第一章有机化合物的结构特点与研究方法第2节研究有机化合物的一般方法课件（新人教版选择性必修3）

第一章　有机化合物的结构特点与研究方法\n第二节　研究有机化合物的一般方法\n学习目标核心素养1．通过蒸馏法、萃取法、重结晶法实验原理和基本操作的学习，认识科学探究过程的步骤，学会研究有机化合物的一般步骤和方法。2．初步学会分离提纯有机物的常规方法。1．科学探究与创新意识：通过实验探究蒸馏法、萃取法、重结晶法等方法在有机物分离和提纯中的应用，培养实验探究问题和自行设计实验方案解决问题的能力。\n学习目标核心素养3．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。4．通过测定有机化合物元素含量、相对分子质量的一般方法，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。2．宏观辨识与微观探析：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。\n课前素能奠基课堂素能探究课堂达标验收新课情境呈现名师博客呈现\n新课情境呈现\n有机化合物结构测定方法的发展对有机化学的发展起了非常重要的作用。例如，19世纪上半叶，盖—吕萨克(j.L.Gay－Lussac)、贝采里乌斯(J.J.Berzelius)、李比希(J.Liebig)等先驱者创建了有机元素定量分析方法，使有机化学正式成为一门新的科学；20世纪初，普瑞格(F.Pregl)创立了有机微量分析方法，使对于一些含量极微的天然有机化合物的研究成为可能；20世纪50年代马丁(A.T.P.Martin)和辛吉(P.L.M.Synge)创建了纸上色谱和气相色谱等方法，为分析氨基酸和蛋白质结构提供了有力的工具，使得蛋白质化学取得了突破性的进展。近40年来，X射线衍射技术已经成为测定有机化合物分子三维空间结构的有效方法，不仅大大促进了有机合成的发展，也为结构化学的发展提供了技术保证。\n德国Elementar元素分析系统公司生产元素分析仪、总有机碳(TOC)分析仪，是历史最悠久的有机元素分析仪器的研究和开发者，至今已有100多年的历史。Elementar公司始终是有机元素分析仪器的领导者和前驱者，那么现代化的元素分析仪有什么作用呢？\n课前素能奠基\n新知预习一、蒸馏蒸馏是分离、提纯液态有机物的常用方法。1．适用范围(1)有机物热稳定性强。(2)有机物与杂质沸点相差__________(一般约大于30℃)。较大\n2．装置图\n3．注意事项(1)使用前要检查装置气密性。(2)蒸馏烧瓶需垫____________加热。(3)蒸馏时液体体积应占蒸馏烧瓶容积的________________。(4)蒸馏烧瓶应加入____________以防暴沸。(5)温度计水银球应位于蒸馏烧瓶的____________处。(6)冷凝水方向为________口进，________口出。石棉网1/3～2/3碎瓷片支管口下上\n二、萃取1．原理(1)液—液萃取：利用待分离组分在两种互不相溶的溶剂中的溶解性__________，将其从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程。(2)固—液萃取：用溶剂从固体物质中溶解出________________的过程。不同待分离组分\n2．装置图\n3．注意事项(1)萃取剂的选择条件：溶质在萃取剂中的溶解度必须____________在原溶剂中的溶解度；萃取剂必须与原溶剂______________，且有一定的密度差别；萃取剂与原溶剂和溶质____________。(2)常用的萃取剂：乙醚(结构简式_______________)、乙酸乙酯(结构简式________________)、苯、二氯甲烷等。