第2節有機化合物結構的測定第3章有機合成及其應用合成高分子化合物1.了解有機化合物結構的測定的一般步驟和程序，能進行確定有機化合物分子式的簡單計算。2.能利用官能團的化學檢驗方法鑒定單官能團化合物分子中是否存在常見官能團。3.初步了解一些測定有機化合物結構的現代手段。4.懂得有機化合物結構的測定是有機化合物合成的重要環節。目標導航基礎知識導學重點難點探究隨堂達標檢測欄目索引一、測定有機化合物結構的流程及分子式的確定1.測定有機化合物結構的流程(1)流程基礎知識導學元素組成官能團答案(2)核心：測定有機化合物結構的核心步驟是確定其

，及檢測分子中所含的

及其在碳骨架上的位置。

2.確定有機化合物的元素組成要確定有機化合物的分子式，首先要知道該

、

，必要時還要測量其

。(1)燃燒分析法測定烴分子中碳、氫兩元素的質量分數：取一定質量樣品；將樣品在

中燃燒；將燃燒后的產物依次通過

和

吸收；根據

和

的

變化計算樣品中碳、氫元素的質量分數。分子式官能團物質的組成元素答案各元素的質量分數相對分子質量氧氣流吸水劑堿溶液吸水劑堿溶液質量(2)氮元素質量分數的測定：取一定質量的樣品通入

氣流中，在CuO的催化作用下燃燒生成

。反應時，可能有一部分氮轉變成氮的氧化物，需借金屬銅將它們還原為氮氣。借助二氧化碳氣流，將裝置中生成的氣體全部趕出。用

吸收CO2氣體后，測得

的體積，即為氮氣的體積。(3)鹵素質量分數的測定：取一定質量樣品與

溶液混合加熱，將

轉變為

，再加入稀HNO3和AgNO3溶液得到

沉淀。根據鹵化銀沉淀的

確定鹵素的

。若為

，則有機物中含氯元素；若為

，則有機物中含溴元素；若為

，則有機物中含碘元素。將生成的鹵化銀沉淀洗滌、干燥，稱其質量。二氧化碳氮氣濃KOH(或NaOH)溶液答案剩余氣體NaOH鹵素原子鹵素離子鹵化銀顏色種類白色淺黃色黃色議一議1.一種有機物完全燃燒后的產物只有CO2和H2O，該有機物所含元素只有碳和氫嗎？如何判斷是否含有氧元素？答案不一定，若產物只有CO2和H2O，其組成元素肯定有C、H元素，可能有O元素。欲判斷該有機物中是否含氧元素：設有機物燃燒后CO2中碳元素的質量為m(C)，H2O中氫元素質量為m(H)。若m(有機物)＞m(C)＋m(H)→有機物中含有氧元素；m(有機物)＝m(C)＋m(H)→有機物中不含氧元素。答案2.實驗式(最簡式)和分子式有何異同？

知道了有機物的實驗式(最簡式)，要確定分子式，必須要知道該有機物的相對分子質量才能確定其分子式嗎？答案答案實驗式只是說明了物質中各元素原子的物質的量之比，分子式說明了物質分子的具體組成。二者中各元素的百分比相同。可能不同的是原子的個數，有時實驗式和分子式相同，如CH4。知道了有機物的實驗式(最簡式)，要確定分子式，可能需要相對分子質量，可能不需要相對分子質量，如(1)某些特殊組成的最簡式，在不知化合物相對分子質量時，也可根據其組成特點確定其分子式。例如最簡式為CH3的有機物，其分子式可表示為(CH3)n，僅當n＝2時，氫原子已達飽和，故其分子式為C2H6。同理，最簡式為CH3O的有機物，其分子式為(CH3O)n，僅當n＝2時，氫原子已達飽和，其分子式為C2H6O2。(2)部分有機物的最簡式中，氫原子已達飽和，則該有機物的最簡式即為分子式。例如最簡式為CH4、CH3Cl、C2H6O、C4H10O3等有機物，其最簡式即為分子式。3.確定有機物分子式的一般步驟是什么？答案答案二、有機化合物結構式的確定1.測定有機化合物的結構的關鍵步驟

