高考化学总复习 智能考点 归类总结教材精讲典型例题跟踪训练有机化合物结构的测定

高考化学总复习 智能考点 归类总结教材精讲典型例题跟踪训练有机化合物结构的测定

智能考点 有机化合物结构的测定 Ⅰ.课标要求 ‎1．通过对典型实例的分析，初步了解测定有机化合物的元素含量、相对分子质量的一般方法，并能根据其确定有机化合物的分子式。‎ ‎2．知道常见有机化合物的结构，了解有机物分子中的官能团，能正确地表示它们的结构。‎ ‎3．知道通过化学实验和某些物理方法可以确定有机化合物结构的。‎ Ⅱ.考纲要求 ‎1．能根据有机化合物的元素含量、相对分子质量确定有机化合物的分子式。‎ ‎2．了解常见有机化合物的结构。了解有机物分子中的官能团，能正确地表示它们的结构。‎ ‎3．了解确定有机化合物结构的化学方法和某些物理方法。‎ Ⅲ.教材精讲 一、有机化合物分子式的确定 ‎1．确定有机化合物的元素组成 吸水剂、碱 O2‎ KOH CuO、CO2‎ 组成有机物常见的元素种类有C、H、O、N、X等，各元素的质量分数通常借助有机物的可燃性等化学性质进行定量测定，得知C、H、N、X等元素的质量分数后，其总和若小于100%，其差值一般就是氧元素的质量分数。‎ ‎（1）有机物中的C、H：有机物样品 H2O、CO2 碳酸盐 ，测定吸水剂和碱的质量可分别计算出有机物中C、H的质量分数。 ‎ ‎（2）有机物中的N：有机物样品 N2、H2O、CO2 N2 ，测定剩余气体的体积可计算出有机物中N的质量分数。‎ HNO3、AgNO3‎ NaOH溶液 ‎（3）有机物中的X：有机物样品 X- AgX, 测定AgX的质量可分别计算出有机物中X的质量分数。 ‎ ‎2．确定有机化合物的分子式 ‎（1）实验式法：各元素的质量分数 求各元素的原子个数之比（实验式） ‎ 相对分子质量 求分子式。 ‎ ‎（2）物质的量关系法：由密度或其他条件 求摩尔质量 求1mol分子中所含各元素原子的物质的量 求分子式。 ‎ ‎（3）方程式法：利用有机物燃烧的方程式CxHy+(x+)O2 ¾® xCO2+H2O和 CxHyOz+(x+)O2 ¾®xCO2+H2O，通过计算，求出x、y、z，求出分子式。在计算过程中，抓住以下关键：①气体的体积变化；②气体的压强变化；③气体的密度变化；④‎ 混合气体的平均相对分子质量等，结合适当的方法，如平均值法、十字交叉法、讨论法等。‎ ‎（4）余数法：利用烃发相对分子质量除以12，得到的商数x和余数y，即是分子式CxHy。‎ 二、有机物分子式确定的途径 ‎1、C、H元素的质量 ‎2、C、H元素的质量比 ‎3、C、H元素的质量分数 ‎4、燃烧产物的物质的量或体积或质量 ‎1、M=22.4ρ（STP下）‎ ‎2、M=DMr（相对密度）‎ ‎3、M=M1×a1%+ M2×a2%‎ ‎1mol分子中所含各元素原子的物质的量 相对分子质量 最简式 分子式 有机物燃烧的方程式计算讨论 三、有机物结构式的确定 已知有机物的分子式，判定分子的不饱和度及根据有机物的特殊性质，确定分子中所含有的官能团及其所处的位置。‎ 计算不饱和度 有机物分子式 化学性质或仪器分析图谱 推测化学键类型 判断官能团的种类及所处位置 确定的有机物结构式 Ⅳ.典型例题 例1.在通常情况下，某气态烃与氧气的混和气体的总体积为nL，电火花引燃充分燃烧后，将混和气体通过浓硫酸，恢复到原来温度和压强时，气体体积减少到nL，则该烃可能是 ‎ A.甲烷 B.乙烯 C.丙烷 D.丁炔 ‎[解析]：“充分燃烧”不能排除氧气过量这种情况，设该烃的分子式为CxHy，其与氧气的反应式如下： CxHy +(x+)O2¾®xCO2+H2O ‎ 设氧气过量的值为D(D³0)，由题意，= ，得：‎ ‎3x = 4+y-3D，讨论，①x=1，y³-1，CH4符合 ‎ ②x=2，y³2，C2H‎2 C2H‎4 C2H6符合 ‎ ③x=3，y³5，C3H‎6 C3H8符合 ‎ ④x=4，y³8，C4H‎8 C4H10符合 ‎ 答案选D。