Transcript 有机物分离提纯1

化学：第一章第四节《研
究有机化合物的一般步骤
与方法》课件PPT（人教版
选修５）
第一章
认识有机化合物
第四节 研究有机化合物的一
般步骤和方法
研究有机物一般经历的步骤：
有机化合物的
混合物
分离、提纯
元素定量分析
确定实验式
测定相对分子质量
确定分子式
波谱分析
确定结构式
一、物质分离和提纯
（一）物质分离和提纯的区别
分离是把混合物分成几种纯净物，
提纯是除去杂质。
不增、不减、易分
（二）物质提纯的原则：
“杂转纯，杂变沉，化为气，溶剂分”的思想
（三）物质分离提纯的一般方法：
蒸馏（液态有机物）
重结晶（固态有机物）
萃取分液（固态或液态）
色谱法（固态或液态）
思考：实验室用溴和苯反应制取溴苯，得
粗溴苯后，要用如下操作精制：①蒸馏，
②水洗，③用干燥剂干燥，④10%NaOH
溶液洗，⑤水洗，正确的操作顺序是（ ）
B
A．①②③④⑤
B．②④⑤③①
C．④②③①⑤
D．②④①⑤③
苯的沸点80.1 ℃ ；溴苯沸点156.2℃
1、蒸馏：
利用混合物中各种成分的沸点不同而使其分
离的方法。
常用于分离提纯液态有机物，如石油的分馏
条件：①有机物热稳定性较强、②含少量杂
质、③与杂质沸点相差较大（30℃左右）
课本P.17实验1-1工业乙醇的蒸馏
主要仪器：蒸馏烧瓶、冷凝管、接收器、
温度计、铁架台（铁圈、铁夹）、
石棉网、锥形瓶等
注意要点：1. 加入碎瓷片
2. 温度计位置
3. 冷凝水流向：下进上出(与蒸气流向相反)
怎这
样样
才得
能到
得的
到酒
无精
水是
酒否
精无
？水
酒
精
？
无水酒精的制取
含杂
工业
乙醇
蒸馏
95.6工业
乙醇
加吸
水剂
蒸馏
无水乙醇
（99.5%
以上）
2. 重结晶
重结晶是将晶体用溶剂(蒸馏水)溶解，经
过滤、蒸发冷却等步骤，再次析出晶体，
得到更加纯净的晶体的方法。
要求：
1. 杂质在溶剂中溶解度很小或大，易除去。
2. 被提纯的物质的溶解度受温度影响较大，
升温时溶解度增大，降温时溶解度减小。
苯甲酸的重结晶实验
步骤： 加热溶解
趁热过滤
冷却结晶
重结晶
苯甲酸的重结晶实验
不同温度下苯甲酸在水中的溶解度
温度 0C
25
50
95
溶解度 g
0.17
0.95
6.8
加热苯甲酸溶解，冷却则结晶析出。
思考与交流:(P18)
温度越低，苯甲酸的溶解度越小，为了得到
更多的苯甲酸，是不是结晶时的温度越低越
好？
3、萃取
• 原理：利用混合物中一种溶质在互不相溶的两
种溶剂中的溶解性不同，用一种溶剂把溶质从
它与另一种溶剂组成的溶液中提取出来的方法
• 仪器：分液漏斗、烧杯、铁架台(含铁圈)
分液
• 操作过程： 振荡→
静置→
萃取包括：
1）液—液萃取：是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：是用有机溶剂从固体物
质中溶解出有机物的过程 (专用仪器设备)
4、色谱法：阅读P.19
利用吸附剂对不同有机物吸附作用的不同，
分离、提纯有机物的方法。
例如：用粉笔分离色素……
[练习1]下列每组中各有三对物质，它们都能
用分液漏斗分离的是
A 乙酸乙酯和水，酒精和水，植物油和水
B 四氯化碳和水，溴苯和水，硝基苯和水
C 甘油和水，乙酸和水，乙酸和乙醇
D 汽油和水，苯和水，己烷和水
[练习2]可以用分液漏斗分离的一组液体混和
物是
A 溴和四氯化碳
B 苯和溴苯
C 汽油和苯
D 硝基苯和水



[练习3]某工厂废液经测定得知主要含有乙醇，其中还溶有丙酮、
乙酸和乙酸乙酯。根据各物质的性质（如下表），确定通过下
