1,研究有機(jī)化合物的一般步驟和方法,第一章,認(rèn)識(shí)有機(jī)化合物,4,研究有機(jī)化合物的一般步驟,粗品分離、提純,元素定量分析確定實(shí)驗(yàn)式,測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量確定分子式,波譜分析確定結(jié)構(gòu)式(有哪些官能團(tuán)）,【思考與交流】1、下列物質(zhì)中的雜質(zhì)（括號(hào)中是雜質(zhì)）可以用什么方法除去?（1）酒精（水） （2）壬烷（己烷） （3）KNO3（NaCl ) （4）乙酸乙酯（乙醇） （5）甲烷（乙烯） （6）NaCl（泥沙） （7）溴水（水） （8）CO2（HCl）,分離提純的基本方法：過濾法、結(jié)晶(重結(jié)晶)法、蒸餾(分餾)法、萃取分液法、洗氣法、加熱法、 滲析法、鹽析法和離子交換法等。,3.分離提純的原則：（1）不增（不引入新的雜質(zhì)）。（2）不減（不減少被提純物）。（3）易分離（被提純物與雜質(zhì)易分離）。（4）易復(fù)原（被提純物易復(fù)原）。,2.常用的分離、提純物質(zhì)的方法有哪些？,一、分離、提純,物理方法：利用有機(jī)物與雜質(zhì)物理性質(zhì)的差異而將它們分開.,有機(jī)物分離的常用物理方法,蒸餾 重結(jié)晶 萃取 分液,化學(xué)方法：一般是加入或通過某種試劑進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。,1、蒸餾：,（2）蒸餾提純的條件,液態(tài)混合物 有機(jī)物熱穩(wěn)定性較強(qiáng)；與雜質(zhì)的沸點(diǎn)相差較大（一般約大于30）,（1）蒸餾的原理,利用混合物的沸點(diǎn)不同，除去難揮發(fā)或 不揮發(fā)的雜質(zhì),（3）蒸餾的注意事項(xiàng)：溫度計(jì)水銀球的部位（蒸餾燒瓶支管處）燒瓶中放少量沸石或碎瓷片（防止暴沸）進(jìn)出水方向（下進(jìn)上出）燒瓶中所盛放液體不能超過1/3,實(shí)驗(yàn)：含有雜質(zhì)的工業(yè)乙醇的蒸餾,7,例如:含有雜質(zhì)的工業(yè)乙醇的蒸餾(乙醇的沸點(diǎn)：78.5°C 水的沸點(diǎn)：100°C）,蒸餾提純乙醇收集7779°C的餾分,實(shí)驗(yàn)步驟： （1）將50ml工業(yè)乙醇倒入250ml蒸餾燒瓶中 （2）在燒瓶中投入2粒碎瓷片 （3）裝好蒸餾裝置（從下往上、從左往右） （4）往冷凝管中通入冷卻水 （5)加熱蒸餾，收集77-79°C的餾分,乙醇和水的共沸點(diǎn)混合物:沸點(diǎn)78.15,乙醇95.6%,水4.4%,8,練習(xí),欲用95.6%的工業(yè)酒精制取無水乙醇時(shí)，可選用的方法是( )A.加入無水CuSO4，再過濾B.加入生石灰，再蒸餾C.加入濃硫酸，再加熱，蒸出乙醇D.將96%的乙醇溶液直接加熱蒸餾,3.某工廠廢液經(jīng)測(cè)定得知主要含有乙醇，其中還溶有丙酮、乙酸和乙酸乙酯。根據(jù)各物質(zhì)的性質(zhì)（如下表），確定通過下列步驟回收乙醇和乙酸。 物質(zhì) 丙酮 沸點(diǎn)56.2 , 乙酸乙酯 沸點(diǎn)77.06 乙醇 沸點(diǎn)78 乙酸 沸點(diǎn)117.9 向廢液中加入燒堿溶液，調(diào)整溶液的pH10 將混和液放入蒸餾器中緩緩加熱,收集溫度在5560時(shí)的餾出物 收集溫度在7085時(shí)的餾出物 排出蒸餾器中的殘液。冷卻后向其中加濃硫酸（過量），然后再放入耐酸蒸餾器進(jìn)行蒸餾，回收餾出物 請(qǐng)回答下列問題： （1）加入燒堿使溶液的pH10的目的是 ； （2）在7085時(shí)的餾出物的主要成份是 ； （3）在步驟中，加入過量濃硫酸的目的是（用化學(xué)方程式表示） （4）當(dāng)最后蒸餾的溫度控制在85125一段時(shí)間后，殘留液中溶質(zhì)的主要成份是 。