苏教版高中化学选修五专题1认识有机化合物第二单元科学家怎样研究有机物.docx

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苏教版高中化学选修五专题1认识有机化合物第二单元科学家怎样研究有机物

高中化学学习材料

（精心收集**整理制作）

专题1认识有机化合物第二单元科学家怎样研究有机物

课前预习

情景导入

1.通过前面的学习，我们知道德国化学家维勒打破了无机物和有机物的界限，他以无机物为原料合成出了尿素，使人们彻底摈弃了“生命力论”。

此后许多化学家又以无机物为原料合成出了醋酸、苹果酸、甲烷、乙炔等有机物，这就使人们开始了对有机物组成的研究。

2.在人类衣食住行所需的物品中，有许多来源于天然有机物，如糖类、油脂、蛋白质、石油、天然气、天然橡胶等等。

由于生产、生活的需要，人们学会了合成、分离、提纯有机物，而有机物的结构决定了它的化学性质，因此，研究有机物的结构势在必行。

知识预览

一、有机化合物组成的研究

1.有机物都含有_________元素，绝大多数含有_________元素，多数有机物易溶于_________较小的溶剂，熔、沸点_________，容易_________，受热易_________，发生反应时速率通常_________，副反应_________。

2.测定有机化合物中碳氢元素质量分数的方法最早由_________于1831年提出，其基本原理是利用_________在高温下氧化有机物，生成_________和_________，然后分别采用高氯酸镁和烧碱石棉剂吸收水和二氧化碳，根据吸收前后的_________变化获得反应生成的水和二氧化碳的质量，确定有机物中碳和氢的质量分数。

用_________法可定性确定有机物中是否存在N、Cl、Br、S等元素；用_________法可定性确定有机物中是否存在卤素，现在人们常借助_________来确定有机化合物的组成。

答案：

1.碳　氢　极性　较低　燃烧　分解　较小　较多

2.李比希　氧化铜　水　二氧化碳　质量　钠融　铜丝燃烧　元素分析仪

二、有机化合物结构的研究

11.838年，李比希提出了_________的定义，在有机化学发展的历程中，________对有机化学的发展起到了巨大的推动作用，人们在研究有机化合物时仍首先研究其所具有的基团，如羟基（—OH）、醛基（_______）、羧基（_______）、氨基（_______）、烃基（_______）等。

2.现代化学测定有机化合物结构的方法有_________和_________。

分子式为C2H6O的有机物有甲醚和_________。

其中甲醚分子中的_________处于相同的化学环境，在核磁共振谱中只会在_________个位置上出现特征峰；乙醇分子中存在_________种化学环境不同的氢原子，在核磁共振谱中代表氢原子核磁性的特征峰共有_________组。

红外光谱是利用有机化合物分子中不同基团的_________不同，测试并记录有机化合物对一定波长范围的红外光吸收情况。

测定有机物组成和结构的现代分析方法还有_______________和_______________。

答案：

1.“基”　“基团理论”　—CHO　—COOH　—NH2　—R

2.核磁共振　红外光谱　乙醇　6个氢原子　一　三　三　特征吸收频率　质谱法　紫外光谱法

三、有机化学反应的研究

1.________________是有机化学的重要研究内容。

有机化学反应需要什么条件、受哪些因素的影响、_________如何等等，这些都是科学家们研究的课题。

2.CH4与Cl2在光照条件下发生的卤代反应，是一个_________反应，Cl2在光照下形成氯原子，即_________，再与CH4发生碰撞，从CH4夺取一个氢原子，生成HCl，甲烷则转变为_________，它与Cl2发生碰撞，从Cl2中夺得一个氯原子，生成一氯甲烷分子。

