專題突破(一)　確定有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的方法拓展 教學(xué)設(shè)計(jì)

一、有機(jī)物分子中等效氫原子的判斷與應(yīng)用1．等效氫原子有機(jī)化合物中，處于相同化學(xué)環(huán)境中的氫原子，可認(rèn)為是“等效氫原子”。(1)同一個(gè)碳原子上的氫原子等效，如CH4中4個(gè)H等效。(2)同一個(gè)碳原子上所連接的甲基(—CH3)上的H等效，如新戊烷中12個(gè)H等效。(3)處于對(duì)稱位置上的氫原子是等效的，如CH3CH3中的6個(gè)氫原子等效，乙烯分子中的4個(gè)氫原子等效，苯分子中的6個(gè)氫原子等效。2．等效氫原子的應(yīng)用(1)一元取代物同分異構(gòu)體的種類數(shù)單官能團(tuán)有機(jī)物可看作烴分子中一個(gè)氫原子被其他原子或原子團(tuán)(官能團(tuán))取代的產(chǎn)物，即烴分子中等效氫原子有幾種，則該烴一元取代產(chǎn)物就有幾種同分異構(gòu)體。(2)二元取代物同分異構(gòu)體的種類數(shù)二元取代物可在一元取代物的基礎(chǔ)上繼續(xù)分析等效氫原子的種類，剔除重復(fù)結(jié)構(gòu)后，即為二元取代物的種類數(shù)?！镜漕}精析】試分析以下3種有機(jī)物分子中分別有幾種等效氫原子？(1)CH3C(CH3)2C(CH3)2CH3：________種；(2)：________種；(3)：________種。提示：(1)1(2)2(3)4針對(duì)練1.下列芳香烴苯環(huán)上的一氯代物只有一種的是()答案：D解析：的苯環(huán)上有3種氫原子，故其苯環(huán)上的一氯代物有3種；的苯環(huán)上有2種氫原子，故其苯環(huán)上的一氯代物有2種；的苯環(huán)上有3種氫原子，故其苯環(huán)上的一氯代物有3種；的苯環(huán)上只有1種氫原子，故其苯環(huán)上的一氯代物只有1種。針對(duì)練2.回答下列問題(不考慮立體異構(gòu))：(1)丙烷的二氯代物的同分異構(gòu)體有________種。(2)已知化合物B3N3H6(硼氮苯)與C6H6(苯)的分子結(jié)構(gòu)相似(如圖)，則硼氮苯的二氯代物的同分異構(gòu)體的數(shù)目為________種。(3)“立方烷”是人工合成的一種烴，其分子為正方體結(jié)構(gòu)，其碳骨架結(jié)構(gòu)如圖所示：立方烷的二氯代物有________種同分異構(gòu)體。答案：(1)4(2)4(3)3二、有機(jī)物分子式的確定1．單位物質(zhì)的量法根據(jù)有機(jī)物的摩爾質(zhì)量(或相對(duì)分子質(zhì)量)和有機(jī)物中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，推算出1mol有機(jī)物中各元素原子的物質(zhì)的量，從而確定分子中各原子的個(gè)數(shù)，最后確定有機(jī)物的分子式。2．化學(xué)方程式法CxHy＋(x＋eq\f(y,4))O2eq\o(→,\s\up7(點(diǎn)燃))xCO2＋eq\f(y,2)H2OCxHyOz＋(x＋eq\f(y,4)－eq\f(z,2))O2eq\o(→,\s\up7(點(diǎn)燃))xCO2＋eq\f(y,2)H2O3．商余法用烴(CxHy)的相對(duì)分子質(zhì)量除以12，看商和余數(shù)，即eq\f(Mr,12)＝x……y，則分子式為CxHy。在此基礎(chǔ)上，由一種烴的分子式求另一可能烴的分子式可采用增減法推斷，其規(guī)律如下：CxHyeq\o(?,\s\up7(減1個(gè)碳原子必增加12個(gè)氫原子),\s\do5(加1個(gè)碳原子必減少12個(gè)氫原子))Cx－1Hy＋12,(可能分子式)【典題精析】1．相對(duì)分子質(zhì)量為128的烴，其可能的分子式為________。提示：C10H8或C9H202．已知有機(jī)物的最簡(jiǎn)式，必須要知道其相對(duì)分子質(zhì)量才能確定其分子式嗎？提示：不一定。根據(jù)有些特殊的實(shí)驗(yàn)式，可直接確定分子式。碳?xì)湓觽€(gè)數(shù)符合CnH2n＋2的組成，或?qū)嶒?yàn)式中原子個(gè)數(shù)擴(kuò)大2倍后符合CnH2n＋2的組成關(guān)系，可直接確定分子式。