第一篇：具有光致变色和发光性能的有机化合物的合成及其性能研究_百度文(精)
V o l.21 2000年6月高等学校化学学报
CH E M I CAL JOU RNAL O F CH I N ESE UN I V ER S IT IES
N o.6 903～907
具有光致变色和发光性能的有机化合物的 合成及其性能研究
庞美丽 王永梅 孟继本 王积涛(南开大学化学系, 天津300071 摘要 以吲哚啉螺苯并吡喃与香豆素衍生物为原料, 用DCC 缩合酯化法在温和条件下合成了8种新的具有光致变色和发光性能的化合物, 确定了结构, 研究了紫外光谱、荧光光谱及光致变色性.所得化合物同时具有光致变色和发荧光的双重特性, 而且荧光光谱中有两个激发波长, 每一个波长对应产生一个不同的荧光发射峰.关键词 吲哚啉螺苯并吡喃;香豆素;紫外光谱;荧光光谱 中图分类号 O 626
文献标识码 A
文章编号 025120790(2000 0620903205 香豆素类化合物是一类重要的具有生物活性的苯并吡喃酮类化合物, 及重要的生物学意义, [16]合物是一类研究颇多的有机光致变色化合物,、光记录材料、光装饰材料、防伪技术等领域都有广泛的应用, [7～10].将香豆, 制备双功能有机化合物的研究尚未见文献报道., 用DCC 缩合酯化法在温和条件下合成了8种尚未, 确定了其结构, 并考察了其光谱特性和光致变色性.由于香豆素类化合物具有重要的生理活性, 该方面研究工作将在生理过程的跟踪以及生物探针的标记方面具有一定的指导意义.由于生物体内许多基团本身即带有一定的荧光, 因而传统的荧光标记法存在背景干扰等问题, 而光致变色现象是通过光聚焦电子显微镜在可见区检测光波长的改变, 与生物体内基团的光性能不冲突, 所受干扰较小, 因而具有一定的优越性.我们合成的化合物在多功能防伪材料的开发领域也有一定的应用前景(合成路线如Schem e 1和Schem e 2所示.1 结果与讨论 1.1 合成条件的改进
通常DCC 缩合酯化法有一锅法(路线1 和酸酐法(路线2 两种.一锅法是将所有的反应物、DCC、催化剂一次性加入后反应;酸酐法是先将酸与DCC 及催化剂混合反应一定的时间后, 滤出生成的脲, 再加入醇(酚 进行酯化反应.本文采用一锅法和酸酐法, 利用TL C 监测均发现副产物较多, 而采用Chai m Gilon 等[11]的方法(路线3 , 先将反应物、催化剂与反应溶剂充分混匀后, 再滴入DCC 溶在反应溶剂中的溶液, TL C 监测表明预期产物比例增大, 且副产物种类较少, 易于分离.我们推测可能原因如下:吲哚啉螺苯并吡喃存在如Schem e 3所示的3种互变异构形态.本文反应中可能存在的副反应主要是羧酸与C 异构体中的酚氧负离子结合成酯.由于羧酸与DCC 反应生成的酸酐在DM A P 存在下的高反应活性, 它并不优先与预期的醇(酚 结合, 而是首先和与其接触的反应物结合.在路线1中, 由于溶解性与扩散速率的影响, 羧酸与预期应参与反应的羟基
收稿日期:1999208231.基金项目:国家自然科学基金(批准号:29872015 及南开大学吸附与分离功能高分子材料国家重点实验室资助.联系人简介:孟继本(1938年出生 , 男, 教授, 博士生导师, 主要从事生物有机光化学研究.904高等学校化学学报.21V o l 并不比C 中的酚氧负离子优先接触, 因此产生的副反应较为明显.采用路线2合成3a _3d 时, 在加入香豆素衍生物前, 酸酐与酚氧负离子的副反应已进行到一定程度;在合成6a _6d 时, 由于溶解速度的原因, 吲哚啉螺苯并吡喃尚未完全溶解之前, 酸酐已与酚氧负离子发生了副反应.而在路线3中, 在形成酸酐之前, 两反应物已充分混合均匀, 当加入DCC 后, 在形成酸酐的过程中同时与羟基发生缩合反应, 由于羟基反应活性的差异, 优先生成的产物主要是预期产物.同时本反应还采用避光操作的措施尽量避免酚氧负离子的生成, 从而得到了适中的分离产率.2 2 O O 2+HO 32DCC DM A P CH 2C l 222O R 2(3a_3d R 13R 2(1(2a_2d
R 13a:R 1=R 2=R 3=H;3b:R 1=R 3=H , R 2=COCH 3;3c:R 1=CH 3, R 2=R 3=H;3d:R 1=CH 3, R 2=H , R 3=COCH 3Sche m e 1 Syn thesis of co m pounds 3a _3d 2 2 OH 222DCC DM A P CH 2C l 222O O(6a_6d R 1
23R 2(4(5a_5d
R 1R 2 6a:R 1=R 2=R 3=H;6b:R 1=R 3=H , R 2=COCH 3;6c:R 1=CH 3, R 2=R 3=H;6d:R 1=CH 3, R 2=H , R 3=COCH 3.Sche m e 2 Syn thesis of co m pounds 6a _6d O R 2R O 2 NO 2(C
(A
(B R Sche m e 3 Photochro m is m m echan is m of sp iropyran s 1.2 产物结构的确定
产物质谱中均有明显的分子离子峰, m z =158, 291处峰的存在表明了吲哚啉螺苯并吡喃结构的存在, m.产物的溶液具有光致变色和荧光的双重特性, I R z =132处峰的存在表明了香豆素环的存在