判断乙酸乙酯发生水解时共价键断键情况可采用_________法。

答案：

1.设计并合成新的有机化合物　反应机理

2.自由基型链　氯自由基（Cl·）　甲基自由基（CH3·）同位素示踪

课堂互动

三点剖析

一、有机化合物组成的研究

（1）一般来说，有机物完全燃烧后，各元素的对应产物为：

C→CO2，H→H2O，Cl→HCl。

（2）某有机物完全燃烧后若产物只有CO2和H2O，则其组成元素可能为C、H或C、H、O。

（3）欲判定该有机物中是否有氧元素，首先应求出产物CO2中碳元素的质量及H2O中氢元素的质量，然后将碳、氢元素的质量之和与原有机物质量比较，若两者相等，则原有机物的组成中不含氧，否则原有机物的组成中含氧。

（4）可用钠融法定性确定有机物中是否存在N、Cl、Br、S等元素。

将有机样品与金属钠混合熔融，N、Cl、Br、S等元素将以氰化钠、氯化钠、溴化钠、硫化钠的形式存在，再用无机定性分析法确定。

（5）用铜丝燃烧法可定性确定有机物中是否存在卤素。

将一根纯铜丝加热至红热，蘸上试样，放在火焰上灼烧，如存在卤素，火焰为绿色。

（6）可用元素分析仪确定有机化合物的组成。

其工作原理是在不断通入氧气流的条件下，将样品加热到950～1200℃，使之充分燃烧，再对燃烧产物进行自动分析。

二、实验式（最简式）和分子式的区别与联系

1.最简式表示化合物分子所含各元素的原子数目最简单整数比的式子，不能确切表明分子中的原子个数。

知识总结：

①最简式是一种表示物质组成的化学用语；

②无机物的最简式一般就是化学式；

③有机物的元素组成简单，种类繁多，一个最简式所表示的物质往往不止一种；

④最简式相同的物质，所含各元素的质量分数是相同的，若相对分子质量不同，其分子式就不同。

例如，苯（C6H6）和乙炔（C2H2）的最简式相同，均为CH，故它们所含C、H元素的质量分数是相同的。

2.分子式是表示化合物分子中所含元素的原子种类及数目的式子。

知识总结：

①分子式是表示物质组成的化学用语；

②无机物的分子式一般就是化学式；

③由于有机物中存在同分异构现象，故分子式相同的有机物，其代表的物质有多种；

④分子式=（最简式）n。

3.最简式可由各元素的质量分数、百分含量、质量比求得。

三、有机化合物结构的研究

1.官能团：

有机化合物分子中，比较活泼、容易发生反应并反映着某类有机化合物共同特性的原子或原子团。

例如，乙烯分子含有的碳碳双键（

），一氯甲烷分子含有的卤素原子（—Cl），乙醇分子含有的羟基（—OH）和乙醛分子含有的醛基（

）等官能团。

注意：

官能团决定了有机物的性质，所以在学习有机物时一定要注意掌握并理解各官能团所代表的性质。

2.常见有机物类别中的官能团（如下表）

类别

烃

烃的衍生物

烷烃

烯烃

卤代烃

醇

酚

官能团的结构及名称

无

碳碳双键

–X卤素原子

–OH（醇）羟基

–OH（酚）羟基（–OH直接连在苯环上）

有机化合物举例

2甲基丁烷

4–甲基–2–戊烯

溴乙烷

乙醇

类别

炔烃

芳香烃

酮

羧酸

酯

官能团结构及名称

碳碳三键

苯环

酮（羰）基

羧基

酯基

有机化合物举例

2–丁炔

环己酮

乙酸

乙酸乙酯

3.现代化学测定有机物结构的方法有核磁共振和红外光谱。

核磁共振谱（NMR）：

核磁共振谱分为氢谱和碳谱两类，其中比较常用的是氢谱。

氢谱能够测定有机化合物分子中氢原子在碳骨架上的位置和数目，进而推断出有机化合物的碳骨架结构。

在所研究的化合物分子中，每一结构中的等性氢原子在NMR谱中都给出相应的峰（信号），谱中峰的强度与结构中的氢原子数成正比，如溴乙烷的结构简式为CH3CH2Br，其NMR谱中有两个峰（信号），其强度之比为3∶2。

