第一章 第四节 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Word下载.docx

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（5）质谱图中最右边的谱线表示的数值为该有机物的相对分子质量（　　）

答案　

（1）×

（2）√　（3）×

　（4）√　（5）√

1．某化合物6.2g在氧气中完全燃烧，只生成8.8gCO2和5.4gH2O。

通过计算说明该有机物中是否含有氧元素。

试确定该有机物的实验式。

答案　n（CO2）＝0.2mol，n（C）＝n（CO2）＝0.2mol，m（C）＝0.2mol×

12g·

mol－1＝2.4g；

n（H2O）＝0.3mol，n（H）＝2n（H2O）＝0.6mol，m（H）＝0.6g；

m（C）＋m（H）＝2.4g＋0.6g＝3.0g＜6.2g，所以该化合物中一定含有氧元素，其质量为6.2g－3.0g＝3.2g，其物质的量n（O）＝

＝0.2mol。

n（C）∶n（H）∶n（O）＝N（C）∶N（H）∶N（O）＝1∶3∶1，实验式为CH3O。

2．某有机物分子式的确定

（1）测定实验式：

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________。

（2）确定分子式：

如图是该有机物的质谱图，则其相对分子质量为________；

分子式为________。

答案　

（1）C4H10O　

（2）74　C4H10O

解析　

（1）该物质中碳、氢、氧原子个数之比＝

∶

≈4∶10∶1，其实验式为C4H10O。

（2）由质谱图知其相对分子质量为74，而其实验式的相对分子质量为12×

4＋1×

10＋16＝74，故其分子式为C4H10O。

1.有机物完全燃烧的产物为CO2和H2O，确定是否含有氧元素的方法

通过相关的实验可以先确定CO2和H2O的质量，进而求得有机物中所含碳元素和氢元素的质量。

m（C）＝

×

m（CO2），m（H）＝

m（H2O）。

若m（有机物）＝m（C）＋m（H），则说明该有机物中只含碳和氢两种元素。

若m（有机物）>

m（C）＋m（H），且完全燃烧只生成CO2和H2O，则说明有机物中含有C、H、O三种元素，其中m（O）＝m（有机物）－m（C）－m（H）。

2．有机物相对分子质量的计算方法

（1）标态密度法：

根据标准状况下气体的密度，求算该气体的相对分子质量：

Mr＝22.4×

ρ。

（2）相对密度法：

根据气体A相对于气体B的相对密度D，求算该气体的相对分子质量：

MA＝D×

MB。

（3）混合物的平均相对分子质量：

＝

。

（4）质谱法确定相对分子质量。

二、分子结构的鉴定

1．红外光谱

（1）原理：

当用红外线照射有机物分子时，不同官能团或化学键吸收频率不同，在红外光谱图上将处于不同的位置。

（2）作用：

初步判断有机物中含有的官能团或化学键。

如分子式为C2H6O的有机物A有如下两种可能的结构：

Ⅰ（CH3CH2OH）或Ⅱ（CH3OCH3），利用红外光谱来测定，若分子中有O—H键或—OH，则可确定A的结构简式为Ⅰ（CH3CH2OH）。

2．核磁共振氢谱

处于不同化学环境中的氢原子因产生共振时吸收电磁波的频率不同，在谱图上出现的位置不同，而且吸收峰的面积与氢原子数目成正比。

测定有机物分子中氢原子的类型和数目。

（3）分析：

吸收峰数目＝氢原子的类型，吸收峰面积比＝氢原子个数比。

如CH3CH2OH的吸收峰面积比＝3∶2∶1。

（1）核磁共振氢谱中有几个吸收峰就有几个氢原子（　　）

（2）质谱法、红外光谱法和核磁共振氢谱法均能确定有机物的分子结构（　　）

（3）CH3COOCH3在核磁共振氢谱图中只有一个吸收峰（　　）

（2）×

　（3）×

1．已知某有机物A的红外光谱和核磁共振氢谱如图所示，下列说法中错误的是（　　）

A．由红外光谱可知，该有机物中至少有三种不同的化学键

B．由核磁共振氢谱可知，该有机物分子中有三种不同化学环境的氢原子

C．仅由A的核磁共振氢谱无法得知其分子中的氢原子总数

D．若A的化学式为C2H6O，则其结构简式为CH3—O—CH3

