化学：第一章第四节《研究有机化合物的一般步骤与方法》课件 PPT （人教版选修５）

第一章 第一章 认识有机化合物认识有机化合物第四节 研究有机化合物的一

般步骤和方法

有机化合物的　混合物分离、提纯

元素定量分析　确定实验式

波谱分析确定结构式

测定相对分子质量　确定分子式

研究有机物一般经历的步骤：

（一）物质分离和提纯的区别（一）物质分离和提纯的区别（二）物质提纯的原则：不增、不减、易分

一、物质分离和提纯一、物质分离和提纯分离是把混合物分成几种纯净物，提纯是除去杂质。

（三）物质分离提纯的一般方法：蒸馏重结晶　萃取分液色谱法

（液态有机物）（固态有机物）

（固态或液态）（固态或液态）

“ 杂转纯，杂变沉，化为气，溶剂分”的思想

思考：实验室用溴和苯反应制取溴苯，得粗溴苯后，要用如下操作精制：①蒸馏，②水洗，③用干燥剂干燥，④ 10%NaOH 溶液洗，⑤水洗，正确的操作顺序是（ ）A ．①②③④⑤　　　 B ．②④⑤③①C ．④②③①⑤　　　 D ．②④①⑤③B

苯的沸点 80.1 ℃ ；溴苯沸点 156.2℃

利用混合物中各种成分的沸点不同而使其分利用混合物中各种成分的沸点不同而使其分离的方法。离的方法。 常用于分离提纯液态有机物，如石油的分馏常用于分离提纯液态有机物，如石油的分馏　　 　　 条件：条件：①①有机物热稳定性较强、有机物热稳定性较强、②②含少量杂含少量杂质、质、③③与杂质沸点相差较大（与杂质沸点相差较大（ 3030℃℃ 左右）左右）　　 　　 课本课本 P.17P.17 实验实验 1-11-1 工业乙醇的蒸馏工业乙醇的蒸馏主要仪器：蒸馏烧瓶、冷凝管、接收器、 温度计、铁架台（铁圈、铁夹）、 石棉网、锥形瓶等注意要点： 1. 加入碎瓷片2. 温度计位置3. 冷凝水流向：下进上出 ( 与蒸气流向相反 )

1 、蒸馏：

这样得到的酒精是否无水酒精？

　　怎样才能得到无水酒精？

含杂工业乙醇95.6 工业乙醇

无水乙醇（ 99.5%以上）

蒸馏 加吸水剂无水酒精的制取无水酒精的制取

蒸馏

2. 重结晶重结晶是将晶体用溶剂 ( 蒸馏水 ) 溶解，经过滤、蒸发冷却等步骤，再次析出晶体，得到更加纯净的晶体的方法。

1. 杂质在溶剂中溶解度很小或大，易除去。2. 被提纯的物质的溶解度受温度影响较大，　 升温时溶解度增大，降温时溶解度减小。

要求：

苯甲酸的重结晶实验步骤： 加热溶解 趁热过滤 冷却结晶

重结晶苯甲酸的重结晶实验

不同温度下苯甲酸在水中的溶解度温度 0C溶解度 g

25 50 950.17 0.95 6.8

加热苯甲酸溶解，冷却则结晶析出。思考与交流 :(P18)温度越低，苯甲酸的溶解度越小，为了得到更多的苯甲酸，是不是结晶时的温度越低越好？

33 、萃取、萃取•原理：原理：利用混合物中一种溶质在互不相溶的两利用混合物中一种溶质在互不相溶的两种溶剂中的溶解性不同，用一种溶剂把溶质从种溶剂中的溶解性不同，用一种溶剂把溶质从它与另一种溶剂组成的溶液中提取出来的方法它与另一种溶剂组成的溶液中提取出来的方法•仪器：仪器：分液漏斗、烧杯、铁架台分液漏斗、烧杯、铁架台 (( 含铁圈含铁圈 ))•操作过程：操作过程： 振荡→ 静置→ 分液

萃取包括：萃取包括： 11 ）液）液——液萃取：液萃取：是利用有机物在两种互不是利用有机物在两种互不相溶的溶剂中的溶解性不同，将有机物从一种相溶的溶剂中的溶解性不同，将有机物从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程。溶剂转移到另一种溶剂的过程。 22 ）固）固——液萃取：液萃取：是用有机溶剂从固体物是用有机溶剂从固体物质中溶解出有机物的过程 质中溶解出有机物的过程 (( 专用仪器设备专用仪器设备 ))

