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2019-2020年高中化學（大綱版）第二冊 第六章 烴的衍生物 第三節(jié)有機物分子式和結構式的確定(第一課時) ●教學目標 1.使學生了解確定有機物實驗式、分子式的方法，掌握有關有機物分子式確定的計算； 2.通過學習有機物分子式、結構式的確定方法，進一步強化科學意識，端正科學態(tài)度，學習科學方法； 3.通過乙醇和鈉反應的定量實驗，培養(yǎng)學生的觀察能力和分析思維能力。 ●教學重點 有關有機物分子式確定的計算。 ●教學難點 有關有機物分子式確定的計算。 ●課時安排 二課時 ●教學用具 投影儀、無水乙醇、鈉、燒瓶、鐵架臺、分液漏斗、玻璃導管、雙孔塞、廣口瓶、量筒。 ●教學方法 1.采用教師啟發(fā)點撥，學生討論、歸納總結的方法學習有機物分子式確定的方法； 2.利用實驗探究、問題討論法確定乙醇的結構式。 ●教學過程 第一課時 ［復習提問］請大家說出初中化學所學的分子式所表示的意義。 ［學生討論后回答］①表示一種物質。②表示該物質的組成元素。③表示該物質分子中各元素的原子個數及比值。④表示該物質的各元素質量比及質量百分比。 ［師］那么，我們可以通過哪些已知條件采用哪些方法來確定有機物的分子式呢？本節(jié)課我們就來學習這方面的內容。 ［板書］第三節(jié) 有機物分子式和結構式的確定(一) 一、有機物分子式的確定 ［師］確定物質的分子式，即確定物質分子里所含元素的種類和原子的數目。元素的種類，有些是由實驗直接測出的，有些則還需對實驗現象和結果作必要的分析和計算才能得出。各元素原子的數目，通常是根據測得的相對分子質量及各元素的質量百分含量來求得。具體如何求解，下面我們通過例題共同討論得出。 ［板書］(1)根據相對分子質量和元素質量分數求分子式 ［投影］例1：實驗測得某碳氫化合物A中，含碳80%、含氫20%，求該化合物的實驗式。又測得該化合物的相對分子質量是30，求該化合物的分子式。 ［師］只根據C、H兩元素的質量分數能否求得該烴的分子式？ ［生］不能。因為根據各元素的質量分數只能求得該物質的分子中各元素原子數目的最簡整數比，而無法確定該物質分子中各元素原子的具體數目。 ［師］很正確。表示化合物分子中所含各元素原子數目最簡整數比的式子，叫最簡式或實驗式。與分子式不同，分子式是表示化合物所含元素的原子種類及數目的式子。實驗式不能表示分子的真實組成而分子式可以。 ［問］已知最簡式，還需知道什么條件就可求得分子式？ ［生］相對分子質量。 ［師］對，下面我們共同求解例1。 ［板書］例1：解：(1)求化合物的實驗式即是求該化合物分子中各元素原子的數目(N)之比。 % % N(C)∶N(H)=∶=1∶3 該化合物的實驗式是CH3。 (2)設該化合物分子式為(CH3)n，則： n===2 該化合物的分子式是C2H6。 答：該碳氫化合物的實驗式是CH3，分子式是C2H6。 ［師］例1中的A的分子式還可以采用什么方法求解？ ［生］根據分子式所表示的意義，只要我們確定1 mol A分子中所含各元素原子的物質的量，即確定了A分子式中各元素原子的數目。 ［師］回答得很好，下面我們再用這種方法來求出A的分子式。 ［板書］或：解：1 mol A分子中所含各元素原子的物質的量為： n(C)==2 mol n(H)==6 mol 因此，該化合物的分子式為C2H6。 ［師］除了以上兩種方法以外，哪位同學還有不同的方法？ ［生］直接用相對分子質量除以12來求。 ［師］很好。這也是求化學式的一種方法即=n…m則化學式為CnHm。這種方法在解選擇題或填空題時使用，可以節(jié)省時間。但作為計算題，尤其是已知元素質量分數時，一般不用。 請大家根據以上解題方法做下面練習。 ［投影練習］某有機化合物由三種元素組成，其中碳、氫質量分數分別為22.0%和4.59%。將該化合物在強堿水溶液中水解后先用HNO3酸化，再用AgNO3溶液試驗，結果生成淡黃色沉淀。又測得該化合物的相對分子質量為109，求該有機化合物的分子式。 ［學生活動，教師巡視］ ［投影］解法1：該有機化合物為溴代烷，其中溴元素的質量分數為：100%－22.0%－4.59%=73.41% 1 mol該有機化合物中所含各元素原子的物質的量分別為： n(C)==2 mol n(H)==5 mol n(Br)==1 mol 所以，該有機化合物的分子式為C2H5Br。 