‎ 例2.某液态有机物，在1.01×105Pa大气压、‎170℃‎的条件下全部气化，占有体积57.9ml，在混入231.6 ml纯氧气点燃后，恰好使它完全燃烧，生成等体积的CO2和H2O(气)，当恢复到反应前状态时，燃烧后混和气体密度比原混和气体减小，计算该有机物的分子式。并指出：当要确定该有机物的结构简式时，还要利用什么实验?‎ ‎[解析]：，这说明5体积混和气体恰好完全反应后，将生成6体积气态产物（密度比原混和气体减小），设该有机物为CxHyOz，可写出如下的反应：‎ ‎ CxHyOz+(x+)O2¾®xCO2+H2O ‎ x=[生成等体积的CO2和H2O(气)]-------------①‎ ‎ x+=6(密度比原混和气体减小)---------------②‎ ‎ x+=4(当有机物为1体积时，氧气为4体积)------③‎ ‎ 解得：x=3 y=6 z=1‎ 至此，只能认定它的分子式为C3H6O，不能确认它的结构;如果要得知它的结构，可以将由银氨溶液(或新制氢氧化铜)反应，如能出现银镜(或红色)，则说明它是丙醛，否则它是丙酮。‎ 例3. A、B都是芳香族化合物，1摩尔A水解得到1摩尔B和1摩尔醋酸。A、B的分子量都不超过200，完全燃烧都只生成CO2和H2O，且B分子中碳和氢元素总的质量百分含量为65.2%(即质量分数为0.652)。A的溶液具有酸性，不能使FeCl3溶液显色。‎ ‎(1)A、B的分子量之差为 。‎ ‎(2)1个B分子中应该有 。‎ ‎(3)A的分子式是 。‎ ‎ (4)B可能的三种结构简式是 、 、 。‎ ‎[解析] A+H2O ® CH3COOH+B，设MA、MB分别为A、B的分子量，MA+18=60+MB，MA-MB=42，所以A、B分子量之差为42，B分子量不超过200-42=158，A显酸性，不能使FeCl3溶液显色，说明有羧基，因此B也有羧基，且有从A(醋酸酯)水解产生的羟基，推测B可能有3个氧原子，理由是：A呈酸性，分子中应该有羧基，这个羧基被转移到B分子中来，其中就含有两个氧原子，再说A水解成醋酸和醇B，B中还应该有一个羟基，也含一个氧原子。由题意B可能的分子量MB==138<158合理（如果氧原子的个数超过3，则B分子量不再符合），由分子量为138且含有羧基和羟基，推得B为羟基苯甲酸。‎ 答案：（1）42 （2）3 （3）C9H8O4‎ ‎（4）‎ 例4．质子核磁共振谱（PMR）是研究有机结构的有力手段之一，在所有研究的化合物中，每一结构中的等性氢原子在PMR中都给出了相应的峰值（信号）。谱中峰的强度与结构中的等性H原子个数成正比。例如乙醛的结构为CH3-CHO，在PMR中有两个信号，其强度之比为3：1。‎ ‎—OH HO—‎ ‎（1）结构简式为 的有机物，在PMR谱中观察峰给出的强度之比为 。‎ ‎（2）某含氧有机物，它的相对分子质量为46.0，碳的质量分数为52.2%，氢的质量分数为13.0%，PMR谱中只有一个信号。请写出其结构简式 。‎ ‎（3）实践中可根据PMR谱中观察到H原子给出的峰值情况，确定有机物的结构。如分子式为C3H6O2的链状有机物，有PMR谱上给出的稳定强度仅有四种，它们分别是①3：3，②3：2：1，③3：1：1：1，④1：2：2：1，请分别写出其对应的结构简式：‎ ‎① ② ‎ ‎③ ④ ‎ ‎—OH HO—‎ ‎1‎ ‎4‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎5‎ ‎[解析] （1）由CH3-CHO在PMR中有两个信号峰，其强度之比为3：1，可知在CH3-CHO中H原子有两种情况，甲基上H与醛基上的H；而强度之比为3：1是H原子个数比3：1。对于有机物 ，其结构是以中间虚线对称，有5种H原子，而每种H 原子个数都是2个，因此，在PMR谱中有5个信号峰，其强度之比为2：2：2：2：2或1：1：1：1：1。