1.4 研究有机化合物的一般步骤和方法

第一章 认识有机化合物,第四节 研究有机化合物的一般步骤和方法,化学性质或波谱分析,测定相对分子质量,有机物（不纯）,有机物（纯净）,分离 提纯,1.研究有机化合物的一般步骤,确定实验式,元素定量分析,确定化学式,确定结构式,2.分离除杂的基本原则:,不增、不减、易分离、易复原。,（一）蒸馏：,2.蒸馏的条件：,（1）有机物热稳定性较强；（2）与杂质的沸点相差较大（一般约大于30）,1.蒸馏原理：,利用液体混合物中各成分的沸点不同而使其分离的方法,一、分离、提纯有机物的方法：,3.主要仪器：,铁架台、酒精灯、石棉网、蒸馏烧瓶、温度计、冷凝管、尾接管、锥形瓶,（1）温度计水银球： （2）烧瓶中加少量沸石或碎瓷片：（3）冷凝管中的水： （4）蒸馏烧瓶中所盛放液体体积： （5）蒸馏烧瓶不可直接加热，,4.蒸馏的注意事项：,放在蒸馏烧瓶的支管口处,防止暴沸,下口进上口出,不超过容器体积2/3，不少于1/3。,需垫石棉网,欲用96%的工业酒精制取无水乙醇时，可选用的方法是 ( ) A.加入无水CuSO4，再过滤 B.加入生石灰，再蒸馏 C.加入浓硫酸，再加热，蒸出乙醇 D.将96%的乙醇溶液直接加热蒸馏,B,【思考】,加吸水剂蒸馏,含杂工业乙醇,95.6%(m/m)工业乙醇,无水乙醇（99.5%以上）,蒸馏,1.如何进行下列操作？,提纯KNO3、NaCl混合物中的KNO3提纯NaCl 、KNO3 混合物中的NaCl,2.进行上述实验时，用到的仪器有哪些？要注意哪些问题？,【思考与探究】,蒸发结晶：适用于溶解度随温度变化不大的物质，需要加热蒸发使晶体析出。 冷却结晶：适用于溶解度随温度变化较大的物质，将热的饱和溶液慢慢冷却后析出晶体。,（二）重结晶,1.概念： 将晶体（含有杂质）溶于溶剂后，利用纯物质与杂质在同一溶剂中溶解度不同，重新从溶液中使纯物质结晶的过程。,2.选择溶剂的条件：（1）杂质在溶剂中溶解度很小或很大,易除去。（2）被提纯的有机物在此溶剂中的溶解度受温度的影响较大。（3）冷却后有机物易于结晶析出。,关键：,选择适当的溶剂。,【例】苯甲酸的重结晶，KNO3 和 NaCl的分离,不纯固体物质,残渣(不溶性杂质),滤液,母液(可溶性杂质和部分被提纯物),晶体(产品),溶于溶剂，制成饱和溶液，趁热过滤,冷却，结晶，过滤，洗涤,如何洗涤晶体？如何检验晶体洗净与否？,重结晶步骤,3.重结晶的步骤:,加热溶解,（1）洗涤晶体的方法： 用胶头滴管往晶体上加蒸馏水进行淋洗，重复两到三次，使水完全流出，直至晶体被洗净。,（2）检验洗涤效果： 取最后一次的洗涤液，选择适当试剂进行检验。,趁热过滤,冷却结晶,过滤洗涤,（搅拌加快溶解）,（引流）,（引流）,玻璃棒：,实验操作中几次用到玻璃棒，每次玻璃棒的作用是什么？,不同温度下苯甲酸在水中的溶解度：,温度越低，苯甲酸的溶解度越小，为了得到更多的苯甲酸，是不是结晶时的温度越低越好？,【实验探究】,【思考与交流】,不是 温度过低，杂质溶解度也会降低，部分杂质会析出，故使有机物纯度降低； 温度极低，溶剂也会结晶析出，使实验操作不便。,【思考与交流】 1.如何提取溴水中的溴？ 2.实验原理是什么？ 3.用到的实验仪器（玻璃仪器）有哪些？ 4.如何选取萃取剂？（三）萃取 1.原理： 利用溶质在两种互不相溶的溶剂中溶解度不同,用一种溶剂把溶质从另一种溶剂中提取出来的过程 2.实验仪器： 3.操作过程：,分液漏斗,振荡,静置,分液,检漏,装液,4.