1、版高中化学人教版选修5有机化学基础课件第1章 第4节第四节研究有机化合物的一般步骤和方法课程目标核心素养建构1.初步了解研究有机物应采取的步骤和方法。2.初步学会分离、提纯有机物的常用方法。3.掌握蒸馏、重结晶和萃取实验的基本技能。4.知道通过化学实验和某些物理方法可以确定有机化合物的结构。知 识 梳 理一、研究有机化合物的基本步骤二、有机化合物的分离、提纯1.蒸馏2.重结晶实验原理利用有机物和杂质在同一溶剂中溶解度随温度的变化相差较大,采用冷却或蒸发将有机物分离出来,是提纯固态有机物的常用方法溶剂选择杂质在所选溶剂中溶解度很小或很大,易于除去。被提纯的有机物在所选溶剂中的溶解度受温度的影响较
2、大；该有机物在热溶液中的溶解度较大,在冷溶液中的溶解度较小,冷却后易于结晶析出实验仪器与操作步骤3.萃取萃取原理液液萃取利用有机物在两种互不相溶的溶剂中的溶解性不同,将有机物从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程固液萃取用有机溶剂从固体物质中溶解出有机物的过程实验装置主要仪器分液漏斗、烧杯、铁架台操作要求加萃取剂后充分振荡,静置分层后,打开分液漏斗活塞,从下口将下层液体放出,并及时关闭活塞,上层液体从上口倒出对萃取剂的要求萃取剂与原溶剂互不相溶；溶质在萃取剂中的溶解度远大于在原溶剂中的溶解度；萃取剂与原溶液中的成分不反应【自主思考】1.萃取剂的选择应符合什么条件？能用酒精萃取溴水中的溴吗？【温馨提示
3、】：选择条件：(1)溶质在萃取剂中的溶解度远大于原溶剂；(2)萃取剂与原溶剂互不相溶；(3)萃取剂与溶质不反应。不能用酒精作溴水的萃取剂,因为酒精与水互溶。三、元素分析与相对分子质量的测定1.元素分析2.相对分子质量的测定质谱法(1)原理：用高能电子流等轰击样品分子,使分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子。分子离子、碎片离子各自具有不同的相对质量,它们在磁场作用下到达检测器的时间因质量不同而先后有别,其结果被记录为质谱图。(2)质荷比：指分子离子或碎片离子的相对质量与其电荷的比值。在有机物的质谱图中,质荷比的最大值即为该有机物的相对分子质量。【自主思考】2.某有机物燃烧产物只有CO2和
4、H2O,如何判断该有机物中是否含有氧元素？【温馨提示】：首先求出产物CO2中碳元素的质量及H2O中氢元素的质量,然后将C、H的质量之和与原来有机物的质量比较,若两者相等,则原有机物只由碳和氢两种元素组成,否则原有机物的组成里含有氧元素。四、分子结构的鉴定1.红外光谱(1)原理：不同的官能团或化学键对红外线的吸收频率不同,在红外光谱图中处于不同的位置。(2)作用：初步判断某有机物中含有何种化学键或官能团。2.核磁共振氢谱(1)原理：处在不同化学环境中的氢原子在光谱图上出现的位置不同,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：吸收峰数目氢原子种类
5、,吸收峰面积比氢原子数目比。【自主思考】3.某有机物的核磁共振氢谱图如下图所示：该有机物有几种类型的氢原子？【温馨提示】：有3种类型的氢原子。4.乙酸(CH3COOH)在核磁共振氢谱中有几个吸收峰？其吸收峰面积之比是多少？【温馨提示】：有2个吸收峰,其吸收峰面积之比是13。效 果 自 测1.判断正误,正确的打“”,错误的打“”。(1)验证某有机物是否属于烃时只需测定产物中H2O和CO2的物质的量之比。()(2)分离和提纯只利用物质的物理性质,不利用物质的化学性质。()(3)能用分液的方法分离植物油和水的混合物。()(4)Br2、I2在水中的溶解度较小,但易溶于有机溶剂,故可用酒精萃取溴水中的B