若化学式为C2H6O的物质，如果在NMR谱上观察到氢原子给出的峰只有一种，那么该物质为CH3OCH3，如果在NMR谱上观察到氢原子给出的峰有三种，且强度之比为3∶2∶1，那么该物质为CH3CH2OH。

四、有机化学反应的研究

1.甲烷与氯气在光照条件下发生取代反应，是一个自由基型链反应，反应历程如下：

上述反应的机理为：

Cl2在光照条件下形成氯原子，即氯自由基（Cl·）；氯自由基与甲烷发生碰撞，从CH4中夺得一个氢原子，生成HCl，CH4转变为CH3·，CH3·与Cl2发生碰撞，从Cl2中夺得一个氯原子，生成CH3Cl，这样循环反应直至结束。

2.乙酸乙酯与H218O混合后，加入H2SO4作催化剂，反应方程式：

+H218O

+

。

H218O结构式为：

H—18O—H，观察产物可知乙酸乙酯断键情况如下：

，断开C—O键后，

接—18O—H，而—O—CH2—CH3接—H。

通过以上反应中18O的分布情况可推导出有机物的断键情况，该方法为同位素示踪法。

各个击破

【例1】下列方法不是确定有机物组成的方法是（　　）

A.燃烧法　　　B.钠融法

C.铜丝燃烧法D.紫外光谱法

解析：

燃烧法可确定有机物中的C、H元素；钠融法可定性确定N、Cl、Br、S等元素；铜丝燃烧法可确定卤素的存在。

答案：

D

【例2】两种气态烃组成的混合气体0.1mol，完全燃烧得0.16molCO2和3.6g水，下列说法正确的是（　　）

A.混合气体中一定有甲烷

B.混合气体一定是甲烷和乙烯

C.混合气体中一定有乙烷

D.混合气体中一定有乙炔

解析：

n（烃）∶n（CO2）∶n（H2O）=0.1mol∶0.16mol∶

=1∶1.6∶2,所以该混合烃的平均分子式为C1.6H4，故混合烃中一定有CH4，又H原子数平均为4，故另一种烃可能是C2H4、C3H4等等。

答案：

A

【例3】某有机物蒸气对H2的相对密度为23，其中C、H、O质量分数分别为52.17%、13.04%、34.78%。

（1）该有机物实验式为_________，分子式为_________，可能的结构式为_________和_________。

（2）实验测得，4.6g该有机物和足量金属钠反应，标准状况下产生气体112.L，则该有机物结构简式为__________________。

解析：

（1）

，故实验式为C2H6O，Mr=23×2=46，分子式亦为C2H6O，可能的结构简式有两种：

CH3—O—CH3、CH3CH2OH。

（2）该有机物能和Na反应放出H2，说明分子中含—OH，且1mol该有机物可产生0.5molH2，故分子中只含有一个—OH，则结构简式为CH3CH2OH。

答案：

（1）C2H6O　C2H6O　CH3—O—CH3　CH3CH2OH　

（2）CH3CH2OH[]

【例4】1976年，科学家用Pb磷化物催化二氧化碳和丁二烯发生加聚反应可得到的产物之一甲的键线式为

。

若有机物乙与甲互为同分异构体，乙能与FeCl3溶液作用显紫色，乙与适量新制Cu（OH）2的悬浊液在加热的条件下可产生砖红色沉淀。

完成下列问题：

（1）有机物乙的分子式为_________________。

（2）一定条件下，1mol乙发生加成反应所需H2的物质的量最大为_________mol。

解析：

经仔细观察乙的键线式结构，可知乙的分子中含9个碳原子，2个氧原子，4个

和一个环状结构，所以乙分子中含有氢原子数目为：

9×2+2-4×2-2=10，分子式为C9H10O2。

由于只有“C”结构可与H2发生加成反应，环不发生加成反应，故1mol乙物质最多可与4molH2发生加成反应。

答案：

（1）C9H10O2

（2）4

【例5】质子核磁共振谱（PMR）是研究有机物结构的有力手段之一，在研究的化合物分子中，每一结构中的等性氢原子在PMR谱中都给出了相应的峰值（信号），谱中峰的强度与结构中的H原子数成正比。

