研究有機化合物的一般步驟和方法ppt課件

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1,研究有機化合物的一般步驟和方法,第一章,認識有機化合物,4,,,研究有機化合物的一般步驟,粗品分離、提純,元素定量分析確定實驗式,,,測定相對分子質(zhì)量確定分子式,,波譜分析確定結(jié)構(gòu)式(有哪些官能團）,【思考與交流】1、下列物質(zhì)中的雜質(zhì)（括號中是雜質(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：利用有機物與雜質(zhì)物理性質(zhì)的差異而將它們分開.,有機物分離的常用物理方法,,蒸餾 重結(jié)晶 萃取 分液,化學方法：一般是加入或通過某種試劑進行化學反應(yīng)。,1、蒸餾：,（2）蒸餾提純的條件,液態(tài)混合物 有機物熱穩(wěn)定性較強；與雜質(zhì)的沸點相差較大（一般約大于30℃）,（1）蒸餾的原理,利用混合物的沸點不同，除去難揮發(fā)或 不揮發(fā)的雜質(zhì),（3）蒸餾的注意事項：溫度計水銀球的部位（蒸餾燒瓶支管處）燒瓶中放少量沸石或碎瓷片（防止暴沸）進出水方向（下進上出）燒瓶中所盛放液體不能超過1/3,實驗：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：78.5°C 水的沸點：100°C）,蒸餾提純乙醇收集77—79°C的餾分,實驗步驟： （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,乙醇和水的共沸點混合物:沸點78.15℃,乙醇95.6%,水4.4%,8,練習,欲用95.6%的工業(yè)酒精制取無水乙醇時，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56.2 ℃, 乙酸乙酯 沸點77.06 ℃ 乙醇 沸點78 ℃ 乙酸 沸點117.9 ℃①向廢液中加入燒堿溶液，調(diào)整溶液的pH＝10 ②將混和液放入蒸餾器中緩緩加熱,收集溫度在55～60℃時的餾出物 ③收集溫度在70～85℃時的餾出物 ④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行蒸餾，回收餾出物 請回答下列問題： （1）加入燒堿使溶液的pH＝10的目的是 ； （2）在70～85℃時的餾出物的主要成份是 ； （3）在步驟④中，加入過量濃硫酸的目的是（用化學方程式表示） （4）當最后蒸餾的溫度控制在85～125℃一段時間后，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（固體有機物的提純）,重結(jié)晶時選擇溶劑的條件:,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,實驗步驟：（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損失苯甲酸，所以再加入蒸餾水少量.)(3)趁熱過濾到另一個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)濾液冷卻時的實驗現(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,,,學與問,在苯甲酸重結(jié)晶的實驗中，濾液放置冷卻可以結(jié)晶出 純凈的苯甲酸晶體。請你思考并與同學交流：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)的溶解度也會降低而析出晶體,不純固體物質(zhì),殘渣 (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。,檢驗洗滌效果：取最后一次的洗出液，再選擇適當?shù)脑噭┻M行檢驗。,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：,① 萃取劑和原溶劑互不相溶和不發(fā)生化學反應(yīng) 溶質(zhì)在萃取劑中的溶解度大于在原溶劑中的溶解度 ③ 溶質(zhì)和萃取劑不反應(yīng) ④ 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1]下列每組中各有三對物質(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、元素分析與相對分子質(zhì)量的測定,1.