6、r2或碘水中的I2。()【试题解析】酒精可与水互溶,故不能用酒精作萃取剂萃取水溶液中的溶质。2.二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【试题解析】质谱法是用于测定有机物相对分子质量的方法。答案B3.核磁共振氢谱是指有机物分子中的氢原子核所处的化学环境(即其附近的基团)不同,表现出的核磁性就不同,代表核磁性特征的峰在核磁共振谱图中坐标的位置(化学位移,符号为)也就不同。现有一物质的核磁共振氢谱如下图所示。则可能是下列物质中的()【试题解析】由核磁共振氢谱的定
7、义可知,在氢谱图中从峰的个数即可推知有几种化学环境不同的氢原子,从上图中可知有4种化学环境不同的氢原子。分析选项可得A项是2种,B项是4种,C项是2种,D项是3种。答案B探究一、有机物分离和提纯【合作交流】1.工业乙醇含水、甲醇等杂质,通过蒸馏可获得含95.6%乙醇(质量分数)和4.4%水的共沸混合物,如果要制得无水乙醇,你有什么方法？【温馨提示】：要除去乙醇中的少量水,可加入生石灰与水反应生成Ca(OH)2,改变乙醇和水的比例,再用蒸馏的方法分离出纯净的乙醇。即先加入生石灰后再蒸馏。2.在苯甲酸的重结晶实验中,是不是结晶的温度越低越好？【温馨提示】：不是。温度过低,杂质的溶解度也会下降,部分
8、杂质也会析出,达不到提纯的目的。【点拨提升】1.分离提纯物质的“四原则”2.分离提纯的几种思路(1)杂转纯：如除去Na2CO3中的NaHCO3,将混合物加热使NaHCO3全部转化为Na2CO3。(2)杂变沉：如除去NaCl溶液中的BaCl2,先加过量Na2CO3使BaCl2转化为BaCO3沉淀,过滤后再在滤液中加盐酸。(3)杂转气：如除去NaCl溶液中的Na2CO3,加盐酸使Na2CO3转化为CO2。(4)萃取分：如用CCl4将碘水中的碘萃取出来。3.有机物分离与提纯的常用方法分离、提纯的方法目的主要仪器实例分液分离、提纯互不相溶的液体混合物分液漏斗分离硝基苯与水蒸馏分离、提纯沸点相差较大的混
9、合溶液蒸馏烧瓶、冷凝管、接收器分离乙醛与乙醇洗气分离、提纯气体混合物洗气装置除去甲烷中的乙烯过滤分离不溶性的固体和液体过滤器分离硬脂酸与氯化钠渗析除去胶体中的小分子、离子半透膜、烧杯除去淀粉中的氯化钠、葡萄糖盐析胶体的分离分离硬脂酸钠和甘油【典题例证1】某化学小组采用类似制乙酸乙酯的装置(如图),由环己醇制备环己烯。密度/(gcm3)熔点/沸点/溶解性环己醇0.9625161能溶于水环己烯0.8110383难溶于水(1)制备粗品：将12.5 mL环己醇加入试管A中,再加入1 mL浓硫酸,摇匀后放入碎瓷片,缓慢加热至反应完全,在试管C内得到环己烯粗品。A中碎瓷片的作用是_,导管B除了导气外还具有
10、的作用是_。试管C置于冰水浴中的目的是_。(2)制备精品。环己烯粗品中含有环己醇和少量酸性杂质等。加入饱和食盐水,振荡、静置、分层,环己烯在_层(填“上”或“下”),分液后用_(填入编号)洗涤。a.KMnO4溶液b.稀硫酸c.Na2CO3溶液再将环己烯按如图装置蒸馏,冷却水从_口进入。蒸馏时要加入生石灰,目的是_。收集产品时,控制的温度应在_左右,实验制得的环己烯精品质量低于理论产量,可能的原因是_。a.蒸馏时从70 开始收集产品b.环己醇实际用量多了c.制备粗品时环己醇随产品一起蒸出(3)以下区分环己烯精品和粗品的方法,合理的是_。a.用酸性高锰酸钾溶液b.用金属钠c.测定沸点【试题解析】(
