高中化学选修5有机化学基础第一章第四节第2课时

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

[学习目标定位] 1.通过对典型实例的分析,初步学会测定有机化合物元素含量、相对分子质量的一般方法,并能据此确定有机化合物的分子式。2.能够根据实验和某些物理方法确定有机化合物的结构。

一、有机物分子式的确定

1．鉴定有机物分子的元素组成(定性分析)

(1)将某有机物在O2中充分燃烧后,各元素对应的燃烧产物：C→CO2；H→H2O；N→N2；S→SO2。

(2)若将有机物完全燃烧,生成物只有H2O(使无水CuSO4变蓝)和CO2(使澄清石灰水变浑浊),则该有机物中一定含有的元素是C、H,可能含有的元素是O。

2．测定有机物中各元素的质量分数(定量分析)

(1)有机物中元素定量分析原理(李比希法)

①先用CuO作氧化剂将仅含C、H、O元素的有机物氧化,然后分别用无水CaCl2和KOH浓溶液吸收生成的水和二氧化碳；

②根据吸收前后吸收剂的质量变化即可算出反应生成的水和二氧化碳的质量,从而确定有机物中氢原子和碳原子的质量,剩余则为氧原子的质量；

③最后计算确定有机物分子中各元素的质量分数,从而确定有机物的最简式,即化合物分子中所含元素的原子数目最简整数比的式子。

(2)实验式(最简式)与分子式的关系：

分子式＝(最简式)n

3．有机物相对分子质量的测定——质谱法

(1)原理

用高能电子流等轰击样品分子,使该分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子。分子离子和碎片离子各自具有不同的相对质量,它们在磁场的作用下到达检测器的时间将因质量不同而先后有别,其结果被记录为质谱图。

(2)质荷比：指分子离子、碎片离子的相对质量与其电荷的比值。质谱图中,质荷比的最大值就表示了样品分子的相对分子质量。

例如,由上图可知,样品分子的相对分子质量为46。

有机物分子式的确定方法

(1)实验式法

各元素的质量分数―→各元素原子的个数比(实验式) ――――――――→相对分子质量分子式 (2)直接法

根据有机物各元素的质量分数和有机物的摩尔质量(相对分子质量)直接求出1 mol 有机物中各元素原子的物质的量。 (3)方程式法

根据有机物的燃烧通式及消耗O 2的量(或生成产物的量),通过计算确定出有机物的分子式。 (4)通式法

物质的性质等―→类别及组成通式（如C n H 2n ）――――――――→相对分子质量

n 值―→分子式。

例

1 某化合物6.

2 g 在氧气中完全燃烧,只生

成8.8 g CO 2和5.4 g H 2O 。下列说法正确的是( ) A ．该化合物仅含碳、氢两种元素 B ．该化合物中碳、氢原子个数比为1∶2 C ．该有机物的分子式为C 2H 6 D ．该化合物中一定含有氧元素 答案 D

解析n(CO2) ＝0.2 mol,n(C)＝n(CO2)＝0.2 mol,m(C)＝0.2 mol×12 g·mol－1＝2.4 g；n(H2O)＝0.3 mol,n(H)＝2n(H2O)＝0.6 mol,m(H)＝0.6 g；n(C)∶n(H)＝0.2 mol∶0.6 mol＝1∶3；m(C)＋m(H)＝2.4 g＋0.6 g＝3.0 g＜6.2 g,所以该化合物中一定含有氧元素,其质量为6.2 g－3.0 g

＝3.2 g,其物质的量n(O)＝3.2

16 g·mol－1

＝0.2 mol。n(C)∶n(H)∶n(O)＝1∶3∶1,实验式为CH3O,无法确定其分子式。

【考点】有机物分子式的确定

【题点】有机物组成元素的分析及应用、有机物分子式的确定方法

例

2有机物A是烃的含氧衍生物,在同温同压下,A蒸气的质量是同体积乙醇蒸气的2倍。1.38 g A完全燃烧后,将燃烧产物通过碱石灰,碱石灰的质量增加3.06 g。若将燃烧后的产物通过浓硫酸,浓硫酸的质量增加1.08 g。试通过计算确定A的分子式。

答案A蒸气的质量是同体积乙醇蒸气的2倍,即：相同条件下A的密度是乙醇密度的2倍,

则A 的相对分子质量为46×2＝92。

1．38 g A 完全燃烧后,生成水的质量＝1.08 g,物质的量＝ 1.08 g

18 g·mol －1＝0.06 mol ；生成CO 2的

质量＝3.06 g －1.08 g ＝1.98 g,物质的量＝ 1.98 g

44 g·mol －1＝0.045 mol ；1.38 g A 的物质的量为

1.38 g 92 g·mol －1＝0.015 mol ；则有机物A 分子中：C 原子数目＝0.045 mol

0.015 mol ＝3、H 原子数目＝0.06 mol ×20.015 mol ＝8、O 原子数目＝92－12×3－8

16＝3,故有机物A 的分子式为C 3H 8O 3。

【考点】有机物分子式的确定 【题点】有机物分子式的确定方法 二、有机物结构式的确定 1．物理方法

已知分子式为C 2H 6O 的有机物A 可能有如下两种可能的结构：Ⅰ(CH 3CH 2OH)或Ⅱ(CH 3OCH 3),我们可借助如下两种方法来确定有机物A 的结构简式是Ⅰ还是Ⅱ： (1)红外光谱法

利用红外光谱来测定,分子中有O —H 键或—OH 可确定A 的结构简式为Ⅰ(CH 3CH 2OH)。 (2)核磁共振氢谱

利用核磁共振仪,测定A,若得到A 的核磁共振氢谱为

则A 的结构简式为CH 3CH 2OH 。 2．化学方法

(1)烃A 分子式为C 3H 6且能使溴的四氯化碳溶液褪色,其结构简式为CH 3—CH===CH 2。 (2)实验测得某醇1 mol 与足量钠反应可得1 mol 气体,该醇分子中含羟基的个数是2。 3．根据有机物的结构特点判断