1.2.2 确定实验式、分子式、结构式 -【考点精准练】2022-2023学年高二化学同步精品讲义（人教版2019选择性必修3）（原卷版）

1.2.2确定实验式、分子式、结构式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。考点梳理考点1确定实验式——元素分析一、烃的衍生物与官能团的概念1．实验式：有机化合物分子内各元素原子的最简整数比，也称为最简式。2．李比希定量分析一般过程[示例]　某种含C、H、O三种元素的未知物A，经燃烧分析实验测得其中碳的质量分数为52.16%，氢的质量分数为13.14%。则：①氧的质量分数为34.70%。②C、H、O的原子个数比N(C)∶N(H)∶N(O)≈2∶6∶1。③该未知物A的实验式为C2H6O。二、确定分子结构——波谱分析1．红外光谱(1)作用：初步判断某有机物分子中所含有的化学键或官能团。 (2)原理：不同的化学键或官能团的吸收频率不同，在红外光谱图上将处于不同的位置。例如：分子式为C2H6O的红外光谱上发现有O—H、C—H和C—O的吸收峰，可推知该分子的结构简式为C2H5—OH。2．核磁共振氢谱(1)作用：测定有机物分子中氢原子的类型和它们的相对数目。(2)原理：处于不同化学环境中的氢原子因产生共振时吸收电磁波的频率不同，相应的信号在谱图上出现的位置也不同，具有不同的化学位移，而且吸收峰的面积与氢原子数成正比。(3)分析：吸收峰数目＝氢原子类型种类，吸收峰面积比＝氢原子数之比。(4)示例分析：某未知物A的分子式为C2H6O，核磁共振氢谱如下图，则有3种处于不同化学环境的氢原子，个数比为3∶2∶1，说明该未知物A的结构简式为CH3CH2OH。3．X射线衍射(1)原理：X射线是一种波长很短(约10－10m)的电磁波，它和晶体中的原子相互作用可以产生衍射图。经过计算可以从中获得分子结构的有关数据，包括键长、键角等分子结构信息。(2)应用：将X射线衍射技术用于有机化合物(特别是复杂的生物大分子)晶体结构的测定，可以获得更为直接而详尽的结构信息。1、一般有机物中氧元素的确定方法一般来说，某有机物完全燃烧后，若产物只有CO2和H2O，其组成元素可能为碳、氢元素或碳、氢、氧元素。欲判断该有机物分子是否含氧元素，首先应求出产物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质量比较，若两者相等，则原有机物分子的组成中不含氧元素；否则，原有机物分子的组成中含氧元素。2、确定分子式的方法(1)根据有机物中各元素的质量分数，求出有机物的实验式，再根据有机物的相对分子质量确定分子式。(2)根据有机物的摩尔质量和各元素的质量分数，求出1mol 该有机物中各元素原子的物质的量，从而确定出该有机物的分子式。(3)根据有机物燃烧时消耗O2的量及产物的量，求出有机物的实验式，再通过计算确定出有机物的分子式。(4)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。在有机化学中，常利用有机物燃烧等方程式对分子式进行求解。常用的化学方程式有：CxHy＋(x＋)O2xCO2＋H2O；CxHyOz＋(x＋－)O2xCO2＋H2O。(5)余数法用烃的相对分子质量除以14，看商数和余数。＝＝A……其中商数A为烃中的碳原子数，此法适用于具有特定通式的烃(如烷烃、烯烃、炔烃、苯和苯的同系物等)。3、有机物分子结构的确定(物理方法)4、有机物相对分子质量的求算方法(1)标态密度法：根据标准状况下气体的密度，求算该气体的相对分子质量：Mr＝22.4×ρ。(2)相对密度法：根据气体A相对于气体B的相对密度D，求算该气体的相对分子质量：MA＝D×MB。(3)混合物的平均相对分子质量：＝。(4)读图法：质谱图中，质荷比最大值即为该有机物的相对分子质量。即学即练 1．为测定某有机物的结构，用核磁共振仪处理后得到如图所示的核磁共振氢谱，则该有机物可能是A．B．(CH3)3CHC．