高考化學總複習《有機物的分子結構和同分異構》

2023-01-10 07:42:04 字數 5366 閱讀 4277

2、光譜測定有機物的結構

要鑑定和研究未知有機化合物的結構與性質,必須得到純淨的有機物,下面是研究有機化合物一般要經過的幾個基本步驟:

要點詮釋:

(1)質譜法——相對分子質量的測定

質譜是近代發展起來的快速、微量、精確測定相對分子質量的方法。由於相對質量越大的分子離子的質荷比越大,達到檢測器需要的時間越長,因此質譜圖中的質荷比最大的就是未知物的相對分子質量。

(2)紅外光譜——測定化學鍵和官能團的種類

根據紅外光譜圖,推知有機物含有哪些化學鍵、官能團,以確定有機物的分子結構。

(3)核磁共振氫譜——測定幾種不同型別的氫原子及它們的數目

不同化學環境的氫原子(等效氫原子)因產生共振時吸收的頻率不同,被核磁共振儀記錄下來的吸收峰的面積不同。所以,可以從核磁共振譜圖上推知氫原子的型別及數目。

吸收峰數目=氫原子型別;

不同吸收峰的面積之比(強度之比)=不同氫原子的個數之比。

3、求有機物相對分子質量的常用方法

(1)m = m / n

(2)根據有機蒸氣的相對密度d,m1 = dm2

如:在一定條件下,某有機物蒸氣對氫氣的相對密度為23,則該有機物的相對分子質量為:m1 = dm2 =23×2=46

(3)標況下有機蒸氣的密度為ρg/l,m = 22.4l/mol ρg/l

考點三、同分異構體

1、定義:分子式相同,結構不同的化合物互稱同分異構體。

要點詮釋:

(1)同分異構體可以屬於同一類物質,也可以屬於不同類物質。可以是有機物,也可以是無機物。

(2)同分異構體之間因分子式相同分子量必相等,但分子量相等的化合物之間不一定互為同分異構體。

(3)同分異構體之間各元素的質量分數相同,但各元素質量分數相同的化合物之間不一定是同分異構體。

2、分類:

(1)官能團異構:是由於官能團不同而引起的同分異構現象。官能團異構也稱類別異構。

常見的官能團異構舉例如下:

(2)碳鏈異構:是指由於碳原子的排列順序不同而引起的同分異構現象。

碳鏈異構包括主鏈的碳鏈異構和側鏈(取代基)的碳鏈異構。例如:丙基的異構2種:

ch3ch(ch3)—、ch3ch2ch2—;丁基的異構4種:ch3ch2ch2ch2—、ch3ch(ch3)ch2—、ch3ch2ch(ch3)—、ch3c(ch3)2—;戊基有8種(請讀者自行寫出)。

(3)位置異構:是指由於取代基取代在鏈或環上的位置不同而引起的同分異構現象。

(4)順反異構:由於碳碳雙鍵不能旋轉而導致分子中原子或原子團在空間的排列方式不同所產生的異構現象,稱為順反異構。

兩個相同的原子或原子團排列在雙鍵的同一側的稱為順式結構;兩個相同的原子或原子團排列在雙鍵的兩側的稱為反式結構。如2-丁烯存在順反異構體:

3、同分異構體的找法:「先類別、再碳鏈、後位置」

要點詮釋:同分異構書寫時的思維過程

(1)計算不飽和度,確定可能的物質類別;

(2)官能團類別異構→碳鏈異構→官能團位置異構→順反異構(注意等位氫);

(3)多元取代時,先寫所有一取代,然後在一取代基礎上進行二取代。

【典型例題】

型別一、有機物碳原子的成鍵特點

例1、下列化合物的分子中,所有原子都處於同一平面的有( )

a.乙烷b.甲苯c.氟苯 d.四氯乙烯

【思路點撥】有平面型結構的分子在中學主要有乙烯、1,3-丁二烯、苯三種,其中乙烯平面有6個原子共平面, 1,3-丁二烯型的是10個原子共平面,苯平面有12個原子共平面。這些分子結構中的氫原子位置即使被其他原子替代,替代的原子仍共平面。