答案　D

解析　红外光谱图中给出的化学键有C—H键、O—H键和C—O键三种，A正确；

核磁共振氢谱图中峰的个数即代表氢的种类，B正确；

核磁共振氢谱峰的面积比表示氢的数目，在没有明确化学式的情况下，无法得知氢原子总数，C正确；

若A为CH3—O—CH3，则无O—H键，与所给红外光谱图不符，且其核磁共振氢谱图应只有1个峰，与题给核磁共振氢谱图不符，D错误。

2．（2020·

西安调研）有机物X是一种重要的有机合成中间体，用于制造塑料、涂料和黏合剂等高聚物。

为研究X的组成与结构，进行了如下实验：

（1）有机物X的质谱图如图所示，该有机物X的相对分子质量为________。

（2）将10.0gX在足量O2中充分燃烧，并将其产物依次通过足量的无水CaCl2和KOH浓溶液，发现无水CaCl2增重7.2g，KOH浓溶液增重22.0g。

该有机物X的分子式为________。

（3）经红外光谱测定，有机物X中含有醛基；

有机物X的核磁共振氢谱图上有2个吸收峰，峰面积之比为3∶1。

该有机物X的结构简式为________。

答案　

（1）100　

（2）C5H8O2　（3）（CH3）2C（CHO）2

解析　

（1）质谱图中质荷比最大数值即为相对分子质量，由质谱图可知有机物X的相对分子质量为100。

（2）无水CaCl2增重的7.2g是水的质量，10.0gX中氢元素的物质的量＝

2＝0.8mol，KOH浓溶液增重的22.0g是二氧化碳的质量，10.0gX中碳元素的物质的量＝

＝0.5mol，根据质量守恒，氧元素的质量为10.0g－0.8mol×

1g·

mol－1－0.5mol×

mol－1＝3.2g，则氧元素的物质的量为

＝0.2mol，则该分子中碳、氢、氧元素的个数之比为0.5mol∶0.8mol∶0.2mol＝5∶8∶2，结合X的相对分子质量可知，有机物X的分子式为C5H8O2。

（3）有机物X中含有醛基，有机物X的核磁共振氢谱图上有2个吸收峰，则分子中含有2种不同化学环境的氢原子，其中一种是醛基中的氢原子，又峰面积之比为3∶1，则含两个醛基，故其结构简式为（CH3）2C（CHO）2。

谱图法在确定有机物分子结构中的应用

（1）核磁共振氢谱图中，峰的个数即氢原子的种类数，而峰面积之比为各类氢原子个数之比。

（2）不同化学键、官能团吸收频率不同，在红外光谱图中所处位置不同。

因此，可根据红外光谱图，推知有机物分子中含有哪些化学键、官能团，从而确定有机物的结构。

（3）质谱图中，质荷比最大值即为有机物的相对分子质量。

知识拓展

确定有机物的结构式的其他方法

确定有机物的结构式除借用物理方法外，还可以用以下方法：

（1）根据价键规律确定

根据价键规律可以判断出某些有机物只存在一种结构，则可直接根据分子式确定其结构式。

如C2H6的结构只能是CH3CH3；

CH4O的结构只能是CH3OH。

（2）通过化学方法确定

①进行定性实验

实验中有机物表现出的性质→官能团。

②进行定量实验

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到1mol气体，则可说明1mol醇分子中含2mol—OH。

③进行“组装”确定

根据实验测得的官能团种类、数目，联系价键规律等进行“组装”和“拼凑”来确定有机物的结构式。

有机物结构确定的方法思路

1．研究有机物一般经过以下几个基本步骤：

分离、提纯→确定实验式→确定分子式→确定结构式，以下对研究有机物的方法的说法错误的是（　　）

A．蒸馏常用于分离、提纯液态有机混合物

B．燃烧法是研究确定有机物成分的有效方法

C．核磁共振氢谱通常用于分析有机物的相对分子质量

D．对有机物分子红外光谱图的研究有助于确定有机物分子中的官能团

答案　C

解析　核磁共振氢谱确定的是等效氢的种类和数量。

2．（2019·

大庆高二下学期期末）下列能够获得有机物所含官能团信息的方法是（　　）

A．红外光谱B．质谱法

C．色谱法D．核磁共振氢谱

答案　A

解析　红外光谱可测定有机物的化学键以及官能团。

3．设H＋的质荷比为β，某有机物样品的质荷比如图所示（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（CH3OH）B．甲烷

