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鲁科版 (2019)选择性必修3第2节 有机化合物结构的测定课文配套ppt课件
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这是一份鲁科版 (2019)选择性必修3第2节 有机化合物结构的测定课文配套ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了必备知识·素养奠基，质谱法，nC+1-，不予考虑，橙红色溶液褪色，紫色溶液褪色，有氢气放出，有白色沉淀产生，银氨溶液，有银镜生成等内容，欢迎下载使用。
一、有机化合物分子式的确定1.有机化合物元素组成的确定:(1)碳、氢元素质量分数的测定——燃烧分析法。
(2)氮元素质量分数的测定。(3)卤素质量分数的测定。
(4)氧元素质量分数的计算。
2.有机化合物相对分子质量的确定:(1)通过实验,根据实验数据求算相对分子质量。(2)有机物相对分子质量一般用_______进行测定。
【判一判】(1)只根据有机化合物完全燃烧生成CO2和H2O,不能确定该有机物一定为烃。 ( )提示:√。含碳、氢、氧三种元素的有机物燃烧也生成CO2和H2O。(2)有机化合物分子式一定不与其最简式相同。( )提示:×。有些有机化合物的分子式与其最简式相同,如甲烷CH4、甲醛CH2O、甲酸CH2O2等。
(3)燃烧0.1 ml某有机化合物得到0.2 ml CO2和0.3 ml H2O不能由此确定有机化合物的分子式。( )提示:√。仅凭此条件只能确定每个有机物分子中C、H原子个数,无法确定是否含有O原子。
二、有机化合物结构式的确定1.确定有机化合物结构式的流程
2.有机化合物分子不饱和度的计算(1)计算公式①公式:分子的不饱和度=________________。②说明:在计算不饱和度时,若有机化合物分子中含有卤素原子,可将其视为___原子;若含有氧、硫原子,则_________;若含有氮原子,就在氢原子总数中_____氮原子数。
(2)常见官能团的不饱和度
3.确定有机化合物的官能团:(1)实验方法。常见官能团的实验推断方法:
NaOH溶液(加热)、
稀硝酸、AgNO3溶液
(2)物理方法:通过紫外光谱(UV)、红外光谱(IR)及核磁共振谱(NMR)等,能快速准确地确定有机化合物分子的结构。
4.实例——医用胶单体的结构确定:(1)确定分子式。①通过测定各元素的含量确定其实验式为C8H11NO2。②由质谱分析法测定出该样品的相对分子质量为153.0,则确定其分子式为C8H11NO2。(2)推导结构式。①计算该样品分子的不饱和度,推测分子中是否含有苯环、碳碳双键、碳碳三键或碳氧双键,Ω=n(C)+1- =8+1- =4。
②用化学方法推测样品分子中的官能团。a.加入溴的四氯化碳溶液,橙红色溶液褪色,说明可能存在 或—C≡C—。b.加入(NH4)2Fe(SO4)2溶液,H2SO4及KOH的甲醇溶液无明显变化,说明无—NO2。c.加入NaOH溶液并加热,有氨气放出,说明有—CN。③波谱分析——据此推测样品中的官能团在碳链上的位置a.红外光谱图:有机物中存在—CN、 、 、 b.核磁共振氢谱:有机物中有5种H,且个数比为1∶1∶2∶1∶6;该有机物中有 、
④确定有机物的结构简式_________________________。
【情境·思考】中国是世界上第一大农药产品生产国,使用面积也居世界前列。但是农药的使用造成的问题也不断暴露,首先是消费者对农药毒性、农药残留的关注度越来越高,即对食品安全的担忧;其次是对农药造成环境污染的关注度越来越高,即对环境安全的担忧。绿色农药——信息素的推广使用,对环保有重要意义。有一种信息素的结构简式为CH3(CH2)5CH CH(CH2)9CHO。
(1)信息素中有哪些官能团?提示:根据其结构简式可知,信息素中含有两种官能团,分别是碳碳双键和醛基。(2)如何用实验方法检验上述两种官能团?提示:先利用新制氢氧化铜或者银氨溶液检验醛基,然后酸化后再加入溴水或高锰酸钾来检验碳碳双键。
知识点一 有机化合物分子式的确定方法【重点释疑】1.直接法:(1)由题意求算出1 ml 有机化合物中各元素原子的物质的量,从而确定各原子的个数,即可推出分子式。 (2)利用相对分子质量及各元素质量分数直接求算出1分子有机物中各元素的原子个数,从而确定分子式。例如:N(C)= ,N(H)= ,N(O)= 。
2.实验式法:先利用有机物中各元素的质量分数求出有机物的最简式,再结合有机物的相对分子质量求得分子式。例如:N(C)∶N(H)∶N(O)= =a∶b∶c(最简整数比),则最简式为CaHbOc,分子式为(CaHbOc)n,n= 。
4.商余法:用烃(CxHy)的相对分子质量除以14,看商数和余数。(1) =n……2,该烃分子式为CnH2n+2。(2) =n……0,该烃分子式为CnH2n。(3) =(n-1)……12,该烃分子式为CnH2n-2。(4) =(n-1)……8,该烃分子式为CnH2n-6。(Mr:相对分子质量 n:分子式中碳原子的数目)
5.化学方程式法:利用有机反应中反应物、生成物之间“量”的关系求分子式的方法。利用燃烧反应的化学方程式,由题给条件并依据下列燃烧通式所得CO2和H2O的量求解x、y、z。CxHy+(x+ )O2 xCO2+ H2O、CxHyOz+(x+ - )O2 xCO2+ H2O。
6.平均值法:当几种烃混合时,往往能求出其平均分子式。把混合物当成一种烃分子计算时,可以得出平均摩尔质量,进而求出平均分子式。若平均摩尔质量为 ,两种成分的摩尔质量分别为M1、M2,且M1
(3)特殊方法Ⅱ:部分有机化合物的实验式中,氢原子数已达到饱和,则该有机化合物的实验式即为其分子式,如实验式为CH4、CH3Cl、C2H6O、C4H10O等有机化合物,其实验式即为分子式。
【思考·讨论】(1)某气态有机物X含C、H、O三种元素,已知下列条件,现欲确定X的分子式,所需的最少条件是什么?①X中含碳质量分数 ②X中含氢质量分数 ③X在标准状况下的体积 ④质谱法确定X的相对分子质量 ⑤X的质量提示:①②④。由C、H质量分数可推出O的质量分数,由各元素的质量分数可确定X的实验式,由相对分子质量和实验式即可确定X的分子式。
(2)2.3 g某有机物完全燃烧后生成4.4 g二氧化碳和2.7 g水,该有机物的组成元素有哪些?提示:该有机物中含C: ×12 g·ml-1=1.2 g,含H: ×2×1 g·ml-1=0.3 g。因2.3 g>(1.2 g+0.3 g),故该有机物中还含有氧元素。因此,该有机物是由C、H、O三种元素组成的。
【案例示范】【典例】(2020·菏泽高二检测)有机化合物A的相对分子质量大于110,小于150。经分析得知,其中碳和氢的质量分数之和为52.24%,其余为氧。请回答:(1)该化合物分子中含有____________个氧原子。 (2)该化合物的摩尔质量是________________。 (3)化合物分子式为________________。
【思路点拨】解答本题时要注意以下几点:(1)先由有机物A的相对分子质量的范围确定分子中氧原子的数目。(2)由氧元素的质量分数及氧原子的个数确定有机物A的相对分子质量。