CH3CH2OHD．CH3CH2CH2COOH2．下列有关叙述正确的是A．质谱法通常用来确定有机化合物的分子结构B．将有机化合物燃烧进行定量分析，可以直接确定该有机化合物的分子式C．在核磁共振氢谱中能出现三组峰，峰面积之比为3∶1∶4D．乙醚与1-丁醇不能利用红外光谱法进行鉴别3．下列化合物中，1H核磁共振谱只出现两组峰且峰面积之比为3∶1的是A．B．CH3OOCCH2CH3C．D．4．氢核磁共振谱是根据不同化学环境的氢原子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氢核磁共振谱中只给出一种信号的是。A．B．C．D．5．下列有机化合物分子中，不饱和度为2的是A．B．C．D．6．用波谱方法测定某有机化合物的结构，质谱图表明其相对分子质量为60；红外光谱图上发现有键、键、键的振动吸收；核磁共振氢谱图如图所示(峰面积之比为2：1：2：3)。 (1)该有机化合物分子中共有_______种不同化学环境的氢原子。(2)该有机化合物属于哪一类物质？(3)该有机化合物的分子式为_______，结构简式为_______。(4)写出该有机化合物所有同分异构体的结构简式：_______。7．现有某有机化合物样品，对其进行如下操作：i.充分燃烧6.51g该样品，得到20.47g二氧化碳和8.36g水。ii.质谱分析得该物质的相对分子质量为84，(1)该有机化合物的分子式为_______。(2)向该有机化合物中加入少量溴的四氯化碳溶液，溶液褪色，用酸性溶液氧化该物质只能得到丙酸，该有机化合物的结构简式为_______。分层训练夯实基础1．为测定某有机物的结构，用核磁共振仪处理后得到如图所示的核磁共振氢谱，则该有机物可能是A．B．(CH3)3CHC．CH3CH2OHD．CH3CH2CH2COOH2．下列有关叙述正确的是A．质谱法通常用来确定有机化合物的分子结构B．将有机化合物燃烧进行定量分析，可以直接确定该有机化合物的分子式 C．在核磁共振氢谱中能出现三组峰，峰面积之比为3∶1∶4D．乙醚与1-丁醇不能利用红外光谱法进行鉴别3．氢核磁共振谱是根据不同化学环境的氢原子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氢核磁共振谱中只给出一种信号的是。A．B．C．D．4．下列有机化合物分子中，不饱和度为2的是A．B．C．D．5．用波谱方法测定某有机化合物的结构，质谱图表明其相对分子质量为60；红外光谱图上发现有键、键、键的振动吸收；核磁共振氢谱图如图所示(峰面积之比为2：1：2：3)。(1)该有机化合物分子中共有_______种不同化学环境的氢原子。(2)该有机化合物属于哪一类物质？(3)该有机化合物的分子式为_______，结构简式为_______。(4)写出该有机化合物所有同分异构体的结构简式：_______。6．现有某有机化合物样品，对其进行如下操作：i.充分燃烧6.51g该样品，得到20.47g二氧化碳和8.36g水。ii.质谱分析得该物质的相对分子质量为84，(1)该有机化合物的分子式为_______。(2)向该有机化合物中加入少量溴的四氯化碳溶液，溶液褪色，用酸性溶液氧化该物质只能得到丙酸，该有机化合物的结构简式为_______。 能力提升1．室温下两种气态烷烃的混合物，室温下其密度为1.08g/L(已知室温下气体摩尔体积为24L/mol)，则关于此混合物组成的说法正确的是A．一定有甲烷B．一定有乙烷C．可能是甲烷和戊烷的混合物D．可能是乙烷和丙烷的混合物【答案】A【详解】该混合烃的平均摩尔质量为1.08g/L×24L/mol=26g/mol，即平均相对分子质量为26，相对分子质量小于26的烷烃是甲烷，甲烷的相对分子质量为16，其他烷烃相对分子质量都大于26，所以混合物中一定有甲烷。A．由上述分析可知，混合物中一定含有甲烷，选项A正确；B．乙烷的相对分子质量为30，可能含有乙烷，也可能不含有乙烷，选项B错误；C．戊烷不是气态烃，选项C错误；D．