研究有机物的一般步骤和方法新.ppt

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,研究有机化合物的基本步骤,分离、提纯（通过测熔沸点确定纯度）,元素定量分析确定实验式（最简式）,测定相对分子质量确定分子式,波谱分析确定结构式(有哪些官能团）,制备粗产品,分离提纯的基本方法：过滤法、结晶(重结晶)法、蒸馏(分馏)法、萃取分液法、洗气法、加热法、渗析法、盐析法和离子交换法等。,2.分离提纯的原则：不损失或少损失原物质，或将杂质转化成原物质；不引入新杂质，若过程中引入新杂质，在最后也要除去。（要注意先后顺序）,1.常用的分离、提纯物质的方法有哪些？,下列物质中的杂质（括号中是杂质）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）,一、分离、提纯,2、物理方法：利用有机物与杂质物理性质的差异而将它们分开,有机物分离的常用物理方法,蒸馏重结晶萃取分液,1、化学方法：一般是加入或通过某种试剂进行化学反应。,沸点的差异,溶解度的差异,1、蒸馏：,（2）蒸馏提纯的条件,液态混合物 有机物热稳定性较强；与杂质的沸点相差较大（一般约大于30）,（1）蒸馏的原理,利用液体的沸点不同，除去难挥发或不挥发的杂质,（3）蒸馏的注意事项：温度计水银球的位置（蒸馏烧瓶支管处）烧瓶中放少量沸石或碎瓷片（防止暴沸）进出水方向（下进上出）烧瓶中所盛放液体不能超过1/3,2、重结晶（固体有机物的提纯）,（1）选择溶剂的条件,杂质在此溶剂中溶解度很小或很大被提纯的有机物在此溶剂中的溶解度，受温度的影响较大,学与问,在苯甲酸重结晶的实验中，滤液放置冷却可以结晶出纯净的苯甲酸晶体。请你思考并与同学交流：温度越低，苯甲酸的溶解度越小，为了得到更多的苯甲酸晶体，是不是结晶时的温度越低越好？,阅读课本P18,归纳重结晶的步骤。,（2）重结晶的注意事项（苯甲酸的提纯）：,为了减少趁热过滤时损失苯甲酸，所以再加入 蒸馏水少量 冷却结晶时，并不是温度越低越好。原因：若温度越低，杂质的溶解度也会降低而 析出晶体,【思考与交流】1、下列实验的步骤是什么？,提纯KNO3（NaCl）,配成溶液,硝酸钾的溶解度随温度的降低而减小、氯化钠的溶解度变化不大,所以 结晶析出,而 仍留在溶液中,可得到纯净的硝酸钾。硝酸钾,加热饱和溶液或降温结晶,硝酸钾,溶解,过滤,氯化钠,提纯NaCl（KNO3）,溶解配制成溶液，,得到纯净的氯化钠。在较高温下硝酸钾的溶解度大、氯化钠的溶解度小,所以蒸发溶剂 溶解在溶液中，氯化钠结晶析出。,加热蒸发溶剂,趁热过滤,硝酸钾,3、萃取,萃取,固液萃取,液液萃取,用一种溶剂把溶质从它与另一溶剂所组成的溶液中提取出来的方法,利用混合物中一种溶质在不同溶剂里的溶解度的不同，将有机物从一种溶剂转移到另一种溶剂中的过程,（1）萃取,(2)萃取的原理,（3）萃取剂选择的条件：,萃取剂和原溶剂互不相溶和不发生化学反应溶质在萃取剂中的溶解度大于在原溶剂中的溶 解度 溶质和萃取剂不反应 萃取剂易挥发，与溶质易分离,（4）主要仪器：分液漏斗,练习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，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 苯和甲苯 C 汽油和苯 D 硝基苯和水,B D,D,某工厂废液经测定得知主要含有乙醇，其中还溶有丙酮、乙酸和乙酸乙酯。根据各物质的性质（如下表），确定通过下列步骤回收乙醇和乙酸。物质 丙酮 沸点56.2 乙酸乙酯 沸点77.06 乙醇 沸点78 乙酸 沸点117.9 向废液中加入烧碱溶液，调整溶液的pH10将混和液放入蒸馏器中缓缓加热收集温度在7085时的馏出物排出蒸馏器中的残液。冷却后向其中加浓硫酸（过量），然后再放入耐酸蒸馏器进行蒸馏，回收馏出物请回答下列问题：（1）加入烧碱使溶液的pH10的目的是；（2）在7085时的馏出物的主要成份是；（3）在步骤中，加入过量浓硫酸的目的是（用化学方程式表示）（4）当最后蒸馏的温度控制在85125一段时间后，残留液中溶质的主要成 份是。