2019-2020版化学新设计同步苏教版选修五讲义：专题一 认识有机化合物 第二单元 Word版含答案

第二单元 科学家怎样研究有机物
[知 识 梳 理]
一、有机化合物组成的研究
1.最简式 又称为实验式，指有机化合物中所含各元素原子个数的最简整数比。

2.确定有机化合物元素组成的方法
(1)李比希燃烧法：有机物完全燃烧后，各元素对应的产物为C →CO 2，H →H 2O 。

(2)钠融法：可定性地检测有机物中是否含有氮、氯、溴、硫等元素。

(3)铜丝燃烧法：定性确定有机物中是否存在卤素。

(4)元素分析仪：确定有机化合物的组成
①元素分析仪工作原理：使有机化合物充分燃烧，再对燃烧产物进行自动分析。

②元素分析仪特点⎩⎪⎨⎪⎧自动化程度高
所需样品量少
分析速度快能同时对碳、氢、氧、硫等多种元素 进行分析
【自主思考】
1.最简式和分子式的区别与联系是什么？
提示最简式是表示化合物分子中所含各元素的原子数目最简整数比的式子，不能确切表明分子中原子个数，具有同一最简式的物质往往不止一种。

分子式是表示化合物分子所含元素的种类及其原子数目的式子。

最简式相同的物质，若相对分子质量不同，其分子式就不同。

二、有机化合物结构的研究
1.李比希基团理论
(1)在有机化合物分子中，原子主要通过共价键结合在一起。

原子之间结合方式或连接顺序的不同导致了所形成物质在性质上的差异。

(2)1838年，李比希提出了“基”的定义：①有机化学中的“基”是一系列化合物中不变的部分；②“基”在化合物中可被某种元素的单个原子所置换；③置换“基”的基团，可以被其他基团所取代。

在有机化学发展的历史进程中，基团理论对有机化学的发展起到了巨大的推动作用。

人们在研究有机化合物时首先研究其所具有的基团，如羟基、醛基、羧基、氨基、烃基等。

(写出常见的基团名称) 2.研究有机物结构的物理方法
(1)现代化学测定有机化合物结构的分析方法很多，经常采用的是核磁共振氢谱和红外光谱等方法。

(2)在核磁共振分析中，最常见的是对有机化合物中的1H核磁共振谱进行分析，有机化合物分子中的氢原子核，所处的化学环境不同，表现出的核磁性就不同，代表核磁性特征的峰在核磁共振谱图中横坐标位置也就不同。

(3)红外光谱是利用有机化合物分子中不同基团的特征吸收频率不同，测试并记录有机化合物对一定波长范围的红外光吸收情况，初步判断该有机化合物中具有哪些基团。

(4)测定有机物的组成和结构的现代分析方法，还有质谱法和紫外光谱法等。

3.手性分子
(1)手性碳原子是指与4个不同的原子或原子团相连的碳原子。

(2)手性分子是指含有手性碳原子的有机物分子。

【自主思考】
2.在现代化学测定有机化合物结构的常用方法中，它们的分析原理有何不同？应用又有何不同点？
提示(1)核磁共振氢谱
原理：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，在核磁共振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。

因此，从核磁共振氢谱图上可以推知该有机物分子有几种不同类型的氢原子及它们的数目。

氢核磁共振反映的是等效氢原子的种类，等效氢原子的种类反映的是分子的对称性，反过来也一样。

作用：根据谱图中不同的峰，确定氢的种类，根据峰的面积确定氢原子数目比。

(2)红外光谱
原理：在有机物分子中，组成化学键或官能团的原子处于不断振动的状态，其振动频率与红外光的振动频率相当。

所以，当用红外线照射有机物时，分子中的化学键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。

作用：根据谱图可得出有机物含有何种化学键或哪些官能团。

(3)质谱
原理：通过对样品离子的质荷比的分析而实现对样品进行定性和定量分析的一种方法。

作用：主要用以确定有机物分子的相对分子质量。

三、有机化学反应的研究
1.CH4与Cl2在光照条件下发生的卤代反应，是一个自由基型链反应，Cl2分子在
光照或加热条件下形成氯原子，即氯自由基；氯自由基与甲烷分子发生碰撞时，从甲烷分子中夺得一个氢原子，生成氯化氢分子，甲烷则转变为甲基自由基；甲基自由基与氯气分子发生碰撞时，从氯气分子中夺得一个氯原子，生成一氯甲烷分子。

2.判断乙酸乙酯发生水解时共价键断裂情况可采用同位素原子示踪法。

【自主思考】
3.将乙酸乙酯与H182O混合后，加入硫酸作催化剂，乙酸乙酯在加热条件下将发生水解反应。

下面是该反应的化学方程式：
根据产物中18O的分布情况，试判断乙酸乙酯在发生水解时分子中的哪个共价键发生了断裂？
提示产物乙酸中含有18O，而乙醇分子中没有18O，说明乙酸乙酯在发生水解时，分子中与C===O相连的C—O键断裂，水中—18O—H取代了—O—C2H5，
而水中—H与—O—C2H5结合，从而生成和CH3CH2—O—H 两种产物。