‎ ‎（2）由该有机物的相对分子质量和元素质量分数可计算得其分子式为C2H6O，在PMR谱中只有1个信号峰，即只有1种H原子，其结构只能是有2个甲基，所以其结构简式为CH3OCH3。‎ ‎（3）根据分子的组成和PMR谱中信号峰之比。①分子中2种不同氢原子，有2个甲基，其结构简式为CH3COOCH3。②分子中3种不同氢原子，其结构简式为CH3CH2COOH。③分子中4种不同氢原子，有1个甲基，其它三个氢为只含一个氢原子的基团，其结构简式为CH3CH(OH)CHO。④分子中4种不同氢原子，没有甲基，有2个CH2结构，其结构简式为HOCH2CH2CHO。‎ ‎ [点评]本题以核磁共振谱（PMR）‎ 的形式，考查了同分异构体的知识，形式新颖，思维独特，结合了现代科技，其要点是根据几种信号峰即有几种不同位置的氢原子，这样把问题转化为我们所学习过的问题来解答。‎ Ⅴ.跟踪训练 一、选择题（下列各题只有一个答案合理符合题意）‎ ‎1．右图是某有机物分子的比例模型，有关该物质的推断不正确的是　‎ A．分子中可能含有羟基 B．分子中可能含有羧基 C．分子中可能含有氨基 D．该物质的化学式可能为C3H6O3　‎ ‎2．某有机化合物经过红外线光谱分析, 在光谱中只出现一个甲基峰, 一个羰基峰, 一个羟基峰, 则该有机物可能是 A．甲酸甲酯 B．2-羟基丙醛 C．乙酸 D．羟基丙酮(CH3COCH2OH)‎ ‎3．分子式C4H8O2的有机物与硫酸溶液共热可得有机物A和B。将A氧化最终可得C，且B和C为同系物。若C可发生银镜反应，则原有机物的结构简式为 A．HCOOCH2CH2CH3 　　　　　 B．CH3COOCH2CH3 ‎ C．CH3CH2COOCH3 　　　　　　 D．HCOOCH(CH3)2‎ ‎4．某有机物在密闭容器中充分燃烧，只生成二氧化碳和水，且反应前后压强不变(都在高于‎100℃‎的条件下测定)，则下列物质中不可能的是 A.乙烯 B.丙烯 C.丙炔 D.甲醛 ‎5．1924年，我国药物学家陈克恢检验了麻黄素有平喘作用，于是从中药麻黄中提取麻黄素作为平喘药一度风靡世界，若将‎10g麻黄素完全燃烧，可得CO‎226.67g，H2O‎8.18g，同时测得麻黄素中含氮8.48%和它的实验式为CxHyNzOw，则麻黄素的分子式为 A.C10H15NO B.C20H30NO C.C10H15N2O3 D. C20H30N2O 二、选择题（下列各题只有1个或2个答案合理符合题意）‎ ‎6．将一定量有机物充分燃烧后的产物通入足量的石灰水中充分吸收，经过滤得到沉淀‎20g，滤液质量比原石灰水少‎5.8g，该有机物可能是 A、乙烯 B、乙二醇 C、乙醇 D、甲酸甲酯 ‎7．某有机物‎8.80g，完全燃烧后得二氧化碳‎22.0g，水‎10.8g。该化合物的实验式是 ‎ A.C5H6O B.C5H‎12 ‎ C.C5H12O2 D.C5H12O ‎ OH B．H—C ==O ‎ O C．H—C —H ‎ O D．CH3—O—C —CH3‎ ‎—CHO A．‎ ‎8．某有机物氧化产物甲、还原产物乙都能与Na反应产生H2，甲、乙在浓硫酸作用下加热可生成有机物丙，丙能发生银镜反应，则该有机物为 ‎ ‎ ‎9．某组成为C3H5O2Cl的纯净的含氯有机物A与NaOH水溶液共热，产物酸化后可得到分子组成为C3H6O3的有机物B，在适当条件下，每两分子的B可相互发生酯化反应，生成1分子C，那么C的结构不可能是 C．CH3—CH CH—CH3‎ COO OOC CH2—CH2—COO OOC —CH2 — CH2‎ D．‎ A．CH3CHOHCOOCH(CH3)COOH B．CH3CHOHCOOCH2CH2COOH ‎10．燃烧某有机物只生成二氧化碳‎8.8克和水‎2.7克,下列说法中,正确的是 ‎ A.该有机物的最简式为C2H3 B.该有机物分子中肯定不含有碳碳叁键 ‎ C.该有机物不可能含有氧元素 D.该有机物不可能是丁醇 ‎11．