【答案】cd

【解析】a選項沒有常說的平面結構,b選項中甲基有四面體空間結構,c選項氟原子代替苯中1個氫原子的位置仍共平面,d選項氯原子代替乙烯中氫原子的位置仍共平面。

【總結昇華】共平面的題是近年來常考點,這類題切入點是平面型結構。

舉一反三:

【變式1】下列關於hc≡c― ― ch=ch ch3的說法正確的是( )

a.所有碳原子有可能都在同一平面上 b.最多隻可能有9個碳原子在同一平面上

c.有7個碳原子可能在同一直線上 d.只可能有5個碳原子在同一直線上

該分子中最多有個原子共平面

【答案】ad;19

【變式2】下列分子中的14個c原子可能處於同一平面的是( )

【答案】bc

【解析】分子中只要有飽和碳原子,連線其他三個碳,其結構類似甲烷的結構,必不共面。a中右端第二個碳、d中下面交叉處的碳、e中右端連線三個甲基的碳都是這種情況。

【變式3】某烴的結構簡式為

分子中處於四面體結構中心的碳原子數為a,一定在同一平面內的碳原子數為b,一定在同一直線上的碳原子數為c,則a、b、c依次為( )

a.4、5、3 b.4、6、3 c.2、4、5 d.4、4、6

【答案】b

例2、右圖是某種有機物分子的球棍模型圖。圖中的「棍」代表單鍵或雙鍵,不同大小的「球」代表三種不同的短週期元素的原子。對該有機物的敘述不正確的是( )

a.該有機物可能的分子式為c2hcl3

b.該有機物的分子中一定有c=c

c.該有機物分子中的所有原子在同一平面上

d.該有機物中形成的化學鍵都是極性鍵

【思路點撥】根據圖中球的半徑大小和鍵的個數猜測原子的種類。

【解析】該物質是有機物,則圖中2個白球是碳原子。碳為四價,每個碳原子可以形成4個單鍵,現在每個碳原子結合兩個其他原子,所以碳碳之間形成的是雙鍵,氫原子半徑最小,小黑球可能是氫原子,3個大黑球可能是氯原子。a、b、c三項敘述正確。

該有機物中碳原子與碳原子間形成的是非極性鍵,碳原子與除碳之外的其他原子間形成的是極性鍵,d項說法錯誤。

【答案】d

【總結昇華】在有機分子中,碳為四鍵飽和,氮為三鍵飽和,氧為二鍵飽和,氫(或鹵素)為一鍵飽和。

型別二、有機物分子式的確定

例3、燃燒某有機物a 1.50g,生成1.12l(標準狀況)co2和0.05molh2o。該有機物的蒸氣對空氣的相對密度是1.04,求該有機物的分子式。

【思路點撥】由相對密度是1.04,可求得相對分子質量m(a)=1.04×29=30,再求出最簡式即可。

【答案】ch2o

【解析】首先要確定該物質的組成元素。

1.5g a中各元素的質量:

[}×12 gmol^=1.8 g', 'altimg': '', 'w': '371', 'h': '46'}]

[}×12 gmol^=1.8 g', 'altimg': '', 'w': '371', 'h': '46'}]

[}×12 gmol^=1.8 g', 'altimg': '', 'w': '371', 'h': '46'}],所以有機物中還含有o元素。

[}×12 gmol^=1.8 g', 'altimg': '', 'w': '371', 'h': '46'}]

則[}×12 gmol^=1.8 g', 'altimg': '', 'w': '371', 'h': '46'}]

實驗式為ch2o,其式量為30。

又因該有機物的相對分子質量m(a)=1.04×29=30

因此實驗式ch2o即為分子式。

【總結昇華】本題還可直接求出1mol有機物a 中含c、h、o三種原子的物質的量,進而直接得出其分子式。

舉一反三:

【變式1】某種有機物在氣態時對h2的相對密度為30,充分燃燒3.0 g此有機物可得3.36 l二氧化碳(標準狀況)和3.