C．丙烷D．乙烯

答案　B

解析　从题图中可看出其右边最高质荷比为16，是H＋质荷比的16倍，即其相对分子质量为16，为甲烷。

4．符合下面核磁共振氢谱图的有机物是（　　）

A．CH3COOCH2CH3

B．CH2==CHCH2CH3

C．

D．

解析　分析选项中各有机物不同化学环境的氢原子的种数及原子个数（吸收强度）之比，再与已知核磁共振氢谱对照即可找出答案。

A中物质有3种不同化学环境的氢原子，个数之比为2∶3∶3；

B中物质有4种不同化学环境的氢原子，个数比为2∶1∶2∶3；

C中物质有4种不同化学环境的氢原子，个数比为3∶2∶2∶1；

D中物质有3种不同化学环境的氢原子，个数比为3∶1∶1。

核磁共振氢谱图中有3种不同化学环境的氢原子，再由氢原子个数（吸收强度）之比可知A项符合。

5．根据研究有机物的步骤和方法填空：

（1）测得A的蒸气密度是同状况下甲烷的4.375倍。

则A的相对分子质量为________。

（2）将5.6gA在足量氧气中燃烧，并将产物依次通过浓硫酸和碱石灰，分别增重7.2g和17.6g。

则A的实验式为________；

A的分子式为________。

（3）将A通入溴水，溴水褪色，说明A属于________（若不褪色，则A属于________）。

（4）A的核磁共振氢谱如下：

综上所述，A的结构简式为________。

答案　

（1）70　

（2）CH2　C5H10　（3）烯烃　环烷烃　（4）

解析　

（1）根据公式M＝D·

M（CH4）计算该有机物的相对分子质量为16×

4.375＝70。

（2）由A的燃烧反应知，5.6gA含m（C）＝17.6g×

＝4.8g，m（H）＝7.2g×

＝0.8g，确定该有机物只含碳、氢两种元素，实验式为CH2，设分子式为（CH2）n，则12n＋2n＝70，n＝5，分子式为C5H10。

（3）符合分子式为C5H10的有烯烃和环烷烃，若能使溴水褪色，则为烯烃，若不能，则为环烷烃。

（4）该核磁共振氢谱图共有4个吸收峰，吸收峰面积之比为1∶1∶2∶6，则

符合题意。

题组一　元素分析与相对原子质量的测定

1．某有机物在氧气中充分燃烧，生成CO2和H2O的物质的量之比为1∶2，则下列说法中正确的是（　　）

A．分子中C、H、O原子个数之比为1∶2∶3

B．分子中C、H原子个数之比为1∶4

C．该有机物中一定含有氧元素

D．此有机物的最简式为CH4

解析　只根据生成物CO2和H2O无法确定该有机物中是否含有氧元素。

由题意知N（C）∶N（H）＝1∶4。

2．下列实验式中，不用相对分子质量就可以确定分子式的是（　　）

①CH3　　②CH　　③CH2　　④C2H5

A．①②B．③④

C．②③D．①④

解析　实验式乘以整数倍，即可得到有机物的分子式。

据烷烃通式，当碳原子数为n时，则氢原子数最多为2n＋2。

符合实验式为CH3的只有C2H6；

符合实验式为CH的有C2H2、C6H6等；

符合实验式为CH2的有C2H4、C3H6等；

符合实验式为C2H5的只有C4H10。

3．某气态有机物X含C、H、O三种元素。

现欲确定X的分子式，下列条件中所需的最少条件是（　　）

①X中碳的质量分数　②X中氢的质量分数　③X在标准状况下的体积　④质谱图确定X的相对分子质量⑤X的质量

A．①②B．①②④

C．①②⑤D．③④⑤

解析　由①②可得有机物的实验式，由①②④可知有机物的分子式。

4．（2019·