11、1)粗品的制备既要防止反应物暴沸,又要防止生成物挥发。(2)环己烯密度比水小在上层,洗涤时选用KMnO4溶液会氧化环己烯,又因粗品中混有少量酸性物质,洗涤时不能再用稀硫酸,需用Na2CO3溶液将多余的酸除掉。其中的水分可用生石灰除去。由于环己醇的沸点较低,制备粗品时随产品一起蒸出,导致产量低于理论值。(3)区分精品与粗品不能选用KMnO4,因为二者皆可被KMnO4氧化；由于粗品中含有环己醇等,可与钠作用产生气体,故可用钠加以区分；测定沸点则能很好的区分二者。答案(1)防暴沸冷凝防止环己烯挥发(2)上cg除去水分83 c(3)bc【变式训练1】3,5二甲氧基苯酚是重要的有机合成中间体,可用于天然
12、物质白柠檬素的合成。一种以间苯三酚为原料的合成反应如下：甲醇、乙醚和3,5二甲氧基苯酚的部分物理性质见下表：物质沸点/熔点/密度(20 )/(gcm3)溶解性甲醇64.70.791 5易溶于水乙醚34.50.713 8微溶于水3,5二甲氧基苯酚3336易溶于甲醇、乙醚,微溶于水(1)反应结束后,先分离出甲醇,再加入乙醚进行萃取。分离出甲醇的操作是_。萃取用到的分液漏斗使用前需_并洗净,分液时有机层在分液漏斗的_(填“上”或“下”)层。(2)分离得到的有机层依次用饱和NaHCO3溶液、饱和食盐水、少量蒸馏水进行洗涤。用饱和NaHCO3溶液洗涤的目的是_；用饱和食盐水洗涤的目的是_。(3)洗涤完成
13、后,通过以下操作分离、提纯产物,正确的操作顺序是_(填字母)。a.蒸馏除去乙醚 b.重结晶c.过滤除去干燥剂 d.加入无水CaCl2干燥(4)固液分离常采用减压过滤。为了防止倒吸,减压过滤完成后应先_,再_。【试题解析】(1)因甲醇和3,5二甲氧基苯酚互溶且沸点相差较大,分离时应采用蒸馏的方法。因有机物3,5二甲氧基苯酚易溶于乙醚,且乙醚密度比水小,有机层应在上层。(3)洗涤完成后,产物中除3,5二甲氧基苯酚外,还混有乙醚、水等杂质,从节约能源角度考虑,应先除水,再除乙醚。(4)减压过滤时,容器内气压较小,为避免倒吸,应先拆去连接抽气泵和吸滤瓶的橡皮管,让装置和外界相通,然后再关闭抽气泵。答案
14、(1)蒸馏检查是否漏水上(2)除去HCl除去过量的NaHCO3且减少产物损失(3)dcab(4)拆去连接抽气泵和吸滤瓶的橡皮管关闭抽气泵探究二、有机物分子式、结构式的确定【合作交流】1.已知有机物的实验式(最简式),若确定其分子式时,还需要知道什么物理量？【温馨提示】：有机物的相对分子质量。2.燃烧某有机物A 1.50 g,生成1.12 L(标准状况)CO2和0.05 mol H2O。该有机物的蒸气对空气的相对密度是1.04,试求该有机物的分子式。【温馨提示】：有机物A的相对分子质量为1.042930,所以1.50 g有机物A的物质的量为0.05 mol,故A中碳原子数为1,氢原子数为22。由
