人教版高中化学选修五 1_4研究有机化合物的一般步骤和方法第2课时（课件2） 28页

第一章 认识有机化合物 第 4 节 研究有机化合物的一般步骤和方法 ( 课时 2) 本节课以“复习回顾”的方式导入新课。首先给出连线题，复习分离、提纯的基本方法，接着按照“元素分析，确定实验式→测定相对分子质量，确定分子式→波谱分析，确定结构式”的顺序展开教学。 将下列各组混合物与对应的分离方法连线 : 汽油和柴油 重结晶 溴 水 分液 硝酸钾和氯化钠的混合物 蒸馏 四氯化碳和水 萃取 分离、提纯 步骤 方法 蒸馏、重结晶、萃取等 思考与交流 得到纯净的有机物后，如何确定它的 分子式 ？ 1 、元素分析： 李比希法→现代元素分析法 三、元素分析与相对分子质量的确定 元素分析仪 德国化学家李比希（ 1803 ～ 1873 ） 李比希对有机化合物结构的研究有什么贡献？ 李比希法： 定量测定有机物中碳和氢元素含量的一种分析方法。 将准确称量的样品置于一燃烧管中，再将其彻底燃烧成二氧化碳和水，用纯的氧气流把它们分别赶入烧碱石棉剂（附在石棉上粉碎的氢氧化钠）及高氯酸镁的吸收管内，前者将排出的二氧化碳变为碳酸钠，后者吸收水变为含有结晶水的高氯酸镁，这两个吸收管增加的重量分别表示生成的二氧化碳和水的重量，由此即可计算样品中的碳和氢的含量。如果碳与氢的百分含量相加达不到 100% ，而又检测不出其他元素，则差数就是氧的百分含量。本法的特点是碳氢分析在同一样品中进行，且对仪器装置稍加改装后，即能连续检测其他元素。 “李比希元素分析法”的原理： 取定量含 C 、 H （ O ）的有机物 加氧化铜 氧化 H 2 O CO 2 用无水 CaCl 2 吸收 用 KOH 浓 溶液吸收 得前后质量差 得前后质量差 计算 C 、 H 含量 计算 O 含量 得出 实验式 将 一定量 的有机物燃烧， 分解 为简单的无机物，并作 定量测定 ，通过无机物的质量 推算 出组成该有机物元素原子的 质量分数 ，然后计算出该有机物分子所含元素 原子最简单的整数比 ，即确定其 实验式 （又称为 最简式 ）。 CO 2 H 2 O 一定量 有机物 燃烧 C O ? H 元素定量分析 H 2 O CO 2 某含 C 、 H 、 O 三种元素的未知物 A ，经燃烧分析实验测定该未知物碳的质量分数为 52.16 ％，氢的质量分数为 13.14 ％，试求该未知物 A 的 实验式 。 【 思路点拨 】 (1) 先确定该有机物中各组成元素原子的质量分数 (2) 再求各元素原子的个数比 某含 C 、 H 、 O 三种元素组成的未知有机物 A ，经燃烧分析实验测定该未知物中碳的质量分数为 52.16% ，氢的质量分数为 13.14% 。 （ 1 ）试求该未知物 A 的实验式（分子中各原子的最简单的整数比）。 （ 2 ）若要确定它的分子式，还需要什么条件？ C 2 H 6 O 相对分子质量 有哪些方法可以求相对分子质量？ （1）M = m / n （2）根据有机蒸气的相对密度D : D =M 1 / M 2 （3）标况下有机蒸气的密度为ρg/L， M = 22.4L/mol × ρg/L 质谱法 —— 测定相对分子质量。 2. 相对分子质量的确定 —— 质谱法 有机物分子 高能电子束轰击 带电的 “ 碎片 ” 确定结构 碎片的质荷比 （由于分子离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间最长，因此谱图中的 质荷比最大的 就是未知物的 相对分子质量 ） 测定相对分子质量的方法很多，质谱法是最精确、最快捷的方法。它是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。这些不同离子具有不同的质量，质量不同的离子在磁场作用下达到检测器的时间有差异，其结果被记录为质谱图。 质荷比：碎片的相对质量 (m) 和所带电荷 (e - ) 的比值 质谱法作用：测定相对分子质量 质谱仪 CH 3 CH 2 OH + 质荷比 31 100 80 60 40 20 0 20 30 40 50 27 29 45 46 CH 3 CH 2 + CH 2 =OH + CH 3 CH=OH + 相对丰度 /% 乙醇的质谱图 最大分子、离子的质荷比越大 ， 达到检测器需要的时间越长 ， 因此质谱图中的 质荷比最大 的就是未知物的 相对分子质量 。 