如實(shí)驗(yàn)式為CH3O、C2H5O，則分子式為C2H6O2和C4H10O2。3．完全燃燒某液態(tài)烴10.25g，產(chǎn)生16.8LCO2(標(biāo)準(zhǔn)狀況)和11.25g水。此烴蒸氣對(duì)氫氣的相對(duì)密度為41。試用多種方法確定該烴的分子式。提示：方法一單位物質(zhì)的量法該烴的摩爾質(zhì)量M＝2g·mol-1×41＝82g·mol-1，即1mol該烴的質(zhì)量為82g。1mol該烴分子中，n(C)＝eq\f(16.8L,22.4L·mol-1)×eq\f(82g,10.25g)＝6mol，n(H)＝eq\f(11.25g,18g·mol-1)×eq\f(82g,10.25g)×2＝10mol，該烴的分子式為C6H10。方法二最簡(jiǎn)式法n(C)＝n(CO2)＝eq\f(16.8L,22.4L·mol-1)＝0.75mol，n(H)＝2n(H2O)＝eq\f(11.25g,18g·mol-1)×2＝1.25mol，所以n(C)∶n(H)＝0.75∶1.25＝3∶5，該烴的最簡(jiǎn)式為C3H5，設(shè)其分子式為(C3H5)n，則41n＝82，n＝2，所以該烴的分子式為C6H10。方法三商余法eq\f(82,12)＝6……10，則該烴的分子式為C6H10。方法四化學(xué)方程式法設(shè)該烴的分子式為CxHy，則CxHy＋(x＋eq\f(y,4))O2eq\o(→,\s\up7(點(diǎn)燃))xCO2＋eq\f(y,2)H2O12x＋y9y10.25g11.25geq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(\f(12x＋y,10.25)＝\f(9y,11.25),12x＋y＝82))解得x＝6，y＝10，所以該烴分子式為C6H10。針對(duì)練3.三聚氰胺最早被李比希于1834年合成，它有毒，不可用于食品加工或作食品添加劑。經(jīng)李比希法分析得知，三聚氰胺分子中，氮元素的含量高達(dá)66.67%，氫元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.76%，其余為碳元素。它的相對(duì)分子質(zhì)量大于100，但小于150。試回答下列問題：(1)分子中原子個(gè)數(shù)比N(C)∶N(H)∶N(N)＝________。(2)三聚氰胺的分子式為_________________________________________。答案：(1)1∶2∶2(2)C3H6N6解析：(1)N(C)∶N(H)∶N(N)＝eq\f(28.57%,12)∶eq\f(4.76%,1)∶eq\f(66.67%,14)≈1∶2∶2。(2)eq\f(100×28.57%,12)＜N(C)＜eq\f(150×28.57%,12)，即2.4＜N(C)＜3.6，又N(C)為正整數(shù)，所以N(C)＝3，因?yàn)镹(C)∶N(H)∶N(N)＝1∶2∶2，所以分子式為C3H6N6。三、有機(jī)物結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式的確定1．圖譜法紅外光譜、核磁共振氫譜分別獲取官能團(tuán)或化學(xué)鍵、氫原子種類等信息。2．價(jià)鍵規(guī)律法(1)不飽和度(Ω)：有機(jī)物分子與碳原子數(shù)相等的鏈狀烷烴(CnH2n＋2)比較，每減少2個(gè)氫原子，則有機(jī)物的不飽和度增加1。如：Ω＝1，—C≡C—：Ω＝2，：Ω＝1，：Ω＝1，苯環(huán)：Ω＝4。(2)可根據(jù)不飽和度，判斷可能含有的化學(xué)鍵或結(jié)構(gòu)。如：CH4O中的碳原子已飽和，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式只能是CH3OH；C4H8的Ω＝1，可能為烯烴或環(huán)烷烴。3．