第04讲元素分析→质谱法→波谱分析(学生版)-高二化学精品讲义(人教版2019选择性必修3)

第04讲 元素分析→质谱法→波谱分析

课程标准

课标解读

1．知道红外光谱、核磁共振氢谱等现代仪器分析方法在有机化合物分子结构测定中的应用。

2．通过测定有机化合物元素含量、相对分子质量的般方法，能确定有机化合物分子式，并能根据特征结构和现代物理技术确定物质结构。

1．通过质谱红外光谱、核磁共振氢谱等现代仪器测定和探析有机物的分子组成、结构，揭示有机物结构的异同；能认识仪器分析对确定物质微观结构的作用。（宏观辨识与微观探析）

2．从官能团的鉴别，构建不同有机物的结构模型，结合官能团的性质，推理出各类有机物的特性。（证据推理与模型认知）

知识点01 研究有机化合物的基本步骤

【即学即练1】有机物的天然提取和人工合成往往得到的是混合物，假设给你一种这样的有机混合物让你研究，一般要采取的几个步骤是（ ）。

A ．分离、提纯→确定化学式→确定实验式→确定结构式

B ．分离、提纯→确定实验式→确定化学式→确定结构式

C ．分离、提纯→确定结构式→确定实验式→确定化学式

D ．确定化学式→确定实验式→确定结构式→分离、提纯

知识点02 有机物实验式（最简式）的确定——元素分析

1．实验式：有机化合物分子内各元素原子的最简整数比，也称为_______。 2．李比希定量分析一般过程

【即学即练2】某有机物在空气中完全燃烧时，生成水和二氧化碳的分子数之比为2∶1，则该物质可能是：①CH 4；②C 2H 4；③C 2H 5OH ；④CH 3OH （ ）。

A ．②③

B ．①④

C ．①③

D ．②④

知识点03 研究有机化合物结构的物理方法

1．质谱法 （1）原理：质谱仪用高能电子流等轰击样品，使有机分子失去电子，形成带_______的分子离子和碎片离子等。这些离子因_______不同、_______不同，在电场和磁场中的运动行为不同。计算机对其进行分析后，得到它们的______________与_______的比值，即质荷比。以质荷比为横坐标，以各类离子的相对丰度为纵坐标记录测试结果，就得到有机化合物的质谱图。

知识精讲

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（2）作用：测定有机物的______________

（3）读图：质谱图中_______的分子离子峰或质荷比_______表示样品中分子的相对分子质量

（4）示例：该有机物的相对分子质量为_______。

2．红外光谱

（1）作用：初步判断某有机物分子中所含有的______________。

（2）原理：不同的化学键或官能团的_______不同，在红外光谱图上将处于不同的位置。

（3）示例：有机物C2H6O的红外光谱上有O－H、C－H和C－O的吸收峰，可推知其结构为_______。

3．核磁共振氢谱

（1）原理：处于不同化学环境中的氢原子因产生共振时吸收电磁波的频率不同，相应的信号在谱图上出现的位置也不同，具有不同的化学位移，而且吸收峰的面积与_______成正比。

（2）作用：测定有机物分子中氢原子的_______和它们的相对_______。

（3）读图：吸收峰数目＝______________，吸收峰面积比＝______________。

（4）示例：有机物C2H6O的核磁共振氢谱如图，图中三个峰的面积之比是1∶2∶3，则有3种处于不同化学环境的氢原子，个数比为______________，其结构简式为______________。

4．X射线衍射

（1）原理：X射线是一种波长很短（约10-10 m）的电磁波，它和晶体中的原子相互作用可以产生衍射图。

（2）作用：经过计算可以从中获得分子结构的有关数据，包括_______、_______等分子结构信息。

（3）应用：将X射线衍射技术用于有机物（特别是复杂的生物大分子）晶体结构的测定，可以获得更为直接而详尽的结构信息。

【即学即练3】为了测定某有机物A的结构，做如下实验：①将2.3g该有机物完全燃烧，生成0.1molCO2和2.7g水；

②用质谱仪测定其相对分子质量，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，图中三个峰的面积之比是1∶2∶3；④用红外光谱仪处理该化合物，得到如图三所示图谱。试回答下列问题：

（1）有机物A的相对分子质量是________。

（2）有机物A的实验式是________。

（3）有机物A的分子式是________。

（4）有机物A的结构简式是________。

考法有机物分子式和结构简式的确定

【典例】（2022·陕西汉中高二检测）某化学小组为测定有机物G的组成和结构，设计如图实验装置：

回答下列问题：

（1）实验开始时，先打开分液漏斗活塞，一段时间后再加热反应管C，目的是

__________________________________________________。

（2）装置B和装置D中浓硫酸的作用分别是_____________和_____________。

（3）装置E和装置F中碱石灰的作用分别是______________和_______________。

（4）若准确称取4.4g样品G（只含C、H、O三种元素），经充分燃烧后（CuO的作用是确保有机物充分氧化，最终生成CO2和H2O），装置D质量增加3.6g，U形管E质量增加8．8g。又知有机物G的质谱图如图所示：

该有机物的分子式为________。

（5）已知有机物G中含有羧基，经测定其核磁共振氢谱有3组峰，且峰面积之比为6∶1∶1。综上所述，G的结构简式为__________。

【知识拓展】

1．有机物分子式的确定

（1）常规确定方法