乙烷与丙烷的相对分子质量都大于26，不可能是乙烷和丙烷的混合物，选项D错误；答案选A。2．一定量有机物完全燃烧后，将燃烧产物通过足量的石灰水，过滤后得到白色沉淀10g，但称量滤液时只减少了2.9g，则此有机物可能是A．C2H5OHB．C4H8O2C．C3H8D．C3H6O2【答案】A【详解】有机物燃烧产物有二氧化碳和水，将燃烧产物通过足量的石灰水，经过滤可得沉淀10g，应为CaCO3，n(CO2)=n(CaCO3)=，根据方程式：CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O中物质反应转化关系可知：0.1molCO2反应，反应后溶液质量减轻5.6g，称量滤液时，其质量只比原石灰水减少2.9g，则说明反应生成水的质量应为m(H2O)=5.6g-2.9g=2.7g，则n(H)=2n(H2O)=2×=0.3mol，n(C)：n(H)=0.1mol：0.3mol=1：3。A．在C2H5OH中n(C)：n(H)=2：6=1：3，A正确；B．在C4H8O2中n(C)：n(H)=4：8=1：2，不符合物质的微粒个数比1：3，B错误；C．在C3H8中n(C)：n(H)=3：8，不符合物质的微粒个数比1：3，C错误；D．在C3H6O2中n(C)：n(H)=1：2，不符合物质的微粒个数比1：3，D错误；故合理选项是A。3．化学分析的手段通常有定性分析、定量分析、仪器分析等，现代化学中仪器分析是研究物质结构的基本方法和实验手段。下列关于仪器分析的说法不正确的是A．光谱分析：利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，太阳光谱里的夫琅禾费线是原子的吸收光谱 B．质谱分析：利用质荷比来测定分子的相对分子质量，CH3CH2OH与CH3OCH3的质谱图完全相同C．红外光谱分析：获得分子中含有的化学键或官能团的信息，可用于区分CH3CH2OH和CH3OCH3D．X衍射图谱分析：获得分子结构的有关信息，包括晶胞形状和大小、分子或原子在微观空间有序排列呈现的对称类型、原子在晶胞里的数目和位置等【答案】B【详解】A．不同元素原子的吸收光谱或发射光谱不同，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，故A正确；B．CH3CH2OH与CH3OCH3的结构不同，最大荷比相同，则质谱图不完全相同，故B错误；C．红外吸收光谱仪可以测得未知物中的化学键或官能团，CH3CH2OH和CH3OCH3所含官能团为羟基和醚键，可用红外光谱分析区别，故C正确；D．X-射线衍射法是区分晶体和非晶体的最科学的方法，能获得晶胞形状和大小、分子或原子在微观空间有序排列呈现的对称类型、原子在晶胞里的数目和位置等，故D正确；故选：B。4．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．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1：2：3B．仅由其核磁共振氢谱无法得知其分子中的氢原子总数C．若A的分子式为C2H6O，则A可能为CH3CH2OHD．若A的分子式为C3H6O2，则A的所有同分异构体均不能发生银镜反应【答案】D【详解】A．峰的个数代表氢原子种类，峰面积比等于氢原子的个数比，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1：2：3，A正确；B．仅由其核磁共振氢谱只能知道氢原子种类、相对数目，无法得知其分子中的氢原子总数，B正确；C．CH3CH2OH中有三种不同化学环境的氢原子，且个数之比为1：2：3，C正确； D．若A的分子式为C3H6O2，则其HCOOCH2CH3能发生银镜反应，D错误；故选D。5．结构测定在研究和合成有机化合物中占有极其重要的地位。下列有关测定有机化合物结构方法的叙述不正确的是A．红外光谱图可确定有机化合物中所含官能团的种类B．