及

，進而確定分子中所含有的

及其所處的位置。判斷分子的不飽和度典型的化學性質官能團答案2.有機化合物分子不飽和度的計算(1)幾種常見官能團的不飽和度：

化學鍵不飽和度化學鍵不飽和度一個碳碳雙鍵

一個碳碳叁鍵

一個羰基

一個苯環

一個脂環

一個氰基

121答案412

5答案官能團種類試劑判斷依據碳碳雙鍵或碳碳叁鍵溴的四氯化碳溶液

酸性KMnO4溶液

NaOH溶液(加熱)、AgNO3溶液和稀硝酸有沉淀產生醇羥基鈉有

放出3.有機化合物官能團的確定(1)化學檢驗方法一些官能團的化學檢驗方法紅棕色溶液退色紫色溶液退色鹵素原子答案氫氣酚羥基FeCl3溶液

溴水有

產生醛基銀氨溶液(水浴)有銀鏡生成新制氫氧化銅懸濁液(加熱)有磚紅色沉淀產生羧基NaHCO3溶液有

放出顯紫色白色沉淀CO2答案(2)物理方法①紅外光譜：不同的化學鍵或官能團吸收頻率不同，在紅外光譜上出現位置不同，由此可判斷官能團種類以及樣品濃度。②核磁共振氫譜：用電磁波照射氫原子核，處于不同化學環境中的氫原子因產生共振時吸收的頻率不同，在譜圖上出現的位置不同，且吸收面積與氫原子個數成正比，由此來測定氫原子在碳骨架上的位置和數目。議一議1.怎樣理解有機化合物分子的不飽和度的求算和應用？答案

答案答案①若有機物為含氧化合物，因為氧為二價，與“等效”，故在進行不飽和度計算時可不考慮氧原子，如：CH2==CH2、C2H4O、C2H4O2的不飽和度均為1。②有機物分子中的鹵素原子為取代基，可視作氫原子來計算分子的不飽和度，如C2H3Cl的不飽和度為1，其他基團：—NH2、—SO3H等都視為氫原子。

答案b.的不飽和度為6，分子式為C8H6。c.的不飽和度為10，分子式為C14H10。d.答案的不飽和度為5，分子式為C14H20O。④立體封閉有機化合物分子(多面體或籠狀結構)不飽和度的計算，其成環的不飽和度比面數少1。如：立方烷如圖：面數為6，不飽和度為5，分子式為C8H8。(2)不飽和度的應用應用不飽和度求物質的分子式，對于結構較復雜的有機化合物，碳、氧原子數較為直觀，而氫原子往往不容易確定，應用不飽和度可順利求出物質的分子式。2.確定有機化合物結構的一般流程是什么？答案答案確定有機化合物結構式流程示意圖3.如何確定醫用膠單體結構？(1)確定分子式①測定實驗式燃燒30.6g醫用膠的單體樣品。實驗測得生成70.4gCO2、19.8gH2O和2.24LN2(已換算為標準狀況)，請通過計算確定其實驗式。答案＝0.4moln(C)∶n(H)∶n(N)∶n(O)＝1.6mol∶2.2mol∶0.2mol∶0.4mol＝8∶11∶1∶2。該醫用膠單體的實驗式為C8H11NO2。②確定分子式由質譜分析法測定出該樣品的相對分子質量為153.0，請確定其分子式。答案

(2)推導結構式①計算該樣品分子的不飽和度，推測分子中是否有苯環、碳碳雙鍵、碳碳叁鍵或碳氧雙鍵。答案

②用化學方法測定樣品分子中的官能團。a.利用醫用膠的單體分別做如下實驗：Ⅰ.加入溴的CCl4溶液，紅棕色溶液退色。說明分子中有______或__________(用結構簡式表示)。Ⅱ.加入(NH4)2Fe(SO4)2溶液、硫酸及KOH的甲醇溶液，無明顯變化。說明分子中無________(用名稱表示)。Ⅲ.加入稀堿水溶液并加熱，有氨氣放出。說明分子中有氰基(—CN)。通過實驗說明該分子中含有__________(或__________)、________(用結構簡式表示)。答案—C≡C—硝基—C≡C—

—C≡Nb.通過紅外光譜圖分析，可知該樣品分子中含有—C≡N—、

、等官能團。③推測樣品分子的碳骨架結構和官能團在碳鏈上的位置通過核磁氫譜圖和核磁碳譜圖知，該分子中含有

、—O—CH2—CH2—CH2—CH3和

基團，所以，該有機化合物的結構簡式為______________________________________。答案返回重點難點探究一、有機物分子式的確定方法1.確定有機化合物分子式的一般途徑