常温常压下，某气态烃和氧气的混和气体n升，完全燃烧后，通过浓硫酸后再恢复到原来的温度和压强时，得到升的混和气体。假设烃在燃烧后无剩余，且其碳元素全部转化为CO2，则该烃可能是 ‎ A.C2H4 B.CH‎4 C.C3H8 D.C2H6‎ ‎12．有甲、乙两种烃，它们的组成相同，都含90％的碳，甲对氢气的相对密度是20；乙的相对分子质量是甲的3倍，甲在一定条件下能与足量的Cl2起加成反应，生成1，1，2，2－四氯丙烷，乙是苯的同系物，当它与Cl2发生取代反应时（取代苯环上的H原子），生成的一氯代物、二氯代物、三氯代物分别都只有一种，根据以上实验事实，判断下列推断正确的是 A、甲是丙炔 B、乙是间三甲苯 C、乙是丙苯 D、乙是间甲乙苯 三、填空题（本题包括3小题）‎ ‎13、某含氧有机化合物可以作为无铅汽油的抗爆震剂，它的分子量为88.0，含C的质量分数为68.2%，含H的质量分数为13.6%，红外光谱和核磁共振氢谱显示该分子中有4个甲基。请写不能出其结构简式： 。‎ ‎14、某二元醇A，含氧的质量分数为27.1%，其余是碳和氢。A有如下图转化关系，在转化的过程中碳原子的连接方式可能会发生变化，A、B、C、D分子结构中都有4个甲基，且均为链状结构。（已知有机物中同一个碳上连接两个羟基不稳定）‎ A B C D H+‎ 脱去1分子H2O H2‎ 催化剂 脱去1分子H2O H+‎ ‎（1）A的相对分子质量是_________‎ ‎（2）A和D的结构简式分别是________________和_______________________‎ ‎（3）B转化为C的化学方程式是（用有机物的结构简式表示）：‎ ‎15、A是一种含碳、氢、氧三种元素的有机化合物。已知：A中碳的质量分数为44.1%，氢的质量分数为8.82%；A只含有一种官能团，且每个碳原子上最多只连一个官能团：A能与乙酸发生酯化反应，但不能在两个相邻碳原子上发生消去反应。请填空：‎ ‎（1）A的分子式是 ，其结构简式是 。‎ ‎（2）写出A与乙酸反应的化学方程式： 。‎ ‎（3）写出所有满足下列3个条件的A的同分异构体的结构简式。①属直链化合物；②与A具有相同的官能团；③每个碳原子上最多只连一个官能团。这些同分异构体的结构简式是 。‎ 四、填空题（本题包括2小题）‎ ‎16、质子核磁共振谱(PMR)是研究有机物结构的重要方法之一。在研究的化合物分子中：所处环境完全相同的氢原子在PMR谱中出现同一种信号峰：如(CH3)2CHCH2CH3在PMR谱中有四种信号峰。又如CH3-CHBr=CHX存在着如下的两种不同空间结构： ‎ 因此CH3-CHBr=CHX的PMR谱上会出现氢原子的四种不同信号峰。‎ ‎ 请填写下列空白：‎ ‎ (1)化学式为C3H6O2的物质：在PMR谱上观察到下列两种情况下氢原子给出的信号峰：第一种情况出现两个信号峰：第二种情况出现三个信号峰：由此可推断对应于这两种情况：该有机物质结构式可能为：第一种情况 ； 第二种情况 。‎ ‎ (2)测定CH3CH=CHCl时：能得到氢原子给出的信号峰6种：由此可推断该有机物一定存在 种不同的结构：其结构式为： 、 。‎ ‎17、已知：‎ 现有只含C、H、O的化合物A~F,有关它们的某些信息,已注明在下面的方框内.‎ ‎ (1)在化合物A~F中有酯的结构的化合物是(填字母代号) .‎ ‎(2)把化合物A和F的结构简式分别填入下列方框中.‎ 五、填空题（本题包括1小题）‎ ‎18、标准状况下乙烷与某烃的混和气体‎1.344L与足量氧气混和点火爆炸后，将所得气体通入300mL0.40mol/L的氢氧化钠溶液中，将生成的CO2气体全部吸收。把吸收CO2后的溶液在减压低温的条件下蒸干得固体‎7.60g(不含结晶水)，求原混和气体的组成。