研究有机化合物的基本步骤:分离、提纯→元素分析确定实验式→测定相对分子质量确定分子式→确定结构式。
1.蒸馏——常用于分离、提纯沸点不同的互溶的液态有机物。
(1)适用条件:①有机物的热稳定性较强;②有机物与杂质的沸点相差较大(一般约大于30℃)。
(2)实验原理:利用有机物与杂质的沸点差别,通过加热和冷凝操作分离有机物。
(3)实验装置:如图1-3-1所示。
图1-3-1
【注意】
① 仪器组装的顺序:先下后上,由左至右。
② 不得直接加热蒸馏瓶,需垫石棉网。
③ 蒸馏瓶盛装的液体,不超过容积的2/3,不少于容积的1/3;不得将全部溶液蒸干。
④ 需使用沸石(防止暴沸)。
⑤ 冷凝水水流方向应下进上出。
⑥ 温度计水银球位置应与蒸馏瓶支管口齐平,以测量馏出蒸气的温度。
2.重结晶——常用于提纯固态有机物。
(1)适用条件:①杂质在所选溶剂中的溶解度很大或很小;②被提纯的有机物在所选溶剂中的溶解度受温度的影响较大。
(2)实例:苯甲酸的重结晶步骤如图1-3-2所示。
图1-3-2
【注意】
① 为了减少趁热过滤过程中损失苯甲酸,一般在高温溶解固体后再加入少量蒸馏水。
② 冷却结晶时,并不是温度越低越好。因为温度过低,杂质的溶解度也会减小,部分杂质也会析出,达不到提纯苯甲酸的目的。
3.萃取。
(1)液—液萃取:利用有机物在两种互不相溶的溶剂中的溶解性不同,将有机物从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程。
(2)固—液萃取:用有机溶剂从固体物质中溶解出有机物的过程。
【注意】
① 萃取剂应符合下列要求:与原溶液中的溶剂互不相溶,不发生化学反应;溶质在萃取剂中的溶解度要远大于在原溶剂中的溶解度。
② 将要萃取的溶液和萃取剂依次从上口倒入分液漏斗,加入量不能超过漏斗容积的2/3,塞好塞子进行振荡,边振荡边放气。
③ 分液时,下层液体从下口放出,上层液体从上口倒出。分液装置示意图如图1-3-3所示。
图1-3-3
(3)常用的萃取剂:苯、CCl 4 、乙醚、石油醚、二氯甲烷等。
4.色谱法。
(1)原理:利用吸附剂对不同有机物吸附作用的不同,分离提纯有机物,这种方法就是色谱法,如图1-3-4所示。
图1-3-4
(2)常用的吸附剂:碳酸钙、硅胶、氧化铝、活性炭。
1.实验式(最简式)是表示化合物分子所含元素的原子数目最简整数比的式子。例如,CH可代表CH≡≡CH、
等烃的实验式。而分子式不仅表示化合物所含元素的种类,而且还表示分子所含某种元素的原子个数。例如,C
2
H
4
O
2
代表此化合物含C、H、O三种元素,且一个分子含两个碳原子、4个氢原子、两个氧原子。
2.确定有机物分子式的方法如图1-3-5所示。
图1-3-5
(1)利用有机物所含各元素的质量分数,推算出实验式,再结合求出的相对分子质量,从而来确定分子式。
(2)利用各类有机物的分子通式和相对分子质量确定分子式。
(3)利用有机物燃烧生成CO 2 和H 2 O的质量,来计算有机物中C和H(或C、H、O)元素的物质的量,再确定1mol该有机物分子所含各元素原子的物质的量,从而确定分子式。
(4)利用有机物[主要是烃(C x H y )及烃的衍生物(C x H y O z )]的相对分子质量,采用商余法确定分子式。对于烃C x H y ,用已知的有机物的相对分子质量除以14(一个—CH 2 —基团的相对分子质量)或12(一个C原子的相对原子质量),所得商数就是该烃分子中—CH 2 —基团个数或C原子个数。例如,除以14时有如下规律。
①
能除尽时,烃为烯烃或环烷烃。
②
余数为2时,烃为烷烃。
③
能除尽时,烃为炔烃。
④
能除尽时,烃为苯或其同系物。
若为烃的含氧衍生物,则依商余法求出烃的分子式后,用烃分子中的一个CH 4 代换一个O。例如,相对分子质量为44的烃,分子式为C 3 H 8 ,若为烃的含氧衍生物,则是C 2 H 4 O(一个O原子的相对原子质量相当于一个C和4个H的相对原子质量之和)。
(5)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、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因质量的不同而先后有别,其结果被记为质谱图。
② 质荷比:分子离子与碎片离子的相对质量与电荷的比值。
③ 质谱法是近代发展起来的快速、微量、精确测定相对分子质量的方法。测定方法是找最大质荷比,确定相对分子质量。
1.利用特征反应鉴定出官能团,再制备它的衍生物,进一步确认。
2.利用红外光谱(IR)推知有机物含有哪些化学键、官能团。
3.利用核磁共振氢谱(NMR)可以推知氢原子的类型及数目。
(1)吸收峰数目=氢原子类型。
(2)不同吸收峰的面积之比(强度之比)=不同氢原子的个数之比。
烃的燃烧规律。
1.完全燃烧的通式为:
烃的含氧衍生物完全燃烧的通式为:
2.燃烧通式的主要应用:确定烃的分子式、混合烃的组成,比较烃燃烧生成的CO 2 或H 2 O的量,比较烃完全燃烧的耗氧量等。
3.主要规律如下。
(1)两混合烃,若平均相对分子质量小于或等于26,则该混合烃中必有CH 4 。
(2)两混合气态烃,充分燃烧后,生成CO 2 气体的体积小于原混合烃体积的2倍,则原混合烃中必有CH 4 ;若生成水的物质的量小于原混合烃物质的量的2倍,则原混合烃中必有C 2 H 2 。
(3)温度大于100℃时,气态混合烃C x H y 与足量氧气充分燃烧后,若Δ V =0,则 y =4;若Δ V >0(体积增大),则 y >4;若Δ V <4,则 y <4。
(4)等质量的烃C
x
H
y
完全燃烧,需要氧气量由
决定,值越大,耗氧量越大。
(5)等物质的量的烃C
x
H
y
完全燃烧,需要氧气量由
决定,
值大的耗氧量就大。
(6)等物质的量的烃C x H y 完全燃烧,产生的CO 2 的量由 x 决定,生成水的量由 y 决定;若涉及含氧衍生物,可变形后再比较。
(7)碳的质量分数相同的有机物(最简式可以相同也可以不同),只要总质量一定,以任意比例混合,完全燃烧后产生的CO 2 的量总是一个定值。
(8)不同的有机物完全燃烧时,若生成的CO 2 和H 2 O的物质的量之比相同,则它们分子中的C原子与H原子的原子个数之比也相同。