15、A的相对分子质量判断A分子中氧原子数为1,则A的分子式为CH2O。3.分子式为C3H6O2的有机物,如果在NMR谱(核磁共振氢谱)上观察到的氢原子给出的峰有两种强度。一种强度比为33,另一种强度比为321。请写出该有机物可能的结构简式。【温馨提示】：第一种峰强度比为33,说明有2个CH3,但2个CH3的性质不同,且连接方式有别,有机物的结构简式为。第二种峰强度比为321,说明结构中含有3种不同性质的氢原子,其个数分别为3、2、1,有机物的结构简式为或或。【点拨提升】1.确定有机物相对分子质量的方法(1)根据标准状况下气体的密度,求算该气体的摩尔质量,即数值上等于该气体的相对分子质量：M22.4
16、(限于标准状况下)。(2)依据气体的相对密度D,求气体的相对分子质量：MADMB。(3)求混合气体的平均相对分子质量：MMAAMBBMCC(A、B、C为A、B、C气体的体积分数或物质的量分数)。(4)求混合物的平均相对分子质量：M。(5)运用质谱法来测定有机化合物的相对分子质量。2.有机物结构式的确定方法(1)根据有机物成键特点确定：某些有机物根据有机物成键特点只存在一种结构,则直接根据分子式确定其结构式。(2)通过定性实验确定：实验有机物表现的性质及相关结论官能团确定结构式。(3)通过定量实验确定：通过定量实验确定有机物的官能团,如乙醇结构式的确定。通过定量实验确定官能团的数目,如测得1 m
17、ol某醇与足量钠反应可得到1 mol气体,则可说明醇分子中含有2个OH。(4)仪器法：可用红外光谱、核磁共振氢谱确定有机物中的官能团和各类氢原子数目,确定结构式。【典题例证2】有机物A可由葡萄糖发酵得到,也可从酸牛奶中提取。纯净的A为无色液体,易溶于水。为研究A的组成与结构,进行了如下实验：实验步骤解释或实验结论(1)称取A 9.0 g,升温使其汽化,测其密度是相同条件下H2的45倍。试通过计算填空：(1)A的相对分子质量为_。(2)将此9.0 g A在足量纯O2中充分燃烧,并使其产物依次缓缓通过浓硫酸、碱石灰,发现两者分别增重5.4 g和13.2 g。(2)A的分子式为_。(3)另取A 9.
18、0 g,跟足量NaHCO3粉末反应,生成2.24 L CO2(标准状况),若与足量金属钠反应则生成2.24 L H2(标准状况)。(3)用结构简式表示A中含有的官能团_、_。(4)A的核磁共振氢谱如下图：(4)A中含有_种氢原子。(5)综上所述,A的结构简式为_。【试题解析】(1)A的蒸气密度为相同条件下H2的45倍,则A的相对分子质量为45290。(2)由题给信息可知,9.0 g(0.1 mol)A充分燃烧后生成H2O 5.4 g、CO2 13.2 g,则9.0 g A中n(H)0.6 mol(即0.6 g),n(C)0.3 mol(即3.6 g),则9.0 g该有机物中含n(O)0.3 m
19、ol,由n(A)n(C)n(H)n(O)0.1 mol0.3 mol0.6 mol0.3 mol1363得A的分子式C3H6O3。(3)A可与NaHCO3反应生成CO2,则A中含COOH,0.1 mol A0.1 mol CO2,A分子中含1个COOH；0.1 mol A与足量Na反应生成0.1 mol H2,说明A分子中除含有1个COOH外,还含有1个OH。(4)由A的核磁共振氢谱可知,A分子结构中有4种类型的氢原子,则A的结构简式为。答案(1)90(2)C3H6O3(3)COOHOH(4)4(5) 【变式训练2】有X、Y两种有机物,按要求回答下列问题。(1)取3.0 g有机物X,完全燃烧后
