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(共35張PPT)
確定有機物的實驗式、分子式與分子結構
第二節 研究有機化合物的一般方法
經過分離、提純，得到純凈的有機物后，如何確定它的分子式，如何測定其結構，了解其化學性質的呢？
分離、提純
確定實驗式
確定分子式
確定分子結構
蒸餾、
萃取、
重結晶等
元素定量分析
質譜法
波譜分析：
質譜、紅外光譜、
核磁共振氫譜、
X射線衍射等
研究有機化合物的基本步驟：
一、確定實驗式
測定有機化合物的元素組成，
以及各元素質量分數的化學方法
元素的定性分析
元素的定量分析
然后計算出該有機化合物分子內各元素原子的最簡整數比，確定實驗式（最簡式）
通過無機化合物的質量推算出該有機化合物所含各元素的質量分數
將一定量的有機化合物燃燒，轉化為簡單的無機化合物，并進行定量測定
一、確定實驗式
表示化合物分子中所含元素的原子數目最簡整數比的式子。
實驗式(也稱最簡式)：
1、元素分析
　
定性分析：鑒定有機物由哪些元素組成。
定量分析：鑒定分子內各元素原子的質量分數。
定量分析方法：
①李比希元素分析法
②現代元素分析儀
李比希元素分析法
取一定量僅含C、H、O的有機物
加CuO
氧化
CO2
H2O
測得前后的質量差
用無水CaCl2
吸收
用KOH濃溶液吸收
計算C、H原子質量分數
剩余得為O原子的質量分數
測得前后的質量差
一、確定實驗式
“李比希法”的原理：
取一定量含C、H(O)的有機物
加CuO
做氧化劑
H2O
CO2
用無水
CaCl2吸收
用KOH
濃溶液吸收
得前后質量差
得前后質量差
計算C、H含量
計算O含量
得出實驗式
H2O
CO2
有機物
CuO
定量測定有機物中C、H和O元素含量的一種分析方法。
如何計算
燃燒法　
有機物　
CO2→m(C）　
H2O→m(H）　
氧化　
若m(C)+ m(H)＝ 　
m(有機物）
m(有機物）
若m(C)+ m(H)＜ 　
只含C、H　
含C、H、O　
最簡式(實驗式)的求法：
定量分析方法一：李比希元素分析法
【例1】含C、H、O三元素的未知物A，經燃燒分析實驗測定該未知物中碳的質量分數為52.2%，氫的質量分數為13.1%。試求該未知物A的實驗式。
（2）再求各元素原子的個數比：
（1）先確定該有機化合物中氧元素的質量分數：
ω(O)＝100%－52.2%－13.1%＝34.7%
N(C)：N(H)：N(O)＝
52.2%
12.01
13.1%
1.008
34.7%
16.00
：
：
＝2：6：1
【答】該未知物A的實驗式為C2H6O。
思路點撥
李比希還建立了含氮、硫、鹵素等有機化合物的元素定量分析方法，這些方法為現代元素定量分析奠定了基礎。現在，元素定量分析使用現代化的元素分析儀分析的精確度和分析速度都達到了很高的水平。
現代化的元素分析儀
1.已知某有機物9.2g與足量氧氣在密閉容器中完全燃燒后，將反應生成的氣體依次通過濃硫酸和堿石灰．濃硫酸增重10.8g，堿石灰增重17.6g，該有機物的化學式是
A．C2H6O B．C2H4O
C．CH4O D．C2H6O2
A
2. 有機物X是一種重要的有機合成中間體，將10.0 g X在足量O2中充分燃燒，并將其產物依次通過足量的無水CaCl2和KOH濃溶液，發現無水CaCl2增重7.2 g，KOH濃溶液增重22.0 g。該有機物X的實驗式為_________。
C5H8O2
(1)產生的O2按從左到右方向流動,所選裝置各導管的連接
順序是____________________________________________；
(2)C裝置中濃硫酸的作用是________________________；
