人教版 (2019)选择性必修3第二节 研究有机化合物的一般方法第2课时免费一课一练

第2课时　确定有机化合物的实验式与分子结构

基础过关练　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

题组一　确定有机化合物的实验式

1.某有机物在氧气中充分燃烧,生成CO2和H2O的物质的量之比为1∶2,则下列说法中正确的是(深度解析)

A.该有机物分子中C、H、O原子个数之比为1∶2∶3

B.该有机物分子中C、H原子个数之比为1∶4

C.该有机物中一定含有氧元素

D.该有机物的最简式为CH4

2.实验测得某碳氢化合物A中,碳的质量分数为80%,氢的质量分数为20%,该化合物的实验式为　　　　。又测得该化合物的相对分子质量是30,该化合物的分子式为 　　　　。 

题组二　确定有机化合物的分子式

3.质谱法是让极少量的(10-9 g)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C2、C2、C2等,然后测定其质荷比。某有机物样品的质谱图如下图所示(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),则该有机物是(　　)

A.甲醇 B.甲烷 C.丙烷 D.乙烯

4.(2020北京朝阳高二上期末)某有机物X对氢气的相对密度为30,分子中碳的质量分数为40%,氢的质量分数为6.7%,其余为氧,X可与碳酸氢钠反应。下列关于X的说法不正确的是(深度解析)

A.X的相对分子质量为60

B.X的分子式为C2H4O2

C.X的结构简式为CH3COOH

D.X的同分异构体中含的只有一种(不考虑立体异构)

5.(2020广西桂林高二上期末)某有机物在氧气中完全燃烧后,生成44 g CO2和

1 mol H2O,该有机物不可能是　(　　)

A.乙烯 B.乙醇 C.乙醛 D.乙酸

题组三　确定分子结构——波谱分析

6.(2020河北保定高二上期末)利用红外光谱仪对有机物分子进行测试并记录,可初步判断该有机物分子拥有的(　　)

A.同分异构体数  B.原子个数

C.基团种类           D.H原子种类

7.(2019湖北黄冈高二下期末)某化合物由碳、氢、氧三种元素组成,其红外光谱图有C—H键、O—H键、C—O键的振动吸收,该有机物的相对分子质量是60,其核磁共振氢谱只有3组峰。则该有机物的结构简式是(　　)

A.CH3CH2OCH3       B.CH3CH(OH)CH3

C.CH3CH2CH2OH       D.CH3CH2CHO

8.(2020北京石景山高二上期末)某有机化合物只含C、H、O三种元素。取4.6 g该有机化合物,在氧气中完全燃烧,测得只生成0.2 mol CO2和5.4 g水。其质谱图和核磁共振氢谱图如下图所示,该有机化合物是(　　)

A.CH3CHO        B.CH3CH2OH

C.CH3OCH3        D.CH3OCH2CH3

9.(2019河北廊坊三中高二下联考)质谱图表明某有机物的相对分子质量为70,红外光谱表征到键和CO键的存在,核磁共振氢谱表明峰面积之比为1∶1∶1∶3。下列说法正确的是(　　)

A.分子中共有5种化学环境不同的氢原子

B.该物质的分子式为C4H8O

C.该有机物的结构简式为CH3CHCHCHO

D.在一定条件下,1 mol该有机物可与3 mol的氢气加成

能力提升练

题组一　元素分析与有机物相对分子质量的测定

1.(2019河北邢台一中高二下月考,)以下用于研究有机物的方法错误的是(　　)

A.蒸馏可用于分离某些液态有机混合物

B.燃烧法是研究确定有机物成分的一种有效方法

C.红外光谱通常用于分析有机物的相对分子质量

D.从核磁共振氢谱图可推知有机物分子有几种不同类型的氢原子及它们的相对数目

2.()乙酸和甲酸甲酯互为同分异构体,其结构式分别为和。二者在下列哪种检测仪上显示出的信号是完全相同的(　　)

