人教版高中化学选修五课件同课异构1：1.4.2元素分析与相对分子质量的测定分子结构的鉴定

问题探究：1.下列有机物中有几种H原子
以及个数之比？
CH3
CH3-CH-CH3
CH3-C-CH3
CH3
CH3
２种；９∶１
１种
CH3-CH2-OH
CH3-CH2-CH-CH3
３种；３∶２∶１
CH3
４种；３∶２∶１∶６
2.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）。
“李比希元素分析法”的原理
：
取定量含C、 加氧化铜
H（O）的有
机物
氧化
用无水 H2O CaCl2吸收
得前后 质量差
用KOH浓 CO2 溶液吸收
得前后 质量差
得出实验式
计算O含量
计算C、H含量
将一定量的有机物燃烧，分解为简单的无机物，并作定量测定，通过无机物 的质量推算出组成该有机物元素原子的质量分数，然后计算出该有机物分子 所含元素原子最简单的整数比，即确定其实验式（又称为最简式）。
分析：可先假设分子中只含1个氮原子，可通过N的百分含
量和N的原子量，计算出吗啡的最小分子量。
解：吗啡最小分子量
，而又知吗啡分子量不超过
300，故可知吗啡分子量即为285。
一个吗啡分子中碳原子数为
氢原子数为
氮原子数为1
氧原子数为
故吗啡的分子式为
[练习3]某含C、H、O三种元素组成的未知有机物 A，经燃烧分析实验测定该未知物中碳的质量分 数为52.16%，氢的质量分数为13.14%。
红外光谱仪
2、红外光谱的应用原理
核磁共振仪
1.红外光谱(IR)
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。
例4、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：
CH3CH2COOCH3或CH3COOCH2CH3
不对称CH3
C=O
C—O—C
练习5：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
CH3CH2OCH2CH3
对称CH3 对称CH2
C—O—C
（1）试求该未知物A的实验式（分子中各原子的 最简单的整数比）。
C2H6O
（2）若要确定它的分子式，还需要什么条件？
相对分子质量
思考：确定相对分子质量的方法有哪些？
（1）M=m/n （2）M1=DM2(D为相对密度)
（3）M=22.4L/mol▪ρg/L=22.4g/mol
(标况下气体)
2.质谱法 相对分子质量的确定——质谱法
子及它们的数目多少。
核磁共振仪
结构分析：
核磁共振法 （H’—NMR） 作用：测定有机物中H原子的种类 和数目
吸收峰数目＝氢原子类型
信 信号强度之比
号
个峰 数面
积
不同吸收峰的面积之比（强度之比）＝ 不同氢原子的个数之比
例5、分子式为C2H6O的两种有机化合物的1H核磁共振 谱，你能分辨出哪一幅是乙醇的1H-NMR谱图吗?
核磁共振仪
2.核磁共振氢谱
核磁共振中的核指的是氢原子核。氢原子核具有
磁性，如用电磁波照射氢原子核，它能通过共振
吸收电磁波能量，发生跃迁。用核磁共振仪可以
记录到有关信号，处于不同化学环境中的氢原子
因产生共振时吸收的频率不同，在谱图上出现的
位置也不同。且吸收峰的面积与氢原子数成正比
。可以推知该有机物分子有几种不同类型的氢原
例2、实验测得某碳氢化合物A中，含碳80%、含氢 20%，求该化合物的实验式。又测得该化合物的相对 分子质量是30，求该化合物的分子式。
答案：实验式是CH3，分子式是C2H6
确定有机化合物的分子式的方法 ：
[方法一]由物质中各原子（元素）的质量分数→ 各原子的个数比(实验式)→由相对分子质量和实 验式→有机物分子式
将准确称量的样品置于一燃烧管中，再将 其彻底燃烧成二氧化碳和水，用纯的氧气 流把它们分别赶入烧碱石棉剂（附在石棉 上粉碎的氢氧化钠）及高氯酸镁的吸收管 内，前者将排出的二氧化碳变为碳酸钠， 后者吸收水变为含有结晶水的高氯酸镁， 这两个吸收管增加的重量分别表示生成的 二氧化碳和水的重量，由此即可计算样品 中的碳和氢的含量。如果碳与氢的百分含 量相加达不到100%，而又检测不出其他元 素，则差数就是氧的百分含量。本法的特 点是碳氢分析在同一样品中进行，且对仪 器装置稍加改装后，即能连续检测其他元 德国化学家李比希（1803～1873） 素。