(3)D裝置中MnO2的作用是__________________________；
(4)燃燒管中CuO的作用是_______________________________；
g、f、e、h、i、c(或d)、d(或c)、a(或b)、b(或a)
吸收水分，得到干燥的O2
催化劑，加快生成O2的速率
使有機物充分氧化生成CO2和H2O
3.電爐加熱時用純O2氧化管內樣品，根據產物的質量確定有機物組成，如圖裝置是用燃燒法確定有機物分子式的常用裝置。
3.電爐加熱時用純O2氧化管內樣品，根據產物的質量確定有機物組成，如圖裝置是用燃燒法確定有機物分子式的常用裝置。
(5)樣品經充分反應后，測得A管質量增加8.8 g，B管質量增加5.4 g，消耗氧氣6.72 L(標準狀況下)，則該有機物分子的實驗式為_______；
(6)要確定該有機物的分子式，還要知道_____________。
C2H6O
相對分子質量
實驗式：表示化合物分子中所含元素的原子數目最簡整數比的式子。
分子式：表示化合物所含元素的原子種類及數目的式子,表示物質的真實組成。
二、確定分子式
列式計算下列有機物的相對分子質量：
試歸納求有機物相對分子質量的方法。
思考：回顧所學知識，有哪些方法可以求相對分子質量？
28
(4)3.2g某飽和一元醇與足量金屬鈉反應得到1.12L(標況)氫氣。
(1)標準狀況下0.56g某氣態烴的體積為448ml;
(2)某有機物在相同狀況下對空氣的相對密度為4；
(3)某有機物的蒸氣密度是相同狀況下氫氣密度的14倍；
29×4=116
14×2=28
2R—OH + 2Na → 2R—ONa + H2↑
32
二、確定分子式
思考：回顧所學知識，有哪些方法可以求相對分子質量？
（1）定義法：M = m / n
(5) 質譜法——測定相對分子質量。
（3）已知標準狀況下氣體的密度ρ，求算摩爾質量。 M＝ρ×22.4 L·mol－1。
（2）根據有機物蒸氣的相對密度 D
D =
=
（4）利用各類有機物的分子通式及相應的化學反應方程式
元素定量分析
實驗式
各組成原子的
最簡整數比
分子式
其中最精確、快捷的方法
相對分子質量
質譜法
質譜儀
計算法
二、確定分子式
質譜儀——確定相對分子質量的利器
閱讀課本P16-17相關內容思考下列問題：
1、有機物分子被高能電子流轟擊后形成什么？
2、什么叫質荷比？
3、如何根據質譜圖確定有機物的相對分子質量？
1.質譜法——相對分子質量的測定
二、確定分子式
用高能電子流等轟擊樣品分子，使該分子失去電子變成帶正電荷的分子離子和碎片離子。不同離子具有不同的質量，質量不同的離子在磁場作用下達到檢測器的時間有差異，其結果被記錄為質譜圖。
有機物分子
高能電子流轟擊
帶電的
“碎片”
確定相對式量
碎片的質荷比
由于分子離子的質荷比越大，達到檢測器需要的時間最長，因此譜圖中的質荷比最大的就是未知物的相對分子質量）
質荷比是什么？
如何確定有機物的相對分子質量？
分子離子(或碎片離子)的相對質量與其電荷的比值
質荷比=
電荷
相對分子質量
怎樣讀圖？
相對分子質量
質荷比最大的就是其相對分子質量
縱軸：信號強度，與相應碎片離子的多少有關。
橫軸：最右邊離子峰就是未知物的相對分子質量
質譜法小結
待測樣品
帶正電荷的分子離子和碎片離子等
高能電子流等轟擊
有機分子失去電子
這些離子因質量、電荷不同，在電場和磁場中運動行為不同
得到它們相對質量與電荷數比值（質荷比）
計算機分析
以質荷比為橫坐標，
以各類離子相對豐度為縱坐標
質譜圖
未知物A的實驗式為C2H6O，其質譜圖中最右側的分子離子峰（CH3CH2OH的信號）的質荷比數值為46，因此A的相對分子質量為46，由此可以推算出A的分子式也是C2H6O。