谱图中均有相应特征官能团的吸收, 以化合物3d 为例, 1774c m-1为开链酚酯羰基的伸缩振动, 1744c m-1为香豆素环内酯羰基的伸缩振动, 1704c m-1为乙酰基羰基的伸缩振动, 1610～1540c m-1为芳环骨架振动, 1514, 1336c m-1为硝基的伸缩振动.结合1H NM R、元素分析, 确定其为预期产物.1.3 产物光谱性能的研究
产物的有机溶液具有明显的光致变色性, 在日光光照下溶液由无色透明变为紫红色或蓝紫色, 暗消色速度很快, 在10-4m o l.将样品涂布到打印纸上测定L 的氯仿溶液中, 在10s 之内样品完全消色
其固体紫外光谱, 发现所有样品在光照后均在(565±5 nm 处出现新的的最大吸收峰(图1 , 这是吲
N o.6庞美丽等:具有光致变色和发光性能的有机化合物的合成及其性能研究
905哚啉螺苯并吡喃紫外吸收峰发生变化的特征区域.测定产物的荧光光谱发现, 在200～500nm 之间有
2个激发吸收峰.以338nm 作为激发光, 样品的最大发射峰在380～420nm 之间;以400nm 作为激发光, 样品的最大发射峰在800nm 处(图2.这种双波长激发性能使得产物荧光光谱更具有独特性和专一性, 结合其光致变色性, 使该产物在特异性多功能材料的开发应用方面具有广阔的应用前景
.F ig.1 Solid UV ref lection-spectra of co m pound 6
c F ig.2 Fluorescence spectra of m pound 6c Slit :3nm;w avelength :nm;(B 400nm.2 实验部分 2.1 实验仪器及试剂
NA GE M A PHM , BRU KER A C 2P 200型核磁共振仪, 7070E 2H E 型质谱仪, N 型红外光谱仪, PE 2240型元素分析仪, Sch i m atzu UV 22101PC 型紫外可见分光光度计, i m atzu R F 2540型荧光光谱仪.柱层析用硅胶H(60型, 青岛海洋化工集团公司 , 二氯甲烷及DCC 用前经无水重蒸处理, 其余试剂均使用市售分析纯试剂.2.2 原料合成
化合物1参照文献[12]方法合成, 化合物2a —2d 参照文献[13]方法合成, 化合物4参照文献[14]方法合成, 化合物5a —5d 参考文献[15]方法合成.2.3 化合物3a —3d 的合成
在100mL 三口瓶中加入0119g(015mm o l 取代羧乙基吲哚啉螺苯并吡喃, 015mm o l 72羟基取代香豆素, 6m g DM A P(对二甲氨基吡啶 , 20mL 无水二氯甲烷, 于室温搅拌1h , 再滴入01124g(016mm o l DCC 的二氯甲烷溶液, 在避光室温下搅拌反应24h , 滤去生成的脲, 滤液用饱和N aHCO 3洗3次, 再用水洗3次, 经无水N a 2SO 4干燥过夜.滤除干燥剂, 浓缩, 用柱色谱分离[V(丙酮
3]得纯净产品, 表征数据如下:V(石油醚 =1 +13a :白色针状晶体, 产率4412%;熔点152～153℃(分解;M S(E I , m z :524(M;H NM R(CDC l 3, 200M H z , ∆:1115(s , 3H , CH 3 , 1126(s , 3H , CH 3 , 2196(m , J =514H z , 2H , CH 2 , 3168(m , J =514H z , 2H , CH 2 , 5185, 5190(d , 1H , 6133, 6138(d , 1H , 6164～7135(m , 8H ,-1π A rH , 7140, 7145(d , 1H , 7162, 7167(d , 1H , 7197(m , 2H;I R(KB r 压片 , Μc m :1760，1730, 1512, 1338;元素分析(%, 括号内为计算值 :C 68133(68169 , H 4135(4161 , N 5129(5134.+13b :白色针状晶体, 产率5110%;熔点181～182℃(分解;M S(E I , m z :566(M;H NM R(CDC l 3, 200M H z , ∆:1115(s , 3H , CH 3 , 1126(s , 3H , CH 3 , 2169(s , 3H , CH 3 , 2196(m , J =514
～7135(m , 8H , A rH , H z , 2H , CH 2 , 3168(m , J =514H z , 2H , CH 2 , 5185, 5190(d , 1H , 6164