,將乙酸與堿反應(yīng)先分離,乙酸乙酯和乙醇,2CH3COONa+H2SO4=Na2SO4+2CH3COOH,硫酸鈉和硫酸,2、重結(jié)晶（固體有機(jī)物的提純）,重結(jié)晶時(shí)選擇溶劑的條件:,雜質(zhì)在此溶劑中溶解度很小或很大.被提純的有機(jī)物在此溶劑中的溶解度，受溫度的影響較大.,苯甲酸的重結(jié)晶,實(shí)驗(yàn)步驟：（1）將1克粗苯甲酸于100ml燒杯中，再加入50ml蒸餾水（2）加熱至完全溶解，再加入10ml蒸餾水 (為了減少趁熱過濾時(shí)損失苯甲酸，所以再加入蒸餾水少量.)(3)趁熱過濾到另一個(gè)100ml燒杯中 （4）將盛有濾液的小燒杯放入裝有冷水的大燒杯中，冷卻結(jié)晶.,重結(jié)晶,觀察:(1)粗苯甲酸的狀態(tài)：白色固體混有黑色或灰色固體(2)濾液冷卻時(shí)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：澄清 渾濁 析出晶體(3)重結(jié)晶后苯甲酸的狀態(tài)：白色片狀晶體,學(xué)與問,在苯甲酸重結(jié)晶的實(shí)驗(yàn)中，濾液放置冷卻可以結(jié)晶出 純凈的苯甲酸晶體。請(qǐng)你思考并與同學(xué)交流：溫度越低，苯 甲酸的溶解度越小，為了得到更多的苯甲酸晶體，是不是 結(jié)晶時(shí)的溫度越低越好？,歸納重結(jié)晶的步驟。,原因：若溫度越低，雜質(zhì)的溶解度也會(huì)降低而析出晶體,不純固體物質(zhì),殘?jiān)?(不溶性雜質(zhì)),濾液,母液 (可溶性雜質(zhì)和部分被提純物),晶體 (產(chǎn)品),溶于溶劑，制成飽和溶液，趁熱過濾,冷卻，結(jié)晶， 過濾，洗滌,16,洗滌沉淀或晶體的方法：用膠頭滴管往晶體上加蒸餾水直至晶體被浸沒，待水完全流出后，重復(fù)操作兩至三次，直至晶體被洗凈。,檢驗(yàn)洗滌效果：取最后一次的洗出液，再選擇適當(dāng)?shù)脑噭┻M(jìn)行檢驗(yàn)。,3、萃取,萃取,固液萃取,液液萃取,用一種溶劑把溶質(zhì)從它與另一溶劑所組成的溶液中提取出來的方法.,利用混合物中一種溶質(zhì)在不同溶劑里的溶解度的不同，將有機(jī)物從一種溶劑轉(zhuǎn)移到另一種溶劑中的過程.,（1） 萃取,(2) 萃取的原理,（3）萃取劑選擇的條件：, 萃取劑和原溶劑互不相溶和不發(fā)生化學(xué)反應(yīng) 溶質(zhì)在萃取劑中的溶解度大于在原溶劑中的溶解度 溶質(zhì)和萃取劑不反應(yīng) 萃取劑易揮發(fā)，與溶質(zhì)易分離,（4）主要儀器：分液漏斗,練習(xí)1下列每組中各有三對(duì)物質(zhì)，它們都能用分液漏斗分離的是 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，苯和水 C 甘油和水，乙酸和水，乙酸和乙醇 D 汽油和水,己烷和水練習(xí)2可以用分液漏斗分離的一組液體混和物是 A 溴和四氯化碳 B 苯和甲苯 C 汽油和苯 D 硝基苯和水,B D,D,二、元素分析與相對(duì)分子質(zhì)量的測(cè)定,1.元素分析：（1） 定性分析： 主要分析有機(jī)物的組成元素,方法：燃燒法,C - CO2,N- N2,O-H2O,H-H2O,如:產(chǎn)物中只有CO2 和H2O,可能2：含C 、 H 、 O三種元素,可能1：只含C 、 H 兩種元素,（2） 定量分析： 測(cè)定有機(jī)物分子各元素原子的質(zhì)量分?jǐn)?shù),元素定量分析的原理：,將一定量的有機(jī)物燃燒，分解為簡(jiǎn)單的無機(jī)物，并作定 量測(cè)定，通過無機(jī)物的質(zhì)量推算出組成該有機(jī)物元素原子的 質(zhì)量分?jǐn)?shù)，然后計(jì)算出該有機(jī)物分子所含元素原子的最簡(jiǎn) 