列步骤回收乙醇和乙酸。
物质丙酮、乙酸乙酯、乙醇、乙酸的沸点（℃）分别是：
56.2、77.06、78、117.9
①向废液中加入烧碱溶液，调整溶液的pH＝10
②将混和液放入蒸馏器中缓缓加热
③收集温度在70～85℃时的馏出物
④排出蒸馏器中的残液。冷却后向其中加浓硫酸（过量），然
后再放入耐酸蒸馏器进行蒸馏，回收馏出物
使乙酸转变成钠盐,使
请回答下列问题：
乙酸乙酯在加热时水解
（1）加入烧使溶液的pH＝10的目的是 成乙酸钠和乙醇；
（2）在70～85℃时的馏出物的主要成份是 乙醇
；
（3）在步骤④中，加入过量浓硫酸的目的是（用化学方程式
2CH3COONa+H2SO4→2CH3COOH+Na2SO4
表示）______________________________________
（4）当最后蒸馏的温度控制在85～125℃一段时间后，残留液
中溶质的主要成份是 Na2SO4 H2SO4 。
二、元素分析→确定实验式
有 机 物
（纯净）
？
首先要确定有机物
中含有哪些元素
确定
分子式
研究有机物的一般步骤和方法
如何利用实验的方法确定有机物中C、H、
O各元素的质量分数？
李比希法
现代元素分析法
“李比希元素分析法”的原理：
取定量含C、 加氧化铜
H（O）的有
氧化
机物
H2O
计算O含量
得前后
CaCl2吸收 质量差
用KOH浓
CO2
得出实验式
用无水
溶液吸收
得前后
质量差
计算C、H含量
求有机物的实验式：
【例题】某含C、H、O三种元素的未知物A，经
燃烧分析实验测定A中碳的质量分数为52.16%，
氢的质量分数为13.14%，求A的实验式。
解： 氧的质量分数为 1－ 52.16%－ 13.14%
＝34.70%
各元素原子个数比 N(C)：N(H)：N(O)
52.16% 13.14% 34.70% ＝ 2：6：1


＝
12.01
1.008
16.00
A的实验式为：C2H6O
若要确定它的分子式，还需要什么条件？
三、确定相对分子质量→确定分子式
1、确定相对分子质量的常见方法：
（1）根据标况下气体的密度可求：M =
22.4L/mol ▪ρg/L=22.4ρ g/mol
（2）依据气体的相对密度：M1 = DM2(D:相对
密度)
m总
（3）求混合物的平均式量：M 
n总
（4）运用质谱法来测定相对分子质量
2、测定相对分子质量最精确快捷的方法
——质谱法
用高能电子流轰击分子，使其失去电子变成
带正电荷的分子离子和碎片离子，带正电荷
的分子离子和碎片离子具有不同质量，它们
在磁场下达到检测器的时间不同，结果被记
录为质谱图。
相对分子质量
的测定——
质谱仪
（1）质荷比是什么？
分子离子与碎片离子的相对质量与其
电荷的比值
（2）如何确定有机物的相对分子质量？
由于分子离子的质荷比越大，达到检测器
需要的时间最长，因此谱图中的质荷比最大的
就是未知物的相对分子质量）
A
未
知
化
合
物
的
质
谱
图
结论：A的相对分子质量为46
【例题】2002年诺贝尔化学奖获得者的贡献之一是发
明了对有机物分子进行结构分析的质谱法。其方法是
让极少量的（10－9g）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C2H6＋、C2H5＋、C2H4＋
……，然后测定其质荷比。某有机物样品的质荷比如
右图所示（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），则该有机物可能是
A 甲醇
B 甲烷
C 丙烷
D 乙烯

【练习】某有机物的结构确定过程前两步为：