906高等学校化学学报.21V o l-1π7157, 7161(d , 1H , 7198(m , 2H , 8145(s , 1H;I R(KB r 压片 , Μ c m :1762, 1724, 1686, 1514, 1336;元素分析(%, 括号内为计算值 :C 67177(67184 , H 4158(4163 , N 4192(4194.+13c :白色针状晶体, 产率6316%;熔点168～169℃(分解;M S(E I , m e :538(M;H NM R(CDC l 3, 200M H z , ∆:1115(s , 3H , CH 3 , 1126(s , 3H , CH 3 , 2140(s , 3H , CH 3 , 2195(m , J =514 ～7124(m , H z , 2H , CH 2 , 3168(m , J =514H z , 2H , CH 2 , 5186, 5191(d , 1H , 6125(s , 1H , 6163-1π8H , A rH , 7152, 7156(d , 1H , 8100(m , 2H;I R(KB r 压片 , Μ c m :1778, 1730, 1512, 1338;元素分析(%, 括号内为计算值 :C 68197(69113 , H 4179(4187 , N 5118(5120.+13d :白色针状晶体, 产率5714%;熔点141～142℃(分解;M S(E I , m z :580(M;H NM R
(CDC l 3, 200M H z , ∆:1115(s , 3H , CH 3 , 1126(s , 3H , CH 3 , 2142(s , 3H , CH 3 , 2160(s , 3H , CH 3 , 2196(m , J =514H z , 2H , CH 2 , 3168(m , J =514H z , 2H , CH 2 , 5182, 5186(d , 1H , 6129(s , 1H , 6164～7135(m , 7H , A rH , 7158, 7163(d , 1H , A rH , 7198(m , 2H;I R(KB r 压片 ,-1π Μc m :1774, 1744, 1704, 1514, 1336;元素分析(%, 括号内为计算值 :C 68123(68126 , H 4180(4186 , N 4184(4183.2.4 化合物6a —6d 的合成
在100mL 三口瓶中加入01176g(015mm o l 取代羟乙基吲哚啉螺苯并吡喃, 015mm o l 72羟基取代香豆素, 6m g DM A P , 20mL 无水二氯甲烷, 于室温电磁搅拌1h , 再滴入01124g(016mm o l DCC 的二氯甲烷溶液, 避光室温搅拌24h , 滤去生成的脲, 滤液用饱和N aHCO 3洗, 再用水洗3次, 无
得纯品, 数据如下:水N a 2SO 4干燥过夜.滤除干燥剂, 浓缩, 柱色谱分离[(V 1+16a :白色针状晶体, 产率6712%;熔点132～I z :554(M;H NM R(CDC l 3, 200M H z , ∆ :1110(s , 3H , 3 , s , , 3150(m , J =514H z , 2H , CH 2 , 4136(m , J =514H z , 2H , , 2183, 5188(d , 1H , 6123, 6128(d , 1H , 6155～7124(m , 8H , 1, 1H , 7158, 7163(d , 1H , 7197(m , 2H;I R(KB r 压片 ,-1π Μc m :1756, 111336;元素分析(%, 括号内为计算值 :C 67101(67114 , H 4169(4173 , N 5106(5105.6b :白色针状晶体, 产率5912%;熔点139～140℃(分解;M S(E I :596(M +;1H NM R(CDC l 3, 200M H z , ∆:1105(s , 3H , CH 3 , 1125(s , 3H , CH 3 , 2168(s , 3H , CH 3 , 3150(m , J =514H z , 2H , CH 2 , 4136(m , J =514H z , 2H , CH 2 , 4159(s , 2H , CH 2 , 5183, 5188(d , 1H , 6113(s ,-1π1H , 6142～7124(m , 8H , A rH , 7157, 7161(d , 1H , 7196(m , 2H;I R(KB r 压片 , Μ c m :
1758, 1724, 1686, 1514, 1336;元素分析(%, 括号内为计算值 :C 66101(66143 , H 4156(4173 , N 4163(4170.+16c :白色针状晶体, 产率7915%;熔点128～129℃(分解;M S(E I , m z :568(M;H NM R(CDC l 3, 200M H z , ∆:1109(s , 3H , CH 3 , 1125(s , 3H , CH 3 , 2136(s , 3H , CH 3 , 3150(m , J =514H z , 2H , CH 2 , 4136(m , J =514H z , 2H , CH 2 , 4158(s , 2H , CH 2 , 5189, 5194(d , 1H , 6112-1π(s , 1H , 6180 ～7124(m , 8H , A rH , 7141, 7145(d , 1H , , 7196(m , 2H;I R(KB r 压片 , Μc m :
