有机化合物组成元素分析与相对分子质量的测定方法
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研究有机化合物的一般步骤和方法①蒸馏、重结晶等分离提纯有机物的实验操作②通过具体实例了解某些物理方法如何确定有机化合物的相对分子质量和分子结构③确定有机化合物实验式、相对分子质量、分子式的有关计算从天然资源中提取有机物成分或者是工业生产、实验室合成的有机化合物不可能直接得到纯净物,因此,必须对所得到的产品进行分离提纯,如果要鉴定和研究未知有机物的结构与性质,必须得到更纯净的有机物。
1(1)分离、提纯(蒸馏、重结晶、升华、色谱分离);(2)元素分析(元素定性分析、元素定量分析)──确定实验式;(3)相对分子质量的测定(质谱法)──确定分子式;(4)分子结构的鉴定(化学法、物理法)。
2一、分离、提纯1.蒸馏蒸馏是分离、提纯液态有机物的常用方法。
当液态有机物含有少量杂质,而且该有机物热稳定性较强,与杂质的沸点相差较大时(一般约大于30ºC),就可以用蒸馏法提纯此液态有机物。
定义:利用混合液体或液-固体系中各组分沸点不同,使低沸点组分蒸发,再冷凝以分离整个组分的操作过程。
要求:含少量杂质,该有机物具有热稳定性,且与杂质沸点相差较大(大于30℃)。
所用仪器:铁架台(铁圈、铁夹)、酒精灯、石棉网、蒸馏烧瓶、温度计、冷凝管、接受器等。
如图所示:特别注意:冷凝管的冷凝水是从下口进上口出。
蒸馏的注意事项1、注意仪器组装的顺序:“先下后上,由左至右”;2、不得直接加热蒸馏烧瓶,需垫石棉网;3、蒸馏烧瓶盛装的液体,最多不超过容积的1/3;不得将全部溶液蒸干;4、需使用沸石(防止暴沸);5、冷凝水水流方向应与蒸汽流方向相反(逆流:下进上出);6、温度计水银球位置应与蒸馏烧瓶支管口齐平,以测量馏出蒸气的温度;2.重结晶定义:重结晶是使固体物质从溶液中以晶体状态析出的过程,是提纯、分离固体物质的重要方法之一。
重结晶常见的类型(1)冷却法:将热的饱和溶液慢慢冷却后析出晶体,此法适合于溶解度随温度变化较大的溶液。
(2)蒸发法:此法适合于溶解度随温度变化不大的溶液,如粗盐的提纯。
第2课时 元素分析与相对分子质量的测定 分子结构的鉴定[核心素养发展目标] 1.宏观辨识与微观探析:通过质谱、红外光谱、核磁共振氢谱等现代仪器测定、探析有机物的分子组成、结构,揭示有机物结构的异同;能认识仪器分析对确定物质微观结构的作用。
2.证据推理与模型认知:从官能团的鉴别,构建不同有机物的结构模型,结合官能团的性质,推理出各类有机物的特性。
一、元素分析与相对分子质量的测定1.元素分析(1)定性分析用化学方法鉴定有机物的元素组成。
如完全燃烧后,一般情况下:C→CO2;H→H2O;N→N2;S→SO2。
(2)定量分析——确定有机物的实验式(最简式)①测定原理将一定量的有机物燃烧并测定各产物的质量,从而推断出各元素的质量分数,然后计算出有机物分子中所含元素原子的最简整数比,确定有机物的最简式。
②测定步骤(李比希法)③实验式(最简式)与分子式的关系:分子式=(最简式)n。
2.有机物相对分子质量的测定——质谱法(1)原理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。
分子离子和碎片离子各自具有不同的相对质量,它们在磁场的作用下到达检测器的时间将因质量不同而先后有别,其结果被记录为质谱图。
(2)质荷比:指分子离子、碎片离子的相对质量与其电荷的比值。
质谱图中,质荷比的最大值就表示了样品分子的相对分子质量。
例如,由上图可知,样品分子的相对分子质量为46。
例1 某化合物6.2 g 在氧气中完全燃烧,只生成8.8 g CO 2和5.4 g H 2O 。
下列说法正确的是( )A .该化合物仅含碳、氢两种元素B .该化合物中碳、氢原子个数比为1∶2C .该有机物的分子式为C 2H 6D .该化合物中一定含有氧元素答案 D解析 n (CO 2) =0.2 mol ,n (C)=n (CO 2)=0.2 mol ,m (C)=0.2 mol ×12 g·mol -1=2.4 g ;n (H 2O)=0.3 mol ,n (H)=2n (H 2O)=0.6 mol ,m (H)=0.6 g ;n (C)∶n (H)=0.2 mol ∶0.6 mol =1∶3;m (C)+m (H)=2.4 g +0.6 g =3.0 g <6.2 g ,所以该化合物中一定含有氧元素,其质量为6.2 g -3.0 g =3.2 g ,其物质的量n (O)==0.2 mol 。