选择萃取剂的条件,（1）萃取剂和原溶剂互不相溶（2）溶质在萃取剂中的溶解度远大于在原溶剂中的溶解度（3）萃取剂与溶液不反应，与溶质易分离【常见萃取剂】5.注意事项：（1）振荡时分液漏斗下端口略向上倾斜，并适时打开活塞排气，使内外压强平衡（2）分液时下层液体从分液漏斗下端流出，上层液体从上端口倒出,四氯化碳、苯、汽油、乙醚,6.萃取的类型,（1）液液萃取：（2）固液萃取：,用有机溶剂从固体物质中溶解出有机物的过程,例如：用四氯化碳萃取溴水中的溴,1.下列每组中各有三对物质，它们都能用分液漏斗分离的是（ ）A 乙酸乙酯和水，酒精和水，植物油和水B 四氯化碳和水，溴苯和水，硝基苯和水C 甘油和水，乙酸和水，乙酸和乙醇D 汽油和水，苯和水，己烷和水,【练习】,B D,2.可以用分液漏斗分离的一组液体混和物是A 溴和四氯化碳 B 苯和溴苯 C 汽油和苯 D 硝基苯和水,D,3.下列各组混合物的分离或提纯方法不正确A.用过滤法分离Fe(OH)3胶体和FeCl3溶液的混合物B.用重结晶法提纯NaCl和KNO3的混合物中的KNO3C.用蒸馏法分离乙醇和甲醇的混合物D.用萃取和分液的方法可以分离碘和水的混合物,A,1.常用分离、提纯物质的方法有哪些？,2.除去下列物质中的杂质，分别用什么方法（1）胶体（水） （2）碘（沙子）（3）KNO3(NaCl) （4）溴水（水） （5）甲烷（乙烯） （6）NaCl（泥沙）（7）乙酸乙酯（乙醇）（8）壬烷（己烷）,过滤、蒸发、升华、洗气、渗析、 蒸馏、重结晶、萃取、分液,二、元素分析与相对原子质量的测定,【思考】 （1）如何确定有机物中含有C、H元素？ （2）如何证明有机物中含有O元素？ （3）如何测定有机物中各元素的质量？,定量纯净有机物（质量为m）,燃烧,H2O,CO2,用无水CaCl2吸收,用浓碱溶液吸收,得前后质量差mH2O,得前后质量差mCO2,计算C、H含量,计算O含量,得出实验式,无水硫酸铜浓硫酸碱石灰,（一）确定有机物的元素组成 1.李比希燃烧产物测定法 2.现代元素分析仪（1）定性分析有机物的组成元素分析（2）定量分析分子内各元素原子的质量分数【元素定量分析原理】,实验式（最简式）,有机物,燃烧,简单的无机物,通过无机物的质量,有机物元素原子的质量分数,原子最简单的整数比,3.有机物实验式（最简式）的确定,【例1】某烃中碳的质量分数为75%，试确定该烃的实验室。【例2】某含C、H、O三种元素的未知物A，经燃烧分析实验测定该未知物A中碳的质量分数为52.16%，氢的质量分数13.14%，试求该未知物A的实验式。,因w(C)% = 52.16% ，w(H)% = 13.14%, 则w(O)% = 1- 52.16% -13.14% = 34.70%,= 2 ：6 ：1,则该未知物A的实验式为C2H6O,若要确定A的分子式,还需要什么条件？,【例3】某烃含氢元素的质量分数为17.2%，求此烃的实验式。又测得该烃的相对分子质量是58，求该烃的分子式。,4.分子式的确定（1）实验式法,元素质量分数,原子个数最简比,实验式（最简式）,分子式,相对分子质量,（2）直接法,1mol分子中各元素原子的物质的量,摩尔质量,分子式,例3中分子式分子式的确定有没有其他方法,【例4】燃烧某有机物A 1.50g,生成1.12L(标况)CO2和0.05mol H2O。该有机物的蒸气对空气的相对密度是1.04，求该有机物的分子式。,【解答】 又因该有机物的相对分子质量 实验式CH2O即为分子式。