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高中化学 第一章 第四节 第2课时 元素分析与相对分子质量的测定 分子结构的鉴定课时作业 新人教版选修5


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
目标要求 1.了解研究有机化合物的一般步骤。2.知道现代物理方法在测定有机物的 元素组成、相对分子质量和分子结构中的重要作用。

一、研究有机物的基本步骤 ― → 元素定量分析 测定相对分子质量 波谱分析确 ― → ― → 确定 确定 定

二、元素分析与相对分子质量的测

定 1.元素分析 将一定量有机物燃烧后转化为简单无机物, 并定量测定各产物的质量, 从而推算出有机 物分子中所含元素原子个数的______________,即________。 2.相对分子质量的测定——质谱法 (1)质荷比:指分子离子、碎片离子的__________与其______的比值。 (2)原理 质谱图中____________________就是样品分子的相对分子质量。 三、有机物分子结构的鉴定 1.红外光谱 (1)作用:初步判断某有机物中含有何种________或________。 (2)原理:不同的官能团或化学键________不同,在红外光谱图中处于不同的位置。 2.核磁共振氢谱 (1)作用:测定有机物分子中氢原子的__________和__________。 (2)原理:处于不同化学环境中的氢原子在谱图上出现的______不同,而且吸收峰的面 积与__________成正比。 (3)分析:吸收峰数目——氢原子种类,吸收峰面积比等于不同类型的氢原子数之比。

知识点 1 元素分析与相对分子质量的测定 1.某化合物 6.4 g 在氧气中完全燃烧,只生成 8.8 g CO2 和 7.2 g H2O。下列说法正确 的是( ) A.该化合物仅含碳、氢两种元素 B.该化合物中碳、氢原子个数比为 1∶8 C.无法确定该化合物是否含有氧元素 D.该化合物中一定含有氧元素 2.能够快速、微量、精确的测定相对分子质量的物理方法是( ) A.质谱法 B.红外光谱法 C.紫外光谱法 D.核磁共振氢谱法 知识点 2 有机物分子结构的鉴定 3.某化合物由碳、氢、氧三种元素组成,其红外光谱图只有 C—H 键、O—H 键、C—O 键的振动吸收,该有机物的相对分子质量是 60,则该有机物的结构简式是( ) A.CH3CH2OCH3 B.CH3CH(OH)CH3 C.CH3CH2CH2CH2OH D.CH3COOH 4. 核磁共振氢谱是指有机物分子中的氢原子核所处的化学环境(即其附近的基团)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图中坐标的位置(化学位移,符号 为 δ )也就不同。现有一物质的核磁共振氢谱如下图所示。则可能是下列物质中的( )

1

5.二甲醚和乙醇是同分异构体,其鉴别可采用化学方法及物理方法,下列鉴别方法中 不能对二者进行鉴别的是( ) A.利用金属钠或金属钾 B.利用质谱法 C.利用红外光谱法 D.利用核磁共振氢谱法

练基础落实 1.有机物的天然提取和人工合成往往得到的是混合物,假设给你一种这样的有机混合 物让你研究,一般要采取的几个步骤是( ) A.分离、提纯→确定化学式→确定实验式→确定结构式 B.分离、提纯→确定实验式→确定化学式→确定结构式 C.分离、提纯→确定结构式→确定实验式→确定化学式 D.确定化学式→确定实验式→确定结构式→分离、提纯

2. 某有机物样品的质荷比如图所示(假设离子均带一个单位正电荷, 信号强度与该离子 的多少有关),则该有机物可能是( ) A.甲醇 B.甲烷 C.丙烷 D.乙烯 3.2002 年诺贝尔化学奖表彰了两项成果,其中一项是瑞士科学家库尔特·维特里希发 明的“利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法”。 在化学上经常使用的是 氢核磁共振谱, 它是根据不同化学环境的氢原子在氢核磁共振谱中给出的信号不同来确定有 机物分子中的不同的氢原子。 下列有机物分子在核磁共振氢谱中只给出一种信号的是( ) A.HCHO B.CH3OH C.HCOOH D.CH3COOCH3 4.通过核磁共振氢谱可以推知(CH3)2CHCH2CH2OH 有多少种化学环境的氢原子( ) A.6 B.5 C.4 D.3 练方法技巧 燃烧法确定分子式 5.一定量有机物完全燃烧后,将燃烧产物通过足量的石灰水,过滤后得到白色沉淀 10 g,但称量滤液时只减少 2.9 g,则此有机物不可能是( )
2

A.C2H5OH C.C2H6

B.C4H8O2 D.C2H6O2

(

练高考真题 对称法确定氢原子的类型 6.(2008·海南,18)在核磁共振氢谱中出现两组峰,且其面积之比为 3∶2 的化合物是 )

7.(2009·海南,18—1)下列化合物的核磁共振氢谱中出现三组峰的是( ) A.2,2,3,3?四甲基丁烷 B.2,3,4?三甲基戊烷 C.3,4?二甲基己烷 D.2,5?二甲基己烷 练综合拓展 8.1 mol 某烃在氧气中充分燃烧,需要消耗氧气 179.2 L(标准状况下)。它在光照的条 件下与氯气反应能生成 3 种不同的一氯取代物。该烃的结构简式是( )