1758, 1728, 1512, 1336;元素分析(%, 括号内为计算值 :C 67143(67160 , H 4199(4196 , N 4191(4193.+16d :白色针状晶体, 产率7113%;熔点136～137℃(分解;M S(E I , m z :610(M;H NM R(CDC l 3, 200M H z , ∆:1105(s , 3H , CH 3 , 1125(s , 3H , CH 3 , 2134(s , 3H , CH 3 , 2159(s , 3H , CH 3 , 3150(m , J =514H z , 2H , CH 2 , 4136(m , J =514H z , 2H , CH 2 , 4161, 4162(d , 2H , CH 2 , 5183, 5188(d , 1H , 6115(s , 1H , 6142～7124(m , 7H , A rH , 7128, 7132(d , 1H , 7196(m , 2H.-1π I R(KB r 压片 , Μc m :1758, 1734, 1706, 1512, 1336;元素分析(%, 括号内为计算值 : C 66173(66188 , H 4162(4195 , N 4134(4159.2.5 产物紫外光谱的测定方法
将样品溶于有机溶剂中, 然后涂布于普通打印纸上, 在Sch i m atzu UV 22101PC 型紫外可见分光光
N o.6庞美丽等:具有光致变色和发光性能的有机化合物的合成及其性能研究
907度计上测定其光照前后的固体反射光谱.2.6 产物荧光光谱的测定方法
样品溶于氯仿配制成1×10-4m o l L 溶液, 用338nm 及400nm 的光激发, 激发与发射单色仪的狭缝均为3nm , 在Sch i m atzu R F 2540型荧光光谱仪上扫描测得.参 考 文 献
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(D ep art m ent of Che m istry , N ankai U niversity , T ianj in 300071, Ch ina Abstract E igh t new com pounds w h ich have bo th p ho toch rom ic and fluo rescen t character have been syn thesized by esterificati on reacti on in the p resence of DCC from the derivatives of indo lino sp irobenzop yran s and coum arin s.T he structu re of these new com pounds w ere iden tified and their spectrum p roperties w ere studied.T he new com pounds w ere show n to be have bo th p ho toch rom is m character and fluo recen t character , and their fluo rescen t spectrum have tw o exciting w avelength and tw o differen t em itting p eak resp ectively.T hey w ere exp ected to be app lied in such areas as an ti 2fo rgery m aterials , b i o 2labeling reagen ts , and o ther m u lti p le 2functi onal m aterials.Keywords Indo lino sp irobenzop yran;Coum arin;UV reflecti on 2spectra;F luo rescence spectrum(Ed.:J , R , L
第二篇：基于多羧酸配体的金属-有机框架材料的合成与性能研究开题报告
基于多羧酸配体的金属-有机框架材料的合成与
性能研究开题报告
指导老师：吴传德
化学系 0801班 姓名 乐月琴 学号 3080103522 选题的背景和意义
1.1 选题背景和国内外研究现状
金属-有机框架(Metal-Organic Framework，MOF)是指有机配体与金属离子通过自组装形成的具有周期性网络结构的金属-有机框架材料[1]。它集合了有机聚合物和配位化合物两者的特点，既不同于一般的有机聚合物，也不同于硅氧类的无机聚合物，而是结合了有机配体和无机金属离子两者的特点，可以通过选择适宜的配体和金属离子或金属簇，控制影响自组装的各种微妙因素，合成出具有新奇拓扑结构的金属一有机超分子，如一维链、梯子、方块、砖墙、蜂窝等，为开发新型功能材料提供了丰富的研究素材，近十年来得到了学术界的广泛重视[2-5]。金属-有机框架材料具有性质独特、结构多样化、不寻常的光电磁效应、众多的可供使用的金属离子等特点，在非线性光学、磁性、超导、催化、吸附、分离、主客体化学及生物制药等诸多方面显示了潜在的应用前景[6-7]。如在气体储存方面，由于MOFs材料大部分具有孔隙结构和特殊的构造,在气体的存储方面有潜在的应用。Yaghi等[8]对有MOF-5 骨架结构的16 种MOFs 进行了甲烷吸附性能的研究,这些骨架的孔是均匀、周期性排列的,孔隙率达到91.1 %。在36 个大气压、室温下,对甲烷的吸附量可以达到240cm3(STP)·g-1。2005年Yaghi研究小组[9]的综述中对当时文献中所报道的金属有机骨架材料储氢性能进行了简要的汇总；其中MOF-505在77K(1 atm)条件下表现了相对比较好的储氢能力，每克样品吸附24.8 mg 氢气。