整數(shù)比，確定其實(shí)驗(yàn)式（又稱為最簡(jiǎn)式）,李比希分析方法：,有機(jī)物,CuO,H2O,CO2,濃 KOH,固體CaCl2,計(jì)算增重,計(jì)算增重,22,CO2H2O,C,O ?,H,H2O CO2,李比希分析方法：,23,可以直接測(cè)出有機(jī)物中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù).,現(xiàn)代元素分析儀-元素定量分析,24,【例題】某含C、H、O三種元素的未知物A，經(jīng)燃燒分析實(shí)驗(yàn)測(cè)定該未知物碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52.16，氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.14，試求該未知物A的 實(shí)驗(yàn)式。,【思路點(diǎn)撥】(1) 先確定該有機(jī)物中各組成元素原子的質(zhì)量分?jǐn)?shù),(2) 再求各元素原子的個(gè)數(shù)比,若要確定它的分子式，還需要什么條件？,實(shí)驗(yàn)式:C2H6O,25,【知識(shí)回顧】有哪些方法可以求相對(duì)分子質(zhì)量？,（1）M = m / n （2）根據(jù)有機(jī)蒸氣的相對(duì)密度D， D =M1 / M2 （3）標(biāo)況下有機(jī)蒸氣的密度為g/L，M = 22.4L/mol ×g/L,質(zhì)譜法測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量。,它是用高能電子流等轟擊樣品分子，使該分子失去電子變成帶正電荷的分子離子和碎片離子。這些不同離子具有不同的相對(duì)質(zhì)量，相對(duì)質(zhì)量不同的離子在磁場(chǎng)作用下達(dá)到檢測(cè)器的時(shí)間有差異，其結(jié)果被記錄為質(zhì)譜圖。,2. 相對(duì)分子質(zhì)量的測(cè)定質(zhì)譜法,（1）原理：,（2）質(zhì)荷比：,質(zhì)荷比=,電荷,相對(duì)質(zhì)量,27,質(zhì)譜儀,用途：確定相對(duì)分子質(zhì)量,(3)質(zhì)譜圖,未知物A的質(zhì)譜圖,質(zhì)譜圖中的質(zhì)荷比最 大的就是未知物的相對(duì)分子質(zhì)量.,最右邊離子峰就是未知物A的相對(duì)分子質(zhì)量: 46,28,【例題】某含C、H、O三種元素的未知物A，經(jīng)燃燒分析實(shí)驗(yàn)測(cè)定該未知物碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52.16，氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.14，試求該未知物A的 實(shí)驗(yàn)式。,【思路點(diǎn)撥】(1) 先確定該有機(jī)物中各組成元素原子的質(zhì)量分?jǐn)?shù),(2) 再求各元素原子的個(gè)數(shù)比,實(shí)驗(yàn)式:C2H6O,C2H6O,未知物A的相對(duì)分子質(zhì)量:46,確定它的分子式為:,列式計(jì)算下列有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量： (1) 某有機(jī)物A的蒸氣密度是相同狀況下氫氣密度的 14倍； (2) 某有機(jī)物在相同狀況下對(duì)空氣的相對(duì)密度為2； (3) 標(biāo)準(zhǔn)狀況下0.56g某氣態(tài)烴的體積為44.8ml; (4) 3.2g某飽和一元醇與足量金屬鈉反應(yīng)得到1.12L(標(biāo)況)氫氣。,試歸納求有機(jī)物相對(duì)分子質(zhì)量的方法。