A.有机元素分析仪 B.红外光谱仪

C.核磁共振仪          D.质谱仪

3.(2020辽宁沈阳实验中学高二下期中,)有一瓶无色、有特殊气味的液体,可能是甲醇(CH3OH)或乙醇(C2H5OH)。通过测定该液体充分燃烧后生成的二氧化碳和水的质量,可确定是哪种物质。对此原理解释错误的是(　　)

A.求出碳、氢元素的质量之比,与甲醇和乙醇中碳、氢元素质量之比对照,即可确定

B.求出碳、氢原子的个数之比,与甲醇和乙醇分子中碳、氢原子个数之比对照,即可确定

C.求出碳、氢原子的物质的量之比,与甲醇和乙醇分子中的碳、氢原子的物质的量之比对照,即可确定

D.求出碳、氢、氧原子的个数之比,与甲醇和乙醇分子中的碳、氢、氧原子个数之比对照,即可确定

4.(2020甘肃静宁一中高二上期末,)某烷烃和单烯烃的混合气体的密度是1.07 g/L(标准状况),该混合气体中烷烃和单烯烃的体积比是4∶1,则这两种烃是(　　)

A.CH4、C4H8 B.CH4、C3H6

C.C2H6、C2H4 D.CH4、C2H4

题组二　有机化合物结构的确定

5.()下列化合物的核磁共振氢谱图中吸收峰的数目不正确的是(　　)

A.(2组) 

B.(5组)

C.(3组) 

D.(4组)

6.(双选)()某有机化合物的结构(结构简式)、球棍模型及核磁共振氢谱图如下:

下列关于该有机物的叙述正确的是(　　)

A.该有机物分子中不同化学环境的氢原子有8种

B.该有机物属于芳香族化合物

C.Et代表的基团为—CH3

D.该有机物在一定条件下能完全燃烧生成CO2和H2O

7.(2020北京科技大学附中高二上月考,)经李比希法元素分析实验测得某烃中碳的质量分数为85.71%,氢的质量分数为14.29%。该烃的质谱图显示其相对分子质量为70,该烃的核磁共振氢谱如图所示。

则该烃的实验式为　　　　;分子式为　　　　;结构简式为　　　　。 

8.()三聚氰胺最早被李比希于1834年合成,它有毒,不可用于食品加工或食品添加剂。经李比希法分析得知,三聚氰胺分子中,氮元素的质量分数高达66.67%,氢元素的质量分数为4.76%,其余为碳元素。它的相对分子质量大于100,但小于150。试回答下列问题:

(1)分子中原子个数比N(C)∶N(H)∶N(N)=　　　　　。 

(2)三聚氰胺分子中碳原子数为　　　　,理由是　　　　　　　　　　　　(写出计算式)。 

(3)三聚氰胺的分子式为　　　　　　。 

(4)若核磁共振氢谱显示只有1个吸收峰,红外光谱表征有1个由碳、氮两种元素原子组成的六元杂环,则三聚氰胺的结构简式为　　　　　　　　　　　。深度解析 

答案全解全析

基础过关练

1.B　只根据生成物CO2和H2O无法确定该有机物中是否含有氧元素。由题意知该有机物分子中N(C)∶N(H)=1∶4,其最简式可能为CH4,也可能为CH4O。

反思升华　若某有机物完全燃烧的产物为CO2和H2O,确定其是否含有氧元素的方法:通过相关的实验可以先确定CO2和H2O的质量,进而求得有机物中所含碳元素和氢元素的质量。m(C)=×m(CO2),m(H)=×m(H2O)。若m(有机物)=m(C)+m(H),则说明该有机物中只含碳和氢两种元素。若m(有机物)>m(C)+m(H),则说明有机物中含有C、H、O三种元素,其中m(O)=m(有机物)-m(C)-m(H)。

2.答案　CH3　C2H6

解析　N(C)∶N(H)=∶=1∶3,该化合物的实验式是CH3。又因为该化合物的相对分子质量为30,所以该化合物的分子式是C2H6。

3.B　由有机物样品的质谱图可知,该有机物微粒质荷比最大值为16,则该有机物的相对分子质量为16,甲醇、甲烷、丙烷、乙烯的相对分子质量分别为32、16、44、28,则该有机物为甲烷。