第2课时元素分析与相对分子质量的测定分子结构的鉴定【学习目标】1.了解测定有机化合物元素含量、相对分子质量的一般方法能根据其确定有机化合物的分子式;3.了解确定有机物结构的化学方法和某些物理方法;一有机物分子式的确定1.鉴定有机物分子的元素组成(定性分析)(1)将某有机物在O2中充分燃烧后,各元素对应的燃烧产物:C→;H→;N→;S→。
(2)若将有机物完全燃烧,生成物只有H2O(使无水CuSO4变蓝)和CO2(使澄清石灰水变浑浊),则该有机物中一定含有的元素是,可能含有的元素是。
(3)判断是否含氧元素,可先求出产物CO2和H2O中两元素的质量和,再与有机物的质量比较,若两者相等,则说明原有机物中氧元素,否则有机物中氧元素。
2.测定有机物中各元素的质量分数(定量分析)(1)有机物中元素定量分析原理(李比希法)①先用作氧化剂将仅含C、H、O元素的有机物氧化,然后分别用无水CaCl2和KOH 浓溶液吸收生成的水和;②根据吸收前后吸收剂的质量变化即可算出反应生成的和的质量,从而确定有机物中和碳原子的质量,剩余则为的质量;③最后计算确定有机物分子中各元素的质量分数,从而确定有机物的最简式,即化合物分子中所含元素的原子数目的式子。
(2)实验式(最简式)与分子式的关系:分子式=(最简式)n3.有机物相对分子质量的测定——质谱法(1)原理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。
分子离子和碎片离子各自具有不同的,它们在磁场的作用下到达检测器的时间将因质量不同而先后有别,其结果被记录为质谱图。
(2)质荷比:指分子离子、碎片离子的相对质量与其电荷的比值。
质谱图中,质荷比的就表示了样品分子的相对分子质量。
例如,由上图可知,样品分子的相对分子质量为。
课堂练011.电炉加热时用纯氧气氧化管内样品,根据产物的质量确定有机物的组成,下列装置是用燃烧法确定有机物分子式常用的装置。
(1)产生的氧气按从左到右流向,所选装置各导管的连接顺序是________。
第四节研究有机化合物的一般步骤和方法车琳第一课时教学内容:分离、提纯,相对分子质量的测定教学目标1、知识与技能(1)、初步了解研究有机化合物的一般步骤;初步学会分离、提纯有机物的常规方法(蒸馏法与重结晶法)(2)、知道如何确定有机物的元素组成,学会运用最简式法和直接法确定有机物分子式(3)、知道现代物理方法在测定有机物的元素组成、相对分子质量中的应用2、过程与方法(1)、通过研究有机化合物的一般步骤和方法的学习,进一步掌握学习物质及其化学性质的一般方法,提高自主学习能力。
(2)、体验有机物组成的研究过程,学习科学探究方法,提高科学探究能力,逐步形成独立思考的能力,善于与人合作,具有团队精神。
(3)、在探究中,尝试运用观察、实验与查阅资料等手段获取信息,并运用比较、归纳等方法对信息进行加工,能对自己的学习过程进行计划、反思、评价和调控,提高自主学习能力。
3、情感态度与价值观(1)、从科学家探索组成的过程,体验科学探究的艰辛和喜悦,养成良好的科学态度和形成正确的价值观。
(2)、感受现代物理学及计算机技术对有机化学发展的推动作用,体验严谨、求实的有机化合物研究过程。
(3)、体会逻辑严谨的思维美、解题的格式美。
教学重点:①蒸馏、重结晶等分离提纯有机物的实验操作②通过具体实例了解某些物理方法如何确定有机化合物的相对分子质量③确定有机化合物实验式、相对分子质量、分子式的有关计算教学难点:确定有机物相对分子质量教学策略:实验—讨论—交流教学进程【课前研读】(提示:请同学课前务必完成!)一、研究有机化合物的一般步骤与方法步骤方法(二)、分离提纯方法1、怎样的混合物适合用蒸馏法分离?2、怎样的混合物适合用重结晶法分离?3、怎样的混合物适合用萃取法分离?(三)相对分子质量的测定——质谱法(参考教材内容,弄清质谱仪原理,熟悉质荷比。
建议同学上网学习)思考:质荷比是什么?如何读谱以确定有机物的相对分子质量?【课堂讨论】(争做课堂主人!)(一)、预习检查,或预习演说(5分钟)(二)、问题引入(5分钟)从天然资源中提取有机物成分,首先得到的是含有有机物的粗品。