(3)将萃取后两种互不相溶的液体分开的操作叫做分液。分液时下层液体从______________，上层液体从______________。远大于互不相溶不反应C2H5OC2H5CH3COOC2H5下口放出上口倒出\n三、重结晶重结晶是提纯固体有机化合物的常用方法。1．原理：利用被提纯物质与杂质在同一溶剂中溶解度随温度的变化相差较大的原理，采用冷却结晶或蒸发将物质分离提纯的方法。2．溶剂的选择\n3．装置图与操作步骤\n四、研究有机化合物的基本步骤分离、提纯元素定量分析，确定____________测定相对分子质量，确定____________(质谱法、相对密度法)波谱分析，确定____________(红外光谱、核磁共振氢谱)实验式分子式结构式\n五、有机物实验式(最简式)的确定——元素分析1．定性分析确定所含元素一般来说，有机物完全燃烧后，各元素对应的产物为C→CO2，H→H2O。如：某有机物完全燃烧后，若产物只有CO2和H2O，其元素组成肯定有__________，可能有O。C、H\n2．定量分析确定实验式\n六、有机物分子式的确定——质谱法1．质谱仪用高能电子流等轰击样品，使有机分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子等。这些离子因质量不同、电荷不同，在电场和磁场中的运动行为不同，其结果被记录为质谱图。2．质荷比分子离子、碎片离子的相对质量与其电荷数的比值。最大的为该有机物的分子离子峰，数值即为该有机物的相对分子质量。\n3．实例——乙醇的质谱图读谱：相对分子质量＝最大质荷比，乙醇的相对分子质量为________。46\n七、有机物分子结构的确定——波谱分析1．红外光谱有机物受到红外线照射时，不同的化学键或官能团吸收频率不同，在红外光谱图中处于不同的位置，可初步判断某有机物中含有何种化学键或官能团。\n如乙醇的红外光谱：读谱：该有机物分子中有3种不同的化学键，分别是__________、__________、__________键。C－HO－HC－O\n2．核磁共振氢谱氢原子核具有磁性，处在不同化学环境中的氢原子在电磁波照射下吸收电磁波频率不同，具有不同的化学位移，而且吸收峰的面积与氢原子数成正比。如乙醇的核磁共振氢谱：读谱：该有机物中有_______种类型的氢原子，其原子个数比为_____________。31∶2∶3\n3．X射线衍射谱X射线和晶体中的原子相互作用可以产生衍射谱图。经过计算可获得键长、键角等分子结构信息。\n预习自测1．分离下列物质时可用重结晶法的是()A．蔗糖中含有泥沙B．汽油中含有水C．氯化钠和硝酸钾的混合物D．硫粉和铁粉解析：蔗糖易溶于水，泥沙不溶于水，不能用重结晶方法分离，可以用溶解过滤的方法分离，故A错误；汽油与水互不相溶，通常用分液的方法分离，故B错误；氯化钠和硝酸钾都易溶于水，但是二者溶解度随温度变化差异较大，可以用重结晶的方法分离，故C正确；硫粉和铁粉均为固体且都难溶于水，不能用重结晶的方法分离。故D错误。C\n2．下列各组混合物中，能用分液漏斗分离的是()A．乙醛和水B．乙酸乙酯和水C．乙酸和乙醇D．四氯化碳和碘解析：乙醛和水相互溶解，不能用分液漏斗分离，故A错误；乙酸乙酯和水互不相溶，可用分液漏斗分离，故B正确；乙酸和乙醇相互溶解，不能用分液漏斗分离，故C错误；四氯化碳和碘相互溶解，不能用分液漏斗分离，故D错误。B\n3．某有机物的蒸气跟足量O2混合点燃，充分反应后生成CO24.48L(已折算成标准状况)和5.4gH2O。下列关于该有机物的说法正确的是()A．该有机物中肯定不含氧元素B．分子中C、H、O个数比为1∶3∶1C．若该有机物中含氧元素，则该有机物一定为乙醇D．若该有机物的相对分子质量为30，则该有机物一定是乙烷D\n\n要点归纳　研究有机化合物基本步骤\n课堂素能探究\n问题探究：1．