新教材高中化學(xué)專題1有機(jī)化學(xué)的發(fā)展及研究思路第2單元科學(xué)家怎樣研究有機(jī)物能力課時(shí)1有機(jī)化合物的分離與提純組成與結(jié)構(gòu)的研究教師用書蘇教版選擇性必修3

歡迎閱讀本文檔，希望本文檔能對您有所幫助！歡迎閱讀本文檔，希望本文檔能對您有所幫助！歡迎閱讀本文檔，希望本文檔能對您有所幫助！歡迎閱讀本文檔，希望本文檔能對您有所幫助！歡迎閱讀本文檔，希望本文檔能對您有所幫助！歡迎閱讀本文檔，希望本文檔能對您有所幫助！能力課時(shí)1有機(jī)化合物的分離與提純、組成與結(jié)構(gòu)的研究探究任務(wù)1．掌握物質(zhì)的分離與提純。2．掌握波譜分析法的應(yīng)用。3．掌握推測有機(jī)化合物的分子式和結(jié)構(gòu)的方法。物質(zhì)的分離與提純選擇分離、提純含雜質(zhì)的有機(jī)化合物的方法1．首先要熟記各種分離和提純方法的適用范圍。常見的分離和提純有機(jī)化合物的方法及適用范圍如表所示。方法適用范圍分液互不相溶、分層的兩種液體萃取同溫度下溶質(zhì)在兩種互不相溶的溶劑中的溶解度相差很大蒸餾液態(tài)有機(jī)化合物與雜質(zhì)的沸點(diǎn)相差較大(一般大于30℃)且熱穩(wěn)定性高重結(jié)晶固體混合物，被提純的有機(jī)物的溶解度受溫度影響較大，雜質(zhì)的溶解度要么很大，要么很小2．研究給定混合物的狀態(tài)、溶解性、熔沸點(diǎn)等的差異，選擇與以上適用范圍相匹配的方法。(2021·天津和平區(qū)質(zhì)檢)下列實(shí)驗(yàn)中，所采取的分離方法與對應(yīng)原理都正確的是()選項(xiàng)目的分離方法原理A分離溶于水中的碘乙醇萃取碘在乙醇中的溶解度較大B分離乙酸乙酯和乙醇分液乙酸乙酯和乙醇的密度不同C除去丁醇中的乙醚蒸餾丁醇與乙醚互溶且沸點(diǎn)相差較大D除去KNO3固體中混雜的NaCl重結(jié)晶NaCl在水中的溶解度受溫度影響大C[A．乙醇與水互溶，不能作萃取劑，應(yīng)選苯或四氯化碳分離出碘水中的碘，故A錯(cuò)誤；B．分離乙酸乙酯和乙醇不分層，不能分液，應(yīng)選蒸餾法分離，故B錯(cuò)誤；C．二者互溶，但沸點(diǎn)不同，則除去丁醇中的乙醚，故C正確；D．二者的溶解度受溫度影響不同，NaCl在水中的溶解度受溫度影響小，則選擇重結(jié)晶法分離，故D錯(cuò)誤。]1．(2021·隆回縣高二期末)下列實(shí)驗(yàn)操作中正確的是()A．用酒精萃取碘水中的碘B．用蒸發(fā)方法使NaCl從溶液中析出時(shí)，應(yīng)邊加熱邊攪拌直至溶液完全蒸干C．蒸餾操作時(shí)，應(yīng)使溫度計(jì)水銀球插入液態(tài)混合物中D．分液時(shí)，打開旋塞，使下層液體從下口流出，上層液體從上口倒出D[A．酒精與水互溶，不能選酒精作萃取劑，應(yīng)選苯或四氯化碳萃取碘水中的碘，故A錯(cuò)誤；B．蒸發(fā)結(jié)晶時(shí)，當(dāng)出現(xiàn)大量固體時(shí)，停止加熱，用余熱蒸干，不能直接加完全蒸干，故B錯(cuò)誤；C．蒸餾操作時(shí)，溫度計(jì)測定蒸氣的溫度，應(yīng)使溫度計(jì)水銀球插入蒸餾燒瓶的支管口處中，故C錯(cuò)誤；D．分液時(shí)，下層液體流出，上層液體從上口倒出，以防止液體重新混合而污染，故D正確。]2．(2021·遼陽期末)除去下列物質(zhì)中所含的少量雜質(zhì)(括號(hào)內(nèi)為雜質(zhì))，所選用的試劑和分離方法能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡氖?)選項(xiàng)混合物試劑分離方法A溴苯(溴)NaOH溶液分液B乙醇(水)CaO過濾C甲烷(乙烯)酸性高錳酸鉀溶液洗氣D乙酸乙酯(乙酸)NaOH溶液分液A[A．溴苯難溶于水，溴單質(zhì)與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成水溶液，會(huì)分層，然后分液，故A正確；B．