成都高二下学期期末）某有机物蒸气完全燃烧需三倍于其体积的氧气，产生二倍于其体积的二氧化碳（体积均在相同状况下测定），该有机物可能是（　　）

A．C3H7OHB．CH3CHO

C．CH3COCH3D．C2H4

解析　设有机物分子式为CxHyOz，燃烧的通式为CxHyOz＋（x＋

－

）O2

xCO2＋

H2O，解得x＝2，y－2z＝4。

由x＝2知A、C项不合题意；

B项，把y＝4，z＝1代入y－2z＝4知不合题意，故答案选D。

题组二　波谱法确定有机物的分子结构式

5．（2019·

岳阳高二下学期期末）乙酸和甲酸甲酯互为同分异构体，其结构式分别如下：

和

在下列哪种检测仪上显示出的信号是完全相同的（　　）

A．李比希元素分析仪B．红外光谱仪

C．核磁共振仪D．质谱仪

解析　李比希元素分析仪检测的是元素的种类，乙酸和甲酸甲酯的元素种类相同，都含有C、H、O三种元素，A正确；

红外光谱仪检测的是化学键和官能团的结构特征，乙酸中含有羧基、甲酸甲酯中含有酯基，信号不完全相同，B错误；

核磁共振仪检测的是氢原子的种类，乙酸中含有2种氢原子，有2个峰且峰面积之比为3∶1，甲酸甲酯中含有2种氢原子，有2个峰且峰面积之比为1∶3，峰的位置不完全相同，C错误；

质谱仪检测的是分子的相对分子质量，二者的相对分子质量相同，但分子碎片的相对质量不完全相同，D错误。

6．（2019·

怀化高二下学期期中）为测定某有机物的结构，用核磁共振仪处理后得到如图所示的核磁共振氢谱，则该有机物可能是（　　）

A．C2H5OHB．

D．

解析　根据有机物的核磁共振氢谱知该有机物中含有3种氢原子，且峰面积之比为3∶2∶1，根据等效氢的概念判断。

乙醇分子中含有3种氢原子，峰面积之比为3∶2∶1，故A正确；

2-甲基丙烯中含有2种氢原子，故B错误；

对氨基苯酚中含有4种氢原子，故C错误；

对二甲苯中含有2种氢原子，故D错误。

7．（2019·

西宁高二下学期期中）下列有机物分子中，在核磁共振氢谱中信号强度（个数比）是1∶3的是（　　）

A．丙烷B．1,2,3-三甲基苯

C．异丙醇D．

解析　丙烷的结构简式为CH3CH2CH3，在核磁共振氢谱中信号强度（个数比）是2∶6＝1∶3，A正确；

1,2,3-三甲基苯分子在核磁共振氢谱中信号强度（个数比）是6∶3∶2∶1，B错误；

异丙醇分子在核磁共振氢谱中信号强度（个数比）是6∶1∶1，C错误；

分子在核磁共振氢谱中信号强度（个数比）是9∶1，D错误。

8．某有机物A的分子式为C4H10O，红外光谱图如图所示，则A的结构简式为（　　）

A.CH3CH2OCH2CH3B.CH3OCH2CH2CH3

C.CH3CH2CH2OCH3D．（CH3）2CHOCH3

解析　红外光谱图中显示存在对称的甲基、对称的亚甲基和醚键，可得分子的结构简式为CH3CH2OCH2CH3。

9．某化合物由碳、氢、氧三种元素组成，其红外光谱图有C—H键、O—H键、C—O键的振动吸收，该有机物的相对分子质量是60，其核磁共振氢谱只有3组峰，则该有机物的结构简式是（　　）

A．CH3CH2OCH3B．CH3CH（OH）CH3

C．CH3CH2CH2OHD．CH3CH2CHO

解析　由红外光谱图知该有机物的分子中含C—H键、O—H键、C—O键，A项中无O—H键，D项中无O—H键、C—O键，B、C项含有三种化学键且相对分子质量都是60，但B项核磁共振氢谱有3组峰，C项有4组峰，故B项正确。