解法2：據題意，該有機化合物中還含有溴元素，其質量分數為:100%－22.0%－4.59%=73.41% 該有機化合物各元素原子個數之比 N(C)∶N(H)∶N(Br)=∶∶=2∶5∶1 設該化合物的分子式為(C2H5Br)n n==1 該化合物分子式為C2H5Br。 答：該有機化合物的分子式為C2H5Br。 ［投影小結］已知物質中各元素的質量分數和物質的相對分子質量，求物質分子式的方法是： ［過渡］對于氣態(tài)的有機物有時告知其分子的相對分子質量或相對密度，此時如何求分子式呢？下面我們看例題： ［板書］(2)根據氣態(tài)有機物密度或相對密度求分子式 ［投影］例2： 2.3 g某有機物A完全燃燒后，生成0.1 mol CO2和2.7 g H2O，測得該化合物的蒸氣與空氣的相對密度是1.6，求該化合物的分子式。 ［師］根據題意，該有機物燃燒的產物只有CO2和H2O，因此該有機物中一定含有C和H兩種元素，是否含O元素，我們該如何確定呢？ ［生］根據燃燒前后C、H質量守恒，可由產物CO2和H2O中含C、H的質量計算出有機物中C、H的總質量。若m(有機物)=m(C)+m(H)則有機物中只含C、H兩種元素；若m(有機物)＞m(C)+m(H)，則有機物中含C、H、O三種元素，m(O)=m(有機物)－m(C)－m(H)。 ［師］這位同學分析得很全面。下面請同學們按照該思路來求解例2。 ［請一位同學到黑板上計算］ ［學生板演］解：(1)求2.3 g該有機物中組成元素的質量 根據C、H守恒可求得 m(C)=0.1 mol12 gmol－1=1.2 g m(H)=2.7 g=0.3 g m(C)+m(H)=1.5 g＜2.3 g 因此A中還含有O，其質量為 m(O)=m(A)－m(C)－m(H)=2.3 g－1.5 g=0.8 g (2)求該有機物的相對分子質量 Mr(A)=dMr(空氣)=1.629=46 (3)確定該有機物的分子式 由于N(C)∶N(H)∶N(O)=∶∶=2∶6∶1 所以該有機物的實驗式為C2H6O 設有機物A的分子式為(C2H6O)n n==1 故該有機物A的分子式為C2H6O。 答：該有機物的分子式為C2H6O。 ［師］據例1，這位同學的第三步還可以采用什么方法確定有機物的分子式？ ［生］利用1 mol分子中所含各元素原子的物質的量求解。 ［師］再請一位同學到黑板上求解。 ［學生板演］1 mol A分子中含各元素原子的物質的量為 n(C)=46 g12 gmol－1=2 mol n(H)=46 g1 gmol－1=6 mol n(O)=46 g16 gmol－1=1 mol 因此A的分子式為C2H6O。 ［過渡］如果已知某氣態(tài)化合物的密度，能否求出其分子量，再求其分子式呢？下面我們再做一道題。 ［投影顯示］ 例3：某氣態(tài)烴在標準狀況下150 mL的質量是0.5223 g，經測定，該烴含碳92.3%，含氫7.7%，試求它的分子式。 ［師］本題是根據氣體密度和元素含量計算有機物分子式的常見題型。若能根據標況下的體積和質量求出它的相對分子質量，那么就可以利用例1或例2的解題方法來計算了。下面請同學們自己思考本題應如何做。 ［學生思考后寫出各自的解法，教師總結并板書］ 解法(1)：求相對分子質量M=22.4 L/mol=78 g/mol ∴該烴的相對分子質量為78。 求C、H原子個數比，得出實驗式： N(C)∶N(H)=∶=1∶1。 實驗式為CH，則分子組成為(CH)n。 ∴13n=78 n=6 ∴分子式為C6H6 解法(2)： 相對分子質量計算方法同上。 N(C)==6 N(H)==6 ∴分子式為C6H6。 ［過渡］我們知道烴的組成可表示為CxHy，烴的含氧衍生物的組成可表示為CxHyO，若為飽和一元醇則可用CnH2n+1OH表示，據此，還可以寫出以通式表示的有機反應的化學方程式。若已知這些有機化學反應中各物質間量的關系，就可以求算有機物的分子式。通常計算有兩種方法：一是根據有關生成物的量，求出有機物中元素的含量，再結合相對分子質量的計算，將此類問題用前面幾道例題的方法解答；二是寫出用有機物通式表示的化學方程式，利用方程式求出有機物的相對分子質量，或直接利用反應通式確定分子式。下面我們來看一道例題。 ［板書］(3)根據有機物在化學反應中量的關系求分子式 ［投影］例4： 0.60 g某飽和一元醇A，與足量的金屬鈉反應，生成氫氣112 mL(標準狀況)。求該一元醇的分子式。 ［學生計算，教師巡視］ ［投影］求解上題的規(guī)范步驟： 解：飽和一元醇的通式為CnH2n+1OH，該一元醇的摩爾質量為M(A) 2CnH2n+1OH+2Na2CnH2n+1ONa+H2↑ 2 molM(A) 22.4 L 0.60 g 0.112 L M(A)==60 gmol－1 該一元醇的相對分子質量為60 根據該一元醇的通式，有下列等式： 12n+2n+1+16+1=60 n=3 答：該一元醇的分子式是C3H8O。 ［投影練習］ 某有機物4.5 g，完全燃燒后生成2.7 g H2O和3.36 L CO2(標況)，該有機物的蒸氣對H2相對密度為30，求該有機物的分子式。 解：該有機物中各元素的質量為： C：12 g/mol=1.8 g H:2.7 g=0.3 g O:4.5 g－1.8 g－0.3 g=2.4 g 則N(C)∶N(H)∶N(O)=∶∶=1∶2∶1 ∴最簡式為CH2O 設化學式為(CH2O)n 則30n=60 n=2即有機物分子式為C2H4O2 ［師］請同學們根據以上例題和練習，討論求有機物的分子式需要知道哪些數據？ ［學生討論后小結］ ①相對分子質量及元素質量分數。 ②有機物在反應中各反應物及生成物的量的關系。 ［師］通過計算確定分子式之后，還需根據其特殊性質或實驗確定結構式。具體方法我們下節(jié)課再學習。 ［布置作業(yè)］P159一、二、四、1.2. ●板書設計 第三節(jié) 有機物分子式和結構式的確定(一) 一、有機物分子式的確定 (1)根據相對分子質量和元素質量分數求分子式。 (2)根據氣態(tài)有機物密度或相對密度求分子式。 (3)根據有機物在化學反應中量的關系求分子式。 ●教學說明 有機物分子式的確定是初中階段有關化學式計算的延伸。本節(jié)課的學習對于學生認識未知世界，探索形形色色的物質世界，推斷物質的元素組成，確定其分子式，提供了一定的知識基礎。因此在教學過程中應重視培養(yǎng)學生嚴肅認真的科學態(tài)度、嚴密的科學思維方法以及良好的學習習慣。注意把前后知識有機地結合起來，進一步達到新舊知識的融會貫通。在以后的授課中，還要注意對此部分內容進行不斷的鞏固和練習。 ●參考練習 1.某有機物的蒸氣密度是相同狀況下甲烷密度的3.625倍。把1.1 g該有機物在氧氣中充分燃燒，將生成的氣體混合物通過足量堿石灰，堿石灰增重3.72 g，又知生成H2O和CO2物質的量之比為1∶1。求此有機物的分子式。 解：Mr=163.625=58 ∴n==0.02 mol CxHyOz+(x+－)O2 xCO2 + H2O 1 mol x mol mol 0.02 mol 0.02 mol 0.01 mol 依題意：0.02 x=0.01 y 2x=y 0.02 x44+0.01y18=3.72 解得：x=3 y=6 312+6+16z=58 z=1 ∴分子式為C3H6O 2.取3.40 g只含羥基，不含其他官能團的液體飽和多元醇，置于5.00 L氧氣中。經點燃醇完全燃燒。反應后氣體體積減少0.56 L，將氣體通過CaO進行吸收，體積又減少2.80 L(所有體積均已換算成標準狀況下的體積)。 (1)3.4 g醇中C、H、O的物質的量分別為： n(C)=______ mol，n(H)=______ mol，n(O)=______ mol；該醇中C、H、O原子數之比為： 。 (2)從以上比值能否確定該醇的分子式？其原因是 。 答案:(1)n(C)=0.125 mol n(H)=0.300 mol n(O)=0.100 mol C、H、O原子個數比為5∶12∶4 (3)從以上比值能確定該醇的分子式。其原因是該最簡式中H原子數已飽和，所以最簡式即分子式C5H12O4。 3.在101325 Pa、120℃時，某氣態(tài)烴和過量O2在一密閉容器內完全燃燒，在相同條件下反應前后容器內的壓強相等。求該烴可能的分子式。 解析：本題可采用規(guī)律法求解。因分子中氫原子數為4的烴，在相同條件下燃燒前后(水為氣態(tài))氣體物質的量不變，壓強相等。應用這一規(guī)律可得該烴的分子式可能為CH4、C2H4或C3H4。 答案：該烴的分子式可能為CH4、C2H4或C3H4。