元素分析：（1） 定性分析： 主要分析有機物的組成元素,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： 測定有機物分子各元素原子的質(zhì)量分數(shù),元素定量分析的原理：,將一定量的有機物燃燒，分解為簡單的無機物，并作定 量測定，通過無機物的質(zhì)量推算出組成該有機物元素原子的 質(zhì)量分數(shù)，然后計算出該有機物分子所含元素原子的最簡 整數(shù)比，確定其實驗式（又稱為最簡式）,李比希分析方法：,有機物,,CuO,,H2O,CO2,,濃 KOH,固體CaCl2,,計算增重,計算增重,22,CO2H2O,,C,,,O ?,H,H2O CO2,李比希分析方法：,23,可以直接測出有機物中各元素的質(zhì)量分數(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)燃燒分析實驗測定該未知物碳的質(zhì)量分數(shù)為52.16％，氫的質(zhì)量分數(shù)為13.14％，試求該未知物A的 實驗式。,【思路點撥】(1) 先確定該有機物中各組成元素原子的質(zhì)量分數(shù),(2) 再求各元素原子的個數(shù)比,若要確定它的分子式，還需要什么條件？,實驗式:C2H6O,25,【知識回顧】有哪些方法可以求相對分子質(zhì)量？,（1）M = m / n （2）根據(jù)有機蒸氣的相對密度D， D =M1 / M2 （3）標況下有機蒸氣的密度為ρg/L，M = 22.4L/mol ×ρg/L,質(zhì)譜法——測定相對分子質(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質(zhì)量，相對質(zhì)量不同的離子在磁場作用下達到檢測器的時間有差異，其結(jié)果被記錄為質(zhì)譜圖。,2. 相對分子質(zhì)量的測定—質(zhì)譜法,（1）原理：,（2）質(zhì)荷比：,質(zhì)荷比==,,電荷,相對質(zhì)量,27,質(zhì)譜儀,用途：確定相對分子質(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分子質(zhì)量.,最右邊離子峰就是未知物A的相對分子質(zhì)量: 46,28,【例題】某含C、H、O三種元素的未知物A，經(jīng)燃燒分析實驗測定該未知物碳的質(zhì)量分數(shù)為52.16％，氫的質(zhì)量分數(shù)為13.14％，試求該未知物A的 實驗式。,【思路點撥】(1) 先確定該有機物中各組成元素原子的質(zhì)量分數(shù),(2) 再求各元素原子的個數(shù)比,實驗式:C2H6O,C2H6O,未知物A的相對分子質(zhì)量:46,確定它的分子式為:,列式計算下列有機物的相對分子質(zhì)量： (1) 某有機物A的蒸氣密度是相同狀況下氫氣密度的 14倍； (2) 某有機物在相同狀況下對空氣的相對密度為2； (3) 標準狀況下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(標況)氫氣。,試歸納求有機物相對分子質(zhì)量的方法。,練習,30,列式計算下列有機物的相對分子質(zhì)量： (1) 某有機物A的蒸氣密度是相同狀況下氫氣密度的 14倍； (2) 某有機物在相同狀況下對空氣的相對密度為2； (3) 標準狀況下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(標況)氫氣。,總結(jié)：求有機物相對分子質(zhì)量的方法,1、利用有機物蒸氣的相對密度 2、利用標準狀況下氣態(tài)烴的密度 3、利用各類有機物的分子通式及相應(yīng)的化學反應(yīng)方程式 4、質(zhì)譜法—能快速、微量、精確測定相對分子質(zhì)量的方法,例:2002年諾貝爾化學獎獲得者的貢獻之一是發(fā)明了對有機物分子進行結(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＋……，然后測定其質(zhì)荷比。某有機物樣品的質(zhì)荷比如右圖所示（假設(shè)離子均帶一個單位正電荷，信號強度與該離子的多少有關(guān)），則該有機物可能是,A 甲醇 B 甲烷 C 丙烷 D 乙烯,B,確定某有機物的結(jié)構(gòu)： ①測定實驗式：某含C、H、O三種元素的有機物，經(jīng)燃燒分析實驗測定其碳的質(zhì)量分數(shù)是64.86%，氫的質(zhì)量分數(shù)是13.51%, 則其實驗式是（ ）。 ②確定分子式：下圖是該有機物的質(zhì)譜圖，則其相對分子質(zhì)量為（ ），分子式為（ ）。,C4H10O,74,C4H10O,[練習],【討論】：,C2H6O的可能結(jié)構(gòu)？