【解析】 A中O的质量分数为1-52.24%=47.76%。若A的相对分子质量为150,其中O原子个数为 =4.477 5;若A的相对分子质量为110,其中O原子个数为 =3.283 5。实际O原子个数介于3.283 5和4.477 5之间,即O原子个数为4。A的相对分子质量为 =134。则A的摩尔质量为134 g·ml-1。其中C、H的相对原子质量之和为134-16×4=70,利用商余法可得: =5……10可确定有机物A的分子式为C5H10O4。答案:(1)4 (2)134 g·ml-1 (3)C5H10O4
【母题追问】(1)该化合物分子中最多含几个 官能团?提示:有机物A的分子式为C5H10O4,故A分子的不饱和度为5+1- =1,所以化合物A分子中最多含1个 官能团。(2)若有机物A可产生银镜反应,结构中无支链,且有一个甲基,试写出符合上述条件的有机物A的一种同分异构体的结构简式。提示:由于有机物A能发生银镜反应,且无支链,故A中含有一个醛基,由于A的不饱和度为1,故其他三个氧原子为羟基的形式,再结合A中含有1个甲基,故A的一种同分异构体的结构简式为
【迁移·应用】1.3.1 g某有机样品完全燃烧,燃烧后的气体混合物通入过量的澄清石灰水中,石灰水共增重7.1 g,然后过滤得到10 g 沉淀。该有机样品可能是( )A.乙二酸 B.乙醇C.乙醛D.甲醇和丙三醇的混合物
【解析】选D。3.1 g有机样品燃烧生成CO2、H2O的总质量为7.1 g,与过量Ca(OH)2反应生成10 g CaCO3,则其中CO2为0.1 ml,即n(C)=0.1 ml,m(C)=0.1 ml×12 g·ml-1=1.2 g,故m(H2O)=7.1 g-0.1 ml×44 g·ml-1=2.7 g,即n(H2O)=0.15 ml,n(H)=0.3 ml,m(H)=0.3 g,故该有机样品中氧的质量:m(O)=3.1 g-1.2 g-0.3 g=1.6 g,即n(O)=0.1 ml,则该有机样品中n(C)∶n(H)∶n(O)=0.1 ml∶0.3 ml∶0.1 ml=1∶3∶1,即最简式为CH3O,设其分子式为(CH3O)n。选项A、B、C不符合,选项D中当甲醇和丙三醇按物质的量之比为1∶1混合时符合。
2.某烃的衍生物分子中含C、H、O,若将其分子式写成(CH2)m(CO2)n(H2O)p,当它完全燃烧时,生成的CO2与消耗的O2在同温同压下体积之比为1∶1,则m、n的比为( )A.1∶1 B.2∶3 C.1∶2 D.2∶1【解析】选D。生成CO2为(m+n),消耗O2为 ,由题意知 =1∶1,m=2n,故选D。
【补偿训练】某混合气体由两种气态烃组成,2.24 L该混合气体完全燃烧后,得到4.48 L二氧化碳(气体已折算为标准状况)和3.6 g水,则这两种气体可能是( )A.CH4和C3H8 B.CH4和C3H4C.C2H4和C3H4 D.C2H4和C2H6
【解析】选B。n(C)= =0.2 ml,n(H)= ×2=0.4 ml,n(混合物)∶n(C)∶n(H)=1∶2∶4。所以该混合气体的平均分子式为C2H4。符合题意的组合只有B选项。
【素养提升】 四乙基铅作为添加剂一度广泛在汽油中使用,以防止发动机内发生爆震,借以提高汽车发动机效率和功率。但同时四乙基铅也是大气铅污染的重要来源。现在有一种含氧有机化合物可以作为无铅汽油的抗爆震剂,经测定该物质含C的质量分数为0.682,含H的质量分数为0.136,其余为O。
(1)试确定该化合物的实验式。提示:(实验式法)该化合物中w(O)=1.000-0.682-0.136=0.182N(C)∶N(H)∶N(O)= ≈5∶12∶1该化合物的实验式为C5H12O。
(2)能否根据实验式确定该物质的分子式? 提示:能。该物质中氢原子数已达到最多,故其实验式即分子式。
知识点二 有机化合物结构式的确定方法【重点释疑】1.确定有机化合物结构式的基本思路:
2.确定有机化合物结构式的常用方法:(1)根据价键规律确定:某些有机物根据价键规律只存在一种结构,则可直接根据分子式确定其结构式。例如:C2H6,只能是CH3CH3。(2)通过定性实验确定官能团的种类:实验→有机物表现的性质及相关结论→官能团→确定结构式。例如:能使溴的四氯化碳溶液褪色的有机物分子中可能含有 或—C≡C—,不能使溴的四氯化碳溶液褪色却能使酸性高锰酸钾溶液褪色的可能是苯的同系物等。
(3)通过定性实验确定官能团的位置。①若由醇氧化得到醛或羧酸,可推知—OH一定连接在有2个氢原子的碳原子上,即存在—CH2OH;由醇氧化为酮,推知—OH一定连在有1个氢原子的碳原子上,即存在 ;若醇不能在催化剂作用下被氧化,则—OH所连的碳原子上无氢原子。②由消去反应的产物,可确定—OH或—X的位置。
③由取代反应产物的种数,可确定碳链结构。如烷烃,已知其分子式和一氯代物的种数时,可推断其可能的结构。有时甚至可以在不知其分子式的情况下,判断其可能的结构简式。④由加氢后碳链的结构,可确定原物质分子 或 的位置。
(4)常用读谱方法质谱:相对分子质量=最大质荷比。红外光谱:化学键和官能团信息。核磁共振氢谱:吸收峰数目=氢原子种类数,不同吸收峰的面积之比(强度之比)=不同氢原子的个数之比。
【易错提醒】有机物的不饱和度与分子结构的关系(1)Ω=0,说明分子是饱和链状结构;(2)Ω=1,说明分子中有一个双键或一个环;(3)Ω=2,说明分子中有两个双键或一个三键,或一个双键和一个环,或两个环;(4)Ω≥4,说明分子中很有可能有苯环。
【思考·讨论】下列官能团能否与金属钠反应生成氢气?能否与Na2CO3溶液反应?能否与Na2CO3溶液反应生成CO2?
【案例示范】【典例】某有机化合物A经李比希法测得其中含碳为72.0%、含氢为6.67%,其余为氧。现用下列方法测定该有机化合物的相对分子质量和分子结构。方法一:用质谱法分析得知A的相对分子质量为150。方法二:核磁共振仪测出A的1H核磁共振谱有5组峰,其面积之比为1∶2∶2∶2∶3,如图A所示。
方法三:利用红外光谱仪测得A分子的红外光谱如图B所示。
请填空:(1)A的分子式为__________。 (2)一个A分子中含一个甲基的依据是__________。 a.A的相对分子质量b.A的分子式c.A的1H核磁共振谱图d.A分子的红外光谱图(3)A的结构简式可能为__________。
【解析】(1)由题意知,有机物A中O的质量分数为1-72.0%-6.67%=21.33 %,Mr(A)=150 得N (C)= =9,N(H)= ≈10,N(O)= ≈2,则A的分子式为C9H10O2。(2)由分子式知A中含有10个H,1H核磁共振谱中有5组峰,说明A中有5种氢,峰面积之比为1∶2∶2∶2∶3,则A中5种H的个数比为1∶2∶2∶2∶3,由于3个H相同的只有一种即有一个—CH3。
(3)A中含苯环结构,且苯环与C原子相连形成 的结构,含C＝O和C—O,可联想(酯基) ,含C—C和C—H,可知含烷烃基,综合可知A的结构简式可能为 或 或 。
答案:(1)C9H10O2 (2)b、c(3) 或 或 。
【规律方法】由分子式确定有机物结构式的一般步骤
【迁移·应用】1.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),则该有机物可能是( )A.甲醇 B.甲烷C.丙烷D.乙烯
【解析】选B。由谱图可知该有机物的最大质荷比为16,则它的相对分子质量为16,故为甲烷。
2.在核磁共振氢谱中出现两组峰,其氢原子数之比为3∶2的化合物是下列物质中的__________。 A. B. C. D.