4.D　有机物X对氢气的相对密度为30,则该有机物的相对分子质量为60,A正确;分子中含碳40%,含氢6.7%,其余为氧,则C的个数为=2,H的个数为=4,O的个数为=2,故X的分子式为C2H4O2,B正确;X的分子式为C2H4O2,且X可以和NaHCO3反应,则X中含有—COOH,故X的结构简式为CH3COOH,C正确;X为CH3COOH,其同分异构体中含有的有CH3OOCH、HOCH2CHO,D错误。

规律方法　有机物摩尔质量的计算方法

(1)标准状况密度法:根据标准状况下气态有机物的密度(设为ρ g/L),求算该有机物的摩尔质量M=(22.4×ρ)g/mol。

(2)相对密度法:根据气体A相对于气体B的相对密度d,求算该气体的摩尔质量MA=d×MB。

(3)混合气体的平均摩尔质量=。

5.B　根据C原子守恒有n(C)=n(CO2)=1 mol,根据H原子守恒有n(H)=2n(H2O)=

2 mol,所以有机物中n(C)∶n(H)=1∶2,即有机物分子中C、H原子个数之比为1∶2,还可能含有O原子。

6.C　组成有机物分子的各种基团都有特定的红外特征吸收峰,利用红外光谱仪对有机物分子进行测试并记录,可初步判断该有机物分子拥有的基团种类。

7.B　CH3CH2OCH3相对分子质量为60,但分子中不含O—H键,有3种氢原子,A错误;CH3CH(OH)CH3相对分子质量为60,分子中含有C—H键、O—H键、C—O键,只有3种氢原子,B正确;CH3CH2CH2OH相对分子质量为60,含有C—H键、O—H键、C—O键,有4种氢原子,C错误;CH3CH2CHO相对分子质量为58,不含O—H键、C—O键,有3种氢原子,D错误。

8.B　4.6 g该有机物完全燃烧,生成了0.2 mol CO2和5.4 g H2O,n(H2O)==

0.3 mol,n(H)=0.6 mol,m(H)=0.6 mol×1 g/mol=0.6 g,则m(C)+m(H)=(0.2×12)g+

0.6 g=3 g<4.6 g,故有机物含有O元素,且m(O)=4.6 g-3 g=1.6 g,故n(O)==

0.1 mol,n(C)∶n(H)∶n(O)=0.2 mol∶0.6 mol∶0.1 mol=2∶6∶1,即该有机物实验式为C2H6O。由质谱图可知相对分子质量为46,则该有机物的分子式为C2H6O。由核磁共振氢谱图可知有机物分子中含3种H,数目之比为1∶2∶3,则该有机物结构简式为CH3CH2OH。

9.C　核磁共振氢谱有4组峰,说明分子中共有4种不同化学环境的氢原子,A项错误;相对分子质量为70,红外光谱表征到键和键的存在,可确定该物质的分子式为C4H6O,B项错误;分子式为C4H6O,且核磁共振氢谱的峰面积之比为1∶1∶1∶3的有机物只有,C项正确;在一定条件下,1 mol 最多与2 mol H2加成,D项错误。

能力提升练

1.C　红外光谱法可确定有机物分子中含有的化学键或官能团,而质谱法用于测定有机物的相对分子质量,C错误。

2.A　有机元素分析仪检测的是元素的种类,乙酸和甲酸甲酯所含的元素种类相同,都含有C、H、O三种元素,A正确;红外光谱仪检测的是有机物分子中所含的化学键或官能团,乙酸中含有羧基、甲酸甲酯中含有酯基,信号不完全相同,B错误;核磁共振仪检测的是氢原子的种类及它们的相对数目等信息,乙酸中含有2种氢原子,有2组峰且峰面积之比为3∶1,甲酸甲酯中含有2种氢原子,有2组峰且峰面积之比为1∶3,峰的位置不完全相同,C错误;质谱仪检测的是分子的相对分子质量,二者的相对分子质量相同,但二者的分子离子和碎片离子的相对质量不完全相同,D错误。