CaO與水反應(yīng)后，增大與乙醇的沸點(diǎn)差異，然后蒸餾可分離，故B錯(cuò)誤；C．高錳酸鉀溶液能把乙烯氧化為二氧化碳，會(huì)引入新的雜質(zhì)，故C錯(cuò)誤；D．乙酸乙酯能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，應(yīng)該用飽和碳酸鈉溶液，然后分液，故D錯(cuò)誤。]波譜分析法的應(yīng)用不同譜圖中獲取的解題關(guān)鍵信息1．核磁共振譜圖中，峰的組數(shù)即氫原子的種數(shù)，而峰的面積之比為各類氫原子個(gè)數(shù)之比，注意不能確定不同化學(xué)環(huán)境的氫原子的具體數(shù)目。2．不同的化學(xué)鍵或官能團(tuán)的吸收頻率不同，在紅外光譜圖中吸收峰將處于不同的位置。因此，可以根據(jù)紅外光譜圖推知有機(jī)物中含有哪些化學(xué)鍵或官能團(tuán)，從而確定有機(jī)物的結(jié)構(gòu)。3．質(zhì)譜圖中，質(zhì)荷比的最大值即為有機(jī)物的相對分子質(zhì)量。未知物A的實(shí)驗(yàn)式和分子式都是C2H6O。A的紅外光譜圖如圖(a)，未知物A的1H核磁共振譜有三個(gè)峰如圖(b)，峰面積之比是1∶2∶3，未知物A的結(jié)構(gòu)簡式為()(a)未知物A的紅外光譜(b)未知物A的1H核磁共振譜A．CH3CH2OH B．CH3OCH3C．CH3COOH D．CH3CHOA[據(jù)題意知：有三種峰，說明氫原子有三種情況，峰面積之比是1∶2∶3，說明這三種等效氫的個(gè)數(shù)之比為1∶2∶3，分子式為：C2H6O，故結(jié)構(gòu)簡式為CH3－CH2－OH。]1．對叔丁基苯酚工業(yè)用途廣泛，可用于生產(chǎn)油溶性酚醛樹脂、穩(wěn)定劑和香料等，它的一種標(biāo)準(zhǔn)譜圖如下，該譜圖屬于()A．1H核磁共振譜圖 B．紅外光譜圖C．質(zhì)譜圖 D．色譜B[根據(jù)譜圖的特征可知該譜圖是紅外光譜圖。]2．下列四幅譜圖是結(jié)構(gòu)簡式為CH3CH2OH、CH3OCH3、CH3CH2CH2OH和的1H核磁共振譜圖，其中屬于CH3CH2CH2OH的譜圖是()ABCDA[CH3CH2CH2OH分子中有4種不同化學(xué)環(huán)境的氫原子，在其1H核磁共振譜中應(yīng)有4個(gè)吸收峰。]推測有機(jī)化合物的分子式和結(jié)構(gòu)由分子式確定有機(jī)物結(jié)構(gòu)簡式的方法1．由分子式確定有機(jī)物結(jié)構(gòu)簡式的一般步驟2．由分子式確定有機(jī)物結(jié)構(gòu)簡式的技巧(1)根據(jù)價(jià)鍵規(guī)律確定根據(jù)價(jià)鍵規(guī)律可以判斷出某有機(jī)物只存在一種結(jié)構(gòu)，則可直接根據(jù)分子式確定其結(jié)構(gòu)簡式。如C2H6的結(jié)構(gòu)簡式只能是CH3CH3；CH4O的結(jié)構(gòu)簡式只能是CH3OH。(2)通過化學(xué)方法確定①進(jìn)行定性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)中有機(jī)物表現(xiàn)出的性質(zhì)→官能團(tuán)。②進(jìn)行定量實(shí)驗(yàn)通過定量實(shí)驗(yàn)確定官能團(tuán)的數(shù)目，如測得1mol某醇與足量鈉反應(yīng)可得到1mol氣體，則可說明1mol醇分子中含2mol—OH。③進(jìn)行“組裝”確定根據(jù)實(shí)驗(yàn)測得的官能團(tuán)種類、數(shù)目，結(jié)合價(jià)鍵規(guī)律等進(jìn)行“組裝”和“拼湊”來確定有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡式。(3)通過物理方法確定用紅外光譜、核磁共振譜確定有機(jī)物中的化學(xué)鍵或官能團(tuán)及氫原子的種類和相對數(shù)目，進(jìn)而確定其結(jié)構(gòu)簡式。