,将乙酸与碱反应先分离,乙酸乙酯和乙醇,2CH3COONa+H2SO4=Na2SO4+2CH3COOH,硫酸钠,练习3,4、色谱法,二、元素分析与相对分子质量的测定,元素分析：（1）定性分析：主要分析有机物的组成元素,方法：燃烧法,C-CO2,N-N2,O-H2O,H-H2O,若产物中只有CO2 和H2O,可能2：含C、H、O三种元素,可能1：只含C、H 两种元素,（2）定量分析：测定有机物分子各元素原子的质量分数,元素定量分析的原理：,将一定量的有机物燃烧，分解为简单的无机物，并作定量测定，通过无机物的质量推算出组成该有机物元素原子的质量分数，然后计算出该有机物分子所含元素原子最简单的整数比，即确定其实验式（又称为最简式）,李比希分析方法：,有机物,CuO,H2O,CO2,浓 KOH,固体CaCl2,计算增重,计算增重,例：课本 P20,有机物,燃烧分析,W(H)=13.14%,W(C)=52.16%,W(O)=34.7%,N(C)：N(H):N(O)=,52.16%,12,:,13.14%,1,:,34.7%,16,=,2：6:1,实验式：,C2H6O,有机物分子式的确定,例：有机物组成元素的确定,5.8g某有机物完全燃烧，生成CO2 13.2g,H2O 5.4g.含有哪些元素?,含碳3.6g(0.3mol),含氢0.6g(0.6mol),含氧1.6g(0.1mol),能否直接确定含有氧?如何确定?,能否直接确定该有机物的分子式?实验式和分子式有何区别?,C3H6O,2.相对分子质量的测定：,【讨论】,它是用高能电子流等轰击样品分子，使该分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子。这些不同离子具有不同的质量，质量不同的离子在磁场作用下达到检测器的时间有差异，其结果被记录 为质谱图。【思考与交流】1、质荷比是什么？2、如何确定有机物的相对分子质量？,2.相对分子质量的测定质谱法,（1）原理：,（2）质荷比：,质荷比=,电荷,相对分子质量,（由于分子离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间最长，因此谱图中的质荷比最大的就是未知物的相对分子质量）,（3）判断相对分子质量的方法：,质荷比最大的就是Mr,例题3：实验测得某碳、氢、氧化合物A中，含碳52.16%、含氢13.14%，该化合物的实验式。,要想知道分子式，必需知道什麽？,Mr,N(C)：N(H):N(O)=,52.16%,12,:,13.14%,1,:,34.7%,16,=,2：6:1,实验式：,C2H6O,A质荷比=46,Mr（A)=46,分子式：C2H6O,列式计算下列有机物的相对分子质量：(1)某有机物A的蒸气密度是相同状况下氢气密度的 14倍；(2)某有机物在相同状况下对空气的相对密度为2；(3)标准状况下0.56g某气态烃的体积为44.8ml;(4)3.2g某饱和一元醇与足量金属钠反应得到 1.12L(标况)氢气。,试归纳求有机物相对分子质量的方法。,试一试,总结：求有机物相对分子质量的方法,1、利用有机物蒸气的相对密度2、利用标准状况下气态烃的密度3、利用各类有机物的分子通式及相应的化学反应 方程式4、质谱法能快速、微量、精确测定相对分子质量 的方法,2002年诺贝尔化学奖获得者的贡献之一是发明了对有机物分子进行结构分析的质谱法。其方法是让极少量的（10-9g）化合物通过质谱仪的离子化室使样品分子大量离子化，少量分子碎裂成更小的离子。如C2H6离子化后可得到C2H6、C2H5、C2H4，然后测定其质荷比。设H的质荷比为，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,B,例题,某有机物的结构确定：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,练习,【讨论】：,C2H6O的可能结构？,CH3-O-CH3,CH3-CH2-OH,测定方法,化学方法：看是否与Na反应,物理方法：红外光谱法,指出当化合物结构比较复杂时，若用化学方法，时间长、浪费试剂，因此科学上常常需要采取一些物理方法。与鉴定有机物结构有关的物理方法有质谱、红外光谱、核磁共振谱等。,三、分子结构的鉴定,红外光谱法：,（1）目的：测定 化学键 官能团,（2）原理：,由于有机物中组成化学键、官能团的原子处于不断振动状态，且振动频率与红外光的振动频谱相当。所以，当用红外线照射有机物分子时，分子中的化学键、官能团可发生震动吸收，不同的化学键、官能团吸收频率不同，在红外光谱图中将处于不同位置。因此，我们就可以根据红外光谱图，推知有机物含有哪些化学键、官能团，以确定有机物的结构。,阅读课本 P22,C,C2H6O的结构中,H,C,O,O,H,CH3-O-CH3,CH3-CH2-OH,阅读课本 P22,C2H6O的结构可能是哪一种呢？,例一下图是一种分子式为C4H8O2的有机物的红外光谱谱图,则该有机物的结构简式为：,COC,C=O,不对称CH3,CH3COOCH2CH3,2、核磁共振氢谱讲述对于CH3CH2OH、CH3OCH3这两种物质来说，除了氧原子的位置、连接方式不同外，碳原子、氢原子的连接方式也不同、所处的化学环境不同，即等效碳、等效氢的种数不同。