‎ ‎ “有机化合物结构的测定”参考答案 ‎1C‎ 2D ‎3C 4B ‎5A 6BC 7D ‎8C 9B 10D 11BD 12AB 提示：5、分别从生成的CO2、H2O及题中给出的氮的百分含量，求出‎10克样品中C、H、O、N的质量，再据此求出C：H：N：O = 10：15：1：1‎ ‎11、氧气有可能剩余，设剩余的氧气为D（D³0）‎ ‎ CxHy+(x+)O2 ¾® xCO2+H2O ‎ 1 x+ x ‎ 由题意：=‎ ‎ 得：x=1+-D，如果不考虑题中指出的反应是混和气体这一事实，则在D³0的条件下可以讨论如下：：x=1时，y³0，CH4符合 ‎ x=2时，y³4，C2H4、C2H6符合 ‎ x=3时，y³8，C3H8符合 由于题中给出的是当反应后得到的是混和气体，所以D¹0，所以CH4、C2H6符合题意。‎ ‎13、‎ ‎14、（1）118 （2）‎ ‎ 、‎ ‎（3）‎ ‎15、（1）C5H12O4 ‎ ‎（2）C(CH2OH)4＋4CH3COOHC(CH2OCCH3)4＋4H2O ‎（3）CH3CH2OH HOCH2CH2CH2OH HOCH2 CH2CH2OH ‎16、（1）第一种情况对应的结构简式为CH3COCH3：第二种情况对应的结构简式为CH3CH2COOH或HCOOCH2CH3。‎ ‎（2）二 ‎ ‎17、[提示]:从题文所给信息,可以看出:乙醇和乙酸起酯化反应后,其分子量增加了42,由C与D分子量之差,可以确定A中有两个羟基,并且不连在同一个C原子上.‎ ‎ (1)B、C、E、F(4分)‎ ‎(2)‎ ‎18、〖提示〗：气体的物质的量为0.06mol,NaOH的总量为0.12mol,蒸干所得的‎7.60g固体是Na2CO3与NaHCO3的混和物,设两者的量分别为x、ymol,则根据钠元素守恒得：2x+y=0.12------①,由物质质量关系得：106x+84y=7.60-------②‎ ‎ 【解一】：气体的总量==0.06mol ‎ 氢氧化钠的量=0.3×0.40=0.12mol ‎ 由于气体中有二碳烃(乙烷)，所以生成的二氧化碳量肯定大于0.06mol，也就是说，最后得到的固体中决不可能还留有氢氧化钠;又由于二氧化碳被碱液全部吸收，固体中只能是碳酸钠、碳酸氢钠或它们的混和物。‎ ‎ 但由给出的氢氧化钠的总量不难得出：‎ ‎ 如果生成的全是碳酸钠，其质量=106×=‎‎6.36g ‎ 如果生成的全是碳酸氢钠，其质量=84×0.12=‎‎10.08g ‎ 现得到的固体是‎7.60g，故它应是碳酸钠与碳酸氢钠的混和物。‎ ‎ 设原0.06mol的气体中含有乙烷pmol，则另一种烃CnHm为(0.06-p)mol;设反应后得到的固体中有碳酸钠xmol、碳酸氢钠ymol，由题意可列出以下关系式：‎ ‎ 2x+y=0.12-------------① ‎ ‎ x+y=2p+n(0.06-p)---------②‎ ‎ 106x+84y=7.60---------------③‎ ‎ 由①③解得：x=y=0.04，将此值代入②中得：‎ ‎ n=‎ ‎ 当n=1时，p=0.02‎ ‎ 当n³2时，此式无合理解 故原混和气体由甲烷和乙烷组成，其中甲烷占0.04mol(‎0.896L)，乙烷占0.02摩(‎0.448L)‎ ‎ 【解二】：用极限法先求出‎7.60g固体的组成：‎ ‎ 如果生成的全是碳酸钠，其质量=106×=‎‎6.36g ‎ 如果生成的全是碳酸氢钠，其质量=84×0.12=‎‎10.08g ‎ 现得到的固体是‎7.60g，故它应是碳酸钠与碳酸氢钠的混和物。‎ ‎ 设其中的NaHCO3的物质的量为xmol，Na2CO3的物质的量为ymol，则有：‎ ‎ 84x+106y=7.60 ‎ ‎ x+2y=0.4×0.3‎ ‎ 解之得：x=y=0.04mol。‎ ‎ CO2的物质的量=x+y=0.08mol，设未知烃含m个碳原子，体积为VL，则有：‎ ‎ mV+2(1.344-V)=0.08×22.4‎ ‎ 讨论：因为V>0、m为正整数，故m只能是1，也就是未知烃是甲烷，混和气中各成分的体积分别是：甲烷‎0.896L、C2H‎60.448L。‎