所以，乙酸乙酯在发生水解时分子中与C===O相连的C—O键断裂。

[效果自测]
1.能够确定有机物相对分子质量的方法是()
A.红外光谱
B.质谱
C.核磁共振氢谱
D.紫外光谱
答案 B
2.给CH3COOH、C2H185OH与浓硫酸的混合物加热，一段时间后，下列有关说法正确的是()
A.18O存在乙酸分子中
B.18O存在于乙酸乙酯和乙醇中
C.18O只存在于乙醇分子中
D.18O存在于水分子中
答案 B
3.下列化合物分子的核磁共振氢谱图，能给出三种信号峰的是()
解析有机物中含有几种不同类型的氢原子，在核磁共振氢谱上就能出现几种信号峰，现题给有机物在核磁共振氢谱图中有三种信号峰，这表明有机物分子中含有三种不同类型的氢原子。

答案 C
探究一、有机物分子式的确定
【合作交流】
一种有机物燃烧后的产物只有CO2和H2O，该有机物所含元素只有碳和氢吗？如何判断是否含有氧元素？
提示不一定，若产物只有CO2和H2O，其组成元素肯定有C、H元素，可能有O元素。

判断该有机物中是否含氧元素的方法如下：
设有机物燃烧后CO2中碳元素的质量为m(C)，H2O中氢元素质量为m(H)。

若：m(有机物)＞m(C)＋m(H)→有机物中含有氧元素
m(有机物)＝m(C)＋m(H)→有机物中不含氧元素
【点拨提升】
有机物分子式的确定基本思路
1.有机物组成元素的推断
一般来说，某有机物完全燃烧后，若产物只有CO 2和H 2O ，其组成元素可能为C 、H 或C 、H 、O 。

欲判断该有机物是否含氧元素，首先应求出产物CO 2中碳元素的质量及H 2O 中氢元素的质量，然后将C 、H 的质量之和与原有机物质量比较，若两者相等，则原有机物的组成中不含氧元素；否则，原有机物的组成中含氧元素。

2.有机物分子式的确定
(1)直接法
⎦
⎥⎥⎤各元素质量分数有机物的密度（或相对密度）摩尔质量―→1 mol 有机物中各原子的物质的量分子式 (2)实验式法
各元素的质量分数最简式――――――→摩尔质量分子式
(3)商余法
M r 表示烃的相对分子质量
①
M r （C x H y ）M r （CH 2）＝M r 14＝A ……⎩⎨⎧余2 为烷烃
除尽 为烯烃或环烷烃差2 为炔烃或二烯烃
差6 为苯或苯的同系物 ②M r 12＝x ……余y ，则烃分子式一般为C x H y
(4)方程式法
利用反应物与生成物之间量的关系求分子式，如：
①利用官能团的数目与反应物和生成物量的关系；
②利用有机物燃烧通式及消耗O 2的量或生成物的量通过计算确定有机物分子式。

常用方程式为
C x H y ＋⎝ ⎛⎭
⎪⎫x ＋y 4O 2――→点燃x CO 2＋y 2H 2O C x H y O z ＋⎝ ⎛⎭
⎪⎫x ＋y 4－z 2O 2――→点燃x CO 2＋y 2H 2O (5)通式法
物质性质等―→有机物类别及组成通式――――――――→相对分子质量n 值―→分子式。

(6)平均分子式法
直接计算1 mol 有机混合物中各元素原子的物质的量―→分子中各原子个数―→
平均分子式――→讨论混合物各组分的分子式。

【典题例证1】 用元素分析仪分析6.4 mg 某有机化合物，测得生成8.8 mg CO 2和7.2 mg H 2O ，无其他物质生成。

下列说法中正确的是( )
A.该化合物的分子式为C 2H 8O 2
B.该化合物中碳、氢原子个数比为1∶2
C.无法确定该化合物中是否含有氧元素
D.该化合物中一定含有氧元素
解析 由于只含C 、H 、O 元素的有机物分子中氢原子数最多为碳原子数的2倍再加2，故该有机化合物的分子式不是C 2H 8O 2，A 项错误；8.8 mg CO 2为0.000 2 mol ，含碳元素2.4 mg ；7.2 mg H 2O 中含氢元素0.8 mg ，即含氢原子0.000 8 mol 。

因此原6.4 mg 有机物中一定含氧元素，氧元素质量为6.4 mg －2.4 mg －0.8 mg ＝3.2 mg ，含氧原子0.000 2 mol ，则C 项不正确，D 项正确；碳、氢原子个数比为0.000 2∶0.000 8＝1∶4，B 项错误。

答案 D
【学以致用1】 某有机物在氧气中充分燃烧，生成的二氧化碳和水的物质的量之比为1∶1，由此可得出的正确结论是( )
A.该有机物分子中碳、氢、氧原子个数比为1∶2∶3。