,練習(xí),30,列式計(jì)算下列有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量： (1) 某有機(jī)物A的蒸氣密度是相同狀況下氫氣密度的 14倍； (2) 某有機(jī)物在相同狀況下對(duì)空氣的相對(duì)密度為2； (3) 標(biāo)準(zhǔn)狀況下0.56g某氣態(tài)烴的體積為44.8ml; (4) 3.2g某飽和一元醇與足量金屬鈉反應(yīng)得到1.12L(標(biāo)況)氫氣。,總結(jié)：求有機(jī)物相對(duì)分子質(zhì)量的方法,1、利用有機(jī)物蒸氣的相對(duì)密度 2、利用標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣態(tài)烴的密度 3、利用各類有機(jī)物的分子通式及相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式 4、質(zhì)譜法能快速、微量、精確測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量的方法,例:2002年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者的貢獻(xiàn)之一是發(fā)明了對(duì)有機(jī)物分子進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的質(zhì)譜法。其方法是讓極少量的（10-9g）化合物通過質(zhì)譜儀的離子化室使樣品分子大量離子化，少量分子碎裂成更小的離子。如C2H6離子化后可得到C2H6、C2H5、C2H4，然后測(cè)定其質(zhì)荷比。某有機(jī)物樣品的質(zhì)荷比如右圖所示（假設(shè)離子均帶一個(gè)單位正電荷，信號(hào)強(qiáng)度與該離子的多少有關(guān)），則該有機(jī)物可能是,A 甲醇 B 甲烷 C 丙烷 D 乙烯,B,確定某有機(jī)物的結(jié)構(gòu)： 測(cè)定實(shí)驗(yàn)式：某含C、H、O三種元素的有機(jī)物，經(jīng)燃燒分析實(shí)驗(yàn)測(cè)定其碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是64.86%，氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是13.51%, 則其實(shí)驗(yàn)式是（ ）。 確定分子式：下圖是該有機(jī)物的質(zhì)譜圖，則其相對(duì)分子質(zhì)量為（ ），分子式為（ ）。,C4H10O,74,C4H10O,練習(xí),【討論】：,C2H6O的可能結(jié)構(gòu)？,CH3-O- CH3,CH3-CH2 - OH,測(cè)定方法,化學(xué)方法：看是否與Na反應(yīng),現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)方法：紅外光譜法,當(dāng)化合物結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜時(shí)，若用化學(xué)方法，時(shí)間長(zhǎng)、浪費(fèi)試劑，因此科學(xué)上常常采用現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)方法,如:紅外光譜、核磁共振氫譜等來確定有機(jī)化合物分子的結(jié)構(gòu)。,三、分子結(jié)構(gòu)的鑒定,1.紅外光譜,紅外光譜儀,36,原理: 當(dāng)紅外光照射有機(jī)物分子時(shí),有機(jī)物分子發(fā)生振動(dòng)吸收,不同的化學(xué)鍵或官能團(tuán)振動(dòng)頻率不同,因而吸收不同頻率的紅外光,用紅外光譜儀能記錄相應(yīng)信息,得到紅外光譜圖.,1.