【解析】选D。D中有两类氢,且氢原子个数比是6∶4=3∶2。
3.胡椒酚A是植物挥发油中的一种成分。某研究性学习小组对其分子组成结构的研究中发现:A的相对分子质量不超过150;A中C、O的质量分数分别为w(C)=80.60%,w(O)=11.94%,完全燃烧后产物只有CO2和H2O。根据以上信息,填写下列内容:(1)A的摩尔质量为__________________。 (2)光谱分析发现A中不含甲基(—CH3),苯环上的一氯取代物只有2种,则A的结构简式为________________。
(3)A的一种同分异构体中,苯环上含有两个取代基,取代基位置与A相同,且能发生银镜反应。①符合条件的A的同分异构体的结构简式为__________________________。 ②上述A的一种同分异构体发生银镜反应的化学方程式为________________。
【解析】由题意知胡椒酚中至少含有一个羟基,A的摩尔质量M= ,由于M≤150,可知n只能取1,解得M=134 g·ml-1,A中含有的碳原子数为 ≈9,氢原子数为 ≈10,因此A的化学式为C9H10O。A分子的不饱和度为5,含有一个苯环(不饱和度为4),说明A中还含有一个碳碳双键,且A中不含甲基,因此双键在末端,A中苯环上的一氯取代物只有2种,说明酚羟基和烃基在对位上,从而可确定胡椒酚A的结构简式为 。
答案:(1)134 g·ml-1(2) (3)① ② +2 [Ag(NH3)2]OH +2Ag↓+3NH3+H2O(或 +2[Ag(NH3)2]OH +2Ag↓+3NH3+H2O)
【补偿训练】某脂肪族化合物A的相对分子质量为118,其中C的质量分数为41%,H为5%,O为54%。化合物A能与碳酸氢钠溶液反应放出气体,也能与新制氢氧化铜悬浊液反应生成砖红色沉淀,符合条件的A的醇羟基类同分异构体有( )A.2种 B.3种 C.4种 D.5种
【解析】选C。根据题意知,A分子中碳原子的个数为 ≈4,氢原子的个数为 ≈6,则氧原子的个数为 =4,故A的分子式为C4H6O4。由“化合物A能与碳酸氢钠溶液反应放出气体”可知,A分子中含有—COOH;又由“与新制氢氧化铜悬浊液反应生成砖红色沉淀”可知,A分子中含有—CHO。而A的不饱和度为2,故A分子中除—CHO、—COOH以外的基团都为饱和结构。符合条件的A的醇羟基类同分异构体有:HOOCCH(OH)CH2CHO、HOOCCH2CH(OH)CHO、 、 。
1.二甲醚和乙醇是同分异构体,其鉴别可采用化学方法或物理方法,下列鉴别方法中一般不能对二者进行鉴别的是( )A.利用金属钠或者金属钾 B.利用质谱法C.利用红外光谱法D.利用核磁共振氢谱【解析】选B。质谱是用于测定相对分子质量的。
2.有机物M中只含C、H、O三种元素,其相对分子质量不超过100。若M中含O的质量分数为36.36%,则能与NaOH溶液反应的M共有(不考虑立体异构)( )A.5种 B.6种 C.7种 D.8种
【解析】选B。M的相对分子质量不超过100,其中含O的质量分数为36.36%,则N(O)≤ ≈2.3。M能与NaOH溶液反应,则N(O)应为2,故M的相对分子质量约为88,分子式为C4H8O2,能与NaOH溶液反应的M的同分异构体有CH3CH2CH2COOH、(CH3)2CHCOOH、HCOOCH2CH2CH3、HCOOCH(CH3)2、CH3COOCH2CH3、CH3CH2COOCH3,共6种。
3.(2018·防城港高二检测) 已知某有机物A的核磁共振氢谱如图所示,下列说法中,错误的是( ) A.若A的分子式为C3H6O2,则其结构简式为CH3COOCH3B.由核磁共振氢谱可知,该有机物分子中有三种不同化学环境的氢原子,且个数之比为1∶2∶3C.仅由其核磁共振氢谱无法得知其分子中的氢原子总数D.若A的化学式为C3H6O2,则其同分异构体有三种
【解析】选A。由核磁共振氢谱可知,其分子中含有三种不同化学环境的氢原子,峰的面积之比等于其原子个数之比,但不能确定具体个数,故B、C正确;由A的分子式C3H6O2可知,其同分异构体有3种:CH3COOCH3、CH3CH2COOH、HCOOCH2CH3,故D正确;其中有三种不同化学环境的氢原子且个数之比为1∶2∶3的有机物的结构简式为CH3CH2COOH或HCOOCH2CH3。故A错误,答案为A。
4.某有机物在氧气中充分燃烧,生成的CO2和H2O的物质的量之比为1∶2,则下列说法中正确的是( )A.分子中C、H、O个数比为1∶2∶3B.分子中C、H个数比为1∶4C.分子中含有氧元素D.此有机物的最简式为CH4
【解析】选B。由n(CO2)∶n(H2O)=1∶2仅能得出n(C)∶n(H)=1∶4,不能确定是否含O。
5.聚戊二酸丙二醇酯(PPG)是一种可降解的聚酯类高分子材料,在材料的生物相容性方面有很好的应用前景。PPG的一种合成路线如下:
已知:①烃A的相对分子质量为70,核磁共振氢谱显示只有一种化学环境的氢。②化合物B为单氯代烃;化合物C的分子式为C5H8。③E、F为相对分子质量差14的同系物,F是福尔马林的溶质。④R1CHO+R2CH2CHO
(1)根据信息①确定A的分子式为__________,结构简式为________。 (2)G的化学名称是________________,所含官能团名称为____________。 (3)G的同分异构体中,能与饱和NaHCO3溶液反应产生气体的有机物的结构简式为____________。 (4)化合物C的核磁共振氢谱中有____________组峰。 (5)既能发生水解反应,又能发生银镜反应的G的同分异构体有________________种。
【解析】设烃A的分子式为CxHy,则有12x+y=70,讨论分析当x=5时y=10,则分子式为C5H10,由信息①中“只有一种化学环境的氢”知结构简式为 ,结合框图信息知B为 、C为 、D为HOOCCH2CH2CH2COOH、E为CH3CHO、F为 HCHO、G为HOCH2CH2CHO、H为HOCH2CH2CH2OH、PPG为 。
答案:(1)C5H10 (2)3-羟基丙醛 羟基、醛基 (3)CH3CH2COOH(4)3 (5)1
十八 有机化合物结构的测定【基础达标】(40分钟 70分)一、选择题(本题包括9小题,每小题6分,共54分)1.下列有机化合物分子在核磁共振氢谱中只给出一种信号的是( )A.HCHO D.CH3COOCH3【解析】选A。甲醛的结构为 ,其分子中只有一种不同化学环境的氢原子,而CH3OH、HCOOH、CH3COOCH3分子中均有两种氢原子。
2.证明某有机化合物属于烃,应完成的实验内容必须是( )A.只要证明它完全燃烧后产物只有H2O和CO2B.只测定它的C、H原子个数比C.只测定其燃烧产物中H2O与CO2的质量之比D.测定该样品的质量及样品完全燃烧后生成H2O和CO2的质量
【解析】选D。烃中只含有碳、氢两种元素,烃完全燃烧的产物只有CO2和H2O。设计实验测定CO2和H2O的质量,若原试样的质量等于CO2中碳元素和H2O中氢元素的质量之和,则该有机化合物为烃。若原试样的质量大于CO2和H2O中碳、氢两元素的质量之和,则该有机化合物为烃的含氧衍生物。
3.(2020·淄博高二检测) 在标准状况下,100 mL某气态烃质量为0.25 g,该烃在一定条件下能与HBr加成,所得产物只有一种,则其结构简式为( )A.CH3—CH＝CH2B.CH2＝CH—CH2—CH3 C.CH3—CH＝CH—CH3D.CH2＝C(CH3)2
【解析】选C。由题意,气态烃的摩尔质量为:M= =56 g·ml-1,故该烃为烯烃,利用余商法可得: =4……8,则其分子式为C4H8,又知该烃与HBr加成所得产物只有一种,故其结构简式为CH3—CH＝CH—CH3。
4.现代化学测定有机化合物组成及结构的分析方法较多。下列有关说法正确的是( )A.元素分析仪不仅可以测出试样常见的组成元素及含量,还可以测定其分子的空间结构B. 的核磁共振氢谱中有4组峰,峰面积之比为1∶2∶2∶3C.通过红外线光谱图分析可以区分乙醇和乙酸乙酯D.质谱法和紫外光谱法不属于测定有机化合物组成和结构的现代分析方法