（1）实践中可根据PMR谱上观察到氢原子给出的峰值情况，确定有机物的结构，如分子式为C3H6O2的链状有机物，有PMR谱上峰给出的稳定强度仅有四种，它们分别为①3∶3、②3∶2∶1、③3∶1∶1∶1、④2∶2∶1∶1，请分别推断出其对应的全部结构：

①_______________，②_______________，③_______________，④_______________。

（2）在测得CH3CH2CH2CH3化合物PMR谱上可观察到两种峰，而测得CH—CH==CH—CH3时，却得到氢原子给出的信号峰4个，结合其空间结构解释产生4个信号峰的原因。

解析：

本题考查对信息的理解能力。

只要找出每一个结构简式中的等性氢原子即可。

答案：

（1）①CH3COOCH3

②CH3CH2COOH或HCOOCH2CH3

③

④

（2）因CH3—CH==CH—CH3有两种空间结构：

和

，每种在PMR谱上给出信号峰2个，所以共给出信号峰4个。

【例6】试分析乙烷与溴蒸气在光照下发生取代反应的反应机理。

答案：

乙烷与溴蒸气的取代反应与甲烷与Cl2的取代反应的反应机理相同，都属自由基型链反应，反应机理简述为：

溴蒸气在光照下形成溴自由基（Br·）。

溴自由基与乙烷发生碰撞，从乙烷中夺得一个氢原子，生成HBr，C2H6转变为CH3CH2·，CH3CH2·与Br2发生碰撞，从Br2中夺得一个溴原子，生成CH3CH2Br，这样不断反应下去，直到链反应结束。