44 、色谱法：阅读、色谱法：阅读 P.19P.19 利用吸附剂对不同有机物吸附作用的不同，利用吸附剂对不同有机物吸附作用的不同，分离、提纯有机物的方法。分离、提纯有机物的方法。例如：用粉笔分离色素例如：用粉笔分离色素…………

[练习 1] 下列每组中各有三对物质，它们都能用分液漏斗分离的是A 乙酸乙酯和水，酒精和水，植物油和水B 四氯化碳和水，溴苯和水，硝基苯和水C 甘油和水，乙酸和水，乙酸和乙醇D 汽油和水，苯和水，己烷和水[练习 2]可以用分液漏斗分离的一组液体混和物是A 溴和四氯化碳 B 苯和溴苯 C 汽油和苯 D 硝基苯和水

[练习 3]某工厂废液经测定得知主要含有乙醇，其中还溶有丙酮、乙酸和乙酸乙酯。根据各物质的性质（如下表），确定通过下列步骤回收乙醇和乙酸。 物质丙酮、乙酸乙酯、乙醇、乙酸的沸点（℃）分别是：56.2 、 77.06 、 78 、 117.9①向废液中加入烧碱溶液，调整溶液的 pH ＝ 10②将混和液放入蒸馏器中缓缓加热③ 收集温度在 70 ～ 85℃ 时的馏出物④排出蒸馏器中的残液。冷却后向其中加浓硫酸（过量），然后再放入耐酸蒸馏器进行蒸馏，回收馏出物请回答下列问题：（ 1 ）加入烧使溶液的 pH ＝ 10 的目的是 ；（ 2 ）在 70 ～ 85℃ 时的馏出物的主要成份是 ；（ 3 ）在步骤④中，加入过量浓硫酸的目的是（用化学方程式表示） ______________________________________ （ 4 ）当最后蒸馏的温度控制在 85 ～ 125℃ 一段时间后，残留液中溶质的主要成份是 。

使乙酸转变成钠盐 , 使乙酸乙酯在加热时水解成乙酸钠和乙醇乙醇2CH3COONa+H2SO4→2CH3COOH+Na2SO4

Na2SO4 H2SO4

有 机 物（纯净）确定 分子式？首先要确定有机物中含有哪些元素

如何利用实验的方法确定有机物中C 、 H 、 O 各元素的质量分数？李比希法 现代元素分析法

研究有机物的一般步骤和方法

二、元素分析→确定实验式

“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

H2O

CO2

用无水CaCl2 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

求有机物的实验式：【例题】某含 C 、 H 、 O三种元素的未知物 A ，经燃烧分析实验测定 A 中碳的质量分数为52.16% ，氢的质量分数为 13.14% ，求 A 的实验式。解：氧的质量分数为 1－ 52.16%－ 13.14%

＝ 34.70%各元素原子个数比N(C) ： N(H) ： N(O)

＝00.16%70.34

008.1%14.13

01.12%16.52

＝ 2 ： 6 ： 1

A 的实验式为：C2H6O若要确定它的分子式，还需要什么条件？

11 、确定相对分子质量的常见方法：、确定相对分子质量的常见方法：（ 1 ）根据标况下气体的密度可求： M = 22.4L/mol ▪ρg/L=22.4ρ g/mol

（ 2 ）依据气体的相对密度： M1 = DM2(D: 相对密度 )

（ 3 ）求混合物的平均式量：（ 4 ）运用质谱法来测定相对分子质量总

总

nm

M

三、确定相对分子质量→确定分子式

2 、测定相对分子质量最精确快捷的方法 用高能电子流轰击分子，使其失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子，带正电荷的分子离子和碎片离子具有不同质量，它们在磁场下达到检测器的时间不同，结果被记录为质谱图。

———— 质谱法质谱法

相对分子质量相对分子质量的测定的测定————　　质谱仪质谱仪

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）

（ 1 ）质荷比是什么？

（ 2 ）如何确定有机物的相对分子质量？ 分子离子与碎片离子的相对质量与其电荷的比值

未知化合物A

的质谱

图

结论： A 的相对分子质量为 46

【例题】 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 － 9g ）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 C2H6 离子化后可得到 C2H6