分液、蒸馏、萃取三种操作在分离依据上有什么区别？2．在苯甲酸的重结晶实验中，是不是结晶的温度越低越好？物质分离、提纯常用方法知识点\n探究提示：1．①分液：利用互不相溶的液体密度的不同，用分液漏斗将它们一一分离出来。②蒸馏：分离或提纯沸点不同的液体混合物可采取蒸馏的方法。③萃取：利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同，用一种溶剂把溶质从它与另一种溶剂所组成的溶液中提取出来。2．不是；温度过低，杂质的溶解度也会降低，部分杂质也会析出，达不到提纯的目的。\n知识归纳总结：1．“固—固”混合物的分离提纯方法分离提纯方法实例固—固混合物加水溶解法均易溶——结晶法NaCl和苯甲酸易溶＋难溶——过滤法苯甲酸和泥沙加热升华法苯甲酸和I2\n2.“固—液”混合物的分离提纯方法分离提纯方法实例固—液混合物互溶结晶体从苯甲酸溶液中得到固体溶质萃取法从碘水中提取碘蒸馏法从海水中获取蒸馏水不互溶——过滤法从苯甲酸悬浊液中得到固体\n3.“液—液”混合物的分离提纯方法分离提纯方法实例液—液混合物互溶——蒸馏法分离39%酒精中的乙醇和水不互溶——分液法分离油和水\n下列实验中，所采取的分离方法与对应的原理都正确的是()典例1B选项目的分离方法原理A除去KCl中的MnO2蒸发结晶溶解度不同B除去碘中的NaCl加热、升华NaCl的熔点高，碘易升华C分离KNO3和NaCl重结晶KNO3的溶解度大于NaClD分离食用油和汽油分液食用油和汽油的密度不同\n解析：MnO2不溶于水，KCl溶于水，则溶于水、过滤、蒸发可分离，故A错误；加热碘易升华，NaCl无变化，则加热、升华可分离，故B正确；利用重结晶法是因为二者溶解度受温度影响不同，原理不合理，故C错误；二者互溶，但沸点不同，选择蒸馏法分离，原理不合理，故D错误。\n〔变式训练1〕下列实验装置中，用于物质分离的是()B\n解析：A项中装置用于不溶于水的气体的收集，不合题意；B项中装置用于分离沸点不同的液体混合物，符合题意；C项中装置用于配制一定物质的量浓度的溶液，不符合题意；D项中装置用于滴定实验，不符合题意。\n问题探究：1．1－丁醇与乙醚互为同分异构体，两者的质谱图是否相同？2．某烃的含碳量为85.7%，试确定该烃的实验式。有机物分子式和结构简式的确定知识点\n\n知识归纳总结：1．有机物分子式的确定(1)常规确定方法\n\n\n2．有机物分子结构的确定(1)分子结构确定步骤\n(2)常用读谱方法质谱：相对分子质量＝最大质荷比；红外光谱：化学键和官能团信息；核磁共振氢谱：吸收峰数目＝氢原子种类数，不同吸收峰的面积之比(强度之比)＝不同氢原子的个数之比。\n某化合物6.4g在氧气中完全燃烧，只生成8.8gCO2和7.2gH2O。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∶8C．无法确定该化合物是否含有氧元素D．该化合物中一定含有氧元素典例2D\n\nB\n解析：由核磁共振氢谱图可知该有机物分子中有3种不同化学环境的氢原子，符合该条件的有B、C两个选项，由质谱图可知该有机物的相对分子质量为46，由红外光谱图可知分子中含有－OH，应为CH3CH2OH。\n名师博客呈现\n\n(1)根据价键规律确定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定其结构简式。例如C2H6，只能是CH3CH3。(2)通过定性实验确定实验→有机物表现的性质及相关结论→官能团→确定结构简式。如能使溴的四氯化碳溶液褪色的有机物分子中可能含有双键或三键。\n(3)根据实验测定有机物的结构片段“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和价键规律、性质和量的规律等来对其进行“组装”和“拼凑”。