【例7】CH3COOH分别跟H—18O—C2H5和H—16O—C2H5起酯化反应后，两者生成的水分子的相对分子质量（　　）

A.前者大　　B.前者小C.相等D.不能确定

解析：

CH3COOH与乙醇发生酯化反应的实质即断键位置是：

、

，所以CH3COOH与H—18O—C2H5反应式为：

；CH3COOH与H—16O—C2H5反应方程式为：

，通过比较两个反应方程式可知两者生成的水分子的相对分子质量相等，乙醇中的18O和16O都未进入水中。

答案：

C

课后集训

基础达标

1.（2006上海高考，4）下列不符合当今化学研究方向的是（　　）

A.发现新物质

B.合成新材料

C.研究化学反应的微观过程

D.研究化学反应中原子守恒关系

解析：

当今化学研究的主要方向是发现新物质，合成新材料，开发新能源，揭示化学反应的微观过程以及“绿色化学”等，化学反应中原子守恒关系是古代化学所研究的内容。

答案：

D

2.（2005湖北武汉模拟）下列有关同分异构体数目的叙述不正确的是（　　）

A.甲苯苯环上的一个氢原子被一个含3个碳原子的烷基取代，所得产物有6种

B.与

互为同分异构体的芳香族化合物有6种

C.含有5个碳原子的某饱和链烃，其一氯取代物有8种

D.菲的结构简式为

，它与硝酸反应，可生成5种一硝基取代物

解析：

A中甲苯苯环上共有3种氢原子，含3个碳原子的烷基共有两种（—CH2CH2CH3，

），故A对。

B中符合题意的芳香族化合物有以下几种：

B错。

C中5个碳原子的饱和链烃有以下几种情况：

CH3CH2CH2CH2CH3有3种一氯取代产物，

有4种一氯取代产物，

有1种一氯取代产物，共8种，C正确。

D中菲的结构对称，其硝基可被取代的位置如下图：

答案：

B

3.某有机物在氧气中充分燃烧，生成的水蒸气和CO2的物质的量之比为1∶1，由此可得出结论是……（　　）

A.该有机物分子中C、H、O个数比为1∶2∶3

B.分子中碳氢原子个数比为2∶1

C.有机物中必定含氧

D.无法判断有机物中是否含有氧元素

解析：

由n（H2O）∶n（CO2）=1∶1，可推知n（C）∶n（H）=1∶2，要想判断有机物中是否含氧，应知道m（H2O）、m（CO2）及有机物的质量。

若m（有机物）=m（C）+m（H），则不含氧元素；若m（有机物）>m（C）+m（H），则含氧元素。

答案：

D

4.（经典回放）充分燃烧某液态芳香烃X，并收集产生的全部水，恢复到室温时，得到水的质量跟原芳香烃X的质量相等。

则X的分子式是（相对原子质量：

H：

1，C：

12，O：

16）（　　）

A.C10H16B.C11H14

C.C12H18D.C13H20

解析：

烃燃烧后，其中的H全部转入水中，故水中氧元素的质量等于烃中碳的质量。

芳香烃中：

。

答案：

C

5.已知某种有机物X有如下性质：

①X不和碳酸氢钠反应；②X的蒸气对H2的相对密度为46.0；③取1.84gX与过量的金属钠完全作用后，生成672mL（标准状况）气体；④一定质量的X完全燃烧后，产生的气体依次通过浓硫酸和碱石灰，使两者的质量分别增加36.0g和66.0g，则X的结构简式为__________________。

解析：

由②得M（X）=2×46.0=92，由①③知其为醇类，

，X和Na产生

气体，则1molX产生1.5molH2，所以1个X中有3个—OH，由④知n（CO2）∶n（H2O）=3∶4，即X中n（C）∶n（H）=3∶8，由价键规律知其分子式为C3H8Ox，相对分子质量为92，则x=3，即分子式为C3H8O3，结构简式为：

。

答案：

CH2OH—CHOH—CH2OH

6.有机化合物分子中，与4个不同的原子或基团相连的碳原子称作“手性”碳原子。

例如，

中a、b、e、f均不相同，C为“手性”碳原子。

则分子式为C4H10O的有机化合物中，含有“手性”碳原子的结构为___________________________。

解析：

根据手性碳原子的信息，要使C4H10O成为手性碳原子，其结构式为：

。

答案：

7.取3.40g只含羟基，不含其他官能团的液态饱和多元醇，置于5.00L氧气中，经点燃，醇完全燃烧。

反应后气体体积减少0.56L。

将气体经足量NaOH溶液吸收，体积又减少2.80L（所有体积均在标准状况下测定）。

（1）3.40g醇中C、H、O物质的量分别为C_________mol,H_________mol,O_________mol,该醇中C、H、O的原子数之比为_________。

（2）由以上比值能否确定该醇的化学式？

_________，其原因是______________________。

（3）如果将该多元醇的任意一个羟基换成一个卤原子，所得到的卤代物都只有一种，试写出该饱和多元醇的结构简式：

__________________。

解析：

本题主要考查了有关分子式和结构式确定的有关计算。

（1）据题意，气体经足量NaOH吸收，体积减少2.80L，此体积即为CO2的体积，则3.40g醇中C的物质的量为：

n（C）=n（CO2）=

=0.125mol,生成CO2消耗O2的体积等于CO2的体积，也为2.80L。

又因为液态醇与5.00LO2燃烧，体积减少0.56L，故还有0.56LO2用于生成水，但必须特别注意的是，生成的H2O中还有部分氧原子来自于醇，因此不能根据0.56LO2来计算H2O的量。

