2024春新教材高中化学第1章有机化合物的结构特点与研究方法第2节研究有机化合物的一般方法第2课时有机化合物分子式和分子结构的确定课时作业新人教版选择性必修3

第一章第二节第2课时对点训练题组一元素分析法1．某有机化合物含C60%、H13.33%,0.2mol该有机化合物质量为12g，则它的分子式为(B)A．CH4 B．C3H8OC．C2H4O2 D．CH2O解析：根据题目条件该物质的相对分子质量为eq\f(12,0.2)＝60，分子中碳原子数为60×60%÷12＝3，氢原子数为60×13.33%÷1≈8，相对分子质量和碳、氢总相对质量之差为16，因此还有一个氧原子。2．某有机化合物完全燃烧只生成CO2和H2O，两者的物质的量之比为2∶3，下列说法正确的是(D)A．该有机化合物中含C、H、O三种原子B．该化合物是乙烷C．该化合物中C、H原子个数比为2∶3D．一个该化合物分子中含两个C原子、六个H原子，但不能确定是否含有O原子解析：根据题目条件可知C、H原子个数之比为1∶3，1个分子中的碳原子和氢原子的个数只能是2和6，但不能确定是否含有氧原子。3．充分燃烧0.1mol气态烃A，在标准状况下生成4.48LCO2和5.4gH2O，则烃A是(C)A．C4H6 B．C2H4C．C2H6 D．C2H2解析：根据题中所给数据，烃分子和C、H原子的数目之比为1∶2∶6，则其分子式为C2H6。题组二谱图分析4．下图是一种分子式为C3H6O2的有机化合物的红外光谱图，则该有机化合物的结构简式为(A)A．CH3COOCH3 B．CH3CH2COOHC．HCOOCH2CH3 D．CH3COCH2OH解析：根据红外光谱可知，分子中含有不对称的—CH3、和基团，因此只有A符合题意。5．某有机化合物只含C、H、O三种元素，取4.6g该有机化合物完全燃烧，测得只生成0.2molCO2和5.4g水，其质谱图和核磁共振氢谱如图所示，该有机化合物的结构简式是(B)质谱图核磁共振氢谱A．CH3CHO B．CH3CH2OHC．CH3OCH3 D．CH3OCH2CH3解析：4.6g该有机化合物完全燃烧，生成了0.2molCO2和5.4gH2O，则n(H2O)＝eq\f(5.4g,18g·mol－1)＝0.3mol，n(H)＝0.6mol，因m(C)＋m(H)＝0.2mol×12g·mol－1＋0.6mol×1g·mol－1＝3g<4.6g，故有机化合物含有O元素，且m(O)＝4.6g－3g＝1.6g，故n(O)＝eq\f(1.6g,16g·mol－1)＝0.1mol，n(C)∶n(H)∶n(O)＝0.2mol∶0.6mol∶0.1mol＝2∶6∶1，即该有机化合物的实验式为C2H6O，由质谱图可知相对分子质量为46，则有机化合物的分子式为C2H6O，因核磁共振氢谱中含3种H原子，3种H原子数目之比为1∶2∶3。综合强化6．(2024·陕西西安高二期末)麻黄素有平喘的作用，我国药物学家从中药麻黄中提取麻黄素作为平喘药。某实验兴趣小组用李比希法、现代仪器等测定麻黄素的分子式，测得含C、H、O、N四种元素中的若干种，其中含氮元素质量分数为8.48%；同时将5.0g麻黄素完全燃烧可得13.335gCO2和4.09gH2O，据此可判断麻黄素的分子式为(C)A．C2H3NO B．C10H15N2C．C10H15NO D．