①测定实验式：某含C、H、O三种元素的有机物，经
燃烧分析实验测定其碳的质量分数是64.86%，氢的质
量分数是13.51%, 则其实验式是（C4H10O）。
②确定分子式：下图是该有机物的质谱图，则其相对
分子质量为（ 74 ），分子式为（ C4H10O ）。
3、有机物分子式的确定方法：
【方法一】最简式法
根据分子式为最简式的整数倍，因
此利用相对分子质量的最简式可确定其
分子式。
【例题】某同学为测定维生素C（可能含C、H或C、
H、O）中碳、氢的质量分数，取维生素C样品研碎，
称取该样品0.352 g，置于铂舟并放入燃烧管中，不
断通入氧气流。用酒精喷灯持续加热样品，将生成物
先后通过无水硫酸铜和碱石灰，两者分别增重0.144g
和0.528g，生成物完全被吸收。试回答以下问题：
（1）维生素C中碳的质量分数是 41％，氢的质量分
数是 4.55％。
肯定含有氧
（2）维生素C中是否含有氧元素？为什么？
（3）试求维生素C的实验式：C3H4O3
（3）若维生素C的相对分子质量为176，请写出它的
分子式 C6H8O6
【练习】吗啡和海洛因都是严格查禁的毒品。
吗啡分子含C 71.58%、H 6.67%、N 4.91%、
其余为O。已知其分子量不超过300。试求：
⑴吗啡的分子量；⑵吗啡的分子式。
C17H19NO3
285
已知海洛因是吗啡的二乙酸酯。试求：⑴海洛
因的分子量；⑵海洛因的分子式。
369
C21H23NO5
16.84%
【方法二】直接法
密度(或相对密度)→摩尔质量→1mol
气体中元素原子各为多少摩尔→分子式
学与问
课本P21
实验表明，许多咖啡和可乐饮料中含有兴
奋性物质咖啡因。经实验测定，咖啡因分子中
各元素的质量分数是: 碳49.5％，氢5.20％，氧
16.5％，氮28.9％，其摩尔质量为194.1g/mol
你能确定它的分子式吗？
【方法三】余数法
①用烃的相对分子质量除以14，视商数和余数
余2为烷烃
M(CxHy)/M(CH2)
整除为烯烃或环烷烃
＝M/14＝a……
差2整除为炔烃或二烯烃
(a为碳原子数)
差6整除为苯或其同系物
此法用于具有确定通式的烃(如烷、烯、炔、苯的同系物等)
②若烃的类别不确定CxHy，可用相对分子质量
M除以12，看商和余数，即M/12＝x……余y，
分子式为CxHy
【例题】分别写出相对分子质量为128、72的
烃的分子式
【方法四】方程式法
在同温同压下，10mL某气态烃在50mL
O2里充分燃烧，得到液态水和体积为35mL的
混合气体，则该烃的分子式可能为（BD）
A、CH4 B、C2H6
C、C3H8
D、C3H6
三、波谱分析——确定结构式
确定有机物结构式的一般步骤是：
（1）根据分子式写出可能的同分异构体
（2）利用该物质的性质推测可能含有的官能
团，最后确定正确的结构
例：未知物A的分子式为C2H6O，其结构可能
是什么？
H H
H－C－C－O－H 或
H H
H
H
H－C－O－C－H
H
H
1、红外光谱
红外光谱法确定有机物结构的原理是：
由于有机物中组成化学键、官能团的原子处于不断振
动状态，且振动频率与红外光的振动频谱相当。所以，
当用红外线照射有机物分子时，分子中的化学键、官
能团可发生震动吸收，不同的化学键、官能团吸收频
率不同，在红外光谱图中将处于不同位置。因此，我
们就可以根据红外光谱图，推知有机物含有哪些化学
键、官能团，以确定有机物的结构。
•红外光
谱鉴定分
子结构
可以获得化学键和官能团的信息
结论：A中含有O-H、C-O、C-H
CH3CH2OH的红外光谱
2、核磁共振氢谱
如何根据核磁共振氢谱确定有机物的结构？
