基础课时4 有机物分子式和分子结构的确定 学习目标 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 (一)知识梳理 1.确定实验式 (1)定量分析原理 将一定量的有机化合物燃烧,转化为简单的无机物,并进行定量测定,通过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)实验式的测定方法(李比希法) 2.确定分子式 (1)确定相对分子质量———质谱法 ①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。 ②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)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。 (二)互动探究 某含碳、氢、氧三种元素的有机化合物X,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%,且该有机化合物的质谱图如下。 【问题讨论】 问题1 怎样计算有机化合物X的实验式 提示 由题意可知,氧的质量分数为1-64.86%-13.51%=21.63%,各元素原子个数比:N(C)∶N(H)∶N(O)=∶∶≈4∶10∶1,故该有机化合物的实验式为C4H10O。 问题2 根据质谱图分析有机化合物X的相对分子质量,并分析确定其分子式。 提示 实验式的相对分子质量为74,观察该有机化合物的质谱图,质荷比最大的数值为74,所以其相对分子质量为74,则该有机化合物的分子式为C4H10O。 问题3 有机物的实验式和分子式有何异同 提示 实验式也叫“最简式”,表示最简单的原子个数比,而分子式表明了一个分子中的所含各元素原子的个数,有些物质的实验式和分子式相同,如CH4。 【探究归纳】 有机物分子式确定“四”步走 1.(2024·湖北武汉经济技术开发区第一中学高二期中)某化学小组同学利用如图装置测定有机化合物中元素C、H、O的质量比,将质量为m的CxHyOz样品放入石英管中加热使其充分反应,实验结束后,U形管c、d的质量增重分别为m1、m2。 下列说法错误的是 ( ) A.开始实验时,依次点燃酒精喷灯b、a B.实验测得元素C、H的质量比为27m2∶22m1 C.若调换装置c和d,则无法达成实验目的 D.若加热前未先通入一段时间氧气会导致测得氧元素的质量分数偏小 答案 B 解析 由实验装置图可知,a处发生的反应为有机物在加热条件下与氧气反应生成碳的氧化物和水,装置b处氧化铜与一氧化碳反应生成二氧化碳,装置c为水蒸气的吸收测定装置,装置d为二氧化碳的吸收测定装置,该装置的缺陷为没有吸收空气中水蒸气和二氧化碳的装置,会导致实验误差。 为使有机物不完全燃烧生成的二氧化碳完全转化为被碱石灰吸收的二氧化碳,实验开始时,应依次点燃酒精喷灯b、a,A正确;装置c为水蒸气的吸收测定装置,装置d为二氧化碳的吸收测定装置,则实验测得碳、氢元素的质量比为(×12)∶(×2×1)=27m2∶11m1,B错误;装置c为水蒸气的吸收测定装置,装置d为二氧化碳的吸收测定装置,若调换装置c和d,则碱石灰会吸收二氧化碳和水蒸气,无法测得反应生成二氧化碳和水蒸气的质量,无法达成实验目的,C正确;若加热前未先通入一段时间氧气排尽装置中的空气,实验测得水蒸气和二氧化碳的质量均偏高,会导致测得氧元素的质量分数偏小,D正确。 2.为了测定 ... ...
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