1.2.2有机化合物分子式与分子结构的确定 讲义【新教材】2020-2021学年人教版（2019）高二化学选择性必修三（机构用）.docx

PAGE PAGE 1 1.2.2　有机物分子式与分子结构的确定 一、确定实验式—元素分析 通过定性、定量分析等过程，确定有机化合物的实验式（也称最简式）。 元素定量分析的原理 元素定量分析的方法步骤 【注】①实验式(最简式)与分子式的关系：分子式＝(最简式)n。 ②若有机物的实验式中，碳原子已达到饱和，则该物质的实验式与分子式相同，如实验式为CH4、C2H6O的物质，则对应的分子式为CH4、C2H6O。 例1.已知由C、H、O元素组成的某化合物9.2 g完全燃烧后可以得到17.6 g CO2和10.8 g H2O，通过计算确定该化合物的分子式。(写出解题过程) [解]　n(C)＝eq \f(17.6 g,44 g·mol－1)＝0.4 mol， n(H)＝eq \f(10.8 g,18 g·mol－1)×2＝1.2 mol， n(O)＝eq \f(9.2 g－m?C?－m?H?,16 g·mol－1)＝eq \f(9.2 g－4.8 g－1.2 g,16 g·mol－1)＝0.2 mol 故n(C)∶n(H)∶n(O)＝N(C)∶N(H)∶N(O)＝2∶6∶1 该化合物的实验式为C2H6O，分子式也为C2H6O。 答：该化合物的分子式为C2H6O。 二、确定分子式——质谱法 1．原理 2.质荷比 有机分子离子或碎片离子的相对质量与电荷的比值，即质荷比。 质谱图中质荷比的最大值等于该有机物的相对分子质量，与相对丰度无关。质谱图：以质荷比为横坐标，以各类离子的相对丰度为纵坐标，根据记录结果所建立的坐标图。如下图为某有机物的质谱图： 从图中可知，该有机物的相对分子质量为46，即质荷比最大的数据就是样品分子的相对分子质量。 3.分子式的确定 确定物质的实验式（最简式）和相对分子质量之后，可以进一步确定其分子式。 依据：分子式是实验式的整数倍。 例2.测出苯的分子式为(CH)x，则M[(CH)]x=78，求其分子式。 [解]设苯的分子式为(CH)x，则M[(CH)]x=78，即13x=78,得x=6。所以苯的分子式为C6H6。 三、确定分子结构——波谱分析 1.确定有机化合物结构的方法 确定有机化合物结构的方法有化学方法和物理方法。化学方法以官能团的特征反应为基础，确定出官能团；物理方法主要有红外光谱法、核磁共振氢谱法。X射线衍射法等。 2.红外光谱 (1)原理：不同官能团或化学键吸收频率不同，在红外光谱图上将处于不同的位置。 (2)作用：初步判断有机物中含有的官能团或化学键。 如分子式为C2H6O的有机物A有如下两种可能的结构：CH3CH2OH或CH3OCH3，利用红外光谱来测定，分子中有O—H或—OH可确定A的结构简式为CH3CH2OH。 3．核磁共振氢谱 (1)原理：处于不同化学环境中的氢原子因产生共振时吸收电磁波的频率不同，相应的信号在谱图上出现的位置不同，具有不同的化学位移，而且吸收峰的面积与氢原子数成正比。 (2)作用：测定有机物分子中氢原子的 类型和数目 。 (3)分析：吸收峰数目＝ 氢原子的种类 ，吸收峰面积比＝ 氢原子个数比 。 例3. 分子式为C2H6O的有机物A的核磁共振氢谱如图，可知A中有3种不同化学环境的氢原子且个数比为3∶2∶1，可推知该有机物的结构应为CH3CH2OH。 3．X射线衍射 (1)原理：X射线是一种波长很短的电磁波，它和晶体中的原子相互作用可以产生衍射图。 (2)作用：可获得分子结构的有关数据，如键长、键角等，用于有机化合物晶体结构的测定。 例4. 为测定某有机化合物A的结构，进行如下实验： 第一步，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)，则该有机物的实验式是________。 (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________。 第二步，结构简式的确定。 (3)根据价键理论，预测A的可能结构并写出结构简式： _____________________________________________________。 (4)经测定，有机物A的核磁共振氢谱如图②所示，则A的结构简式为_________________________________________________。 【解析】 (1)根据题意，n(H2O)＝0.3 mol，则n(H)＝0.6 mol；n(CO2)＝0.2 mol，则n(C)＝0.2 mol；根据氧原子守恒有n(O)＝n(H2O)＋2n(CO2)－2n(O2)＝0.3 mol＋2×0.2 mol－2×eq \f(6.72 L,22.