10．某有机物A用质谱仪测定如图①，核磁共振氢谱示意图如图②，则A的结构简式可能为（　　）

A．HCOOHB．CH3CHO

C．CH3CH2OHD．CH3CH2CH2COOH

解析　根据图①可知，该有机物的最大质荷比为46，则A的相对分子质量为46，故B、D错误；

根据图②可知，A分子的核磁共振氢谱有3组吸收峰，则其分子中有3种H原子，HCOOH分子中含有2种H原子，CH3CH2OH分子中含有3种H原子，故C正确。

11．某化合物的结构（键线式）及球棍模型如下：

该有机分子的核磁共振氢谱图如下（单位是ppm）：

下列关于该有机物的叙述正确的是（　　）

A．该有机物不同化学环境的氢原子有6种

B．该有机物属于芳香化合物

C．键线式中的Et代表的基团为—CH3

D．该有机物在一定条件下能完全燃烧生成CO2和H2O

解析　A项，由核磁共振氢谱图可知有8种不同化学环境的氢原子，错误；

B项，由键线式可看出，该物质中无苯环，不属于芳香化合物，错误；

C项，由键线式和球棍模型对照可知Et为—CH2CH3，错误；

D项，该化合物分子中含有碳、氢、氧三种元素，可完全燃烧生成CO2和H2O，正确。

12．某芳香烃A的质谱图如图所示：

（1）A的名称为________。

（2）A的一氯代物共有________种。

（3）A中最多有________个原子共平面。

（4）已知9.2gA在足量O2中充分燃烧，混合气体依次通过足量的浓硫酸和碱石灰，分别增重______g和______g。

（5）A分子的核磁共振氢谱有________个峰，峰面积之比为________。

答案　

（1）甲苯　

（2）4　（3）13　（4）7.2　30.8　（5）4　1∶2∶2∶3

解析　

（1）根据“芳香烃”知必含苯环，根据质荷比为92可知相对分子质量为92，可得A为甲苯。

（2）甲苯中苯环上的一氯代物有三种，分别为与甲基相邻、相间和相对，甲基上还有一种，共四种。

（3）苯环上的12个原子肯定在一个平面上，甲基中的碳原子相当于苯环上的一个氢原子肯定在平面上，甲烷分子中与碳原子共平面的氢原子最多有两个，将甲基的共面问题类比甲烷的共面，所以最多有13个原子共平面。

（4）9.2g甲苯完全燃烧可得0.4mol水和0.7molCO2，即7.2g水和30.8g二氧化碳。

13．有机物A是一种纯净的无色黏稠液体，易溶于水。

为研究A的组成与结构，进行了如下实验：

实验步骤

解释或实验结论

（1）称取A物质18.0g，升温使其汽化，测其密度是相同条件下H2的45倍

A的相对分子质量为________

（2）A的核磁共振氢谱如图：

A中含有________种氢原子

（3）另取A18.0g与足量的NaHCO3粉末反应，生成0.2molCO2，若与足量钠反应则生成0.2molH2

写出一个A分子中所含官能团的名称和数量：

________________________________________________________________________

（4）将此18.0gA在足量纯O2中充分燃烧，并使其产物依次缓缓通过浓硫酸、碱石灰，发现两者依次增重10.8g和26.4g

A的分子式为______

（5）综上所述A的结构简式为______________________________________

答案　

（1）90　

（2）4　（3）一个羧基和一个羟基（4）C3H6O3　（5）CH3CHOHCOOH

解析　

（1）称取A物质18.0g，升温使其汽化，测其密度是相同条件下H2的45倍，则A的相对分子质量为45×

2＝90。

（2）根据核磁共振氢谱可知A中含有4种氢原子，且个数比为1∶1∶1∶3。

（3）18.0gA的物质的量是18.0g÷

90g·

mol－1＝0.2mol，与足量的NaHCO3粉末反应，生成0.2molCO2，说明分子中含有1个羧基。

若与足量钠反应则生成0.2molH2，这说明还含有1个羟基。

（4）将此18.0gA在足量纯O2中充分燃烧，并使其产物依次缓缓通过浓硫酸、碱石灰，发现两者依次增重10.8g和26.4g，即生成水的物质的量是10.8g÷

18g·

mol－1＝0.6mol，生成CO2的物质的量是26.4g÷

44g·

mol－1＝0.6mol，则分子中碳、氢原子的个数分别是0.6÷

0.2＝3、1.2÷

0.2＝6，所以氧原子的个数是

＝3，则分子式为C3H6O3。

（5）综上所述A的结构简式为CH3CHOHCOOH。

14．（2019·

兰州高二下学期期末）下列装置中有机物样品在电炉中充分燃烧，通过测定生成的CO2和H2O的质量，来确定有机物的分子式。

请回答下列问题：

（1）B装置中试剂X可选用________。

（2）D装置中无水氯化钙的作用是__________________________________________________；

E装置中碱石灰的作用是_________________________________________________________。

（3）若实验中所取样品只含C、H、O三种元素中的两种或三种，准确称取0.44g样品，经充分反应后，D装置质量增加0.36g，E装置质量增加0.88g，已知该物质的相对分子质量为44，则该样品的化学式为________。

（4）若该有机物的核磁共振氢谱如下图所示，峰面积之比为1∶3。

则其结构简式为________。

（5）某同学认为E和空气相通，会影响测定结果准确性，应在E后再增加一个F装置，其主要目的是__________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________。

答案　

（1）浓硫酸　

（2）吸收生成的水　吸收生成的二氧化碳　（