C15H15N2O解析：5.0g麻黄素中含氮元素质量分数为8.48%，含N质量为5.0g×8.48%＝0.424g，含N原子的物质的量为eq\f(0.424g,14g·mol－1)≈0.03mol；完全燃烧可得13.335gCO2，其物质的量为eq\f(13.335g,44g·mol－1)≈0.30mol，即C原子为0.30mol，碳元素的质量为0.30mol×12g·mol－1＝3.6g；4.09gH2O的物质的量为eq\f(4.09g,18g·mol－1)≈0.227mol，即H原子的物质的量为0.45mol，氢元素的质量为0.45g；则含有氧元素的质量为5.0g－3.6g－0.45g－0.424g＝0.526g，则含O原子的物质的量约为0.03mol，则C、H、N、O原子数目比为0.3∶0.45∶0.03∶0.03＝10∶15∶1∶1，则麻黄素的分子式为C10H15NO。7．下列说法中正确的是(D)A．的核磁共振氢谱中有7组吸收峰B．红外光谱图只能确定有机化合物中所含官能团的种类和数目C．质谱法不能用于相对分子质量的测定D．核磁共振氢谱、红外光谱和X射线衍射都可用于分析有机化合物的结构解析：有机化合物分子中有3种不同化学环境的氢原子，在核磁共振氢谱中有3组吸收峰，故A错误；红外光谱能确定官能团的种类，不能确定其数目，故B错误；质谱图中，用最大质荷比可确定有机化合物的相对分子质量，故C错误；核磁共振氢谱、红外光谱和X射线衍射都可用于分析有机化合物的结构，故D正确。8．根据研究有机化合物的步骤和方法填空：(1)测得A的蒸气密度是相同状况下甲烷的4.375倍。则A的相对分子质量为_70__。(2)将5.6gA在足量氧气中燃烧，并将产物依次通过足量的浓硫酸和碱石灰，分别增重7.2g和17.6g。则A的实验式为_CH2__；A的分子式为_C5H10__。(3)将A通入溴水，溴水褪色，说明A属于_烯烃__。(4)A的核磁共振氢谱如下：综上所述，A的结构简式为。解析：(1)根据题意可知，该有机化合物的相对分子质量为16×4.375＝70。(2)由A的燃烧产物知，5.6gA含m(C)＝17.6g×eq\f(12,44)＝4.8g，m(H)＝7.2g×eq\f(2,18)＝0.8g，则可确定该有机化合物只含碳、氢两种元素，其实验式为CH2。设其分子式为(CH2)n，则12n＋2n＝70，n＝5，则A的分子式为C5H10。(3)A的分子式为C5H10，且A能使溴水褪色，则A为烯烃。(4)该有机化合物的核磁共振氢谱图共有4组吸收峰，吸收峰面积之比为1∶1∶2∶6，则＝CH2符合题意。9．某研究性学习小组为确定某蜡状有机化合物A的结构和性质，他们拟用传统实验的手段与现代技术相结合的方法进行探究。请你参与过程探究。Ⅰ.实验式的确定(1)取样品A进行燃烧法测定，发现燃烧后只生成CO2和H2O，某次燃烧后，经换算得到了0.125molCO2和0.15molH2O。据此得出的结论是_分子中n(C)∶n(H)＝5∶12，分子式为C5H12Ox(x＝0,1，2…)__。(2)另一实验中，取3.4g蜡状有机化合物A在3.36L(标准状况下，下同)氧气中完全燃烧，两者均恰好完全反应，生成2.8LCO2和液态水。由此得出的实验式是_C5H12O4__。Ⅱ.结构式的确定(经测定A的相对分子质量为136)(3)取少量样品熔化，加入钠有氢气放出，说明A分子中含有_羟基__。(4)进行核磁共振，发现只有两个特征峰，且面积比为2∶1，再做红外光谱，发现与乙醇一样透过率在同一处波数被吸收。图谱如下：则A的结构简式为_C(CH2OH)4__。解析：(1)根据C、H原子守恒可以知道分子中n(C)∶n(H)＝0.125mol∶(0.15mol×2)＝5∶12，可能含有O元素，实验式为C5H12Ox(x＝0,1，2…)。