(2021·海安市高二檢測)某研究性學(xué)習(xí)小組為確定某蠟狀有機(jī)物A的結(jié)構(gòu)，他們擬用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的手段與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合的方法進(jìn)行探究。請你參與探究過程：Ⅰ．實(shí)驗(yàn)式的確定(1)取樣品A進(jìn)行燃燒法測定。發(fā)現(xiàn)燃燒后只生成CO2和H2O，某次燃燒后，經(jīng)換算得到了0.125molCO2和2.7gH2O。據(jù)此得出的結(jié)論是________；(2)另一實(shí)驗(yàn)中，取3.4g蠟狀A(yù)在3.36L(標(biāo)準(zhǔn)狀況下，下同)氧氣中完全燃燒，兩者均恰好完全反應(yīng)，生成2.8LCO2和液態(tài)水。通過計(jì)算確定A的實(shí)驗(yàn)式為________；Ⅱ．結(jié)構(gòu)式確定(經(jīng)測定A的相對分子質(zhì)量不超過140)(3)取少量樣品熔化，加入鈉有氫氣放出，說明A分子中含有________基；(4)進(jìn)行核磁共振，發(fā)現(xiàn)只有兩個(gè)特征峰，且面積比為8∶4，再做紅外光譜，發(fā)現(xiàn)與乙醇一樣透過率在同一處波數(shù)被吸收。圖譜如下：則A的結(jié)構(gòu)簡式為________；[解析](1)n(H2O)＝eq\f(2.7g,18g/mol)＝0.15mol，N(C)∶N(H)＝n(CO2)∶n(H2O)×2＝0.125mol∶0.15mol×2＝5∶12，A中可能含有O，分子中n(C)∶n(H)＝5∶12，分子式為C5H12Oz(z＝0，1，2，…)。(2)n(CO2)＝eq\f(2.8L,22.4L/mol)＝0.125mol，與(1)中產(chǎn)生的CO2等量，則產(chǎn)生的水n(H2O)＝0.15mol，n(O)＝eq\f(3.4g－0.125mol×12g/mol－0.15mol×2×1g/mol,16g/mol)＝0.1mol，N(C)∶N(H)∶N(O)＝0.125mol∶0.15mol×2∶0.1mol＝5∶12∶4，則A的實(shí)驗(yàn)式為C5H12O4。(3)取少量樣品熔化，加入鈉有氫氣放出，說明含有羥基。(4)進(jìn)行核磁共振發(fā)現(xiàn)只有兩個(gè)特征峰，且面積比為8∶4，說明含有2種不同化學(xué)環(huán)境的H原子，兩種類型的H原子數(shù)目分別為8、4，由紅外光譜圖可知，分子中含有O—H、C—O、C—H基團(tuán)，該有機(jī)物結(jié)構(gòu)簡式為C(CH2OH)4。[答案](1)分子中n(C)∶n(H)＝5∶12，分子式為C5H12Oz(z＝0，1，2…)(2)C5H12O4(3)羥(4)C(CH2OH)4(2021·玉田縣高二期末)有機(jī)物X是一種重要的有機(jī)合成中間體，用于制造塑料、涂料和粘合劑等高聚物．為研究X的組成與結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：(1)有機(jī)物X的質(zhì)譜圖為(1)有機(jī)物X的相對分子質(zhì)量是__________。(2)將10.0gX在足量O2中充分燃燒，并使其產(chǎn)物依次通過足量的無水CaCl2和KOH濃溶液，發(fā)現(xiàn)無水CaCl2增重7.2g，KOH濃溶液增重22.0g。(2)有機(jī)物X的分子式是________________。(3)經(jīng)紅外光譜測定，有機(jī)物X中含有醛基；有機(jī)物X的1H核磁共振譜圖上有2個(gè)吸收峰，峰面積之比是3∶1。(3)有機(jī)物X的結(jié)構(gòu)簡式是______________。[解析](1)質(zhì)譜圖中質(zhì)荷比最大數(shù)值即為相對分子質(zhì)量，由質(zhì)譜圖可知有機(jī)物X的相對分子質(zhì)量是100。