对于CH3CH2OH、CH3—O—CH3这两种物质
来说，除了氧原子的位置、连接方式不同外，碳原
子、氢原子的连接方式也不同、所处的环境不同，
即等效碳、等效氢的种数不同。
处在不同化学环境中的氢原子因产生共振时吸
收电磁波的频率不同，在谱图上出现的位置也不同，
这种差异叫化学位移δ。
从核磁共振氢图谱上可推知该有机物分子有
几种不同类型的氢原子（波峰数）及它们的
数目比（波峰面积比）。
核磁共振
可以推知未知物A分子有3种不同类型的氢原子
及它们的数目比为3：2：1
CH3CH2OH的红外光谱
因此，A的结构为：
H H
H－C－C－O－H
H H
【例题】下图是一种分子式为C4H8O2 的有机
物的红外光谱谱图,则该有机物的结构简式为：
CH3COOCH2CH3
不对称CH3
C—O—C
C=O
【练习】有一有机物的相对分子质量为74，确
定分子结构，请写出该分子的结构简式
CH3CH2OCH2CH3
对称CH3 对称CH2
C—O—C
【例题】一个有机物的分子量为70,红外光谱表
征到碳碳双键和C＝O的存在，核磁共振氢谱列
如下图：
说明：这四种峰的面积比是：1：1：1：3 ①写出该有机
物的分子式：
C 4H 6O
②写出该有机
物的可能的结
构简式：
CH3CH=CHCHO
【练习】2002年诺贝尔化学奖表彰了两项成果，
其中一项是瑞士科学家库尔特·维特里希发明了
“利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三
维结构的方法”。在化学上经常使用的是氢核
磁共振谱，它是根据不同化学环境的氢原子在
氢核磁共振谱中给出的信号不同来确定有机物
分子中的不同的氢原子。下列有机物分子在核
磁共振氢谱中只给出一种信号的是
A HCHO
B CH3OH
C HCOOH
D CH3COOCH3

【练习】 分子式为C3H6O2的二元混合物，分离
后,在核磁共振氢谱上观察到氢原子给出的峰有
两种情况。第一种情况峰给出的强度为1︰1；
第二种情况峰给出的强度为3︰2︰1。由此推断
混合物的组成可能是（写结构简式）
。
CH3COOCH3
CH3CH2COOH
HOCH2COCH3
研究有机化合物的一般步骤和方法
步骤
小
结
分离、提纯
元素定量分析
确定实验式
测定相对分子质量
确定分子式
波谱分析
确定结构式
方法
蒸馏、重结晶、萃取
组
成
元素分析
质谱法
相
质对
量分
子
红外光谱
核磁共振氢谱
结
构
无水酒精的制取
• 普通酒精含乙醇95.57%(质量)和水4.43%，这是恒沸点
•
•
•
混合物，它的沸点是78.15℃，比纯乙醇的沸点(78.5℃)
低。把这种混合物蒸馏时，气相和液相的组成是相同的，
即乙醇和水始终以这个混合比率蒸出，不能用蒸馏法制得
无水酒精。
实验室制备无水酒精时，在95.57%酒精中加入生石灰
(CaO)加热回流，使酒精中的水跟氧化钙反应，生成不挥
发的氢氧化钙来除去水分，然后再蒸馏，这样可得
99.5%的无水酒精。如果还要去掉这残留的少量的水，
可以加入金属镁来处理，可得100%乙醇，叫做绝对酒精。
工业上制备无水酒精的方法是在普通酒精中加入一定量的
苯，再进行蒸馏。于64.9℃沸腾，蒸出苯、乙醇和水的三
元恒沸混合物(比率为74∶18.5∶7.5)，这样可将水全部蒸
出。继续升高温度，于68.3℃蒸出苯和乙醇的二元混合物
(比率为67.6∶32.4)，可将苯(80.1℃)全部蒸出。最后升
高温度到78.5℃，蒸出的是无水乙醇。
近年来，工业上也使用强酸性阳离子交换树脂(具有极性
基团，能强烈吸水)来制取无水酒精.