2.確定有機化合物分子式的方法

(1)實驗式法：

由各元素的質量分數→求各元素的原子個數之比(實驗式)→相對分子質量→求分子式。

(2)物質的量關系法：

由密度或其他條件→求摩爾質量→求1mol分子中所含各元素原子的物質的量→求分子式。

(3)化學方程式法：

利用化學方程式求分子式。(4)燃燒通式法：

利用通式和相對分子質量求分子式。由于x、y、z相對獨立，借助通式進行計算，解出x、y、z，最后求出分子式。(5)利用各類有機物的分子式通式和相對分子質量確定類別

通式

相對分子質量

烷烴

CnH2n＋2

Mr＝14n＋2(n≥1)環烷烴，烯烴

CnH2n

Mr＝14n(烯烴n≥2，環烷烴n≥3)二烯烴，炔烴

CnH2n－2

Mr＝14n－2(炔烴n≥2)苯及苯的同系物

CnH2n－6

Mr＝14n－6(n≥6)飽和醇

CnH2n＋2Ox

Mr＝14n＋2＋16x飽和一元醛

CnH2nOMr＝14n＋16飽和一元羧酸及酯

CnH2nO2

Mr＝14n＋32(6)商余法(只適用于烴)例1為了測定一種氣態烴A的分子式，取標準狀況下A氣體置于密閉容器內燃燒，實驗表明產物是CO2、CO和H2O，學生甲、乙設計如下兩個方案，均認為根據自己的方案能求出A的最簡式，他們測定的數據如圖所示(假設每次處理均反應完全)：(1)根據兩方案，你認為能否測得A的最簡式(填“能”或“不能”)。甲方案________，乙方案________。解析答案解析甲方案堿石灰增加的質量為CO2和H2O的質量之和，再通過灼熱的CuO減少的質量或石灰水增加的質量，可求出烴不完全燃燒生成CO的質量，但它不能求出CO2及水各自的質量，故無法確定有機物的最簡式；而乙方案濃硫酸增加的質量為水的質量，再通過灼熱的CuO減少的質量可求出CO的質量，最后通過堿石灰可求出CO2的總質量，結合上述三個數據可求出烴中C、H的質量比，即得最簡式。不能

能根據能測出A的最簡式方案，回答下列問題：(2)A的最簡式為__________。

CH2解析答案(3)若要確定A的分子式是否需要測定其他數據____(填“是”或“否”)，如果需要，測定數據是________________________。解析因為題目已知烴在標準狀況下為氣體，故只要知道了氣體的體積，即可求出烴的物質的量，進而可求出1mol烴中所含C、H原子的物質的量，即可求出烴A的分子式。是解析答案烴A在標準狀況下的體積(1)通過元素分析法，只能求得有機物的實驗式，再測知有機物的相對分子質量，可求有機物的分子式。(2)某些特殊組成的實驗式不必測知其相對分子質量，可根據其組成特點確定其分子式。如：實驗式CH3―→分子式C2H6(H原子飽和)；實驗式CH3O―→C2H6O2(乙二醇，H原子飽和)。解題反思變式訓練1

某有機化合物的蒸氣完全燃燒時，所需氧氣體積為相同狀況下該有機物的蒸氣體積的3倍，產生二氧化碳的體積是自身體積的2倍，該有機化合物可能是(

)①乙烯②乙醇③乙醚④乙烷A．①② B．②③C．③④ D．①④解析答案解析燃燒后CO2的體積是本身的2倍，說明該有機化合物含碳原子數為2。烴完全燃燒時消耗氧氣的物質的量＝碳的物質的量＋氫的物質的量/4，因此乙烯燃燒時耗氧量是它本身體積的2＋4/4＝3倍，乙烷的耗氧量是它本身體積的2＋6/4＝3.5倍，若為烴的含氧衍生物，則需適當轉化，如將乙醇轉化為C2H4·H2O，則耗氧量與C2H4相同；乙醚可轉化為C4H8·H2O，耗氧量與C4H8相同。答案A二、有機物結構的確定方法1.有機物結構式的確定2.官能團的種類、數目及位置的判斷方法(1)根據價鍵規律確定：某些有機物根據價鍵規律只存在一種結構，則直接根據分子式確定其結構。如C2H6只能是CH3CH3；CH4O只能是CH3OH。(2)化學法確定有機物的官能團；官能團決定有機物的特殊化學性質，通過一些特殊的化學反應和反應的實驗現象，可以確定有機物含有何種官能團。(3)根據反應產物推斷：①與銀氨溶液反應，若1mol有機物生成2mol銀(或1molCu2O)，則該有機物分子中含有一個醛基；若生成4mol銀(或2molCu2O)，則含有二個醛基或該物質為甲醛。②與金屬鈉反應，若1mol有機物生成0.5molH2，則其分子中含有一個活潑氫原子，或為一個醇羥基，或一個酚羥基，也可能為一個羧基。③與碳酸鈉反應，若1mol有機物生成0.5molCO2，則說明其分子中含有一個羧基。④與碳酸氫鈉反應，若1mol有機物生成1molCO2，則說明其分子中含有一個羧基。(4)根據特征數據判斷：①某有機物與醋酸反應，相對分子質量增加42，則分子中含有一個—OH；增加84，則分子中含有兩個—OH。(原由：—OH轉變為—OOCCH3)②某有機物在催化劑作用下被氧氣氧化，若相對分子質量增加16，則表明有機物分子內有一個—CHO(變為—COOH)；若增加32，則表明有機物分子內有兩個—CHO(變為—COOH)。③有機物與Cl2反應，若有機物的相對分子質量增加71，則說明有機物分子內含有一個碳碳雙鍵；若增加142，則說明有機物分子內含有兩個碳碳雙鍵或一個碳碳叁鍵。④當醇被氧化成醛或酮后，其相對分子質量減小2，則含有一個—OH；若相對分子質量減小4，則含有2個—OH。(5)根據反應產物推知官能團位置：①若由醇氧化得醛或羧酸，可推知—OH一定連接在至少有2個氫原子的碳原子上，即存在—CH2OH或CH3OH；由醇氧化為酮，推知—OH一定連在有1個氫原子的碳原子上，即存在