6 **。此有機物能與金屬鈉反應,求此有機物的分子式和結構簡式。

【答案】c3h8o,ch3ch2ch2oh或ch3ch(oh) ch3

【解析】根據題意可得:mr=30×2=60。

有機物中各元素的質量為:

[}×12 gmol^=1.8 g', 'altimg': '', 'w': '371', 'h': '46'}],

[}×2×1 gmol^=0.4 g', 'altimg': '', 'w': '372', 'h': '46'}],

m (o)=3.0 g―1.8 g―0.4 g=0.8 g。

則有機物分子中[}÷\\frac}=3', 'altimg': '', 'w': '334', 'h': '46'}],

[}÷\\frac}=8', 'altimg': '', 'w': '311', 'h': '46'}],

[}÷\\frac}=1', 'altimg': '', 'w': '323', 'h': '46'}]。

故得分子式為c3h8o。正好符合飽和一元醇和醚的通式,由於該有機物能和鈉反應,則屬於醇類。故該有機物的結構簡式為ch3ch2ch2oh或 ch3ch(oh) ch3。

型別三、光譜測定有機物的結構

例4、肉桂酸甲酯是常用於調製具有士多啤梨、葡萄、櫻桃、香子蘭等香味的食用香精。它的分子式為c10h10o2,且分子中只含有1個苯環,苯環上只有乙個取代基。它的核磁共振氫譜圖上有6個峰,峰面積之比為1:

2:2:1:

1:3。它的紅外光譜如下圖:

試回答下列問題:

肉桂酸甲酯的結構簡式是

【思路點撥】它的核磁共振氫譜圖上有6個峰,即有6種不同環境的氫原子;峰面積之比即6種氫原子個數比。

【答案】

【解析】根據分子式,不飽和度為6,結合紅外光譜,其結構含有乙個苯環、乙個碳碳雙鍵和乙個酯基(由名稱「肉桂酸甲酯」看出是甲酯),且苯環只有乙個側鏈,結構只能如答案所示。可以是順式或反式結構。

【總結昇華】圖譜題解題建議:

(1)、首先應掌握好三種譜圖的作用、讀譜方法。

(2)、必須盡快熟悉有機物的類別及其官能團。

(3)、根據圖譜獲取的資訊,按碳四價的原則對官能團、基團進行合理的拼接。

(4)、得出結構(簡)式後,再與譜圖提供資訊對照檢查,主要為分子量、官能團、基團的類別是否吻合。

舉一反三:

【變式1】下列有機物分子在核磁共振氫譜中只給出一種訊號的是( )

a.hcho b.ch3oh c.hcooh d.ch3cooch3

【答案】a

【變式2】有一有機物的相對分子質量為74,確定分子結構,請寫出該分子的結構簡式

【答案】ch3ch2och2ch3

【變式3】已知有機物a的分子式為c9h10o3,經過實驗測定具有以下性質:①苯環上的一氯取代物有兩種 ②不能發生水解反應 ③遇fecl3溶液不顯色 ④1 mol a最多能分別與1 mol naoh和2 mol na反應 ⑤核磁共振氫譜為六組峰,且峰面積比為3∶2∶2∶1∶1∶1;則它的結構簡式為

【答案】

【解析】苯環上的一氯取代物有兩種,說明結構高度對稱,不發生水解則沒有酯基,遇fecl3溶液不顯色,說明沒有酚羥基,1 mol a最多能分別與1 mol naoh和2 mol na反應,說明含有1 mol羧基和1 mol醇羥基,則符合條件的a共有、、、,其中核磁共振氫譜為六組峰,且峰面積比為3∶2∶2∶1∶1∶1,說明分子中有6種h,而且個數比為3∶2∶2∶1∶1∶1,不難得出結構為或。

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