3.D　根据甲醇(CH3OH)和乙醇(C2H5OH)的分子组成可知,若求出碳、氢元素的质量之比为3∶1,则为甲醇,若求出碳、氢元素的质量之比为4∶1,则为乙醇,A正确;若求出碳、氢原子的个数之比为1∶4,则为甲醇,若求出碳、氢原子的个数之比为1∶3,则为乙醇,B正确;若求出碳、氢原子的物质的量之比为1∶4,则为甲醇,若求出碳、氢原子的物质的量之比为1∶3,则为乙醇,C正确;生成物二氧化碳和水中的氧只有一部分来自有机物,还有一部分来自氧气,不能根据由CO2和H2O的质量求出的碳、氢、氧原子的个数之比来确定有机物分子中的碳、氢、氧原子的个数之比,D错误。

4.A　某烷烃和单烯烃的混合气体的密度是1.07 g/L(标准状况),则平均摩尔质量为1.07 g/L×22.4 L/mol≈24 g/mol,即平均相对分子质量为24。由于烯烃中乙烯的相对分子质量最小,为28,故含有的烷烃为CH4。假设单烯烃相对分子质量为a,该混合气体中烷烃和单烯烃的体积比是4∶1,相同条件下,气体体积之比等于物质的量之比,则=24,解得a=56,单烯烃通式为CnH2n,则14n=56,故n=4,则单烯烃的分子式为C4H8。

5.A　A中有机物分子中有3种等效氢原子,有3组峰;B中有机物分子中有5种等效氢原子,有5组峰;C中有机物分子中有3种等效氢原子,有3组峰;D中有机物分子中有4种等效氢原子,有4组峰。

6.AD　A项,由核磁共振氢谱图可知有8种不同化学环境的氢原子,正确;B项,由结构简式可看出,该物质中无苯环,不属于芳香族化合物,错误;C项,由结构简式和球棍模型对照可知Et为—CH2CH3,错误;D项,该化合物只含有碳、氢、氧三种元素,一定条件下可完全燃烧生成CO2和H2O,正确。

7.答案　CH2　C5H10　

解析　碳元素的质量分数为85.71%,氢元素的质量分数为14.29%,故N(C)∶N(H)=∶=1∶2,该烃的最简式为CH2;该烃的相对分子质量为70,故该烃的分子式为C5H10;由该烃的核磁共振氢谱可知,该烃分子中只有1种H原子,故该烃的结构简式为。

8.答案　(1)1∶2∶2

(2)3　<N(C)<,又N(C)为正整数,所以N(C)=3

(3)C3H6N6

(4)

解析　(1)三聚氰胺中碳元素的质量分数为1-66.67%-4.76%=28.57%,N(C)∶N(H)∶N(N)=∶∶=1∶2∶2。

(2)由题给信息可知<N(C)<,又N(C)为正整数,所以N(C)=3。

(3)因为N(C)∶N(H)∶N(N)=1∶2∶2,又N(C)=3,所以分子中N(C)、N(H)、N(N)分别为3、6、6。

(4)核磁共振氢谱显示只有1个吸收峰,说明是对称结构,且分子中6个H原子的化学环境相同;又每个碳原子与其他原子形成4个共价键,每个氮原子与其他原子形成3个共价键,六元环中C、N各有3个原子且交替出现。

规律方法　确定有机物结构的其他方法

(1)根据价键规律确定。根据价键规律可以判断出某些有机物只存在一种结构,则可直接根据分子式确定其结构。如C2H6的结构只能是CH3CH3;CH4O的结构只能是CH3OH。

(2)通过化学方法确定。①进行定性实验:根据实验中有机物表现出的性质,可推断其所含官能团。②进行定量实验:通过定量实验确定官能团的数目,如1 mol某醇与足量钠反应可得到1 mol气体,则可说明1 mol醇分子中含2 mol —OH。③进行“组装”确定结构:根据实验测得的官能团种类、数目,联系价键规律等进行“组装”和“拼凑”来确定有机物的结构。