【解析】选C。元素分析仪可以测出试样常见的组成元素及含量,但不能测定其分子的空间结构,A错误; 的核磁共振氢谱中有5组峰,B错误;红外线光谱图可以测定官能团,所以可以区分乙醇和乙酸乙酯,C正确;质谱法和紫外光谱法属于测定有机化合物组成和结构的现代分析方法。
5.(2020·亳州高二检测)某有机化合物甲经水解可得乙,乙在一定条件下经氧化后可得丙,1 ml 丙和2 ml甲反应得一种含氯的酯(C6H8O4Cl2)。由此推断有机物丙的结构简式为( )A.Cl—CH2—CHOB.HO—CH2—CH2—OHC.Cl—CH2COOHD.HOOC—COOH【解析】选D。由题意可知,甲、乙、丙分子中所含碳原子数相同,均为两个碳原子;丙为羧酸,且含有两个羧基,应选D项。
6.(2020·济南高二检测)某含氮有机化合物能溶于水,它既能和酸反应,又能和碱反应,且分子中只含一个氮原子,实验测得其含氮量为18.67%,则下列关于该含氮有机化合物的说法不正确的是( )A.该有机化合物中碳原子数与氧原子数相等B.该有机化合物中氢原子数等于碳、氧、氮原子个数之和C.该有机化合物为氨基酸D.该有机化合物中含有硝基(—NO2)
【解析】选D。由题意知该有机化合物为氨基酸,其相对分子质量为 =75,可推知其结构简式为H2N—CH2—COOH,故A、B、C均正确,D不正确。
7.某化合物由碳、氢、氧三种元素组成,其红外光谱图有C—H键、H—O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可能是( )A.CH3CH2CH2OH B. C.CH3CH2OCH3D.CH3CH2CHO【解析】选A。红外光谱图有O—H键,说明含—OH,再根据其相对分子质量是60,可判断其分子式为C3H7OH,结构简式可能为CH3CH2CH2OH和CH3CH(OH)CH3。
【补偿训练】下列化合物的1H-NMR图中特征峰的数目不正确的是( )
【解析】选A。A中有两个对称轴,因此有2种等效氢原子,有2组峰;B中有一个对称轴,有5种等效氢原子,有5组峰;C中要注意单键可以转动,因此左边两个甲基是相同的,右边3个甲基也是相同的,因此有3种等效氢原子,有3组峰;D中有一个对称中心,因此有4种等效氢原子,有4组峰。
8.人在做剧烈运动后,有一段时间腿和胳膊会有酸胀和疼痛的感觉,原因之一是C6H12O6(葡萄糖)在运动过程中转化为C3H6O3(乳酸)。4.5 g乳酸与足量的钠反应,在标准状况下得气体1 120 mL。9 g乳酸与相同质量的甲醇反应,生成0.1 ml乳酸甲酯和1.8 g水。乳酸可被氧化为 则乳酸的结构简式是( )A.HOCH2CH2COOH B.HOCH2CH(OH)COOHC.CH3OCH2COOHD.CH3CH(OH)COOH
【解析】选D。乳酸(C3H6O3)的相对分子质量为90。4.5 g乳酸(0.05 ml)与Na反应得到0.05 ml H2,说明 1分子乳酸中有2个H原子被Na原子所替代;0.1 ml乳酸与甲醇反应生成0.1 ml乳酸甲酯和0.1 ml H2O,说明乳酸分子中只有1个羧基。乳酸氧化后的物质为 则另一个官能团必定是羟基,所以乳酸的结构简式为
9.某化合物的结构(键线式)及球棍模型如下: 该有机分子的核磁共振氢谱如图所示(单位是ppm):
下列关于该有机物的叙述正确的是( )A.该有机物不同化学环境的氢原子有6种B.该有机物属于芳香化合物C.键线式中的Et代表的基团为—CH3D.该有机物在一定条件下能够发生消去反应
【解析】选D。由谱图可知有8种不同环境的氢原子,A错;由键线式可看出,该物质中无苯环,不属于芳香化合物,B错;Et为—CH2CH3,C错;含有醇羟基能发生消去反应,D正确。
二、非选择题(本题包括1小题,共16分)10.(2020·海口高二检测)盐酸利多卡因是一种局部麻醉药及抗心律失常药,可由芳香烃A为原料合成:
回答下列问题。(1)B的官能团名称为______,D的分子式为_________。 (2)反应①的化学方程式为____________,反应类型为________,上述流程中,反应类型与①相同的还有________(填反应序号)。 (3)反应④除生成E外,另一种产物的化学式为__________。
(4)写出ClCH2COCl与足量的NaOH溶液反应的化学方程式:________________。 (5)C的芳香族同分异构体中,苯环上只有1个取代基的异构体共有________种(不考虑立体异构),其中核磁共振氢谱共有4组峰,且峰面积比为6∶2∶2∶1的是________(填结构简式)。
【解析】本题主要考查有机物推断、官能团、反应类型、同分异构体判断及化学方程式书写等。根据已知信息可知B为 。B发生还原反应,即硝基被还原为氨基,得到C。C中氨基上氢原子被取代生成D,D继续发生取代反应生成E。(1)根据以上分析可知B的官能团名称为硝基,D的分子式为C10H12ONCl。
(2)根据以上分析可知反应①是间二甲苯发生硝化反应生成B,反应的化学方程式为 上述流程中,反应类型与①相同的还有③④。
(3)根据原子守恒可知反应④除生成E外,另一种产物的化学式为HCl。(4)根据题给信息知,ClCH2COCl与足量的NaOH溶液反应的化学方程式为ClCH2COCl+3NaOH→HOCH2COONa+2NaCl+H2O。
(5)C的芳香族同分异构体中,苯环上只有1个取代基的有5种:
答案:(1)硝基 C10H12ONCl +H2O 取代反应 ③④ (3)HCl(4)ClCH2COCl+3NaOH→HOCH2COONa+2NaCl+H2O
【补偿训练】 某奶油中有一种只含C、H、O的化合物A。A可用作香料,其相对分子质量为88,分子中C、H、O原子个数比为2∶4∶1。A中含有碳氧双键,与A相关的反应如下:
已知:①ROH+HBr(氢溴酸) RBr+H2O(1)A的分子式为__________________。 (2)写出与A分子式相同的所有酯的结构简式:____________________。 (3)写出A、C、F的结构简式:A______________, C______________,F________________。
(4)写出B→D反应的化学方程式: _____________________________。 (5)在空气中长时间搅拌奶油,A可转化为相对分子质量为86的化合物G,G的一氯代物只有一种,写出G的结构简式:________________________。A→G的反应类型为______________________。
【解析】设A的分子式为(C2H4O)n,故44n=88,解得n=2,所以A的分子式为C4H8O2,其不饱和度为1。故与A的分子式相同的所有酯的结构简式为CH3CH2COOCH3、CH3COOCH2CH3、HCOOCH(CH3)2、HCOOCH2CH2CH3。由题中提供的转化关系图及题干信息①可知A中含有醇羟基及碳氧双键,再根据B转化为C及信息②知B为
进而知A、C、E、F分别为 、CH3CHO、 、 。根据“在空气中长时间搅拌奶油,A可转化为相对分子质量为86的化合物G”知A分子被氧化脱去2个氢原子,故G的结构简式为
答案:(1)C4H8O2(2)CH3CH2COOCH3、CH3COOCH2CH3、HCOOCH(CH3)2、HCOOCH2CH2CH3
【能力提升】(20分钟 30分)一、选择题(本题包括2小题,每小题8分,共16分)11.(双选)有机物甲能发生银镜反应,甲催化加氢还原为乙,1 ml乙与足量金属钠反应放出22.4 L H2(标准状况),据此推断乙一定不是( )A.CH2OH—CH2OHB.CH2OH—CHOH—CH3C.CH3—CH(OH)—CH(OH)—CH3D.CH3CH2OH
【解析】选C、D。1 ml乙能跟Na反应放出1 ml H2,证明乙为二元醇,则D物质不是;甲能发生银镜反应,证明有醛基,则加氢反应后,生成的醇羟基应在链端,故C也不是。
【误区警示】此题易漏选C。原因在于忽略了甲能发生银镜反应,进而对于乙中羟基与相连的碳的连接方式判断错误。
12.某芳香族有机物的分子式为C8H6O2,它的分子(除苯环外不含其他环)中不可能有( )A.两个羟基B.一个醛基C.两个醛基D.一个羧基
