確定有機(jī)物的實驗式、分子式、分子結(jié)構(gòu) 【知識精講+備課精研+高效課堂】 高二化學(xué) （新教材人教版選擇性必修3）

第一章有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)特點與研究方法第二節(jié)研究有機(jī)化合物的一般方法第二課時第二節(jié)研究有機(jī)化合物的一般方法分離、提純確定實驗式確定分子式確定分子結(jié)構(gòu)蒸餾、萃取、重結(jié)晶等元素定量分析質(zhì)譜法波譜分析：質(zhì)譜、紅外光譜、核磁共振氫譜、X射線衍射等研究有機(jī)化合物的基本步驟：一、確定實驗式測定有機(jī)化合物的元素組成，以及各元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的化學(xué)方法元素的定性分析元素的定量分析然后計算出該有機(jī)化合物分子內(nèi)各元素原子的最簡整數(shù)比，確定實驗式（最簡式）通過無機(jī)化合物的質(zhì)量推算出該有機(jī)化合物所含各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)將一定量的有機(jī)化合物燃燒，轉(zhuǎn)化為簡單的無機(jī)化合物，并進(jìn)行定量測定一、確定實驗式有機(jī)化合物的元素定量分析最早由德國化學(xué)家李比希提出。（J·vonLiebig，1803—1873）李比希元素分析儀李比希元素分析儀李比希元素分析儀李比希元素分析儀李比希元素分析儀一、確定實驗式李比希元素分析法取一定量僅含C、H、O的有機(jī)物加CuO氧化CO2H2O測得前后的質(zhì)量差用無水CaCl2吸收用KOH濃溶液吸收計算C、H原子質(zhì)量分?jǐn)?shù)剩余得為O原子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)測得前后的質(zhì)量差一、確定實驗式【例1】含C、H、O三元素的未知物A，經(jīng)燃燒分析實驗測定該未知物中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52.2%，氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.1%。試求該未知物A的實驗式。

（2）計算該有機(jī)化合物分子內(nèi)各元素原子的個數(shù)比：【解】（1）計算該有機(jī)化合物中氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：ω(O)＝100%－52.2%－13.1%＝34.7%N(C)：N(H)：N(O)＝52.2%12.0113.1%1.00834.7%16.00：：＝2：6：1【答】該未知物A的實驗式為C2H6O。一、確定實驗式

李比希還建立了含氮、硫、鹵素等有機(jī)化合物的元素定量分析方法，這些方法為現(xiàn)代元素定量分析奠定了基礎(chǔ)?，F(xiàn)在，元素定量分析使用現(xiàn)代化的元素分析儀分析的精確度和分析速度都達(dá)到了很高的水平?，F(xiàn)代化的元素分析儀二、確定分子式元素定量分析實驗式各組成原子的最簡整數(shù)比分子式其中最精確、快捷的方法相對分子質(zhì)量質(zhì)譜法質(zhì)譜儀二、確定分子式質(zhì)譜法

待測樣品帶正電荷的分子離子和碎片離子等高能電子流等轟擊有機(jī)分子失去電子這些離子因質(zhì)量、電荷不同，在電場和磁場中運動行為不同得到它們相對質(zhì)量與電荷數(shù)比值（質(zhì)荷比）計算機(jī)分析以質(zhì)荷比為橫坐標(biāo)，以各類離子相對豐度為縱坐標(biāo)質(zhì)譜圖二、確定分子式質(zhì)譜圖中質(zhì)荷比的最大值就是樣品分子的相對分子量。

未知物A的實驗式為C2H6O，其質(zhì)譜圖中最右側(cè)的分子離子峰（CH3CH2OH的信號）的質(zhì)荷比數(shù)值為46，因此A的相對分子質(zhì)量為46，由此可以推算出A的分子式也是C2H6O。二、確定分子式符合分子式為C2H6O的可能的結(jié)構(gòu)有以下兩種：質(zhì)譜圖中的碎片峰對我們確定有機(jī)化合物的分子結(jié)構(gòu)有一定幫助，但未知物A究竟是二甲醚還是乙醇？這還需要我們根據(jù)其他證據(jù)作出進(jìn)一步推斷。H—C—O—C—HH二甲醚HHHH—C—C—O—HH乙醇HHH一、確定分子結(jié)構(gòu)1.紅外光譜

應(yīng)用：可獲得分子中所含有的化學(xué)鍵或官能團(tuán)的信息。原理：有機(jī)化合物受到紅外線照射時，能吸收與它的某些化學(xué)鍵或官能團(tuán)的振動頻率相同的紅外線，通過紅外光譜儀的記錄形成該有機(jī)化合物的紅外光譜圖。一、確定分子結(jié)構(gòu)

從圖中可以找到C—O、C—H和O—H的吸收峰，因此，可以初步推測該未知物A是含有羥基官能團(tuán)的化合物，結(jié)構(gòu)可表示為C2H5OH。未知物A（化學(xué)式為C2H6O）的紅外光譜圖一、確定分子結(jié)構(gòu)2.核磁共振氫譜

具有不同的化學(xué)位移（用δ表示），而且吸收峰的面積與氫原子數(shù)成正比氫原子核具有磁性電磁波照射含氫元素的化合物氫核會吸收特定頻率電磁波的能量產(chǎn)生核磁共振現(xiàn)象用核磁共振儀可以記錄有關(guān)信號處于不同化學(xué)環(huán)境中的氫原子因產(chǎn)生共振時吸收電磁波的頻率不同相應(yīng)的信號在譜圖中出現(xiàn)的位置也不同有幾種不同類型的氫原子及它們的相對數(shù)目等信息吸收峰數(shù)目＝

，吸收峰面積比＝

。氫原子數(shù)之比氫原子類型種類一、確定分子結(jié)構(gòu)2.核磁共振氫譜

測定有機(jī)物分子中氫原子的類型和它們的相對數(shù)目一、確定分子結(jié)構(gòu)未知物A的核磁共振氫譜二甲醚的核磁共振氫譜由未知物A（分子式為C2H6O

）的核磁共振氫譜圖，可以判斷A的分子中有3中處于不同化學(xué)環(huán)境的氫原子，個數(shù)比為3:2:1。CH3OCH3（二甲醚）分子中的6個氫原子的化學(xué)環(huán)境相同，對應(yīng)的核磁共振氫譜圖中只有一個峰未知物A的結(jié)構(gòu)簡式應(yīng)該是CH3CH2OH，而不是CH3OCH3一、確定分子結(jié)構(gòu)3.X射線衍射

X射線是一種波長很短（約10－10m）的電磁波，它和晶體中的原子相互作用可以產(chǎn)生衍射譜圖。原理：一、確定分子結(jié)構(gòu)3.X射線衍射

經(jīng)過計算可以從中獲得分子結(jié)構(gòu)的有關(guān)數(shù)據(jù)，包括鍵長、鍵角等分子結(jié)構(gòu)信息。將X射線衍射技術(shù)用于有機(jī)化合物（特別是復(fù)雜的生物大分子）晶體結(jié)構(gòu)的測定，可以獲得更