＋、 C2H5＋、 C2H4

＋ …… ，然后测定其质荷比。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

【练习】某有机物的结构确定过程前两步为：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：下图是该有机物的质谱图，则其相对分子质量为（ ），分子式为（ ）。C4H10O

74 C4H10O

33 、有机物分子式的确定方法：、有机物分子式的确定方法： 【方法一】最简式法 根据分子式为最简式的整数倍，因此利用相对分子质量的最简式可确定其分子式。

【例题】某同学为测定维生素 C （可能含 C 、 H 或C 、 H 、 O ）中碳、氢的质量分数，取维生素 C 样品研碎，称取该样品 0.352 g ，置于铂舟并放入燃烧管中，不断通入氧气流。用酒精喷灯持续加热样品，将生成物先后通过无水硫酸铜和碱石灰，两者分别增重 0.144g 和 0.528g ，生成物完全被吸收。试回答以下问题：（ 1 ）维生素 C 中碳的质量分数是 ，氢的质量分数是 。（ 2 ）维生素 C 中是否含有氧元素？为什么？（ 3 ）试求维生素 C 的实验式： （ 3 ）若维生素 C 的相对分子质量为 176 ，请写出它的分子式

C3H4O3

41％4.55％ 肯定含有氧

C6H8O6

【练习】吗啡和海洛因都是严格查禁的毒品。吗啡分子含 C 71.58% 、 H 6.67% 、 N 4.91% 、其余为 O 。已知其分子量不超过 300 。试求：⑴吗啡的分子量；⑵吗啡的分子式。已知海洛因是吗啡的二乙酸酯。试求：⑴海洛因的分子量；⑵海洛因的分子式。

16.84%

285 C17H19NO3

C21H23NO5369

学与问 实验表明，许多咖啡和可乐饮料中含有兴奋性物质咖啡因。经实验测定，咖啡因分子中各元素的质量分数是 : 碳 49.5％，氢 5.20％，氧 16.5％，氮 28.9％，其摩尔质量为194.1g/mol 你能确定它的分子式吗？

课本 P21

【方法二】直接法 密度 ( 或相对密度 )→摩尔质量→ 1mol 气体中元素原子各为多少摩尔→分子式

【方法三】余数法① 用烃的相对分子质量除以 14 ，视商数和余数

②若烃的类别不确定 CxHy ，可用相对分子质量 M 除以 12 ，看商和余数，即M/12 ＝ x……余 y ，分子式为 CxHy

M(CxHy)/M(CH2) ＝M/14 ＝ a……(a 为碳原子数 )

余 2 为烷烃整除为烯烃或环烷烃差 2 整除为炔烃或二烯烃差 6 整除为苯或其同系物此法用于具有确定通式的烃 ( 如烷、烯、炔、苯的同系物等 )

【例题】分别写出相对分子质量为 128 、 72的烃的分子式

【方法四】方程式法 在同温同压下， 10mL某气态烃在 50mL O2里充分燃烧，得到液态水和体积为 35mL 的混合气体，则该烃的分子式可能为（ ）A 、 CH4 B 、 C2H6 C 、 C3H8 D 、 C3H6

BD

例：未知物 A 的分子式为 C2H6O ，其结构可能是什么？　 H H 　　　　　　　　 H 　　 HH － C － C － O － H 　或　 H － C － O － C － H 　　 H H 　　　　　　　　 H 　　 H

三、波谱分析——确定结构式确定有机物结构式的一般步骤是：（ 1 ）根据分子式写出可能的同分异构体（ 2 ）利用该物质的性质推测可能含有的官能团，最后确定正确的结构

1 、红外光谱红外光谱法确定有机物结构的原理是：由于有机物中组成化学键、官能团的原子处于不断振动状态，且振动频率与红外光的振动频谱相当。所以，当用红外线照射有机物分子时，分子中的化学键、官能团可发生震动吸收，不同的化学键、官能团吸收频率不同，在红外光谱图中将处于不同位置。因此，我们就可以根据红外光谱图，推知有机物含有哪些化学键、官能团，以确定有机物的结构。