紅外光譜,37,用途：通過紅外光譜圖可以推知有機(jī)物含有哪些化學(xué)鍵、官能團(tuán).,38,例.下圖是分子式為C2H6O的有機(jī)物的紅外光譜譜圖,則該有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為：,O-H 2.743.22微米,C-H 3.384.49微米,C-O 10001200cm-1,C,C2H6O的結(jié)構(gòu)中,含:,H,C,O,O,H,CH3-O- CH3,CH3-CH2 - OH,C2H6O的結(jié)構(gòu)可能是哪一種呢？,例1下圖是一種分子式為C4H8O2的有機(jī)物的紅外光譜譜圖,則該有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為：,COC,C=O,不對(duì)稱CH3,CH3COOCH2CH3,41,原理:有機(jī)物分子中,處于不同化學(xué)環(huán)境中的氫原子共振頻率不同,因而吸收不同頻率的電磁波,在譜圖中出現(xiàn)的位置不同,各種氫原子的這種差異被稱為化學(xué)位移.氫原子數(shù)越多,吸收能量越大,吸收峰面積越大,用核磁共振儀能記錄相應(yīng)信息.,2、核磁共振氫譜,42,用途：通過核磁共振氫譜可知道有機(jī)物分子里含有多少種類型的氫原子，不同類型的氫原子的數(shù)目之比。,吸收峰數(shù)目 氫原子類型數(shù),不同吸收峰的面積之比（強(qiáng)度之比）,不同類型氫原子的個(gè)數(shù)之比,43,核磁共振氫譜,核磁共振儀,用途：確定氫原子的類型及數(shù)目比,CH3-O- CH3,CH3-CH2 - OH,C2H6O 的核磁共振氫譜圖,（3）、分析方法,a .氫原子類型吸收峰數(shù)目=3,b 峰的面積之比=不同類型的 H的數(shù)目比=3:2:1,C2H6O的結(jié)構(gòu)可能是哪一種呢？,45,CH3OCH3,的核磁共振氫譜,練習(xí)12002年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)表彰了兩項(xiàng)成果，其中一項(xiàng)是瑞士科學(xué)家?guī)鞝柼?#183;維特里希發(fā)明了“利用核磁共振技術(shù)測(cè)定溶液中生物大分子三維結(jié)構(gòu)的方法”。在化學(xué)上經(jīng)常使用的是氫核磁共振譜，它是根據(jù)不同化學(xué)環(huán)境的氫原子在氫核磁共振譜中給出的信號(hào)不同來確定有機(jī)物分子中的不同的氫原子。下列有機(jī)物分子在核磁共振氫譜中只給出一種信號(hào)的是 A HCHO B CH3OH C HCOOH D CH3COOCH3,A,練習(xí)2 分子式為C3H6O2的二元混合物，如果在核磁共振氫譜上觀察到氫原子給出的峰有兩種情況。第一種情況峰給出的強(qiáng)度為11；第二種情況峰給出的強(qiáng)度為321。由此推斷混合物的組成可能是（寫結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式） 。,CH3COOCH3和CH3CH2COOH,【小結(jié)】,研究有機(jī)化合物的一般步驟和方法,分離、提純,元素定量分析:確定實(shí)驗(yàn)式,測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量: 確定分子式,確定結(jié)構(gòu)式(有哪些官能團(tuán)，化學(xué)鍵）,1. 蒸餾,2. 重結(jié)晶,3. 萃取,有幾種不同類型的H，及不同類型的 H的數(shù)目。