【解析】选D。由该有机物的分子式可求出不饱和度Ω=6,分子中有一个苯环,其不饱和度Ω=4,余下2个不饱和度、2个碳原子和2个氧原子。具有2个不饱和度的基团组合可能有三种情况:①两个碳原子形成1个—C≡C—、两个氧原子形成2个羟基,均分别连在苯环上;②两个碳原子形成1个羰基、1个醛基,相互连接;③两个碳原子形成2个醛基,分别连在苯环上。三种情况中氧原子数目都为2;而选项D中,1个羧基的不饱和度仅为1,氧原子数目已为2,羧基和苯环上的C的价键已饱和,都不能与剩下的1个碳原子以C＝C键结合,故选D。
二、非选择题(本题包括1小题,共14分)13.(2019·江苏高考)化合物F是合成一种天然茋类化合物的重要中间体,其合成路线如下:
(1)A中含氧官能团的名称为______和______。 (2)A→B的反应类型为__________。 (3)C→D的反应中有副产物X(分子式为C12H15O6Br)生成,写出X的结构简式:__________。 (4)C的一种同分异构体同时满足下列条件,写出该同分异构体的结构简式:__________________。 ①能与FeCl3溶液发生显色反应;②碱性水解后酸化,含苯环的产物分子中不同化学环境的氢原子数目比为1∶1。
(5)已知: (R表示烃基,R′和R″表示烃基或氢),写出以 和CH3CH2CH2OH为原料制备 的合成路线流程图(无机试剂和有机溶剂任用,合成路线流程图示例见本题题干)。
【解析】(1)“—OH”为羟基(或酚羟基),“—COOH”为羧基。(2)A至B为羧基中的羟基被氯原子所取代。(3)C至D为“—CH2OCH3”取代酚羟基上的H原子,H原子与Cl原子结合成HCl,C中还有一个酚羟基,也可以与“—CH2OCH3”发生取代反应,结合X的分子式,可以得出X的结构简式为
(4)能与FeCl3发生显色,说明含有酚羟基。 水解之后得 其中不同环境的氢原子数目比为3∶3(即1∶1)。
(5)本题采用逆合成法, 可以由 和CH3CH2CHO采用已知的第2步合成,CH3CH2CHO可以由原料CH3CH2CH2OH催化氧化得到,运用流程中E至F, 可以被LiAlH4还原为 与HCl反应生成 ,与Mg在无水乙醚中可以生成
答案:(1)(酚)羟基 羧基 (2)取代反应
一、有机化合物分子式的确定1.有机化合物元素组成的确定:(1)碳、氢元素质量分数的测定——燃烧分析法。
(2)氮元素质量分数的测定。(3)卤素质量分数的测定。
(4)氧元素质量分数的计算。
2.有机化合物相对分子质量的确定:(1)通过实验,根据实验数据求算相对分子质量。(2)有机物相对分子质量一般用_______进行测定。
【判一判】(1)只根据有机化合物完全燃烧生成CO2和H2O,不能确定该有机物一定为烃。 ( )提示:√。含碳、氢、氧三种元素的有机物燃烧也生成CO2和H2O。(2)有机化合物分子式一定不与其最简式相同。( )提示:×。有些有机化合物的分子式与其最简式相同,如甲烷CH4、甲醛CH2O、甲酸CH2O2等。
(3)燃烧0.1 ml某有机化合物得到0.2 ml CO2和0.3 ml H2O不能由此确定有机化合物的分子式。( )提示:√。仅凭此条件只能确定每个有机物分子中C、H原子个数,无法确定是否含有O原子。
二、有机化合物结构式的确定1.确定有机化合物结构式的流程
2.有机化合物分子不饱和度的计算(1)计算公式①公式:分子的不饱和度=________________。②说明:在计算不饱和度时,若有机化合物分子中含有卤素原子,可将其视为___原子;若含有氧、硫原子,则_________;若含有氮原子,就在氢原子总数中_____氮原子数。
(2)常见官能团的不饱和度
3.确定有机化合物的官能团:(1)实验方法。常见官能团的实验推断方法:
NaOH溶液(加热)、
稀硝酸、AgNO3溶液
(2)物理方法:通过紫外光谱(UV)、红外光谱(IR)及核磁共振谱(NMR)等,能快速准确地确定有机化合物分子的结构。
4.实例——医用胶单体的结构确定:(1)确定分子式。①通过测定各元素的含量确定其实验式为C8H11NO2。②由质谱分析法测定出该样品的相对分子质量为153.0,则确定其分子式为C8H11NO2。(2)推导结构式。①计算该样品分子的不饱和度,推测分子中是否含有苯环、碳碳双键、碳碳三键或碳氧双键,Ω=n(C)+1- =8+1- =4。
②用化学方法推测样品分子中的官能团。a.加入溴的四氯化碳溶液,橙红色溶液褪色,说明可能存在 或—C≡C—。b.加入(NH4)2Fe(SO4)2溶液,H2SO4及KOH的甲醇溶液无明显变化,说明无—NO2。c.加入NaOH溶液并加热,有氨气放出,说明有—CN。③波谱分析——据此推测样品中的官能团在碳链上的位置a.红外光谱图:有机物中存在—CN、 、 、 b.核磁共振氢谱:有机物中有5种H,且个数比为1∶1∶2∶1∶6;该有机物中有 、
④确定有机物的结构简式_________________________。
【情境·思考】中国是世界上第一大农药产品生产国,使用面积也居世界前列。但是农药的使用造成的问题也不断暴露,首先是消费者对农药毒性、农药残留的关注度越来越高,即对食品安全的担忧;其次是对农药造成环境污染的关注度越来越高,即对环境安全的担忧。绿色农药——信息素的推广使用,对环保有重要意义。有一种信息素的结构简式为CH3(CH2)5CH CH(CH2)9CHO。
(1)信息素中有哪些官能团?提示:根据其结构简式可知,信息素中含有两种官能团,分别是碳碳双键和醛基。(2)如何用实验方法检验上述两种官能团?提示:先利用新制氢氧化铜或者银氨溶液检验醛基,然后酸化后再加入溴水或高锰酸钾来检验碳碳双键。
知识点一 有机化合物分子式的确定方法【重点释疑】1.直接法:(1)由题意求算出1 ml 有机化合物中各元素原子的物质的量,从而确定各原子的个数,即可推出分子式。 (2)利用相对分子质量及各元素质量分数直接求算出1分子有机物中各元素的原子个数,从而确定分子式。例如:N(C)= ,N(H)= ,N(O)= 。
2.实验式法:先利用有机物中各元素的质量分数求出有机物的最简式,再结合有机物的相对分子质量求得分子式。例如:N(C)∶N(H)∶N(O)= =a∶b∶c(最简整数比),则最简式为CaHbOc,分子式为(CaHbOc)n,n= 。
4.商余法:用烃(CxHy)的相对分子质量除以14,看商数和余数。(1) =n……2,该烃分子式为CnH2n+2。(2) =n……0,该烃分子式为CnH2n。(3) =(n-1)……12,该烃分子式为CnH2n-2。(4) =(n-1)……8,该烃分子式为CnH2n-6。(Mr:相对分子质量 n:分子式中碳原子的数目)
5.化学方程式法:利用有机反应中反应物、生成物之间“量”的关系求分子式的方法。利用燃烧反应的化学方程式,由题给条件并依据下列燃烧通式所得CO2和H2O的量求解x、y、z。CxHy+(x+ )O2 xCO2+ H2O、CxHyOz+(x+ - )O2 xCO2+ H2O。
6.平均值法:当几种烃混合时,往往能求出其平均分子式。把混合物当成一种烃分子计算时,可以得出平均摩尔质量,进而求出平均分子式。若平均摩尔质量为 ,两种成分的摩尔质量分别为M1、M2,且M1
(3)特殊方法Ⅱ:部分有机化合物的实验式中,氢原子数已达到饱和,则该有机化合物的实验式即为其分子式,如实验式为CH4、CH3Cl、C2H6O、C4H10O等有机化合物,其实验式即为分子式。
【思考·讨论】(1)某气态有机物X含C、H、O三种元素,已知下列条件,现欲确定X的分子式,所需的最少条件是什么?①X中含碳质量分数 ②X中含氢质量分数 ③X在标准状况下的体积 ④质谱法确定X的相对分子质量 ⑤X的质量提示:①②④。由C、H质量分数可推出O的质量分数,由各元素的质量分数可确定X的实验式,由相对分子质量和实验式即可确定X的分子式。
(2)2.3 g某有机物完全燃烧后生成4.4 g二氧化碳和2.7 g水,该有机物的组成元素有哪些?提示:该有机物中含C: ×12 g·ml-1=1.2 g,含H: ×2×1 g·ml-1=0.3 g。因2.3 g>(1.2 g+0.3 g),故该有机物中还含有氧元素。因此,该有机物是由C、H、O三种元素组成的。