9.为测定某有机化合物 A 的结构,进行如下实验: (一)分子式的确定: (1)将有机物 A 置于氧气流中充分燃烧,实验测得:生成 5.4 g H2O 和 8.8 g CO2,消耗 氧气 6.72 L(标准状况下),则该物质中各元素的原子个数比是________。 (2)用质谱仪测定该有机化合物的相对分子质量,得到如图①所示质谱图,则其相对分 子质量为__________,该物质的分子式是________。 (3)根据价键理论,预测 A 的可能结构并写出结构简式_______________________。 (二)结构式的确定: (4)核磁共振氢谱能对有机物分子中不同化学环境的氢原子给出不同的峰值(信号),根 据峰值(信号)可以确定分子中氢原子的种类和数目。 例如: 甲基氯甲基醚(ClCH2OCH3)有两种 氢原子如图②。经测定,有机物 A 的核磁共振氢谱示意图如图③,则 A 的结构简式为 __________。

3

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 知识清单 一、分离提纯 实验式 分子式 结构式 二、1.最简单整数比 实验式 2.(1)相对质量 电荷 (2)最右边的分子离子峰 三、1.(1)化学键 官能团 (2)吸收频率 2.(1)种类 数目 (2)位置 氢原子数 对点训练 1.D [由题可知生成的 CO2 为 0.2 mol,H2O 为 0.4 mol,其中碳和氢原子的质量之和 为 0.2 mol×12 g/mol+0.4 mol×2×1 g/mol=3.2 g<6.4 g,故该化合物一定含有氧元 素。] 2.A 3.B [由题意,该有机物分子中含有的官能团只有羟基,A 项中没有羟基,D 中还存在 C===O 键,C 相对分子质量不是 60,均不符合要求。] 4.B [由核磁共振氢谱的定义可知,在氢谱图中从峰的个数即可推知有几种化学环境 不同的氢原子,从上图中可知有 4 种化学环境不同的氢原子。分析选项可得 A 项是 2 种,B 项是 4 种,C 项是 2 种,D 项是 3 种。] 5.B [二甲醚(CH3OCH3)和乙醇(CH3CH2OH)互为同分异构体,二者的相对分子质量相同, 故在质谱图中分子离子吸引峰相同,故不能用质谱法区分二者。] 课后作业 1.B [分离提纯后的有机物经过纯度鉴定后,再用元素组成的分析确定实验式,相对 分子质量的测定确定分子式,波谱分析确定结构式。] 2.B [从图中可看出其最右边峰质荷比为 16,其相对分子质量为 16,为甲烷。] 3.A [HCHO 分子中的两个氢原子完全相同,所以核磁共振氢谱中只有一种信号。] 4.B [连接在同一个碳原子上的两个甲基上的氢等效,故共有五类氢原子。] 10 g 5. B [n(CO2)=n(CaCO3)= =0.1 mol, 则通入石灰水中的 CO2 的质量应是 4.4 100 g/mol g,而产生的 CaCO3 的质量是 10 g,若无其他物质进入,则石灰水质量应减少 5.6 g,题目 中只减少 2.9 g,故 A 燃烧时应同时生成 2.7 g 水,有机物中所含 H 元素的物质的量为 n(H)

4

2.7 g ×2=0.3 mol, 所以此有机物中 C、 H 元素物质的量之比是 1∶3 与含氧多少无关, 18 g/mol 故选项 A、C、D 均有可能,B 选项符合题意。] =

6. D [A 项中

有两类氢原子, 峰面积之比为 3∶1; B 项中



三类氢原子,峰面积之比为 1∶1∶3;C 项中

有三类氢原子,峰面积之比

为 3∶1∶4;D 项中 ,有两类氢原子,峰面积之比为 3∶2,综上分析答 案为 D。] 7.D [2,2,3,3?四甲基丁烷的结构简式为

,该分子中只有一类氢原子,核磁共振氢谱中出现一组峰;2,3,4?

三甲基戊烷的结构简式为:

,该分子中有四类氢原子,核磁共振氢谱

中出现四组峰;3,4?二甲基己烷的结构简式为: ,该分子中有 四 类 氢 原 子 , 核 磁 共 振 氢 谱 中 出 现 四 组 峰 ; 2,5? 二 甲 基 己 烷 的 结 构 简 式 为 :

,该分子中有三类氢原子,核磁共振氢谱中出现三组峰。] 8.B [按题设条件“能生成 3 种一氯取代物”的要求,挑选分子结构中有处于三种不 同化学环境的 H 原子:

1 mol 此烃完全燃烧需 8 mol 氧气则其碳原子个数为 5。] 9.(1)2∶6∶1 (2)46 C2H6O (3)CH3CH2OH、CH3OCH3 (4)CH3CH2OH 解析 (1)据题意有:n(H2O)=0.3 mol,则有 n(H)=0.6 mol,n(CO2)=0.2 mol,则有 n(C)=0.2 mol,据氧原子守恒有 n(O)=n(H2O)+2n(CO2)-2n(O2)=0.3 mol+2×0.2 mol 6.72 L -2× =0.1 mol,则 N(C)∶N(H)∶N(O)=n(C)∶n(H)∶n(O)=2∶6∶1。(2)据 22.4 L/mol (1)可知该有机物的实验式为 C2H6O,假设该有机物的分子式为(C2H6O)m,由质谱图知其相对 分子质量为 46,由 46m=46,即 m=1,故其分子式为 C2H6O。(3)由 A 的分子式为 C2H6O 可知 A 为饱和化合物,可推测其结构为 CH3CH2OH 或 CH3OCH3。(4)分析 A 的核磁共振氢谱图可知:A 有三种不同类型的 H 原子,CH3OCH3 只有一种类型的 H 原子,故 A 的结构简式为 CH3CH2OH。

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