若醇不能在催化劑作用下被氧化，則—OH所連的碳原子上無氫原子。②由消去反應的產物，可確定—OH或—X的位置。③由取代反應產物的種數，可確定碳鏈結構。如烷烴，已知其分子式和一氯代物的種數時，可推斷其可能的結構。有時甚至可以在不知其分子式的情況下，判斷其可能的結構簡式。④由加氫后碳鏈的結構，可確定原物質分子中

或—C≡C—的位置。⑤由有機物發生酯化反應能生成環酯或聚酯，可確定有機物是羥基酸，并根據環的大小，可確定“—OH”與“—COOH”的相對位置。(1)能與鈉反應：醇羥基、酚羥基、羧基。(2)能與NaOH反應：酚羥基、羧基、酯基、鹵代烴。(3)能與Na2CO3反應：酚羥基、羧基。(4)能與NaHCO3反應：羧基。(5)能發生銀鏡反應(或與新制氫氧化銅懸濁液反應)的物質：醛、甲酸、甲酸鹽、甲酸某酯、還原性糖。(6)R—CH2OH―→RCHO―→RCOOH的連續氧化關系。特別提醒例2某有機物3.24g裝入元素分析裝置，通入足量的氧氣使之完全燃燒，將生成的氣體依次通過無水CaCl2(A)管和堿石灰(B)管，測得A管增重2.16g，B管增重9.24g，已知該有機化合物的相對分子質量小于200。實驗式是________，分子式是________。若此物質是一種酚，試寫出這種物質的所有可能的結構簡式是__________________________________。解析答案

解析答案答案

C7H8O

C7H8O分子可能存在不同結構時，需根據物質的特殊性質，通過定性或定量實驗確定其結構式。解題反思變式訓練2

現有分子式均為C3H6O2的四種有機物A、B、C、D，且分子中均含甲基，把它們分別進行下列實驗加以鑒別，實驗記錄如下：

NaOH溶液銀氨溶液新制Cu(OH)2懸濁液金屬鈉A中和反應－溶解產生氫氣B－有銀鏡加熱后有磚紅色沉淀產生氫氣C水解反應有銀鏡加熱后有磚紅色沉淀－D水解反應－－－則A、B、C、D的結構簡式分別為A________，B________，C________，D________。解析答案返回

解析答案D可發生水解反應，說明其為酯類，含有酯基，它不能與銀氨溶液、新制的氫氧化銅懸濁液反應，即不含醛基，故D為CH3COOCH3。答案CH3CH2COOH

CH3CHOHCHO

HCOOCH2CH3

CH3COOCH3返回1.某有機物在氧氣中充分燃燒，生成36g水和44gCO2，則關于該有機物的說法正確的是(

)A.分子式一定是CH4 B.分子式一定是CH4OC.分子式可能是CH4或CH4O D.以上說法均不正確C隨堂達標檢測解析答案12345

2.取一定量的某有機物在空氣中完全燃燒，測得生成CO2和H2O的物質的量之比為2∶3，則該有機物的分子式不可能是(

)A.CH4 B.C2H6 C.C2H6O D.C2H6O2解析答案12345解析由燃燒產物的物質的量之比可推知原有機物符合通式CnH3n或CnH3nOx。A解析答案123453.分子式為C4H8O3的有機物，一定條件下具有如下性質：①在濃硫酸存在下，能分別與CH3CH2OH或CH3COOH反應；②在濃硫酸存在下，能脫水生成一種能使溴水退色的物質，該物質只存在一種結構形式；③在濃硫酸存在下，能生成一種分子式為C4H6O2的五元環狀化合物，則C4H8O3的結構簡式為(

)A.HOCH2COOCH2CH3 B.CH3CH(OH)CH2COOHC.HOCH2CH2CH2COOH D.CH3CH2CH(OH)COOHC解析由①知C4H8O3中有—COOH和—OH，由②③知C4H8O3分子中碳鏈上無支鏈，且—OH在4號碳原子上，即結構簡式為