质谱仪 例． 2002 年诺贝尔化学奖获得者的贡献之一是发明了对有机物分子进行结构分析的质谱法。其方法是让极少量的（ 10 － 9 g ）化合物通过质谱仪的离子化室使样品分子大量离子化，少量分子碎裂成更小的离子。如 C 2 H 6 离子化后可得到 C 2 H 6 ＋ 、 C 2 H 5 ＋ 、 C 2 H 4 ＋ …… ，然后测定其质荷比。设 H ＋ 的质荷比为 β ，某有机物样品的质荷比如右图所示（假设离子均带一个单位正电荷，信号强度与该离子的多少有关），则该有机物可能是（ ） A 甲醇 B 甲烷 C 丙烷 D 乙烯 B 二甲醚 乙醇 写出 C 2 H 6 O 可能的结构： 有机物 A 的分子式为 C 2 H 6 O ，你怎样确定有机物 A 是 乙醇 ，还是 二甲醚 ？ P22 第一自然段 红外光谱 用途： 确定官能团和 化学键的类型 四、分子结构的鉴定 —— 波谱分析 红外光谱仪 未知物 A 的红外光谱 核磁共振氢谱 核磁共振仪 用途： 确定氢原子的 种类及数目 氢原子类型＝吸收峰数目 不同氢原子的个数之比＝峰强度 ( 峰面积或峰高 ) 之比 阅读： P22-23 从核磁共振氢谱图我们可以知道哪些信息？ 核磁共振氢谱在后续学习中多次出现，是判断同分异构体、确定有机物结构的一个重要依据！ CH 3 —O—CH 3 3 :2 : 1 CH 3 CH 2 OH 分离、提纯 步骤 方法 蒸馏、重结晶、萃取 测定相对分子质量 确定分子式 质谱 波谱分析 确定结构式 红外光谱 核磁共振氢谱 元素定量分析 确定实验式 李比希元素分析 现代元素分析仪 研究有机化合物的一般步骤和方法 1 、某含 C 、 H 、 O 三种元素的有机物，经燃烧分析实验测定其碳的质量分数是 64.86% ，氢的质量分数是 13.51%, 则其实验式是 ___________ 。 C 4 H 10 O n (C): n (H): n (O)= 64.86% 12 13.51% 1 21.63% 16 : : = 4:10:1 ①下图是该有机物的质谱图，则其相对分子质量为 _____ ，分子式为 _______ 质荷比 相对丰度 ﹪ C 4 H 10 O 74 ②确定结构式：下图是有机物的红外光谱图，则有机物的结构式： __________________ C—O—C 对称 CH 2 对称 CH 3 CH 3 — CH 2 — O — CH 2 — CH 3 2. 下列有机物中有几种 H 原子以及个数之比？ ２种；９∶１ １种 ３种；３∶２∶１ ４种；３∶２∶１∶６ CH 3 -CH-CH 3 CH 3 CH 3 -C-CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 -CH 2 -CH-CH 3 CH 3 CH 3 -CH 2 -OH 3. 分子式为 C 3 H 6 O 2 的二元混合物，分离后 , 在核磁共振氢谱上观察到氢原子给出的峰有两种情况。第一种情况峰给出的强度为 1︰1 ；第二种情况峰给出的强度为 3︰2︰1 。由此推断混合物的组成可能是（写结构简式） 。 CH 3 COOCH 3 CH 3 CH 2 COOH HOCH 2 COCH 3 HCOOCH 2 CH 3 3 ∶ 3 3 ∶ 2∶1 诺贝尔 化学奖与物质结构分析 (2002 年 ) 引入了核磁共振光谱学观察到了 DNA 、蛋白质等大分子的真面目。 美国 芬恩 日本 田中耕一 瑞士 维特里希 一、研究有机化合物的基本步骤 分离提纯→元素定量分析以确定实验式→测定相对分子质量以确定分子式→波谱分析确定结构。 二、分离和提纯 1. 蒸馏 2. 重结晶 3. 萃取 4. 色谱法 三、元素分析与相对原子质量的测定 1. 元素分析：李比希法→现代元素分析法 2. 相对原子质量的测定 — 质谱法 四、有机物分子结构的鉴定 1. 化学方法：利用特征反应鉴定出官能团，再制备它的衍生物进一步确认。 2. 物理方法：质谱法、红外光谱 (IR) 、紫外光谱、核磁共振氢谱 (H-NMR) 。 再见