【案例示范】【典例】(2020·菏泽高二检测)有机化合物A的相对分子质量大于110,小于150。经分析得知,其中碳和氢的质量分数之和为52.24%,其余为氧。请回答:(1)该化合物分子中含有____________个氧原子。 (2)该化合物的摩尔质量是________________。 (3)化合物分子式为________________。
【思路点拨】解答本题时要注意以下几点:(1)先由有机物A的相对分子质量的范围确定分子中氧原子的数目。(2)由氧元素的质量分数及氧原子的个数确定有机物A的相对分子质量。
【解析】 A中O的质量分数为1-52.24%=47.76%。若A的相对分子质量为150,其中O原子个数为 =4.477 5;若A的相对分子质量为110,其中O原子个数为 =3.283 5。实际O原子个数介于3.283 5和4.477 5之间,即O原子个数为4。A的相对分子质量为 =134。则A的摩尔质量为134 g·ml-1。其中C、H的相对原子质量之和为134-16×4=70,利用商余法可得: =5……10可确定有机物A的分子式为C5H10O4。答案:(1)4 (2)134 g·ml-1 (3)C5H10O4
【母题追问】(1)该化合物分子中最多含几个 官能团?提示:有机物A的分子式为C5H10O4,故A分子的不饱和度为5+1- =1,所以化合物A分子中最多含1个 官能团。(2)若有机物A可产生银镜反应,结构中无支链,且有一个甲基,试写出符合上述条件的有机物A的一种同分异构体的结构简式。提示:由于有机物A能发生银镜反应,且无支链,故A中含有一个醛基,由于A的不饱和度为1,故其他三个氧原子为羟基的形式,再结合A中含有1个甲基,故A的一种同分异构体的结构简式为
【迁移·应用】1.3.1 g某有机样品完全燃烧,燃烧后的气体混合物通入过量的澄清石灰水中,石灰水共增重7.1 g,然后过滤得到10 g 沉淀。该有机样品可能是( )A.乙二酸 B.乙醇C.乙醛D.甲醇和丙三醇的混合物
【解析】选D。3.1 g有机样品燃烧生成CO2、H2O的总质量为7.1 g,与过量Ca(OH)2反应生成10 g CaCO3,则其中CO2为0.1 ml,即n(C)=0.1 ml,m(C)=0.1 ml×12 g·ml-1=1.2 g,故m(H2O)=7.1 g-0.1 ml×44 g·ml-1=2.7 g,即n(H2O)=0.15 ml,n(H)=0.3 ml,m(H)=0.3 g,故该有机样品中氧的质量:m(O)=3.1 g-1.2 g-0.3 g=1.6 g,即n(O)=0.1 ml,则该有机样品中n(C)∶n(H)∶n(O)=0.1 ml∶0.3 ml∶0.1 ml=1∶3∶1,即最简式为CH3O,设其分子式为(CH3O)n。选项A、B、C不符合,选项D中当甲醇和丙三醇按物质的量之比为1∶1混合时符合。
2.某烃的衍生物分子中含C、H、O,若将其分子式写成(CH2)m(CO2)n(H2O)p,当它完全燃烧时,生成的CO2与消耗的O2在同温同压下体积之比为1∶1,则m、n的比为( )A.1∶1 B.2∶3 C.1∶2 D.2∶1【解析】选D。生成CO2为(m+n),消耗O2为 ,由题意知 =1∶1,m=2n,故选D。
【补偿训练】某混合气体由两种气态烃组成,2.24 L该混合气体完全燃烧后,得到4.48 L二氧化碳(气体已折算为标准状况)和3.6 g水,则这两种气体可能是( )A.CH4和C3H8 B.CH4和C3H4C.C2H4和C3H4 D.C2H4和C2H6
【解析】选B。n(C)= =0.2 ml,n(H)= ×2=0.4 ml,n(混合物)∶n(C)∶n(H)=1∶2∶4。所以该混合气体的平均分子式为C2H4。符合题意的组合只有B选项。
【素养提升】 四乙基铅作为添加剂一度广泛在汽油中使用,以防止发动机内发生爆震,借以提高汽车发动机效率和功率。但同时四乙基铅也是大气铅污染的重要来源。现在有一种含氧有机化合物可以作为无铅汽油的抗爆震剂,经测定该物质含C的质量分数为0.682,含H的质量分数为0.136,其余为O。
(1)试确定该化合物的实验式。提示:(实验式法)该化合物中w(O)=1.000-0.682-0.136=0.182N(C)∶N(H)∶N(O)= ≈5∶12∶1该化合物的实验式为C5H12O。
(2)能否根据实验式确定该物质的分子式? 提示:能。该物质中氢原子数已达到最多,故其实验式即分子式。
知识点二 有机化合物结构式的确定方法【重点释疑】1.确定有机化合物结构式的基本思路:
2.确定有机化合物结构式的常用方法:(1)根据价键规律确定:某些有机物根据价键规律只存在一种结构,则可直接根据分子式确定其结构式。例如:C2H6,只能是CH3CH3。(2)通过定性实验确定官能团的种类:实验→有机物表现的性质及相关结论→官能团→确定结构式。例如:能使溴的四氯化碳溶液褪色的有机物分子中可能含有 或—C≡C—,不能使溴的四氯化碳溶液褪色却能使酸性高锰酸钾溶液褪色的可能是苯的同系物等。
(3)通过定性实验确定官能团的位置。①若由醇氧化得到醛或羧酸,可推知—OH一定连接在有2个氢原子的碳原子上,即存在—CH2OH;由醇氧化为酮,推知—OH一定连在有1个氢原子的碳原子上,即存在 ;若醇不能在催化剂作用下被氧化,则—OH所连的碳原子上无氢原子。②由消去反应的产物,可确定—OH或—X的位置。
③由取代反应产物的种数,可确定碳链结构。如烷烃,已知其分子式和一氯代物的种数时,可推断其可能的结构。有时甚至可以在不知其分子式的情况下,判断其可能的结构简式。④由加氢后碳链的结构,可确定原物质分子 或 的位置。
(4)常用读谱方法质谱:相对分子质量=最大质荷比。红外光谱:化学键和官能团信息。核磁共振氢谱:吸收峰数目=氢原子种类数,不同吸收峰的面积之比(强度之比)=不同氢原子的个数之比。
【易错提醒】有机物的不饱和度与分子结构的关系(1)Ω=0,说明分子是饱和链状结构;(2)Ω=1,说明分子中有一个双键或一个环;(3)Ω=2,说明分子中有两个双键或一个三键,或一个双键和一个环,或两个环;(4)Ω≥4,说明分子中很有可能有苯环。
【思考·讨论】下列官能团能否与金属钠反应生成氢气?能否与Na2CO3溶液反应?能否与Na2CO3溶液反应生成CO2?
【案例示范】【典例】某有机化合物A经李比希法测得其中含碳为72.0%、含氢为6.67%,其余为氧。现用下列方法测定该有机化合物的相对分子质量和分子结构。方法一:用质谱法分析得知A的相对分子质量为150。方法二:核磁共振仪测出A的1H核磁共振谱有5组峰,其面积之比为1∶2∶2∶2∶3,如图A所示。
方法三:利用红外光谱仪测得A分子的红外光谱如图B所示。
请填空:(1)A的分子式为__________。 (2)一个A分子中含一个甲基的依据是__________。 a.A的相对分子质量b.A的分子式c.A的1H核磁共振谱图d.A分子的红外光谱图(3)A的结构简式可能为__________。
【解析】(1)由题意知,有机物A中O的质量分数为1-72.0%-6.67%=21.33 %,Mr(A)=150 得N (C)= =9,N(H)= ≈10,N(O)= ≈2,则A的分子式为C9H10O2。(2)由分子式知A中含有10个H,1H核磁共振谱中有5组峰,说明A中有5种氢,峰面积之比为1∶2∶2∶2∶3,则A中5种H的个数比为1∶2∶2∶2∶3,由于3个H相同的只有一种即有一个—CH3。
(3)A中含苯环结构,且苯环与C原子相连形成 的结构,含C＝O和C—O,可联想(酯基) ,含C—C和C—H,可知含烷烃基,综合可知A的结构简式可能为 或 或 。
答案:(1)C9H10O2 (2)b、c(3) 或 或 。
【规律方法】由分子式确定有机物结构式的一般步骤
【迁移·应用】1.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),则该有机物可能是( )A.甲醇 B.甲烷C.丙烷D.乙烯
【解析】选B。由谱图可知该有机物的最大质荷比为16,则它的相对分子质量为16,故为甲烷。
2.在核磁共振氢谱中出现两组峰,其氢原子数之比为3∶2的化合物是下列物质中的__________。 A. B. C. D.