(2)生成二氧化碳为eq\f(2.8L,22.4L·mol－1)＝0.125mol，则生成水为0.15mol,3.4g有机化合物中氧元素质量为3.4g－0.125mol×12g·mol－1－0.15mol×2×1g·mol－1＝1.6g，则氧原子物质的量为eq\f(1.6g,16g·mol－1)＝0.1mol，则分子中n(C)∶n(H)∶n(O)＝0.125mol∶(0.15mol×2)∶0.1mol，故最简式为C5H12O4。(3)经测定A的相对分子质量为136，且最简式中H原子已经饱和碳原子，故最简式即为分子式，可以知道分子式为C5H12O4，取少量样品熔化，加入钠有氢气放出，说明含有羟基。(4)进行核磁共振发现只有两个特征峰，且面积比为2∶1，说明含有两种H原子，两种H原子数目分别为8、4，由红外光谱图可以知道，分子中含有O—H、C—O、C—H基团，该有机化合物结构简式为C(CH2OH)4。10．(1)根据核磁共振氢谱图可以确定有机化合物分子中氢原子的种类和数目之比。例如，乙醚的结构式为，其核磁共振氢谱中有2组吸收峰(如图)。CH3CH2OCH2CH3的核磁共振氢谱①下列分子中，其核磁共振氢谱中只有一组峰的物质是_AD__(填字母)。A．CH3—CH3 B．CH3COOHC．CH3COOCH3 D．CH3COCH3②化合物A和B的分子式都是C2H4Br2，A的核磁共振氢谱如图所示，则A的结构简式为_BrCH2CH2Br__，请预测B的核磁共振氢谱上有_2__组峰。A的核磁共振氢谱③用核磁共振氢谱来研究C2H6O的结构，请简要说明根据核磁共振氢谱的结果来确定C2H6O分子结构的方法是_其核磁共振氢谱中有3组峰时，分子结构为CH3CH2OH，有1组峰时，分子结构为CH3—O—CH3__。(2)有机化合物C常用于食品行业。已知9.0gC在足量O2中充分燃烧，将生成的混合气体依次通过足量的浓硫酸和碱石灰，分别增重5.4g和13.2g，经检验剩余气体为O2。C分子的质谱图如图所示。①C能与NaHCO3溶液发生反应，C一定含有的官能团名称是_羧基__。②C分子的核磁共振氢谱有4组峰，峰面积之比是1∶1∶1∶3，则C的结构简式是。解析：(1)①核磁共振氢谱中只有1组峰，说明该分子中的H原子都是等效的，只有1种等效H原子，CH3—CH3中6个H原子都是等效的，核磁共振氢谱中只有一组峰，故A符合题意；CH3COOH中甲基中的H原子与羧基中的H原子所处化学环境不同，CH3COOH有2种等效H原子，核磁共振氢谱中有2组峰，故B不符合题意；CH3COOCH3中甲基所处化学环境不同，甲基H原子不同，有2种等效H原子，核磁共振氢谱中有2组峰，故C不符合题意；CH3COCH3中2个甲基连在同一个羰基上，6个H原子都是等效的，核磁共振氢谱中只有一组峰，故D符合题意。②由A的核磁共振氢谱可知，分子中只有一种等效H原子，A分子中2个Br原子连接不同的碳原子，故A的结构简式为BrCH2CH2Br，B与A互为同分异构体，B分子中2个Br原子连接在同一碳原子上，B为CH3CHBr2，分子中有2种等效H原子，故核磁共振氢谱图有2组峰。③若核磁共振氢谱中有3组峰时，分子结构为CH3CH2OH；若核磁共振氢谱中有1组峰时，分子结构为CH3—O—CH3。(2)①由C分子的质谱图可知，C的相对分子质量为90,9.0gC的物质的量为eq\f(9.0g,90g·mol－1)＝0.1mol，燃烧生成二氧化碳为eq\f(13.2g,44g·mol－1)＝0.3mol，生成水为eq\f(5.4g,18g·mol－1)＝0.3mol，则1个有机化合物分子中N(