在吸附和分离方面，由于多孔材料特有的骨架结构和表面性质,使得其对不同的气体的吸附作用不一样,从而可以对某些混合气体体系进行分离。Kim 等[10]合成了甲酸锰化合物,其表面积不是很大,约为240m2/g ,但是这种金属有机骨架对氮气、氢气、氩气、二氧化碳、甲烷等具有选择性的吸附。这种材料就可以作为一种选择性分子筛,可能会有很重要的工业应用,如从天然气中脱除二氧化碳,从含有氮气、一氧化碳或甲烷的混合气中回收氢气。在充当反应器方面，MOFs的多孔性以及孔径可调性，除了能用作储存以及筛分等之外，MOFs的孔道中能够进行化学反应生成己知或未知的产物。随着主体MOFs的选定，孔道将会作为合成的纳米模板，由于孔道的大小是一定的，故能获得单分散的纳米粒子，纳米粒子的大小可由主体材料的孔径调节。Ferey[11]以MIL-101作为主体材料，将制备的MIL-101浸入含有Zn盐的溶液中，制备出含有Zn2+的MIL-101，小心洗涤后在300 K的条件下与H2S作用，制备出孔道有半导体ZnS纳米粒子的复合物。通过高分辨力电镜和化学组成分析证明半导体粒子存在于孔道中，而不在主体材料MIL-101的表面。
金属-有机框架材料的研究是由配位化学发展而来的，在此后的发展中，对MOFs的研究很好的结合了有机化学、结构化学、超分子化学等学科。
1990年Robson[12]将无机网络结构中的研究成果拓展到有机和金属-有机聚合物领域中，首次提出以下设想：以一些简单矿物的结构为网络原型，用几何上匹配的分子模块代替网络结构中的节点，用分子链接代替其原型网络中的单个化学键，以此来构筑具有矿物拓扑的配位聚合物。而且成功的合成了由4,4',4'',4'''-四氰基苯甲烷与正一价铜离子构筑的具有金刚石拓扑的三维配位聚合物。1994年Fujita[13]用Cd与4，4'-联吡啶合成了具有二维方格网络结构的聚合物，它具有很好的催化活性，能加速氰基甲烷基化反应。1995年，美国化学家Moore[14]在Nature上报道了Ag与2，4，6-三(对氰基苯基乙炔基)苯形成的具有蜂窝状骨架结构的三维聚合物，该聚合物具有生物活性，能够促进细胞增大。同年Fujita[15]在Nature上提出了选择适当的刚性有机配体与金属离子构筑微孔材料，也就是金属-有机框架结构(Metal-Organic Framework，MOF)材料，这类材料可以吸附客体分子，在脱出客体分子后骨架仍然保持稳定，并合成了由均苯三甲酸与Co构成的化合物在随后的时间里，Yaghi等合成了非常具有代表性的MOF系列配位聚合物，其孔径和比表面积超过传统的分子筛，成为了配位聚合物发展史上的一个里程碑[12]。
在此后的十几年岁月，MOFs的研究逐渐变得热门，更多性能多样优良，比面积极大的MOFs被研究出来。1999年Yashi研究小组合成的MOF-5 Langmuir比表面积高达2900m2/g[16]。
2005年Ferey研究小组合成的MIL-100和MIL-101都包含多级孔道和很大的比表面积[17-20]。这些化合物无疑展现了金属-有机框架材料诱人的前景，如气体的吸附、催化、药物载体等。1.2 选题的意义
具有空d和空f轨道的d、ds和4f区过渡金属与配体易形成配位键；芳香羧酸刚性平面骨架上的羧基具有特定角度且配位点多，能以多样的配位模式在特定的方向上连接金属离子，还可做为氢键受体和给体。通过各配体相互调整组合，可进一步调节MOF的空间构型得到多种拓扑结构，并利用配体共轭芳环对电子的传递作用，将令人感兴趣的光催化、荧光等特性引入到MOF的骨架中，从而合成一系列具有特定结构和功能的MOF材料。
在MOFs的合成中，分子间作用力极为难以预测，所以造成了合成过程与结果在一定程度上的不可预测。因此,努力辨识和修正合成条件,使金属和配体之间能按意想的方式作用并结合就显得极为重要了。金属离子和配体的浓度、溶剂的极性、pH 值和温度的微小的变化都可能导致晶体质量和产率的变化,或产生全新的骨架结构。但是,只要确定了合适的条件,合成就会获得非常高的产率,能耗也比较低,还有合理的时间范围,溶剂也可循环使用。a、金属离子与配体的摩尔比：金属离子与配体的比例也很大程度上影响着骨架的性能。一般地,金属离子与配体的摩尔比在1∶10到10∶1之间。当金属的比例超过配位的化学计量比时,配体能充分地以多齿型配位,而且金属会有不饱和位存在,对于骨架性能的研究尤其是催化作用是非常有利的;反之,配体就可能会全部或部分以单齿型配位,形成的骨架可能没有前者稳定,而且没有或仅有很少量的金属不饱和位。b、模板试剂和溶剂：在骨架的合成中,模板试剂的选择是非常重要的。使用不同的模板试剂可能会产生完全不同结构的骨架。模板试剂的量并不是非常关键,能相应较大量地使用,不会影响反应和微孔材料的制备。混合溶剂经常用于调节体系的极性和溶剂2配体交换动力学,影响晶体生长速率。溶剂分子与骨架发生弱的相互作用,是稳定骨架的一种有效的方法。如果希望晶体有高的产率,通过增加溶剂浓度和搅拌可降低反应时间。去质子化溶剂的选择也是非常重要的,可能会使酸性配体完全或部分地去质子化,从而使得配体与金属离子的配位方式不同,生成不同的骨架结构。c、温度和pH值：在高温的水热条件和在室温的温和条件下,羧基的配位能力不同, 从而生成的骨架结构就不同。在高温条件下羧基是以多齿型配位的,易形成多维结构;而在室温条件下是以单齿型配位的,易形成一维结构。同时,反应溶液的pH 值不同,生成的骨架结构也不同。随着反应的pH 值增大,金属离子桥接氧或羟基的数量就增加,从而使骨架单元增大。