测定相对分子质量的方法很多，质谱法是最精确、最快捷的 方法。它是用高能电子流等轰击样品分子，使该分子失去电 子变成带正电荷的分子离子和碎片离子。这些不同离子具有 不同的质量，质量不同的离子在磁场作用下达到检测器的时 间有差异，其结果被记录为质谱图。
有机物 高能电子束轰击 带电的 碎片的质荷比 确定
分子
29 27
/% 20
+ CH3CH=OH
45
+ CH3CH2OH
46
0
20 30 40 50 质荷比
最大分子、离子 的质荷比越大， 达到检测器需要 的时间越长，因 此质谱图中的质 荷比最大的就是 未知物的相对分 子质量。
例3．2002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。设H＋的质荷比为β，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
二、分离和提纯
1.蒸馏2.重结晶3.萃取4.色谱法 三、元素分析与相对原子质量的测定
1.元素分析：李比希法→现代元素分析法 2.相对原子质量的测定—质谱法 四、有机物分子结构的鉴定
1.化学方法：利用特征反应鉴定出官能团，再制备它的衍生物 进一步确认。 1.物理方法：质谱法、红外光谱(IR)、紫外光谱、核磁共振氢 谱(H-NMR)。
该离子的多少有关），则该有机物可能是（） B
A甲醇B甲烷C丙烷D乙烯
质谱仪
[练习4]某有机物的结构确定：
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（）C。4H10O 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
HH
HH
H—C—O—C—HH—C—C—O—H
HH
HH
分子式为C2H6O的两种有机物的1H核磁共振谱图
核磁共振氢谱
[练习] 6.下图是某有机物的1H核磁共振谱图，则该有机
物可能是() C A.CH3CH2OHB.CH3CH2CH2OH C.CH3—O—CH3D.CH3CHO
7.下列有机物在H’-NMR上只给出一组峰的是() A A、HCHOB、CH3OH C、HCOOHD、CH3COOCH3
“碎片”
结构
质荷比：碎片的相对质量（m）和所带电荷（e-）的比值
质谱法作用：测定相对分子质量
（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）
质谱仪
核磁共振仪
乙醇的质谱图
100
31
+
CH2=OH
相 80 + 对 CH3CH2
60
丰 度 40
[方法二]1mol物质中各原子（元素）的质量除以 原子的摩尔质量→1mol物质中的各种原子的物质 的量→知道一个分子中各种原子的个数→有机物 分子式
[练习2]吗啡和海洛因都是严格查禁的毒品。吗啡分 子含C71.58%、H6.67%、N4.91%、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。
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第一章认识有机化合物
第四节研究有机化合物的一般步骤和方法
第2课时元素分析与相对分子质量的测定 分子结构的鉴定
三、元素分析与相对分子质量的确定
1.元素分析：李比希法→现代元素分析法
元素分析仪
化学史话 李比希对有机化合物结构的研究有什么贡献？
李比希法：定量测定有机物中碳和 氢元素含量的一种分析方法。
3∶3
CH3COOCH3
3∶2∶1
CH3CH2COOH HOCH2COCH3
HCOOCH2CH3
诺贝尔化学奖与物质结构分析(2002年)
引入了核磁共振光谱学观察到了DNA、 蛋白质等大分子的真面目。
美国 芬恩
日本 田中耕一
瑞士 维特里希
一、研究有机化合物的基本步骤 分离提纯→元素定量分析以确定实验式→测定相对分子质量以 确定分子式→波谱分析确定结构。
为（）7，4分子式为（）。
C4H10O
质谱仪
四、分子结构的鉴定
①红外光谱
作用：获得分子中含有何种化学键或官能团的信息
②核磁共振氢谱
氢原子种类不同（所 处的化学环境不同）
特征峰也不同 作用：测定有机物分子中等效氢原子的类型和数目
1.红外光谱(IR)
当用红外线照射有机物时，分子中的化学健或 官能团可发生振动吸收，不同的化学键或官能 团吸收频率不同，在红外光谱图上将处于不同 位置，从而可以获得分子中含有何种化学键或 官能团的信息。