符合分子式為C2H6O的可能的結構有以下兩種：
質譜圖中的碎片峰對我們確定有機化合物的分子結構有一定幫助，但未知物A究竟是二甲醚還是乙醇？這還需要我們根據其他證據作出進一步推斷。
H—C—O—C—H
H
二甲醚
H
H
H
H—C—C—O—H
H
乙醇
H
H
H
三、確定分子的結構
測定方法
化學方法：看是否與Na反應
物理方法：紅外光譜法等
【方法導引】當化合物結構比較復雜時，若用化學方法，時間長、浪費試劑，因此科學上常常需要采取一些物理方法。與鑒定有機物結構有關的物理方法有質譜、紅外光譜、核磁共振譜、X射線衍射等。
二甲醚
乙醇
三、確定分子的結構
1.紅外光譜
應用：可獲得分子中所含有的化學鍵或官能團的信息。
原理：
有機化合物受到紅外線照射時，能吸收與它的某些化學鍵或官能團的振動頻率相同的紅外線，通過紅外光譜儀的記錄形成該有機化合物的紅外光譜圖。
紅外光譜儀
從圖中可以找到C—O、C—H和O—H的吸收峰，因此，可以初步推測該未知物A是含有羥基官能團的化合物，結構可表示為C2H5OH。
未知物A（化學式為C2H6O）的紅外光譜圖
2.核磁共振氫譜
具有不同的化學位移（用δ表示），
而且吸收峰的面積與氫原子數成正比
氫原子核具有磁性
電磁波照射
含氫元素的化合物
氫核會吸收特定頻率電磁波的能量
產生 核磁共振現象
用核磁共振儀可以記錄有關信號
處于不同化學環境中的氫原子因產生共振時吸收電磁波的頻率不同
相應的信號在譜圖中出現的位置也不同
有幾種不同類型的氫原子及它們的相對數目等信息
2.核磁共振氫譜
吸收峰數目＝ ，
吸收峰面積比＝ 。
氫原子數之比
氫原子類型種類
測定有機物分子中氫原子的類型和它們的相對數目
2.核磁共振氫譜(NMR)
讀譜要點
測定有機物中H 原子的種類和數目
信號個數
信號強度之比
峰面積
吸收峰數目＝氫原子類型
不同吸收峰的面積之比（強度之比）＝
不同氫原子的個數之比
未知物A的核磁共振氫譜
二甲醚的核磁共振氫譜
由未知物A（分子式為C2H6O ）的核磁共振氫譜圖，可以判斷A的分子結構簡式為 。
由未知物A（分子式為C2H6O ）的核磁共振氫譜圖，可以判斷A的分子結構簡式為 。
下列有機物中有幾種H原子以及個數之比？
CH3-CH-CH3
CH3
２種；９∶１
CH3-C-CH3
CH3
CH3
１種
CH3-CH2-CH-CH3
CH3
４種；３∶２∶１∶６
3.X-射線衍射
X-射線是一種波長很短（約10－10 m）的電磁波，它和晶體中的原子相互作用可以產生衍射譜圖。
原理：
3.X-射線衍射
經過計算可以從中獲得分子結構的有關數據，包括鍵長、鍵角等分子結構信息。將X射線衍射技術用于有機化合物（特別是復雜的生物大分子）晶體結構的測定，可以獲得更為直接而詳盡的結構信息。
應用：
中國科學院上海有機化學研究所和中國中醫研究院中藥研究所等單位的科學家們通過元素分析和質譜法分析，確定青蒿素的相對分子質量為282，分子式為C15H22O5。 經紅外光譜和核磁共振譜分析，確定青嵩素分子中含有酯基和甲基等結構片段。通過化學反應證明其分子中含有過氧基(—O—O—)。1975年底， 我國科學家通過X射線衍射最終測定了青蒿素的分子結構。
青蒿素分子結構的確定
【科學 技術 社會】
研究有機化合物的一般步驟和方法
分離、提純
步驟
方法
蒸餾、萃取、分液、重結晶
測定相對分子質量
確定分子式
質譜法
波譜分析
確定結構式
紅外光譜
核磁共振氫譜
X射線衍射
元素定量分析
確定實驗式
李比希法
現代元素分析儀
→確定相對分子質量
→確定化學鍵、官能團
→確定等效氫原子的類型和數目
→確定鍵長、鍵角等結構信息

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