所以通过调整温度、金属离子和配体摩尔比、溶剂等来调节晶体的结构，尝试找出特定配体和中心离子合成MOFs的最佳条件，并通过XRD、热重分子等解析结构，研究性能，并尝试解释原因。研究的基本内容
2.1 研究的基本内容 2.1.1 培养晶体
寻找合适的多羧酸配体和中心离子，培养出数种结构较好的MOFs； 2.1.2 合成研究
通过调整温度、金属离子和配体摩尔比、溶剂等来调节晶体的结构，尝试找出特定配体和中心离子合成MOFs的最佳条件； 2.1.3 性能研究
通过XRD、热重分析仪等仪器来解析上述晶体的结构，并研究其基本性能。2.1.4 研究的重点和难点
研究的重点在于找到合适的多羧酸配体和中心离子来培养MOFs。研究的方法
采用传统的扩散法来培养MOFs。在扩散法中,将金属盐、有机配体和溶剂按一定的比例混合成溶液,放入一个小玻璃瓶中,将此小瓶置于一个加入去质子化溶剂的大瓶中,封住大瓶的瓶口,然后静置一段时间即可有晶体生成。进度计划和预期目标
4.1进度计划 2011年12月，选题和确认导师；
2012年1月至3月9日，文献阅读，并且完成文献综述和开题报告； 2012年3月10日至4月10日，晶体的培养和筛选，并且研究合成条件（温度、金属离子与配体摩尔比）对MOFs结构的影响；
2012年4月11日至5月17日，晶体性能研究； 2012年5月17日至25日，毕业论文撰写和答辩。4.2 预期目标
培养出数种结构较好的多羧酸配体的金属-有机框架材料，并且进行结构解析和性能研究。
参考文献
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第三篇：聚羧酸高效减水剂的低温合成技术及性能研究
聚羧酸高效减水剂的低温合成技术及性能研究
---青岛鼎昌新材料 引言近年来，混凝土外加剂的生产已经朝着高性能、无污染方向发展。以聚羧酸系为代表的第三代高性能减水剂大量应用于大型建设工程。该类减水剂的主要优点是掺量低、减水率高、高分散性、高保坍性、引言
近年来，混凝土外加剂的生产已经朝着高性能、无污染方向发展。以聚羧酸系为代表的第三代高性能减水剂大量应用于大型建设工程。该类减水剂的主要优点是掺量低、减水率高、高分散性、高保坍性、引气量小、不泌水等，是配制高强度、高耐久性、大流态等高性能混凝土的首选减水剂，并被国内外公认为环保型高性能减水剂，对此类减水剂的合成研究是当前混凝土外加剂研究领域的最热门课题之一。
目前，聚羧酸合成技术已经比较成熟、稳定，但仍存在着合成温度比较高(60 ～80 ℃)，整个反应时间比较长(5 ～7 h)，生产效率低的问题对于在低温条件下、高效合成减水剂的工艺罕见报道，因此开发出一种合成温度低、反应时间短的合成方法显得尤为重要。本研究从降低聚合反应的温度(20 ～25 ℃)入手，以异戊烯醇聚氧乙烯醚、甲基丙烯磺酸钠、丙烯酸、复合引发剂 E 等为原料，在较短反应时间内(2 h)，通过自由基共聚合反应合成聚羧酸高效减水剂，实现一种聚羧酸减水剂的低温合成技术。试验
2． 1 主要原料和设备
异戊烯醇聚氧乙烯醚(TPEG2400)，工业品;甲基丙烯磺酸钠(SAMS)，化学纯;丙烯酸(AA)，工业品;去离子水，工业品;氢氧化钠，分析纯;引发剂 E。
DF-101S 集热式磁力搅拌(河南智诚仪器有限公司);DW-1 型电动搅拌器(江苏省金坛市医疗仪器厂);分析天平(上海精密仪器有限公司);NJ-160A 水泥净浆搅拌机(无锡市建鼎建工仪器厂);蠕动泵(保定创锐泵业有限公司)。2． 2 聚羧酸减水剂的制备
一定量的 TPEG2400 单体和 SAMS 置入四口烧瓶中，加入适量的去离子水，开启蠕动泵，于2 h 内匀速滴加引发溶剂 E 及 AA 水溶液，反应过程中温度保持在 20 ～25 ℃，滴加完成后，用 w(NaOH)=40% 的水溶液调节体系 pH 值至中性，即得聚羧酸产品。2． 3 产品性能测试
水泥净浆流动度与 1 h 经时流动度的测量，按照 GB/T 8077-2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》，水灰比 0． 29，减水剂掺量 0． 18%，分别测定水泥净浆流动度和水泥砂浆减水率。结果与讨论
3． 1 酸醚比对减水剂分散性能的影响
在 25 ℃条件下，固定甲基丙烯磺酸钠(SAMS)的配比，引发剂 E 用量为 0． 18%((相对于所有单体总摩尔量的百分比，下同)，保持其他操作条件的相同情况下，考查不同酸醚比 n(AA)∶ n(TPEG2400)对减水剂分散性和分散保持性能的影响，试验结果见图 1。
由图 1 可知，随着 n(AA)∶ n(TPEG2400)的增大，净浆流动度逐渐增大。当 n(AA)∶ n(TPEG2400)= 4时水泥净浆流动度达到280 mm，1 h 后保持在270 mm。主要是由于减水剂吸附到水泥颗粒表面，TPEG 中的PEO 侧链在水泥颗粒间产生良好的空间阻碍作用，使水泥颗粒不能彼此靠近，有效阻碍水泥的絮凝，且-COOH 与 PEO 侧链的比例适当，主链上带电荷基团的静电斥力和侧链上的空间位阻效应的协同作用充分发挥，分子结构合理，各官能团协调作用，使减水剂的分散性及分散保持性最好。当 n(AA)∶ n(TPEG2400)﹥4 时水泥净浆流动度开始明显下降，可能是因为丙烯酸浓度增大，丙烯酸的自聚倾向增强，很容易形成均聚物，导致水泥的分散性能及分散保持性能下降。