【解析】选D。D中有两类氢,且氢原子个数比是6∶4=3∶2。
3.胡椒酚A是植物挥发油中的一种成分。某研究性学习小组对其分子组成结构的研究中发现:A的相对分子质量不超过150;A中C、O的质量分数分别为w(C)=80.60%,w(O)=11.94%,完全燃烧后产物只有CO2和H2O。根据以上信息,填写下列内容:(1)A的摩尔质量为__________________。 (2)光谱分析发现A中不含甲基(—CH3),苯环上的一氯取代物只有2种,则A的结构简式为________________。
(3)A的一种同分异构体中,苯环上含有两个取代基,取代基位置与A相同,且能发生银镜反应。①符合条件的A的同分异构体的结构简式为__________________________。 ②上述A的一种同分异构体发生银镜反应的化学方程式为________________。
【解析】由题意知胡椒酚中至少含有一个羟基,A的摩尔质量M= ,由于M≤150,可知n只能取1,解得M=134 g·ml-1,A中含有的碳原子数为 ≈9,氢原子数为 ≈10,因此A的化学式为C9H10O。A分子的不饱和度为5,含有一个苯环(不饱和度为4),说明A中还含有一个碳碳双键,且A中不含甲基,因此双键在末端,A中苯环上的一氯取代物只有2种,说明酚羟基和烃基在对位上,从而可确定胡椒酚A的结构简式为 。
答案:(1)134 g·ml-1(2) (3)① ② +2 [Ag(NH3)2]OH +2Ag↓+3NH3+H2O(或 +2[Ag(NH3)2]OH +2Ag↓+3NH3+H2O)
【补偿训练】某脂肪族化合物A的相对分子质量为118,其中C的质量分数为41%,H为5%,O为54%。化合物A能与碳酸氢钠溶液反应放出气体,也能与新制氢氧化铜悬浊液反应生成砖红色沉淀,符合条件的A的醇羟基类同分异构体有( )A.2种 B.3种 C.4种 D.5种
【解析】选C。根据题意知,A分子中碳原子的个数为 ≈4,氢原子的个数为 ≈6,则氧原子的个数为 =4,故A的分子式为C4H6O4。由“化合物A能与碳酸氢钠溶液反应放出气体”可知,A分子中含有—COOH;又由“与新制氢氧化铜悬浊液反应生成砖红色沉淀”可知,A分子中含有—CHO。而A的不饱和度为2,故A分子中除—CHO、—COOH以外的基团都为饱和结构。符合条件的A的醇羟基类同分异构体有:HOOCCH(OH)CH2CHO、HOOCCH2CH(OH)CHO、 、 。
1.二甲醚和乙醇是同分异构体,其鉴别可采用化学方法或物理方法,下列鉴别方法中一般不能对二者进行鉴别的是( )A.利用金属钠或者金属钾 B.利用质谱法C.利用红外光谱法D.利用核磁共振氢谱【解析】选B。质谱是用于测定相对分子质量的。
2.有机物M中只含C、H、O三种元素,其相对分子质量不超过100。若M中含O的质量分数为36.36%,则能与NaOH溶液反应的M共有(不考虑立体异构)( )A.5种 B.6种 C.7种 D.8种
【解析】选B。M的相对分子质量不超过100,其中含O的质量分数为36.36%,则N(O)≤ ≈2.3。M能与NaOH溶液反应,则N(O)应为2,故M的相对分子质量约为88,分子式为C4H8O2,能与NaOH溶液反应的M的同分异构体有CH3CH2CH2COOH、(CH3)2CHCOOH、HCOOCH2CH2CH3、HCOOCH(CH3)2、CH3COOCH2CH3、CH3CH2COOCH3,共6种。
3.(2018·防城港高二检测) 已知某有机物A的核磁共振氢谱如图所示,下列说法中,错误的是( ) A.若A的分子式为C3H6O2,则其结构简式为CH3COOCH3B.由核磁共振氢谱可知,该有机物分子中有三种不同化学环境的氢原子,且个数之比为1∶2∶3C.仅由其核磁共振氢谱无法得知其分子中的氢原子总数D.若A的化学式为C3H6O2,则其同分异构体有三种
【解析】选A。由核磁共振氢谱可知,其分子中含有三种不同化学环境的氢原子,峰的面积之比等于其原子个数之比,但不能确定具体个数,故B、C正确;由A的分子式C3H6O2可知,其同分异构体有3种:CH3COOCH3、CH3CH2COOH、HCOOCH2CH3,故D正确;其中有三种不同化学环境的氢原子且个数之比为1∶2∶3的有机物的结构简式为CH3CH2COOH或HCOOCH2CH3。故A错误,答案为A。
4.某有机物在氧气中充分燃烧,生成的CO2和H2O的物质的量之比为1∶2,则下列说法中正确的是( )A.分子中C、H、O个数比为1∶2∶3B.分子中C、H个数比为1∶4C.分子中含有氧元素D.此有机物的最简式为CH4
【解析】选B。由n(CO2)∶n(H2O)=1∶2仅能得出n(C)∶n(H)=1∶4,不能确定是否含O。
5.聚戊二酸丙二醇酯(PPG)是一种可降解的聚酯类高分子材料,在材料的生物相容性方面有很好的应用前景。PPG的一种合成路线如下:
已知:①烃A的相对分子质量为70,核磁共振氢谱显示只有一种化学环境的氢。②化合物B为单氯代烃;化合物C的分子式为C5H8。③E、F为相对分子质量差14的同系物,F是福尔马林的溶质。④R1CHO+R2CH2CHO
(1)根据信息①确定A的分子式为__________,结构简式为________。 (2)G的化学名称是________________,所含官能团名称为____________。 (3)G的同分异构体中,能与饱和NaHCO3溶液反应产生气体的有机物的结构简式为____________。 (4)化合物C的核磁共振氢谱中有____________组峰。 (5)既能发生水解反应,又能发生银镜反应的G的同分异构体有________________种。
【解析】设烃A的分子式为CxHy,则有12x+y=70,讨论分析当x=5时y=10,则分子式为C5H10,由信息①中“只有一种化学环境的氢”知结构简式为 ,结合框图信息知B为 、C为 、D为HOOCCH2CH2CH2COOH、E为CH3CHO、F为 HCHO、G为HOCH2CH2CHO、H为HOCH2CH2CH2OH、PPG为 。
答案:(1)C5H10 (2)3-羟基丙醛 羟基、醛基 (3)CH3CH2COOH(4)3 (5)1
十八 有机化合物结构的测定【基础达标】(40分钟 70分)一、选择题(本题包括9小题,每小题6分,共54分)1.下列有机化合物分子在核磁共振氢谱中只给出一种信号的是( )A.HCHO D.CH3COOCH3【解析】选A。甲醛的结构为 ,其分子中只有一种不同化学环境的氢原子,而CH3OH、HCOOH、CH3COOCH3分子中均有两种氢原子。
2.证明某有机化合物属于烃,应完成的实验内容必须是( )A.只要证明它完全燃烧后产物只有H2O和CO2B.只测定它的C、H原子个数比C.只测定其燃烧产物中H2O与CO2的质量之比D.测定该样品的质量及样品完全燃烧后生成H2O和CO2的质量
【解析】选D。烃中只含有碳、氢两种元素,烃完全燃烧的产物只有CO2和H2O。设计实验测定CO2和H2O的质量,若原试样的质量等于CO2中碳元素和H2O中氢元素的质量之和,则该有机化合物为烃。若原试样的质量大于CO2和H2O中碳、氢两元素的质量之和,则该有机化合物为烃的含氧衍生物。
3.(2020·淄博高二检测) 在标准状况下,100 mL某气态烃质量为0.25 g,该烃在一定条件下能与HBr加成,所得产物只有一种,则其结构简式为( )A.CH3—CH＝CH2B.CH2＝CH—CH2—CH3 C.CH3—CH＝CH—CH3D.CH2＝C(CH3)2
【解析】选C。由题意,气态烃的摩尔质量为:M= =56 g·ml-1,故该烃为烯烃,利用余商法可得: =4……8,则其分子式为C4H8,又知该烃与HBr加成所得产物只有一种,故其结构简式为CH3—CH＝CH—CH3。
4.现代化学测定有机化合物组成及结构的分析方法较多。下列有关说法正确的是( )A.元素分析仪不仅可以测出试样常见的组成元素及含量,还可以测定其分子的空间结构B. 的核磁共振氢谱中有4组峰,峰面积之比为1∶2∶2∶3C.通过红外线光谱图分析可以区分乙醇和乙酸乙酯D.质谱法和紫外光谱法不属于测定有机化合物组成和结构的现代分析方法
【解析】选C。元素分析仪可以测出试样常见的组成元素及含量,但不能测定其分子的空间结构,A错误; 的核磁共振氢谱中有5组峰,B错误;红外线光谱图可以测定官能团,所以可以区分乙醇和乙酸乙酯,C正确;质谱法和紫外光谱法属于测定有机化合物组成和结构的现代分析方法。
5.(2020·亳州高二检测)某有机化合物甲经水解可得乙,乙在一定条件下经氧化后可得丙,1 ml 丙和2 ml甲反应得一种含氯的酯(C6H8O4Cl2)。由此推断有机物丙的结构简式为( )A.Cl—CH2—CHOB.HO—CH2—CH2—OHC.Cl—CH2COOHD.HOOC—COOH【解析】选D。由题意可知,甲、乙、丙分子中所含碳原子数相同,均为两个碳原子;丙为羧酸,且含有两个羧基,应选D项。
6.(2020·济南高二检测)某含氮有机化合物能溶于水,它既能和酸反应,又能和碱反应,且分子中只含一个氮原子,实验测得其含氮量为18.67%,则下列关于该含氮有机化合物的说法不正确的是( )A.该有机化合物中碳原子数与氧原子数相等B.该有机化合物中氢原子数等于碳、氧、氮原子个数之和C.该有机化合物为氨基酸D.该有机化合物中含有硝基(—NO2)
