯代物共有________种。

(3)A中最多有________个原子共平面。

(4)已知9.2 g A在足量O2中充分燃烧，混合气体依次通过足量的浓硫酸和碱石灰，分别增重______g和______g。

(5)A分子的核磁共振氢谱有________个峰，峰面积之比为________。

答案(1)甲苯(2)4(3)13(4)7.230.8(5)41∶2∶2∶3
解析(1)根据“芳香烃”知必含苯环，根据质荷比为92可知相对分子质量为92，可得A为甲苯。

(2)甲苯中苯环上的一氯代物有三种，分别为与甲基相邻、相间和相对，甲基上还有一种，共四种。

(3)苯环上的12个原子肯定在一个平面上，甲基中的碳原子相当于苯环上的一个氢原子肯定在平面上，甲烷分子中与碳原子共平面的氢原子最多有两个，将甲基的共面问题类比甲烷的共面，所以最多有13个原子共平面。

(4)9.2 g甲苯完全燃烧可得0.4 mol水和0.7 mol CO2，即7.2 g水和30.8 g二氧化碳。

13．有机物A是一种纯净的无色黏稠液体，易溶于水。

为研究A的组成与结构，进行了如下实验：
实验步骤解释或实验结论
(1)称取A物质18.0 g，升温使其汽化，测其
A的相对分子质量为________
密度是相同条件下H2的45倍
(2)A的核磁共振氢谱如图：
A中含有________种氢原子
(3)另取A 18.0 g与足量的NaHCO3粉末反写出一个A分子中所含官能团的名称和数量：
应，生成0.2 mol CO 2，若与足量钠反应则生成0.2 mol H 2
________________________________________________________________________
(4)将此18.0 g A 在足量纯O 2中充分燃烧，并使其产物依次缓缓通过浓硫酸、碱石灰，发现两者依次增重10.8 g 和26.4 g
A 的分子式为______
(5)综上所述A 的结构简式为______________________________________
答案 (1)90 (2)4 (3)一个羧基和一个羟基 (4)C 3H 6O 3 (5)CH 3CHOHCOOH
解析 (1)称取A 物质18.0 g ，升温使其汽化，测其密度是相同条件下H 2的45倍，则A 的相对分子质量为45×2＝90。

(2)根据核磁共振氢谱可知A 中含有4种氢原子，且个数比为1∶1∶1∶3。

(3)18.0 g A 的物质的量是18.0 g÷90 g·mol －
1＝0.2 mol ，与足量的NaHCO 3粉末反应，生成0.2 mol CO 2，说明分子中含有1个羧基。

若与足量钠反应则生成0.2 mol H 2，这说明还含有1个羟基。

(4)将此18.0 g A 在足量纯O 2中充分燃烧，并使其产物依次缓缓通过浓硫酸、碱石灰，发现两者依次增重10.8 g 和26.4 g ，即生成水的物质的量是10.8 g÷18 g·mol －
1＝0.6 mol ，生成CO 2的物质的量是26.4 g÷44 g·mol －
1＝0.6 mol ，则分子中碳、氢原子的个数分别是0.6÷0.2＝3、1.2÷0.2＝6，所以氧原子的个数是90－36－616＝3，则分子式为C 3H 6O 3。

(5)综上所述A 的结构简式为CH 3CHOHCOOH 。

14．(2019·兰州高二下学期期末)下列装置中有机物样品在电炉中充分燃烧，通过测定生成的CO 2和H 2O 的质量，来确定有机物的分子式。

请回答下列问题：
(1)B 装置中试剂X 可选用________。

(2)D 装置中无水氯化钙的作用是__________________________________________________； E 装置中碱石灰的作用是_________________________________________________________。

(3)若实验中所取样品只含C 、H 、O 三种元素中的两种或三种，准确称取0.44 g 样品，经充分反应后，D 装置质量增加0.36 g ，E 装置质量增加0.88 g ，已知该物质的相对分子质量为44，则该样品的化学式为________。

(4)若该有机物的核磁共振氢谱如下图所示，峰面积之比为1∶3。

则其结构简式为________。

(5)某同学认为E 和空气相通，会影响测定结果准确性，应在E 后再增加一个F 装置，其主要目的是__________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________。

答案 (1)浓硫酸 (2)吸收生成的水 吸收生成的二氧化碳 (3)C 2H 4O (4)CH 3CHO (5)吸收空气中的二氧化碳和水蒸气
解析 (1)B 装置用于干燥通入C 中的氧气，试剂X 可选用浓硫酸。

(3)E 装置质量增加0.88 g 为二氧化碳的质量，可得碳元素的质量：0.88 g ×12
44＝0.24 g ，D 装
置质量增加0.36 g 是水的质量，可得氢元素的质量：0.36 g ×2
18＝0.04 g ，从而可推出含氧元
素的质量为：(0.44－0.24－0.04) g ＝0.16 g ，设最简式为C x H y O z ，则x ∶y ∶z ＝0.2412∶0.041∶
0.16
16＝2∶4∶1，即最简式为C 2H 4O 。

(4)根据该有机物的核磁共振氢谱图，峰面积之比为1∶3，则其结构简式为CH 3CHO 。

(5)应在E 后再增加一个F 装置，吸收空气中的二氧化碳和水蒸气，避免产生误差。