,明确：不同化学环境的氢原子（等效氢原子）因产生共振时 吸收的频率不同，被核磁共振仪记录下来的吸收峰的 面积不同。所以，可以从核磁共振谱图上推知氢原子的 类型及数目。,（1）、核磁共振氢 谱的目的,a 有机物分子中有几种不同类型的H,b 不同类型的 H的数目,（2）、测定方法,方法：用电磁波照射氢原子核，它能通过共振吸收电磁波的能量，发生跃迁，用核磁共振仪可以记录到有关信息，因产生共 振时吸收的频率不同，被核磁共振仪记录下来的吸收峰的 面积不同。所以，可以从核磁共振谱图上推知氢原子的 类型及数目。,阅读课本 P22,CH3-O-CH3,CH3-CH2-OH,C2H6O的结构可能是哪一种呢？,（3）、分析方法,a 有几个峰-有几种不同类型的H,b 每个峰的面积之比=不同类型的 H的数目比,练习22002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3 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,【小结】,研究有机化合物的基本步骤,分离、提纯,元素定量分析:确定实验式,测定相对分子质量:确定分子式,波谱分析:确定结构式(有哪些官能团，化学键）,1.蒸馏,2.重结晶,3.萃取,核磁共振氢谱:有几种不同类型的H，及不同类型的 H的数目。,质谱法,红外光谱法,分子结构,四.有机物分子式的其它推算方法,2.直接法,例：已知某烃,W(H)=20%,W(C)=80%,Mr=30,N(C)：N(H)=1：3,实验式：CH3,化学式：C2H6,1.实验式法：,例：已知1mol某有机物,W(H)=13.14%,W(C)=52.16%,W(O)=34.7%,1mol某有机物,C：2mol,O:1mol,H:6mol,化学式：C2H6O,3.利用分子通式法：,例1：已知某烷烃的相对分子质量为142。求分子式。,例2：已知某饱和二元醇6.2g，与足量的Na反应，产生 2.24L 的H2（标况下），求分子式。,4.利用规律法：,例1：某气态烃在120时完全燃烧（密闭容器中）反应前后，压强相等。,此时：y=4,CH4,C3H4,C2H4,例2：,C2H2,C6H6,燃烧后n(CO2)n(H2O)=2 1,例3：,CnH2n,燃烧后n(CO2)n(H2O)=11,【练习】,两种气态烃以任意比混合，在105时，1L 该混合气体与9LO2混合，充分燃烧，（密闭容器中）恢复到原来的状况，所得气体的体积仍是10L.下列组合不符合此条件的是,A.CH4 C2H4,C.C3H4 C2H4,D.C2H6 CH4,B.CH4 C3H4,D,5.燃烧通式法：,例：某含C、H、O的有机物相对于H2 的密度为29。5.8g该有机物完全燃烧，得CO2 13.2g,H2O 5.4g。求分子式？,CxHyOz+(x+y/4-z/2)O2,xCO2+y/2H2O,1,x,相对分子质量 Mr=292=58,n(有机物)=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：,在同温同压下，10ml的某气态烃在50ml O2里充分燃烧，得到液态水和35ml的混合气体，则该烃的分子式可能是,A.CH4,C.C3H8,D.C3H6,B.C2H4,例：,例：在常温、常压下，50ml三种气态烃的混合物在足量的 O2里，点燃爆炸，恢复到原来的温度和压强，体积共缩小100ml,则三种烃的可能组合是,.CH4.C2H4 C3H6 C3H4 C3H8 C4H6,50,100,分析：,y=4,6.平均值法：,方法：,先求平均分子式，再用十字交叉法细求,两种气态烃组成的混合物0.1mol完全燃烧，得0.16molCO2,0.2molH2O.则该混合物中（）,A.一定有 CH4 C2H4,C.一定有 C2H2,D.一定有 CH4,B.一定没有 C2H4,D,分析：,0.1mol烃,C：2mol,H:6mol,平均分子式：,C1.6H4,练习,一种气态烷烃一种气态烯烃，其分子式中碳原子数相等。1体积的混合气体完全燃烧，生成 CO2 2体积，水蒸气 2.4 体积。（1）求烷烃、烯烃的分子式（2）两种烃的体积比,试一试,答案：,n(C2H6)n(C2H4),=,2 3,烃的式量除以14，得到的商及余数可确定,7.商余法：,例：已知某烷烃的相对分子质量为142。求分子式。,特殊方法：部分有机物的实验式中H已达饱和，则该有机物的实验式就是分子式。（如：CH4、CH3Cl、C2H6O等）部分特殊组成的实验式如：CH3 当n=2时即达饱和，在不知相对分子质量时也可求得,