要根据反应前后质量不变来计算醇中H的物质的量。

参加反应的V（O2）=0.56L+2.80L=3.36L,m（O2）=

×32g/mol=4.80g,m（H2O）=3.40g+4.80g-0.125×44g=2.70g。

3.40g醇中n（H）=2×

=0.300mol,3.40g醇中

。

由n（C）∶n（H）∶n（O）=0.125mol∶0.300mol∶0.100mol=5∶12∶4。

故该醇最简式为C5H12O4。

（2）因H已饱和，所以它本身就是分子式。

（3）由分子式C5H12O4知，该多元醇为四元醇，根据题目要还求其结构简式为：

C（CH2OH4。

答案：

（1）0.125　0.300　0.100　5∶12∶4　

（2）可以因为该实验式中氢原子个数已饱和，所以实验式即化学式　（3）C（CH2OH）4

8.（2006安徽合肥二模）吗啡和海洛因都是严格查禁的毒品，吗啡分子中C、H、N的质量分数依次为715.8%、6.67%、4.91%，其余为氧。

（1）写出吗啡的化学式：

________________________，并计算其相对分子质量（已知吗啡的相对分子质量不超过300）：

_________。

（2）已知海洛因是吗啡的二乙酸酯，则海洛因的相对分子质量为_________，化学式为__________________。

解析：

假设吗啡分子中只有一个氮原子：

，由于吗啡的相对分子质量不大于300，如果其分子中含有2个氮原子，其相对分子质量必大于300，故可知其相对分子质量为285。

分子中C、H、O的原子数：

，

。

所以可知吗啡的化学式为C17H19NO3。

因海洛因是吗啡的二乙酸酯，则考虑酯化反应过程，形成乙酸酯时：

，则每1分子CH3COOH参加酯化，所生成的酯比原来的醇相对分子质量增加60-18=42，海洛因是吗啡的二乙酸酯，则海洛因的相对分子质量比吗啡增加42×2=84，所以海洛因的相对分子质量为285+84=369。

组成上则增加了2（C2H4O2—H2O）=C4H4O2，则海洛因的化学式为C21H23NO5。

答案：

（1）C17H19NO3　285　

（2）369　C21H23NO5

9.通常，烷烃可以由相应的烯烃经催化加氢得到。

有一种烷烃A，分子式是C9H20，它却不能由任何C9H18的烯烃催化加氢得到；而另有A的三个同分异构体B、C、D，却分别可由而且只能由1种相应的烯烃催化加氢得到。

A及另外三种同分异构体的结构简式分别是：

_______________、_________________、________________、_______________。

解析：

A分子的碳链是

重复而成的，即

。

A的三种同分异构体可由A推出：

。

答案：

综合应用

10.已知

在水溶液中存在平衡：

。

与CH3CH2OH酯化时，不可能生成的是（　　）

A.

B.

C.H—18OH

D.H2O

解析：

CH3COOH与CH3CH2OH酯化时，CH3COOH脱去—OH，而CH3CH2OH脱去—H，故

和CH3CH2OH反应生成

和H2O，而

，故应选A。

答案：

A

11.（2005全国高考理综Ⅱ，29）某有机化合物A的相对分子质量大于110，小于150。

经分析得知，其中碳和氢的质量分数之和为52.24%，其余为氧。

请回答：

（1）该化合物分子中含有几个氧原子，为什么？

（2）该化合物的相对分子质量是___________________。

（3）该化合物的化学式（分子式）是__________________。

（4）该化合物分子中最多含_________个

官能团。

解析：

A中w（O）=1-52.24%=47.76%。

若Mr（A）=150，其中O原子个数为

；若Mr（A）=110,其中O原子个数为

。

实际O原子个数介于3.2835和4.4775之间，即N（O）=4，则

。

其中Ar（C）+Ar（H）=134-16×4=70，可确定分子式为C5H10O4，C5H10O4与5个C原子的饱和衍生物（C5H12On）比较可知，分子中最多含2个

。

答案：

4个氧原子，因110

（2）134　（3）C5H10O4（4）1

12.有0.2mol某有机物和0.5mol氢气在一密闭容器中燃烧所得产物为二氧化碳、一氧化碳和水蒸气。

产物依次通过浓H2SO4时，浓H2SO4的质量增加了10.8g；再通过灼热的氧化铜时，氧化铜的重量减轻了3.2g；又通过碱石灰时，碱石灰的质量增加了17.6g，求有机物的分子式，并写出其可能的结构简式。

解析：

燃烧产物通过浓H2SO4后，浓H2SO4增加的质量即为水的质量；有机物燃烧产物中含CO，说明O2不足；CuO质量减轻，