(4)通过定量实验确定官能团的数目如测得1mol某醇与足量钠反应可得1mol气体，则可说明1个该醇分子中含2个－OH。\n课堂达标验收\n1．下列分离混合物的实验计划中不正确的是()A．分离乙酸(沸点77.1℃)与某种液态有机物(沸点120℃)的混合物——蒸馏B．从含有少量NaCl的KNO3溶液中提取KNO3——热水溶解、降温结晶、过滤C．用CCl4萃取水中的碘，液体分层后——下层液体从下口放出，上层液体从上口倒出D．将溴水中的溴转移到有机溶剂中——加入酒精萃取解析：酒精与水互溶，则酒精不能作萃取剂，故选D。D\n2．下列实验中，所采取的分离方法与原理都正确的是()D选项目的分离方法原理A分离溶于水中的碘乙醇萃取碘在乙醇中的溶解度较大B分离氢氧化铁胶体和氯化钠溶液过滤胶粒不能通过滤纸，离子可以通过C除去KNO3溶液中混有的少量NaCl蒸发结晶KNO3的溶解度随温度变化很大D除去丁醇(沸点117.5℃)中的甲醇(沸点64.7℃)蒸馏丁醇与甲醇的沸点相差较大\n解析：分离溶于水中的碘，由于乙醇与水可互溶，则不能用乙醇萃取，故A错误；分离氢氧化铁胶体和氯化钠溶液，不能用过滤的方法分离，胶体、溶液均可透过滤纸，故B错误；除去KNO3溶液中混有的少量NaCl，硝酸钾的溶解度受温度变化的影响较大，NaCl的溶解度受温度变化影响小，可采用冷却结晶的方法，故C错误；除去丁醇(沸点117.5℃)中的甲醇(沸点64.7℃)，两物质的沸点不同，可采用蒸馏的方法分离，故D正确。\n3．以下用于研究有机物的方法错误的是()A．蒸馏可用于分离提纯液体有机混合物B．燃烧法是研究确定有机物成分的一种有效方法C．红外光谱通常用于分析有机物的相对分子质量D．从核磁共振氢谱图可推知有机物分子有几种不同类型的氢原子及它们的数目比C\n蒸馏(可加入生石灰)重结晶碱洗分液(常选用NaOH溶液作碱洗液)\n解析：蒸馏是根据液体的热稳定性及与杂质的沸点差别大小(一般约相差30℃)来提纯液态物质；重结晶用于固体的分离；萃取用于液态物质在不同溶剂中溶解性不同而进行的分离操作。\n5．通常将一定量的有机物充分燃烧转化为简单的无机物，根据产物的质量确定有机物的组成。下列是用燃烧法确定有机物分子式的常用装置。\n(1)使产生的O2按从左到右的方向流动，则所选装置中各导管的正确连接顺序是__________________________________________________。(2)C装置中浓硫酸的作用是____________。(3)燃烧管中CuO的作用是_______________________________________。(4)若准确称取0.69g样品(只含C、H、O三种元素中的两种或三种)，充分燃烧后，A管质量增加1.32g，B管质量增加0.81g，则该有机物的实验式为___________。g→f→e→h→i→c(或d)→d(或c)→a(或b)→b(或a)干燥O2确保有机物中的碳元素全部转化为CO2C2H6O\n(5)要确定该有机物的分子式，还要知道该有机物的__________________，经测定其蒸气密度为2.054g·L－1(已换算为标准状况下)，则其分子式为___________。(6)该物质的核磁共振氢谱如图所示，则其结构简式为______________。相对分子质量C2H6OCH3CH2OH\n解析：(1)根据反应原理可知，该实验要成功必须：①快速制备O2供燃烧使用；②O2要纯净干燥；③保证碳元素全部转化为CO2，氢元素全部转化为H2O，并在后面装置中被完全吸收。由此可知装置的连接顺序为g→f→e→h→i→c(或d)→d(或c)→a(或b)。(2)C装置中浓硫酸的作用是干燥O2。(3)CuO能与CO反应生成铜和CO2，燃烧管中CuO的作用是确保有机物中碳元素全部转为CO2。\n