3． 2 SAMS 用量对减水剂分散性能的影响
在 25 ℃条件下，固定 n(AA)∶ n(TPEG2400)为 4∶ 1，引发剂 E 用量为 0． 18%，保持其他操作条件的不变情况下，考查不同甲基丙烯磺酸钠对减水剂分散性和分散保持性能的影响，试验结果见图 2。
由图 2 可知，随着 SAMS 用量的增加，水泥的净浆流动度先增大后减小。当 SAMS 用量0． 3 mol 时，减水剂的初始净浆流动度达到 280 mm，1 h 后保持在 270 mm。这是因为 SAMS 具有亲水基团-SO 3 H，具有较好的减水性和缓凝效果，随着 SAMS 用量的增加，聚合产物的分散性显著提高，但其用量过大时，SAMS 具有一定的链转移作用，会影响减水剂相对分子质量的大小，易生成不易溶于水的聚合物。
3． 3 引发剂 E 对减水剂分散性能的影响
在 25 ℃条件下，固定 n(AA)∶ n(TPEG2400)为4∶ 1，SAMS 0． 3 mol，保持其他操作条件的不变情况下，考查不同引发剂 E 用量(相对于所有单体总摩尔量的百分比)对减水剂分散性和分散保持性能的影响，试验结果见图 3。
由图 3 可知，随着引发剂用量的增加，水泥的净浆流动度先增大后减小，当引发剂用量为 0． 18% 时，水泥净浆初始流动度达到 280 mm，1 h 后仍保持在 270 mm。当用量继续增加时，水泥的净浆流动度反而下降。
这是因为，在聚合反应中，引发剂不仅能起到引发聚合反应的作用，且具备一定的调节分子量作用。引发剂用量较少时，所得聚合物的主链聚合度相对较高，分子量较大，容易产生絮凝，当引发剂用量过高时，所得聚合物的主链聚合度过低，分子量较小，所带的负电基团较少，静电斥力小，减水剂的分散性能降低。1
3． 4 反应温度对减水剂分散性能的影响 固定 n(AA)∶ n(TPEG2400)为 4∶ 1，SAMS 的用量 0． 3 mol，引发剂 E 用量 0． 18%，在室温下，采用恒温水浴锅控制反应温度 10 ℃、15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃、35 ℃进行实验，考查不同反应温度对减水剂分散性和分散保持性能的影响，试验结果见图 4。
由图 4 可知，减水剂的分散性随着反应温度的升高呈现曲线变化。反应温度在 25 ℃时，所得减水剂性能最佳，可使水泥初始静净浆流动度达到 280 mm，1 h 后保持在 270 mm。当温度高于 25 ℃时，引发剂 E 分解速率较快，聚合速度太快，支链太多，残余单体数量较多，聚合反应不完全。当温度低于 20 ℃时，引发剂 E分解速率降低，聚合速度变慢，单体转化率降低。
3． 5 投料方式对减水剂分散性能的影响 根据自由基聚合原理，投料方式的不同会影响大单体和丙烯酸的共聚倾向及大单体的转化率。在25 ℃条件下，固定 n(AA)∶ n(TPEG2400)为4∶ 1，SAMS 的用量0． 3 mol，引发剂 E 用量0． 18%，反应时间2 h，此处主要考查了不同投料方式对减水剂分散性能的影响:(1)全混法:将 TPEG、SAMS、AA、引发剂 E 一次性投入三口烧瓶中，控制温度进行反应 2 h。(2)半混法:将一定配比的 TPEG、SAMS、AA 投入三口烧瓶中，引发剂 E 混合均匀后连续滴加 2 h 进行反应。(3)分别滴加法:将一定配比的 TPEG、SAMS 投入三口烧瓶中，AA 及引发剂 E 分别同时以滴加加入。试验结果见图 5。
由图 5 可知，相同条件下，采用分别滴加法所得减水剂流动度较大，初始净浆流动度达到 280 mm。主要原因是全混法和半混法反应体系中，活性较大的单体先行聚合，剩余活性较小的单体聚合速率较低，使得产品中有效成分较少，且分子量不均匀。而分别滴加法有效的控制了活性较高的单体的加入速率，所得产品结构合适、分子量均匀，其净浆的流动度及保留性比较理想。因此，试验中采用分别滴加法。
3． 6 反应时间对减水剂分散性能的影响
在 25 ℃条件下，固定 n(AA)∶ n(TPEG2400)为 4∶ 1，SAMS 的用量 0． 3 mol，引发剂 E 用量 0． 18%，保持其他操作条件的相同情况下，考查不同反应时间对减水剂分散性和分散保持性能的影响，试验结果见图 6。
在聚合反应中，自由基聚合反应，一般不存在中间产物，反应体系除了生成一定分子量的聚合物，就是未反应的单体。随着反应时间的增长，减水剂大分子链上接枝的不同官能团的数目随之增加，反应程度也随之增加，所得减水剂的流动度也随之增大。由图 6 可知，反应时间 2 h 时，所得减水剂性能最佳，可使净浆度达到 280 mm。当反应时间超过 2 h，净浆流动度基本保持不变，因此最佳反应时间为 2 h。
3． 7 采用最佳工艺制得的减水剂性能测定
在25 ℃条件下，n(SAMS)∶ n(AA)∶ n(TPEG2400)=0． 3∶ 4． 0∶ 1． 0，2 h 内匀速滴加引发剂 E 及共聚单体AA 于 SAMS、TPEG 混合溶液中，共聚单体 AA 溶液先于引发剂 E 溶液滴加完毕，再用 w(NaOH)=40% 的水溶液中和，制得聚羧酸系减水剂。对此减水剂进行了水泥净浆性能测试，在水灰比为 0． 29，掺量为 0． 18%条件下，水泥净浆初始流动度为 280 mm，1 h 经时流动度为 270 mm，减水率达到 29%。合成的聚羧酸减水剂在低掺量下表现出很好的分散性与分散保持性能，且减水效果较好。结论