•红外光红外光谱谱鉴定分鉴定分子结构子结构

可以获得化学键和官能团的信息

CH3CH2OH的红外光谱

结论： A 中含有 O-H 、 C-O 、 C-H

2 、核磁共振氢谱如何根据核磁共振氢谱确定有机物的结构？ 对于 CH3CH2OH 、 CH3—O—CH3 这两种物质来说，除了氧原子的位置、连接方式不同外，碳原子、氢原子的连接方式也不同、所处的环境不同，即等效碳、等效氢的种数不同。 处在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也不同，这种差异叫化学位移 δ 。 从核磁共振氢图谱上可推知该有机物分子有几种不同类型的氢原子（波峰数）及它们的数目比（波峰面积比）。

核磁共振核磁共振

CH3CH2OH的红外光谱

可以推知未知物 A 分子有 3 种不同类型的氢原子及它们的数目比为 3 ： 2 ： 1

因此， A 的结构为：　 H HH － C － C － O － H　 H H

【例题】下图是一种分子式为 C4H8O2 的有机物的红外光谱谱图 , 则该有机物的结构简式为：

C—O—CC=O

不对称CH3

CH3COOCH2CH3

【练习】有一有机物的相对分子质量为 74 ，确定分子结构，请写出该分子的结构简式 　　 　　 　　

C—O—C对称 CH3

对称 CH2

CH3CH2OCH2CH3

【例题】一个有机物的分子量为 70,红外光谱表征到碳碳双键和 C ＝ O 的存在，核磁共振氢谱列如下图：

②写出该有机物的可能的结构简式：

①写出该有机物的分子式：C4H6O

CH3CH=CHCHO

说明：这四种峰的面积比是： 1 ： 1 ： 1 ： 3

【练习】 2002年诺贝尔化学奖表彰了两项成果，其中一项是瑞士科学家库尔特 ·维特里希发明了“利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法”。在化学上经常使用的是氢核磁共振谱，它是根据不同化学环境的氢原子在氢核磁共振谱中给出的信号不同来确定有机物分子中的不同的氢原子。下列有机物分子在核磁共振氢谱中只给出一种信号的是A HCHO B CH3OH C HCOOH D CH3COOCH3

【练习 】 分子式为 C3H6O2 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） 。

CH3COOCH3

CH3CH2COOH

HOCH2COCH3

研究有机化合物的一般步骤和方法

结构

相对分子质量

组成小　小　结结 分离、提纯

元素定量分析 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

步骤 方法蒸馏、重结晶、萃取

红外光谱核磁共振氢谱

质谱法元素分析

无水酒精的制取无水酒精的制取• 普通酒精含乙醇普通酒精含乙醇 95.57%(95.57%( 质量质量 )) 和水和水 4.43%4.43% ，这是恒，这是恒沸点混合物，它的沸点是沸点混合物，它的沸点是 78.15℃78.15℃ ，比纯乙醇的沸点，比纯乙醇的沸点

(78.5℃)(78.5℃) 低。把这种混合物蒸馏时，气相和液相的组成低。把这种混合物蒸馏时，气相和液相的组成是相同的，即乙醇和水始终以这个混合比率蒸出，不能用是相同的，即乙醇和水始终以这个混合比率蒸出，不能用蒸馏法制得无水酒精。蒸馏法制得无水酒精。• 实验室制备无水酒精时，在实验室制备无水酒精时，在 95.57%95.57% 酒精中加入生石灰酒精中加入生石灰

(CaO)(CaO) 加热回流，使酒精中的水跟氧化钙反应，生成不挥加热回流，使酒精中的水跟氧化钙反应，生成不挥发的氢氧化钙来除去水分，然后再蒸馏，这样可得发的氢氧化钙来除去水分，然后再蒸馏，这样可得 99.5%99.5%的无水酒精。如果还要去掉这残留的少量的水，可以加入的无水酒精。如果还要去掉这残留的少量的水，可以加入金属镁来处理，可得金属镁来处理，可得 100%100% 乙醇，叫做绝对酒精。乙醇，叫做绝对酒精。• 工业上制备无水酒精的方法是在普通酒精中加入一定量的工业上制备无水酒精的方法是在普通酒精中加入一定量的苯，再进行蒸馏。于苯，再进行蒸馏。于 64.9℃64.9℃ 沸腾，蒸出苯、乙醇和水的沸腾，蒸出苯、乙醇和水的三元恒沸混合物三元恒沸混合物 (( 比率为比率为 74∶18.5∶7.5)74∶18.5∶7.5) ，这样可将水全，这样可将水全部蒸出。继续升高温度，于部蒸出。继续升高温度，于 68.3℃68.3℃ 蒸出苯和乙醇的二元蒸出苯和乙醇的二元混合物混合物 (( 比率为比率为 67.6∶32.4)67.6∶32.4) ，可将苯，可将苯 (80.1℃)(80.1℃)全部蒸全部蒸出。最后升高温度到出。最后升高温度到 78.5℃78.5℃ ，蒸出的是无水乙醇。，蒸出的是无水乙醇。• 近年来，工业上也使用强酸性阳离子交换树脂近年来，工业上也使用强酸性阳离子交换树脂 (( 具有极性具有极性基团，能强烈吸水基团，能强烈吸水 )) 来制取无水酒精来制取无水酒精 ..