,CH3-O- CH3,CH3-CH2 - OH,測定方法,,化學方法：看是否與Na反應(yīng),現(xiàn)代物理實驗方法：紅外光譜法,當化合物結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜時，若用化學方法，時間長、浪費試劑，因此科學上常常采用現(xiàn)代物理實驗方法,如:紅外光譜、核磁共振氫譜等來確定有機化合物分子的結(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: 當紅外光照射有機物分子時,有機物分子發(fā)生振動吸收,不同的化學鍵或官能團振動頻率不同,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物含有哪些化學鍵、官能團.,,38,例.下圖是分子式為C2H6O的有機物的紅外光譜譜圖,則該有機物的結(jié)構(gòu)簡式為：,O-H 2.74～3.22微米,C-H 3.38～4.49微米,C-O 1000～1200cm-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的有機物的紅外光譜譜圖,則該有機物的結(jié)構(gòu)簡式為：,C—O—C,C=O,不對稱CH3,CH3COOCH2CH3,41,原理:有機物分子中,處于不同化學環(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（強度之比）＝,不同類型氫原子的個數(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,,CH3—O—CH3,,的核磁共振氫譜,[練習1]2002年諾貝爾化學獎表彰了兩項成果，其中一項是瑞士科學家?guī)鞝柼亍ぞS特里希發(fā)明了“利用核磁共振技術(shù)測定溶液中生物大分子三維結(jié)構(gòu)的方法”。在化學上經(jīng)常使用的是氫核磁共振譜，它是根據(jù)不同化學環(huán)境的氫原子在氫核磁共振譜中給出的信號不同來確定有機物分子中的不同的氫原子。下列有機物分子在核磁共振氫譜中只給出一種信號的是 A HCHO B CH3OH C HCOOH D CH3COOCH3,A,[練習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度為1︰1；第二種情況峰給出的強度為3︰2︰1。由此推斷混合物的組成可能是（寫結(jié)構(gòu)簡式） 。,CH3COOCH3和CH3CH2COOH,【小結(jié)】,研究有機化合物的一般步驟和方法,分離、提純,元素定量分析:確定實驗式,,,測定相對分子質(zhì)量: 確定分子式,,確定結(jié)構(gòu)式(有哪些官能團，化學鍵）,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,49,③確定結(jié)構(gòu)式：下圖是有機物C4H10O的紅外光譜圖，則有機物的結(jié)構(gòu)式：__________________,C—O—C,對稱CH2,對稱CH3,CH3—CH2—O—CH2—CH3,補充:有機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,,,實驗式： CH3,,化學式(分子式)： C2H6,1. 實驗式法：,2. 利用分子通式法：,例1： 已知某烷烴的相對分子質(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℃時完全燃燒（密閉容器中）反應(yīng)前后，壓強相等。,1 + x + y/4 = x + y/2,53,【練習】,兩種氣態(tài)烴以任意比混合，在105℃時，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) = 1︰1,55,4. 燃燒通式法：,例：某含C、H、O的有機物相對于H2 的密度為29。5.8g該有機物完全燃燒，得CO2 13.2g ,H2O5.4g 。 求分子式？,CxHyOz + (x +y/4-z/2)O2,,xCO2 + y/2H2O,1,x,相對分子質(zhì)量 Mr ==29×2=58,n( 有機物) = 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，點燃爆炸，恢復(fù)到原來的溫度和壓強，體積共縮小100ml,則三種烴的可能組合是,①. CH4 ②. C2H4 ③C3H6 ④ C3H4 ⑤C3H8 ⑥C4H6,,,,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： 已知某烷烴的相對分子質(zhì)量為142。求分子式。,特殊方法： 部分有機物的實驗式中H已達飽和，則該有機物的實驗式就是 分子式。（如：CH4、CH3Cl、C2H6O等） 部分特殊組成的實驗式如：CH3 當n=2時即達飽和，在不知相對分子質(zhì)量時也可求得,C10H22,