化學(xué)方法方法依據(jù)結(jié)論或?qū)嵗俣ㄐ詫?shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)中有機(jī)化合物表現(xiàn)出的性質(zhì)確定官能團(tuán)②定量實(shí)驗(yàn)確定有機(jī)化合物的官能團(tuán)如乙醇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式的確定確定官能團(tuán)的數(shù)目如1mol某醇與足量鈉反應(yīng)可得到1mol氫氣，則說明1個(gè)該醇分子中含2個(gè)—OH③進(jìn)行“組裝”確定根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的官能團(tuán)種類、數(shù)目，聯(lián)系價(jià)鍵規(guī)律等進(jìn)行“組裝”和“拼湊”確定有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式【典題精析】為了測(cè)定某僅含碳、氫、氧三種元素的有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)，同學(xué)們進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)。首先取該有機(jī)化合物樣品4.6g，在純氧中完全燃燒，將產(chǎn)物先后通過濃硫酸和堿石灰，兩者分別增重5.4g和8.8g；然后用質(zhì)譜儀測(cè)定其相對(duì)分子質(zhì)量，經(jīng)測(cè)定得到如圖1所示的質(zhì)譜圖；最后用核磁共振儀處理該有機(jī)物，得到如圖2所示的核磁共振氫譜圖。該有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為____________________________________________。提示：CH3OCH3。確定過程圖示如下：針對(duì)練4.某有機(jī)物A的紅外光譜如圖所示。則該有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式可能為()答案：C解析：從紅外光譜中可以看出該有機(jī)物分子中含有結(jié)合選項(xiàng)同時(shí)滿足以上結(jié)構(gòu)的物質(zhì)為；綜上所述，故選C。針對(duì)練5.已知某有機(jī)物X有如下性質(zhì)：①X不和Na2CO3反應(yīng)；②X的蒸氣相對(duì)于H2的相對(duì)密度為46.0；③取1.84gX與過量的金屬鈉完全反應(yīng)后，生成672mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)氣體；④一定質(zhì)量的X完全燃燒后，產(chǎn)生的氣體依次通過濃硫酸和堿石灰，二者的質(zhì)量分別增加36.0g和66.0g。則X的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為________________。答案：解析：由②可得X的相對(duì)分子質(zhì)量為46.0×2＝92.0。由①③中X的化學(xué)性質(zhì)可知X含有的官能團(tuán)為羥基。n(X)＝eq\f(m(X),M(X))＝eq\f(1.84g,92.0g·mol-1)＝0.02mol，n(H2)＝eq\f(V(H2),Vm)＝eq\f(672×10-3L,22.4L·mol-1)＝0.03mol，故1個(gè)X分子中含有3個(gè)—OH。由④得，一定質(zhì)量的X完全燃燒生成CO2的物質(zhì)的量為eq\f(66.0g,44g·mol-1)＝1.5mol，生成H2O的物質(zhì)的量為eq\f(36.0g,18g·mol-1)＝2mol，其中含有4mol氫原子。因此碳原子和氫原子的個(gè)數(shù)比為3∶8，由于X中H原子已經(jīng)達(dá)到飽和，所以該有機(jī)物中只能含有3個(gè)C、8個(gè)H，可設(shè)X的分子式為C3H8On。由X的相對(duì)分子質(zhì)量為92.0得n＝3，故X的分子式為C3H8O3，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為。針對(duì)練6.某芳香烴A的質(zhì)譜圖如圖所示：(1)A的名稱為________。(2)A的一氯代物共有________種。(3)A中最多有________個(gè)原子共平面。(4)9.2gA在足量O2中充分燃燒，混合氣體依次通過足量的濃硫酸和堿石灰，分別增重________g和________g。(5)A分子的核磁共振氫譜有________個(gè)峰，峰面積之比為________。答案：(1)甲苯(2)4(3)13(4)7.230.8(5)41∶2∶2∶3解析：(1)根據(jù)“芳香烴”知必含苯環(huán)，根據(jù)圖中最右側(cè)的分子離子峰的最大質(zhì)荷比為92，可