【练习】 通式法的应用
常温下为气态的烷烃A和炔烃B的混合气体，其
密度是H2的27.5倍，已知A、B分子中含碳原子
数相同。求：(1)A、B的分子式；(2)A与B的体
积比。
【练习】 商余法的应用
某有机物的相对分子质量为180，则：
(1)该有机物_______(填“可能”或“不可能”)
是饱和烃
(2)若该有机物含氧元素，且烃基饱和，则可能
是_________或___________(写名称)
混合物的平均相对分子质量M=27.5*2=55g/mol
（A，B的相对分子质量一定是B的小于55，A的大于55）
因为A、B分子中含碳原子数同
所以设A:CnH2n+2, B:CnH2n-2
只有当n=4时，符合。
所以A：C4H10，B：C4H6
（2）设A的体积分数是x
那么58x + 54(1-x)=55
得x=0.25
所以VA:VB=0.25:0.75=1:3
其密度是同条件下的H2的27.5倍
平均分子量为2*27.5＝55
用商余法（55/12）得平均分子式
A、B的分子式：C4H10,C4H6
A、B体积比(十字交叉法) 1：3
【方法指导】
实验式的确定：
实验式是表示化合物分子所含各元素的原子
数目最简单整数比的式子。实验式又叫最
简式。
方法：
①若已知有机物分子中C、H等元素的质量
或已知C 、H等元素的质量比或已知C、H
等元素的质量分数，则
N(C):N(H):N(O)==______
②若有机物燃烧产生的二氧化碳和水的物质
的量分别为n(CO2)和n(H2O),
则N(C):N(H)==__________
2．确定相对分子质量的方法：
①M==m/n(M表示摩尔质量 m表示质量 n表示
物质的量)
②已知有机物蒸气在标准状况下的密度：
Mr== 22.4* 密度（注意密度的单位）
③已知有机物蒸气与某物质（相对分子质量为
M’）在相同状况下的相对密度D：则Mr==M’*
D
④M== M(A)* X(A) + M(B)*X(B)……（M表示
平均摩尔质量，M(A)、M(B)分别表示A、B物
质的摩尔质量，X(A)、X(B)分别表示A B 物质
的物质的量分数或体积分数）
⑤根据化学方程式计算确定。
3.有机物分子式的确定：
①直接法
密度（相对密度）→摩尔质量→1摩尔分子中各元素原
子的物质的量→分子式
②最简式法
最简式为CaHbOc，则分子式为（CaHbOc）n，
n==Mr/(12a+b+16c)（Mr为相对分子质量）.
③余数法：
a)用烃的相对分子质量除14，视商和余数。
M(CxHy)/M(CH2)==M/14==A……
若余2，为烷烃 ;若除尽 ,为烯烃或环烷烃; 若差2，为
炔烃或二烯烃;若差为6，为苯或其同系物.
其中商为
烃中的碳原子数。（此法运用于具有通式的烃）
b)若烃的类别不确定：CxHy，可用相对分子质量除以
12，看商和余数。
④方程式法：
利用燃烧的化学方程式或其他有关反应的化学方程式进行计算确定。
⑤平均分子式法：
当烃为混合物时，可先求出平均分子式，然后利用平均值的含义确
定各种可能混合烃的分子式。
4.结构式的确定：
通过有机物的性质分析判断其结构