【解析】选D。由题意知该有机化合物为氨基酸,其相对分子质量为 =75,可推知其结构简式为H2N—CH2—COOH,故A、B、C均正确,D不正确。
7.某化合物由碳、氢、氧三种元素组成,其红外光谱图有C—H键、H—O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可能是( )A.CH3CH2CH2OH B. C.CH3CH2OCH3D.CH3CH2CHO【解析】选A。红外光谱图有O—H键,说明含—OH,再根据其相对分子质量是60,可判断其分子式为C3H7OH,结构简式可能为CH3CH2CH2OH和CH3CH(OH)CH3。
【补偿训练】下列化合物的1H-NMR图中特征峰的数目不正确的是( )
【解析】选A。A中有两个对称轴,因此有2种等效氢原子,有2组峰;B中有一个对称轴,有5种等效氢原子,有5组峰;C中要注意单键可以转动,因此左边两个甲基是相同的,右边3个甲基也是相同的,因此有3种等效氢原子,有3组峰;D中有一个对称中心,因此有4种等效氢原子,有4组峰。
8.人在做剧烈运动后,有一段时间腿和胳膊会有酸胀和疼痛的感觉,原因之一是C6H12O6(葡萄糖)在运动过程中转化为C3H6O3(乳酸)。4.5 g乳酸与足量的钠反应,在标准状况下得气体1 120 mL。9 g乳酸与相同质量的甲醇反应,生成0.1 ml乳酸甲酯和1.8 g水。乳酸可被氧化为 则乳酸的结构简式是( )A.HOCH2CH2COOH B.HOCH2CH(OH)COOHC.CH3OCH2COOHD.CH3CH(OH)COOH
【解析】选D。乳酸(C3H6O3)的相对分子质量为90。4.5 g乳酸(0.05 ml)与Na反应得到0.05 ml H2,说明 1分子乳酸中有2个H原子被Na原子所替代;0.1 ml乳酸与甲醇反应生成0.1 ml乳酸甲酯和0.1 ml H2O,说明乳酸分子中只有1个羧基。乳酸氧化后的物质为 则另一个官能团必定是羟基,所以乳酸的结构简式为
9.某化合物的结构(键线式)及球棍模型如下: 该有机分子的核磁共振氢谱如图所示(单位是ppm):
下列关于该有机物的叙述正确的是( )A.该有机物不同化学环境的氢原子有6种B.该有机物属于芳香化合物C.键线式中的Et代表的基团为—CH3D.该有机物在一定条件下能够发生消去反应
【解析】选D。由谱图可知有8种不同环境的氢原子,A错;由键线式可看出,该物质中无苯环,不属于芳香化合物,B错;Et为—CH2CH3,C错;含有醇羟基能发生消去反应,D正确。
二、非选择题(本题包括1小题,共16分)10.(2020·海口高二检测)盐酸利多卡因是一种局部麻醉药及抗心律失常药,可由芳香烃A为原料合成:
回答下列问题。(1)B的官能团名称为______,D的分子式为_________。 (2)反应①的化学方程式为____________,反应类型为________,上述流程中,反应类型与①相同的还有________(填反应序号)。 (3)反应④除生成E外,另一种产物的化学式为__________。
(4)写出ClCH2COCl与足量的NaOH溶液反应的化学方程式:________________。 (5)C的芳香族同分异构体中,苯环上只有1个取代基的异构体共有________种(不考虑立体异构),其中核磁共振氢谱共有4组峰,且峰面积比为6∶2∶2∶1的是________(填结构简式)。
【解析】本题主要考查有机物推断、官能团、反应类型、同分异构体判断及化学方程式书写等。根据已知信息可知B为 。B发生还原反应,即硝基被还原为氨基,得到C。C中氨基上氢原子被取代生成D,D继续发生取代反应生成E。(1)根据以上分析可知B的官能团名称为硝基,D的分子式为C10H12ONCl。
(2)根据以上分析可知反应①是间二甲苯发生硝化反应生成B,反应的化学方程式为 上述流程中,反应类型与①相同的还有③④。
(3)根据原子守恒可知反应④除生成E外,另一种产物的化学式为HCl。(4)根据题给信息知,ClCH2COCl与足量的NaOH溶液反应的化学方程式为ClCH2COCl+3NaOH→HOCH2COONa+2NaCl+H2O。
(5)C的芳香族同分异构体中,苯环上只有1个取代基的有5种:
答案:(1)硝基 C10H12ONCl +H2O 取代反应 ③④ (3)HCl(4)ClCH2COCl+3NaOH→HOCH2COONa+2NaCl+H2O
【补偿训练】 某奶油中有一种只含C、H、O的化合物A。A可用作香料,其相对分子质量为88,分子中C、H、O原子个数比为2∶4∶1。A中含有碳氧双键,与A相关的反应如下:
已知:①ROH+HBr(氢溴酸) RBr+H2O(1)A的分子式为__________________。 (2)写出与A分子式相同的所有酯的结构简式:____________________。 (3)写出A、C、F的结构简式:A______________, C______________,F________________。
(4)写出B→D反应的化学方程式: _____________________________。 (5)在空气中长时间搅拌奶油,A可转化为相对分子质量为86的化合物G,G的一氯代物只有一种,写出G的结构简式:________________________。A→G的反应类型为______________________。
【解析】设A的分子式为(C2H4O)n,故44n=88,解得n=2,所以A的分子式为C4H8O2,其不饱和度为1。故与A的分子式相同的所有酯的结构简式为CH3CH2COOCH3、CH3COOCH2CH3、HCOOCH(CH3)2、HCOOCH2CH2CH3。由题中提供的转化关系图及题干信息①可知A中含有醇羟基及碳氧双键,再根据B转化为C及信息②知B为
进而知A、C、E、F分别为 、CH3CHO、 、 。根据“在空气中长时间搅拌奶油,A可转化为相对分子质量为86的化合物G”知A分子被氧化脱去2个氢原子,故G的结构简式为
答案:(1)C4H8O2(2)CH3CH2COOCH3、CH3COOCH2CH3、HCOOCH(CH3)2、HCOOCH2CH2CH3
【能力提升】(20分钟 30分)一、选择题(本题包括2小题,每小题8分,共16分)11.(双选)有机物甲能发生银镜反应,甲催化加氢还原为乙,1 ml乙与足量金属钠反应放出22.4 L H2(标准状况),据此推断乙一定不是( )A.CH2OH—CH2OHB.CH2OH—CHOH—CH3C.CH3—CH(OH)—CH(OH)—CH3D.CH3CH2OH
【解析】选C、D。1 ml乙能跟Na反应放出1 ml H2,证明乙为二元醇,则D物质不是;甲能发生银镜反应,证明有醛基,则加氢反应后,生成的醇羟基应在链端,故C也不是。
【误区警示】此题易漏选C。原因在于忽略了甲能发生银镜反应,进而对于乙中羟基与相连的碳的连接方式判断错误。
12.某芳香族有机物的分子式为C8H6O2,它的分子(除苯环外不含其他环)中不可能有( )A.两个羟基B.一个醛基C.两个醛基D.一个羧基
【解析】选D。由该有机物的分子式可求出不饱和度Ω=6,分子中有一个苯环,其不饱和度Ω=4,余下2个不饱和度、2个碳原子和2个氧原子。具有2个不饱和度的基团组合可能有三种情况:①两个碳原子形成1个—C≡C—、两个氧原子形成2个羟基,均分别连在苯环上;②两个碳原子形成1个羰基、1个醛基,相互连接;③两个碳原子形成2个醛基,分别连在苯环上。三种情况中氧原子数目都为2;而选项D中,1个羧基的不饱和度仅为1,氧原子数目已为2,羧基和苯环上的C的价键已饱和,都不能与剩下的1个碳原子以C＝C键结合,故选D。
二、非选择题(本题包括1小题,共14分)13.(2019·江苏高考)化合物F是合成一种天然茋类化合物的重要中间体,其合成路线如下:
(1)A中含氧官能团的名称为______和______。 (2)A→B的反应类型为__________。 (3)C→D的反应中有副产物X(分子式为C12H15O6Br)生成,写出X的结构简式:__________。 (4)C的一种同分异构体同时满足下列条件,写出该同分异构体的结构简式:__________________。 ①能与FeCl3溶液发生显色反应;②碱性水解后酸化,含苯环的产物分子中不同化学环境的氢原子数目比为1∶1。
(5)已知: (R表示烃基,R′和R″表示烃基或氢),写出以 和CH3CH2CH2OH为原料制备 的合成路线流程图(无机试剂和有机溶剂任用,合成路线流程图示例见本题题干)。
【解析】(1)“—OH”为羟基(或酚羟基),“—COOH”为羧基。(2)A至B为羧基中的羟基被氯原子所取代。(3)C至D为“—CH2OCH3”取代酚羟基上的H原子,H原子与Cl原子结合成HCl,C中还有一个酚羟基,也可以与“—CH2OCH3”发生取代反应,结合X的分子式,可以得出X的结构简式为
(4)能与FeCl3发生显色,说明含有酚羟基。 水解之后得 其中不同环境的氢原子数目比为3∶3(即1∶1)。
(5)本题采用逆合成法, 可以由 和CH3CH2CHO采用已知的第2步合成,CH3CH2CHO可以由原料CH3CH2CH2OH催化氧化得到,运用流程中E至F, 可以被LiAlH4还原为 与HCl反应生成 ,与Mg在无水乙醚中可以生成
答案:(1)(酚)羟基 羧基 (2)取代反应
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