(2)10.0gX中氫元素的物質(zhì)的量＝eq\f(7.2g,18g/mol)×2＝0.8mol，KOH濃溶液增重22.0g是二氧化碳的質(zhì)量，根據(jù)碳原子守恒知，碳元素的物質(zhì)的量＝eq\f(22.0g,44g/mol)＝0.5mol，剩余部分是氧元素，氧元素的質(zhì)量為10.0g－0.8×1g－0.5×12g＝3.2g，則氧元素的物質(zhì)的量為eq\f(3.2g,16g/mol)＝0.2mol，則該分子中碳、氫、氧元素的個(gè)數(shù)之比0.5mol∶0.8mol∶0.2mol＝5∶8∶2，則有機(jī)物X的分子式是C5H8O2。(3)有機(jī)物X中含有醛基，有機(jī)物X的1H核磁共振譜圖上有2個(gè)吸收峰，則分子中含有2種不同化學(xué)環(huán)境的氫原子，則其結(jié)構(gòu)簡式為(CH3)2C(CHO)2。[答案](1)100(2)C5H8O2(3)(CH3)2C(CHO)220世紀(jì)70年代初，我國屠呦呦等科學(xué)家使用乙醚從中藥中提取并用柱色譜分離得到抗瘧有效成分青蒿素，隨后展開了對青蒿素分子結(jié)構(gòu)的測定和相關(guān)醫(yī)學(xué)研究。中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所和中國中醫(yī)研究院中藥研究所等單位的科學(xué)家們通過元素分析和質(zhì)譜法分析，確定了青蒿素的相對分子質(zhì)量和分子式。經(jīng)紅外光譜和核磁共振譜分析，確定青蒿素分子結(jié)構(gòu)中含有酯基和甲基等結(jié)構(gòu)片段。通過化學(xué)反應(yīng)證明其分子中含有過氧基團(tuán)(—O—O—)。1975年底，中國科學(xué)院生物物理研究所的科學(xué)家通過X射線衍射最終測定了青蒿素的分子結(jié)構(gòu)。1．研究青蒿素結(jié)構(gòu)的基本步驟是怎樣的？[提示]分離、提純物質(zhì)后根據(jù)元素定量分析確定實(shí)驗(yàn)式、再測定相對分子質(zhì)量確定分子式，最后通過波譜分析確定結(jié)構(gòu)式，基本步驟為：分離、提純→元素分析確定實(shí)驗(yàn)式→測定相對分子質(zhì)量確定分子式→波譜分析確定結(jié)構(gòu)式。2．測定青蒿素的分子式(1)將一定質(zhì)量的青蒿素置于氧氣流中充分燃燒，實(shí)驗(yàn)測得：生成198gH2O和660gCO2，消耗氧氣403.2L(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)，則該物質(zhì)中各元素的原子個(gè)數(shù)比是？[提示]15∶22∶5。(2)質(zhì)譜儀測定該有機(jī)化合物的最大質(zhì)荷比為282，則該物質(zhì)的分子式是？[提示]C15H22O5。3．測定青蒿素的結(jié)構(gòu)1H核磁共振譜能對有機(jī)物分子中不同位置的氫原子給出不同的峰值(信號(hào))，根據(jù)峰值(信號(hào))可以確定分子中氫原子的種類和數(shù)目。例如：甲基氯甲基醚(Cl—CH2—O—CH3)有兩種不同化學(xué)環(huán)境的氫原子。經(jīng)測定，青蒿素中有12種不同位置的氫原子，則下列兩種結(jié)構(gòu)簡式中哪一種是青蒿素的結(jié)構(gòu)簡式？AB[提示]A中有12種不同位置的氫原子，B中有14種不同位置的氫原子。通過本情境素材中有機(jī)化合物A的分子式和結(jié)構(gòu)式的確定步驟，建立觀點(diǎn)、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系，形成分析有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)的思維模型，提升了學(xué)生證據(jù)推理與模型認(rèn)知的化學(xué)核心素養(yǎng)。1．