,你能否用其他方法确定有机物A的分子式,（3）方程式法,（4）余数法,烃的类别不确定，令其分子式为CxHy，可用其相对分子质量M除以12，看商和余数。 即M/12x余y，则分子式为CxHy,【例题】 分别写出相对分子质量为44、70、72、 128的烃的分子式。,（二）相对分子质量的确定,1.根据标况下气体的密度可求： M = 22.4L/mol g/L=22.4 g/mol2.依据气体的相对密度： M1 = D·M2(D:相对密度)3.相对分子质量测定,-质谱法,用高能电子流轰击分子，使其失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子，带正电荷的分子离子和碎片离子具有不同质量，它们在磁场下达到检测器的时间不同，结果被记录为质谱图。,分子离子的质荷比越大，到达检测器需要的时间越长，因此谱图中的质荷比最大的就是未知物的相对分子质量。,（1）质荷比,（2）有机物相对分子质量的确定,分子离子与碎片离子的相对质量与其电荷的比值,由质谱图可得M= 46,未知物A的分子式为C2H6O,【例题】某有机物样品的质荷比如右图所示（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,【练习】某有机物的结构确定过程前两步为：测定实验式：某含C、H、O三种元素的有机物，经燃烧分析实验测定其碳的质量分数是64.86%，氢的质量分数是13.51%, 则其实验式是（ ）。 确定分子式：下图是该有机物的质谱图，则其相对分子质量为（ ），分子式为( ）。,C4H10O,74,C4H10O,【思考】未知物A的分子式为C2H6O，其结构可能是什么？,三.确定结构式,确定有机物结构式的一般步骤是：（1）根据分子式写出可能的同分异构体；（2）利用该物质的性质推测可能含有的官能团，最后确定正确的结构。,波谱分析,1.红外光谱(IR),红外光谱可以推知有机物含有的化学键、官能团,即推知A为 CH3CH2OH,某有机物的相对分子质量为74，确定分子结构，请写出该分子的结构简式,对称CH2,对称CH3,COC,CH3CH2OCH2CH3,【问题实例】,【练习】下图是分子式为C3H6O2的有机物的红外光谱谱图,推测其结构。,2.核磁共振氢谱(HNMR),核磁共振氢谱信息,（1）吸收峰数目氢原子类型,（2）不同吸收峰的面积之比(强度之比),=不同氢原子的个数之比,CH3CH2OH的红外光谱,由A物质的核磁共振氢谱图可以推知未知物A分子有 种不同类型的氢原子及它们的数目比为 。,2：1 ：3,3,乙醇:,甲醚:,CH3OCH3,CH3CH2OH,问题探究：,种；,种,种；,种；,CH3-CH2-OH,1.下列有机物中有几种H原子以及个数之比？,1.2002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·维特里希发明了“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,A,【练习】,2(2011·高考海南化学)下列化合物中，核磁共振氢谱只出现两组峰且峰面积之比为32的是(双选)(),答案：BD,答案：红外光谱法核磁共振氢谱法(1)42 (2)32,4.分子式为C3H6O2的二元混合物，如果在核磁共振氢谱上观察到氢原子给出的峰有两种情况。第一种情况峰给出的强度为11；第二种情况峰给出的强度为321。由此推断混合物的组成可能是（写结构简式） 。,CH3COOCH3和CH3CH2COOH,