,質(zhì)譜法,紅外光譜法,分 子 結(jié) 構(gòu),核磁共振氫譜:,現(xiàn)代元素分析儀,49,確定結(jié)構(gòu)式：下圖是有機(jī)物C4H10O的紅外光譜圖，則有機(jī)物的結(jié)構(gòu)式：_,COC,對(duì)稱CH2,對(duì)稱CH3,CH3CH2OCH2CH3,補(bǔ)充:有機(jī)物分子式的其它推算方法,例：已知某烴,W(H) =20%,W (C)=80%,Mr =30,N(C) ：N(H) =1：3,實(shí)驗(yàn)式： CH3,化學(xué)式(分子式)： C2H6,1. 實(shí)驗(yàn)式法：,2. 利用分子通式法：,例1： 已知某烷烴的相對(duì)分子質(zhì)量為142。求分子式。,例2： 已知某飽和二元醇6.2g，與足量的Na反應(yīng)，產(chǎn)生2.24L 的H2（標(biāo)況下），求分子式。,CnH2n+2O2 H2M 22.4L6.2 g 2.24L,M=62 CnH2n+2O2 = 62 n=2 C2H6O2,3. 利用規(guī)律法：,例1： 某氣態(tài)烴CxHy在120時(shí)完全燃燒（密閉容器中）反應(yīng)前后，壓強(qiáng)相等。,1 + x + y/4 = x + y/2,53,【練習(xí)】,兩種氣態(tài)烴以任意比混合，在105時(shí)，1L 該混合氣體 與9LO2混合，充分燃燒，（密閉容器中）恢復(fù)到原來的狀況， 所得氣體的體積仍是10L.下列組合不符合此條件的是,A. CH4 C2H4,C. C3H4 C2H4,D. C2H6 CH4,B. CH4 C3H4,D,54,例2：,C2H2,C6H6,燃燒后n(CO2) n(H2O) = 2 1,例3：,CnH2n,燃燒后n(CO2) n(H2O) = 11,55,4. 燃燒通式法：,例：某含C、H、O的有機(jī)物相對(duì)于H2 的密度為29。5.8g該有機(jī)物完全燃燒，得CO2 13.2g ,H2O5.4g 。 求分子式？,CxHyOz + (x +y/4-z/2)O2,xCO2 + y/2H2O,1,x,相對(duì)分子質(zhì)量 Mr =29×2=58,n( 有機(jī)物) = 0.1mol,n(CO2) = 0.3mol,n(H2O) = 0.3mol,0.1,0.3,0.3,X=3,Y=6,z =1,C3H6O,分析：,56,例：在常溫、常壓下，50ml三種氣態(tài)烴的混合物在足量的 O2里，點(diǎn)燃爆炸，恢復(fù)到原來的溫度和壓強(qiáng)，體積共縮小100ml,則三種烴的可能組合是,. CH4 . C2H4 C3H6 C3H4 C3H8 C4H6,50,100,分析：,y =4,57,10,25,分析：,y =6,在同溫同壓下，10ml的某氣態(tài)烴在50ml O2里充分燃燒，得到液態(tài)水和35ml的混合氣體，則該烴的分子式可能是,A. CH4 B. C2H4 C. C3H8 D. C3H6,D,5. 平均值法(求平均分子式)：,兩種氣態(tài)烴組成的混合物0.1mol完全燃燒，得0.16molCO2,0.2molH2O. 則該混合物中（ ）,A.一定有 CH4 C2H4,C.一定有 C2H2,D. 一定有 CH4,B. 一定沒有 C2H4,D,分析：,0.1mol烴,0.16molCO2,C：0.16mol,0.2molH2O H: 0.4mol,平均分子式：,C1.6H4,1mol烴,59,分析：,一種氣態(tài)烷烴一種氣態(tài)烯烴，其分子式中碳原子數(shù)相等。1體積的混合氣體完全燃燒，生成 CO2 2體積，水蒸氣 2.4 體積。 （1）求烷烴、烯烴的分子式 （2）兩種烴的體積比,60,烴的式量除以14，得到的商及余數(shù)可確定,6. 商余法：,例： 已知某烷烴的相對(duì)分子質(zhì)量為142。求分子式。,特殊方法： 部分有機(jī)物的實(shí)驗(yàn)式中H已達(dá)飽和，則該有機(jī)物的實(shí)驗(yàn)式就是 分子式。（如：CH4、CH3Cl、C2H6O等） 部分特殊組成的實(shí)驗(yàn)式如：CH3 當(dāng)n=2時(shí)即達(dá)飽和，在不知相對(duì)分子質(zhì)量時(shí)也可求得,C10H22,