(2021·海淀區(qū)高二檢測)乙酰苯胺是一種具有解熱鎮(zhèn)痛作用的白色晶體，20℃時(shí)在乙醇中的溶解度為36.9g，在水中的溶解度如表：某種乙酰苯胺試樣中混入了少量氯化鈉雜質(zhì)(氯化鈉可分散在乙醇中形成膠體)，下列提純乙酰苯胺的方法正確的是()溫度/℃258010050溶解度/g0.521.254.56.5A．用水溶解后分液B．用乙醇溶解后過濾C．用水作溶劑進(jìn)行重結(jié)晶D．用乙醇作溶劑進(jìn)行重結(jié)晶D[A．溶解度介于0.01～1g，為微溶物質(zhì)，25℃乙酰苯胺在水中的溶解度為0.52g，故20℃乙酰苯胺在水中的溶解度＜0.52g，故乙酰苯胺為微溶物質(zhì)，故其分離方法為水溶解后過濾，故A錯(cuò)誤；B．過濾分離固液不相溶的物質(zhì)，20℃時(shí)乙酰苯胺在乙醇中的溶解度為36.9g，故為易溶物質(zhì)，不能用乙醇溶解后過濾，故B錯(cuò)誤；C．20℃乙酰苯胺在水中的溶解度＜0.52g，故不能用水作溶劑進(jìn)行重結(jié)晶來提純乙酰苯胺，故C錯(cuò)誤；D．20℃時(shí)乙酰苯胺在乙醇中的溶解度為36.9g，故用乙醇作溶劑進(jìn)行重結(jié)晶來提純乙酰苯胺，故D正確。]2．某有機(jī)化合物在相同狀況下對氫氣的相對密度為45。取該有機(jī)物樣品3.6g在純氧中充分燃燒得到2種產(chǎn)物，將產(chǎn)物先后通過過量濃硫酸和堿石灰，兩者分別增重2.16g和5.28g，則該有機(jī)物的分子式為()A．CH2O B．C3H6O3C．C3H6O2 D．C3H8O3B[已知m(H)＝eq\f(2.16g,18g·mol－1)×2×1g·mol－1＝0.24g，m(C)＝eq\f(5.28g,44g·mol－1)×12g·mol－1＝1.44g，則m(O)＝3.6g－0.24g－1.44g＝1.92g，故N(C)∶N(H)∶N(O)＝eq\f(1.44g,12g·mol－1)∶eq\f(0.24g,1g·mol－1)∶eq\f(1.92g,16g·mol－1)＝1∶2∶1，所以該有機(jī)物的實(shí)驗(yàn)式為CH2O。根據(jù)相對密度可求出該有機(jī)物的相對分子質(zhì)量Mr＝45×2＝90，可設(shè)其分子式為(CH2O)n，則有30n＝90，解得：n＝3，故分子式為C3H6O3。]3．有機(jī)物A只含有C、H、O三種元素，常用作有機(jī)物合成的中間體。8.4g該有機(jī)物經(jīng)充分燃燒生成22.0gCO2和7.2gH2O；質(zhì)譜圖表明其相對分子質(zhì)量為84，紅外光譜分析表明A分子中只有O—H和位于分子端的C≡C鍵，1H核磁共振譜有三個(gè)峰，峰面積之比為6∶1∶1。(1)A的化學(xué)式為________。(2)A的結(jié)構(gòu)簡式為________。[解析]m(C)＋m(H)＝eq\f(22.0g,44g·mol－1)×12g·mol－1＋eq\f(7.2g,18g·mol－1)×2g·mol－1＝6.8g，則m(O)＝8.4g－6.8g＝1.6g，N(C)∶N(H)∶N(O)＝5∶8∶1，則實(shí)驗(yàn)式為C5H8O，其分子式為(C5H8O)n。由其相對分子質(zhì)量為84，得n＝1，該有機(jī)物的分子式為C5H8O，結(jié)合紅外光譜圖知含有—OH和位于分子端的—C≡C—，1H核磁共振譜有三個(gè)峰，峰面積之比為6∶1∶1，得A的結(jié)構(gòu)簡式為。4．(素養(yǎng)題)(2021·徐州高二檢測)己二酸主要用于生產(chǎn)尼龍66鹽、合成樹脂及增塑劑等。己二酸的合成路線如下：NaOOC(CH2)4COONaeq\o(→,\s\up8(H＋))HOOC(CH2)4COOH。制備己二酸的裝置示意圖如圖所示(加熱和夾持裝置等略)。實(shí)驗(yàn)步驟：Ⅰ．己二酸的制備連裝好裝置后，通過瓶口b慢慢滴加1.5g環(huán)己醇至適量KMnO4和NaOH的混合溶液中，然后塞上帶有溫度計(jì)的膠塞，再用沸水浴加熱數(shù)分鐘。Ⅱ．分離提純趁熱過濾，收集濾液，用少量熱水