20、生成3.6 g水和3.36 L CO2(标准状况),已知该有机物的蒸气对氢气的相对密度为30,则该有机物的分子式为_。(2)有机物Y的分子式为C4H8O2,其红外光谱如图所示：则该有机物可能的结构简式为_。A.CH3COOCH2CH3 B.CH3CH2COOCH3C.HCOOCH2CH2CH3 D.(CH3)2CHCOOH【试题解析】(1)m(C)12 gmol11.8 g,m(H)21 gmol10.4 g,则m(O)3.0 g1.8 g0.4 g0.8 g,所以n(C)n(H)n(O)381,又因为该有机物的蒸气对氢气的相对密度为30,其相对分子质量为60,所以X的分子式为C3H8O。(2
21、)A、B项都有两个CH3,且不对称,都含有,所以A、B项符合图示；C项只有一个CH3,不会出现不对称的现象；D项中没有键,且CH3为对称结构。答案(1)C3H8O(2)AB1.下列物质分离或除杂的方法不正确的是( )A.用分液法分离水和酒精B.用蒸馏法分离苯和溴苯C.用重结晶方法提纯苯甲酸D.用饱和碳酸氢钠溶液除去二氧化碳中混有的少量氯化氢气体答案A2.设H的质荷比为,其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,信号强度与该离子的多少有关),则该有机物可能是()A.甲醇(CH3OH) B.甲烷C.丙烷 D.乙烯【试题解析】从图中可看出其右边最高峰质荷比为16,是H质荷比的16倍,
22、即其相对分子质量为16,为甲烷。答案B3.下列实验方案不合理的是()A.用饱和Na2CO3溶液除去乙酸乙酯中混有的乙酸等B.分离苯和硝基苯的混合物,可用蒸馏法C.可用苯将溴从溴苯中萃取出来D.可用水来鉴别苯、乙醇、四氯化碳【试题解析】因乙酸乙酯在饱和Na2CO3溶液中的溶解度很小,且乙酸易溶于饱和Na2CO3溶液,因此可用饱和Na2CO3溶液来除去乙酸乙酯中混有的乙酸等杂质,A正确；苯与硝基苯的沸点相差较大,可用蒸馏法将两者分离开来,B正确；溴易溶于溴苯,也易溶于苯且苯与溴苯互溶,因此不能用苯作萃取剂将溴从溴苯中萃取出来,C错误；苯不溶于水,加入水时,液体分为两层,上层为苯(油状液体),下层为
23、水,乙醇与水混合时不分层,四氯化碳不溶于水,加水混合时,液体也分为两层,上层为水,下层为四氯化碳(油状液体),因此可用水来鉴别苯、乙醇、四氯化碳,D正确。答案C4.下列有机物分子的核磁共振氢谱图,能给出三种信号峰的是()【试题解析】有机物中含有几种不同类型的氢原子,在核磁共振氢谱上就能出现几种信号峰,现题给有机物在核磁共振氢谱图中有三种信号峰,这表明有机物分子中含有三种不同类型的氢原子。答案C5.根据以下有关某有机物的组成信息,回答相关问题：(1)测定实验式：某含C、H、O三种元素的有机物,经燃烧实验测得其碳的质量分数为64.86%,氢的质量分数为13.51%,则其实验式是_。(2)确定分子式
24、：下图是该有机物的质谱图,则其相对分子质量为_,分子式为_。【试题解析】(1)该有机物的分子中C、H、O的原子个数比为：N(C)N(H)N(O)4101,因此该有机物的实验式为C4H10O。(2)根据质谱图中的质荷比最大的就是未知物的相对分子质量,则该有机物的相对分子质量为74,因此该有机物的分子式为C4H10O。答案(1)C4H10O(2)74C4H10O课时作业1.分离下列混合物,应选用蒸馏操作的是()A.汽油和柴油B.溴水C.硝酸钾和氯化钠的混合物D.四氯化碳和水【试题解析】B中应用萃取法；C中应用重结晶法；D中应用分液法。答案A2.验证某有机物是否属于烃,应完成的实验内容是()A.只需