【练习 】 通式法的应用常温下为气态的烷烃 A 和炔烃 B 的混合气体，其密度是 H2 的 27.5倍，已知 A 、 B 分子中含碳原子数相同。求： (1)A 、 B 的分子式； (2)A与 B 的体积比。【练习 】 商余法的应用某有机物的相对分子质量为 180 ，则：(1)该有机物 _______(填“可能”或“不可能” ) 是饱和烃(2)若该有机物含氧元素，且烃基饱和，则可能是 _________ 或 ___________(写名称 )

混合物的平均相对分子质量 M=27.5*2=55g/mol（ A ， B 的相对分子质量一定是 B 的小于 55 ， A 的大于55 ） 因为 A 、 B 分子中含碳原子数同 所以设 A:CnH2n+2, B:CnH2n-2 只有当 n=4 时，符合。 所以 A ： C4H10 ， B ： C4H6 （ 2 ）设 A 的体积分数是 x 那么 58x + 54(1-x)=55 得 x=0.25 所以 VA:VB=0.25:0.75=1:3 其密度是同条件下的 H2 的 27.5倍 平均分子量为 2*27.5 ＝ 55 用商余法（ 55/12 ）得平均分子式 A 、 B 的分子式： C4H10,C4H6 A 、 B 体积比 (十字交叉法 ) 1 ： 3

【方法指导】实验式的确定：实验式是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。实验式又叫最简式。方法：①若已知有机物分子中 C 、 H 等元素的质量或已知 C 、 H 等元素的质量比或已知C 、 H 等元素的质量分数，则N(C):N(H):N(O)==______②若有机物燃烧产生的二氧化碳和水的物质的量分别为 n(CO2) 和 n(H2O),

则 N(C):N(H)==__________

2 ．确定相对分子质量的方法：①M==m/n(M表示摩尔质量 m表示质量 n表示物质的量 ) ②已知有机物蒸气在标准状况下的密度：Mr== 22.4* 密度（注意密度的单位）③已知有机物蒸气与某物质（相对分子质量为 M’ ）在相同状况下的相对密度 D ：则Mr==M’* D④M== M(A)* X(A) + M(B)*X(B)…… （ M表示平均摩尔质量， M(A) 、 M(B) 分别表示 A 、B 物质的摩尔质量， X(A) 、 X(B) 分别表示 A B 物质的物质的量分数或体积分数）⑤根据化学方程式计算确定。

3. 有机物分子式的确定： ①直接法密度（相对密度）→摩尔质量→ 1摩尔分子中各元素原子的物质的量→分子式②最简式法最简式为 CaHbOc ，则分子式为（ CaHbOc ） n ， n==Mr/(12a+b+16c) （ Mr 为相对分子质量） .③余数法： a) 用烃的相对分子质量除 14 ，视商和余数。 M(CxHy)/M(CH2)==M/14==A…… 若余 2 ，为烷烃 ;若除尽 , 为烯烃或环烷烃 ; 若差 2 ，为炔烃或二烯烃 ;若差为 6 ，为苯或其同系物 . 其中商为烃中的碳原子数。（此法运用于具有通式的烃）b)若烃的类别不确定： CxHy ，可用相对分子质量除以12 ，看商和余数。即 M/12==x…余，分子式为 CxHy

④ 方程式法： 利用燃烧的化学方程式或其他有关反应的化学方程式进行计算确定。⑤平均分子式法： 当烃为混合物时，可先求出平均分子式，然后利用平均值的含义确定各种可能混合烃的分子式。4. 结构式的确定：通过有机物的性质分析判断其结构