2025年高中化学新教材同步 选择性必修第三册 第1章　第2节　第2课时　有机化合物分子式和分子结构的确定.docx

第2课时有机化合物分子式和分子结构的确定

[核心素养发展目标]1.学会测定有机化合物元素含量、相对分子质量的一般方法，并能据此确定有机化合物的分子式。2.能够根据化学分析和波谱分析确定有机化合物的结构。

一、确定实验式和分子式

1.确定实验式

(1)原理：将一定量的有机化合物燃烧，转化为简单的无机化合物(如C→CO2，H→H2O)，并通过测定无机物的质量，推算出该有机化合物所含各元素的质量分数，然后计算出该有机化合物分子内各元素原子的最简整数比，确定其实验式(也称最简式)。

(2)元素分析方法

①李比希法

分析思路：C、H、O的质量分数C、H、O的原子个数比实验式。

②元素分析仪

现在，元素定量分析使用现代化的元素分析仪，分析的精确度和分析速度都达到了很高的水平。

1.A是一种只含碳、氢、氧三种元素的有机化合物。其中碳的质量分数为44.1%，氢的质量分数为8.82%，则A的实验式是__________________________________________________________________。

答案C5H12O4

解析由于A中碳的质量分数为44.1%，氢的质量分数为8.82%，故A中氧的质量分数为1-44.1%-8.82%=47.08%，则N(C)∶N(H)∶N(O)=44.1%12∶8.82%1∶47.08%16≈5∶12∶4，则其实验式是C5H12

2.确定分子式

(1)确定相对分子质量

①质谱法

a.原理：质谱仪用高能电子流等轰击样品，使有机分子失去电子，形成带正电荷的分子离子和碎片离子等。这些离子因质量不同、电荷不同，在电场和磁场中的运动行为不同。计算机对其进行分析后，得到它们的相对质量与电荷数的比值，即质荷比。

b.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。如图为某有机化合物的质谱图：

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。

②计算法

相对分子质量数值上等于摩尔质量(以g·mol-1为单位时)的值。

a.标况密度法：已知标准状况下气体的密度ρ，摩尔质量：M=ρ×22.4L·mol-1。

b.相对密度法：根据气体A相对于气体B(已知)的相对密度d：MA=d×MB。

c.混合气体平均摩尔质量：M=m总

(2)确定分子式

在确定了物质的实验式(最简式)和相对分子质量之后，就可进一步确定其分子式。

计算依据：分子式是实验式的整数倍。

(1)验证有机物属于烃时只需测定产物中的CO2和H2O的物质的量之比()

(2)有机物燃烧后只生成CO2和H2O的物质一定只含有碳、氢两种元素()

(3)有机物的实验式、分子式一定不同()

(4)某有机物的蒸气对氢气的相对密度是16，则该有机物的相对分子质量为32()

(5)质谱图中最右边的谱线表示的数值为该有机物的相对分子质量()

答案(1)×(2)×(3)×(4)√(5)√

2.某有机物样品的质谱图如图所示(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

答案B

解析由有机物样品的质谱图可知，质荷比最大值为16，则该有机物的相对分子质量为16。甲醇、甲烷、丙烷、乙烯的相对分子质量分别为32、16、44、28，则该有机物可能为甲烷。

3.某烃蒸气折合成标准状况下的密度为3.215g·L-1，现取3.6g该烃完全燃烧，将全部产物依次通入足量的浓硫酸和碱石灰，浓硫酸增重5.4g，碱石灰增重11g。

(1)求该烃的分子式，写出计算过程。

(2)已知该烃的一氯代物只有一种，写出该烃的结构简式。

答案(1)该烃的摩尔质量为M=3.215g·L-1×22.4L·mol-1≈72g·mol-1，则3.6g该烃的物质的量为0.05mol。该烃的燃烧产物中：n(C)=n(CO2)=11g44g·mol-1=0.25mol，n(H)=2n(H2O)=5.4g18g·mol-1×2=0.6mol，n(烃)∶n(C)∶n(H)=0.05mol∶0.25mol∶0.6mol=1∶5∶12

解析(2)其一氯代物只有一种，说明其结构高度对称，分子中只有一种化学环境的氢原子，则该有机物是新戊烷：。

二、确定分子结构

有机化合物中普遍存在同分异构现象，需要借助现代分析仪器确定分子结构。

1.红外光谱

(1)原理：不同的化学键或官能团对红外线的吸收频率不同，在红外光谱图上将处于不同的位置。

(2)作用：获得分子中所含化学键或官能团的信息。

(3)实例：下图为有机物A(分子式为C2H6O)的红外光谱图。

有机物A的结构简式可能为CH3CH2OH或CH3OCH3，