25、测定分子中C、H原子个数之比B.只需证明其完全燃烧的产物只有H2O和CO2C.只需测定其燃烧产物中H2O与CO2的物质的量之比D.测定该有机物的质量及完全燃烧后生成CO2和H2O的质量【试题解析】验证某有机物属于烃需证明该有机物只含有C、H两种元素,选项D所述能满足该要求。答案D3.下列各项操作中错误的是()A.用酒精萃取甲苯水溶液中的甲苯可选用分液漏斗,静置分液B.分液时,分液漏斗中的下层液体从下口放出,上层液体则从上口倒出C.萃取、分液前需对分液漏斗进行检漏D.为保证分液漏斗内的液体顺利流出,需将上面的塞子拿下【试题解析】酒精易溶于水,与水互溶不能分层,不符合萃取剂的条件,不能达到萃取的目
26、的,A项错误；分液漏斗中的下层液体只能从下口放出,若从上口倒出,则下层液体与上层液体混合而不纯,同样上层液体从下口放出时也会使上层液体与残留在漏斗内壁的下层液体混合而不纯,B项正确；由于分液漏斗有活塞,故使用前首先检查活塞处是否漏水,活塞是否畅通,由于萃取时,还要将分液漏斗倒转振荡,所以还应检验塞好塞子的分液漏斗口部是否漏水,C项正确；放出下层液体时,将分液漏斗上面的塞子拿掉使分液漏斗内外气压相等,便于液体顺利流出,D项正确。答案A4.工业上食用油的生产大多数采用浸出工艺。菜籽油的生产过程为将菜籽压成薄片,用轻汽油浸泡,进行操作A；过滤,得液体混合物；对该混合物进行操作B,制成半成品油,再经过
27、脱胶、脱色、脱臭即制成食用油。操作A和B的名称分别是()A.溶解、蒸发 B.萃取、蒸馏C.分液、蒸馏 D.萃取、过滤【试题解析】操作A是用轻汽油浸泡,该过程属于萃取；汽油与油脂的混合物则需用蒸馏的方法分离。答案B5.下列关于物质的分离、提纯实验中的一些操作或做法,不正确的是()A.在组装蒸馏装置时,温度计的水银球应处于蒸馏烧瓶的支管口处B.用96%的工业酒精制取无水乙醇,可采用的方法是加生石灰,再蒸馏C.在苯甲酸重结晶实验中,粗苯甲酸加热溶解后还要加少量蒸馏水D.在苯甲酸重结晶实验中,待粗苯甲酸完全溶解后,要冷却到常温才过滤答案D6.在一定条件下,萘可以被浓硝酸、浓硫酸的混酸硝化生成二硝基物,
28、它是1,5二硝基萘()、1,8-二硝基萘()的混合物,后者可溶于质量分数大于98%的硫酸,而前者不能。利用这一性质可以将这两种同分异构体分离,将上述硝化产物加入适量的98%硫酸,充分搅拌,用耐酸漏斗过滤,欲从滤液中得到固体1,8二硝基萘,应采用的方法是( )A.蒸发浓缩结晶B.向滤液中加水后过滤C.用Na2CO3溶液处理滤液D.将滤液缓缓加入水中并过滤【试题解析】根据题目信息知,滤液中有浓H2SO4和1,8-二硝基萘,浓H2SO4可溶于水,而1,8二硝基萘不溶于水,故可以将滤液注入水中(相当于浓H2SO4的稀释),然后过滤即可。答案D7.有机物A完全燃烧只生成CO2和H2O,将12 g该有机物完全燃烧的产物通过足量浓硫酸,浓硫酸增重14.4 g,再通过足量碱石灰,碱石灰增重26.4 g,该有机物的分子式是()A.C4H10 B.C2H6OC.C3H8O D.C2H4O2【试题解析】浓硫酸增重为H2O的质量,碱石灰增重为CO2的质量,即m(H2O)14.4 g,m(CO2)26.4 g,易求出m(C)7.2 g,m(H)1.6 g,则m(O)3.2 g,据此易求出有机物中C、H、O的原子个数比为381,即有机物A的实验式为C3H8O,因氢原子数已达饱和,此实验式也就是有机物A的分子式。答案C8.下