质谱法可测定有机化合物的相对分子质量C．核磁共振氢谱可确定有机化合物分子中H原子的个数及在碳骨架上的位置D．在核磁共振氢谱中有5个吸收峰【答案】D【详解】A．红外光谱图只能确定有机物中所含官能团的种类，不能确定有机物的官能团的数目，故A正确；B．质谱法可确定有机物的相对分子质量，故B正确；C．核磁共振氢谱用于测定有机物分子中氢原子的种类和数目，能确定碳骨架上的位置，故C正确；D．该物质可看作3个乙基取代了甲基上的H，有3种等效氢，在核磁共振氢谱中有3个吸收峰，故D错误；故选：D。6．某混合气体由一种气态烷烃和一种气态烯烃组成，在同温同压下，混合气体对氢气的相对密度为13，在标准状况下，将56.0L混合气体通入足量溴水，溴水质量增重35.0g，通过计算回答：(1)推出混合气体中气态烷烃的化学式：______；依据题意知混合气体的平均相对分子质量为_____，则烯烃一定为______。(2)混合气体中两种气体的物质的量之比n烷烃:n烯烃=_____。(3)写出混合气体中气态烯烃可能的两种结构简式______。【答案】(1)    CH4    26    C4H8(2)n(CH4):n(C4H8)=3:1(3)CH2=CH－CH2CH3，CH3－CH=CH－CH3，CH2=C(CH3)2【分析】在同温同压下，混合气体对氢气的相对密度为13，故混合气体的平均相对分子质量为13×2=26，最简单的烯烃是乙烯，相对分子质量是28，所以混合气体中一定含有比26小的烷烃，一定含有甲烷。标准状况下，56.0L混合气体的物质的量是 ，混合气体的质量是2.5mol×26g/mol=65g。溴水增加的质量就是和溴水发生加成反应的烯烃的质量，即烯烃是35.0g，所以甲烷是30g，物质的量是1.875mol，所以烯烃的物质的量是2.5mol－1.875mol＝0.625mol，因此烯烃的相对分子质量是，根据烯烃的通式CnH2n可计算出n＝4，即是丁烯；【详解】（1）根据分析可知一定含有甲烷，混合气体的平均分子量为26，含有的烯烃为丁烯，故答案为：CH4；26；C4H8；（2）根据分析可知标准状况下，56.0L混合气体的物质的量是，混合气体的质量是2.5mol×26g/mol=65g，溴水增加的质量就是和溴水发生加成反应的烯烃的质量，即烯烃是35.0g，甲烷是30g，物质的量是1.875mol，所以烯烃的物质的量是2.5mol－1.875mol＝0.625mol，混合气体中两种气体的物质的量之比n烷烃：n烯烃=1.875mol：0.625mol=3:1；（3）丁烯的同分异构体有CH2=CH－CH2CH3、CH3－CH=CH－CH3、CH2=C(CH3)2。培优专练1．有机物X(只含C、H、O元素)的蒸气相对氢气的密度为51，X中氧元素的质量分数为31.7%，则能在碱性溶液中发生反应的X的同分异构体有(不考虑立体异构)A．12种B．13种C．14种D．15种2．X的相对分子质量为100，将10.0gX在足量O2中充分燃烧，并将其产物依次通过足量的无水CaCl2和KOH浓溶液，发现无水CaCl2增重7.2g，KOH浓溶液增重22.0g。该有机物X的分子式为A．C6H12OB．C5H8O2C．C7H16D．CaCO33．某物质的分子式为，取该物质在足量的中充分燃烧后，将产物全部通入过量的中，若固体的质量增加了，且，则该物质是A．B．C．D．4．下列说法错误的是A．利用红外光谱实验可确定青蒿素分子中含有的部分基团B．超分子具有分子识别和自组装的特征C．金刚石晶体中碳原子个数与C—C键键数之比为1：4D．等离子体是由电子、阳离子和电中性的粒子组成的5．现代分析仪器对有机物M的分子结构进行测定，相关结果如下： 有关M的说法不正确的是A．根据图1，M的相对分子质量应为74B．根据图1、图2，推测M的分子式是C4H10OC．根据图1、图2、图3信息，可确定M是2-甲基-2-丙醇D．根据图1、图2、图3信息，M分子内有三种化学环境不同的H，个数比为6︰3︰1