(1)本文研究一种聚羧酸减水剂的低温生产工艺，通过单因素实验分析，得到最佳工艺条件:反应温度25 ℃，n(SAMS)∶ n(AA)∶ n(TPEG)=0． 3∶ 4． 0∶ 1． 0，引发剂 E 用量为 0． 18%，反应时间 2 h;(2)采用最佳工艺条件合成得到的减水剂，在水灰比为 0． 29，掺量为 0． 18% 条件下水泥净浆初始流动度为 280 mm，1 h 经时流动度为 270 mm，具有较好的分散性与分散保持性能;(3)在混凝土中掺加采用最佳工艺制得的聚羧类减水剂，其减水率可达 27%，且强度越发稳定。与国内目前广泛应用的聚羧酸类减水剂相比，该减水剂减水率高，保坍性好，合成工艺简单，且聚合反应过程在室温下即可完成，耗能更低，成本较低，具有良好的性价比和市场竞争力。
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第四篇：研究有机化合物的一般步骤和方法教案
研究有机化合物的一般步骤和方法
一、教学目标 【知识与技能】
1、了解怎样研究有机化合物，应采取的步骤和方法。
2、掌握有机物的分离和提纯的一般方法，鉴定有机化合物结构的一般过程和方法。【过程与方法】通过录象方式，参观了解质普、红外光谱、核磁共振普仪等仪器核实验操作过程。
【情感、态度与价值观】
通过本节的练习，从中体验研究有机化合物的过程和科学方法，提高自身的科学素养。
二、教学重点
研究有机化合物的一般步骤和常用方法。
1、蒸馏、重结晶等分离提纯有机物的实验操作
2、通过具体实例了解某些物理方法如何确定有机化合物的相对分子质量和分子结构
3、确定有机化合物实验式、相对分子质量、分子式的有关计算
三、教学难点
有机物的分离和提纯。测定有机物的元素组成、相对分子质量、分子结构。
确定有机物相对分子质量和鉴定有机物分子结构的物理方法的介绍 【板书】第四节 研究有机化合物的一般步骤和方法
从天然资源中提取有机物成分，首先得到的是含有有机物的粗品。在工厂生产、实验室合成的有机化合物也不可能直接得到纯净物，得到的往往是混有未参加反应的原料，或反应副产物等的粗品。因此，必须经过分离、提纯才能得到纯品。如果要鉴定和研究未知有机物的结构与性质，必须得到更纯净的有机物。下面是研究有机化合物一般要经过的几个基本步骤： 【板书】
首先我们结合高一所学的知识了学习第一步——分离和提纯。【板书】
一、分离、提纯
师：提纯混有杂质的有机物的方法很多，基本方法是利用有机物与杂质物理性质的差异而将它们分离。接下来我们主要学习三种分离、提纯的方法。
【板书】
1、蒸馏
师：蒸馏是分离、提纯液态有机物的常用方法。当液态有机物含有少量杂质，而且该有机物热稳定性较强，与杂质的沸点相差较大时（一般约大于30ºC），就可以用蒸馏法提纯此液态有机物。
【演示实验1-1】含有杂质的工业乙醇的蒸馏
所用仪器：铁架台（铁圈、铁夹）、酒精灯、石棉网、蒸馏烧瓶、温度计、冷凝管、接受器等。如图所示：
【蒸馏的注意事项】 注意仪器组装的顺序：“先下后上，由左至右”； 不得直接加热蒸馏烧瓶，需垫石棉网；
蒸馏烧瓶盛装的液体，最多不超过容积的2/3；不得将全部溶液蒸干；需使用沸石； 冷凝水水流方向应与蒸汽流方向相反（逆流：下进上出）；
温度计水银球位置应与蒸馏烧瓶支管口齐平，以测量馏出蒸气的温度；
【演示实验1-2】（要求学生认真观察，注意实验步骤）【板书】
2、结晶和重结晶
（1）冷却法：将热的饱和溶液慢慢冷却后析出晶体，此法适合于溶解度随温度变化较大的溶液。
（2）蒸发法：此法适合于溶解度随温度变化不大的溶液，如粗盐的提纯。
（3）重结晶：将以知的晶体用蒸馏水溶解，经过滤、蒸发、冷却等步骤，再次析出晶体，得到更纯净的晶体的过程。
【说明】重结晶的首要工作是选择适当的溶剂，要求该溶剂：（1）杂质在此溶剂中的溶解度很小或溶解度很大，易于除去；（2）被提纯的有机物在此溶剂中的溶解度，受温度的影响较大。
【思考与交流】
1、已知KNO3在水中的溶解度很容易随温度变化而变化，而NaCl的溶解度却变化不大，据此可用何方法分离出两者混合物中的KNO3并加以提纯？
2、重结晶对溶剂有何要求？被提纯的有机物的溶解度需符合什么特点？
3、重结晶苯甲酸需用到哪些实验仪器？
4、能否用简洁的语言归纳重结晶苯甲酸的实验步骤？ 【概括】高温溶解、趁热过滤、低温结晶 【板书】
3、萃取
（1）所用仪器：烧杯、漏斗架、分液漏斗。
（2）萃取：利用溶液在互不相溶的溶剂里溶解度的不同，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，前者称为萃取剂，一般溶质在萃取剂里的溶解度更大些。
分液：利用互不相溶的液体的密度不同，用分液漏斗将它们一一分离出来。
【说明】注意事项：
1、萃取剂必须具备两个条件：一是与溶剂互不相溶；二是溶质在萃取剂中的溶解度较大。
2、检查分液漏斗的瓶塞和旋塞是否严密。
3、萃取常在分液漏斗中进行，分液是萃取操作的一个步骤，必须经过充分振荡后再静置分层。
4、分液时，打开分液漏斗的活塞，将下层液体从漏斗颈放出，当下层液体刚好放完时，要立即关闭活塞，上层液体从上口倒出。【补充】
1、洗涤沉淀或晶体的方法：用胶头滴管往晶体上加蒸馏水直至晶体被浸没，待水完全流出后，重复两至三次，直至晶体被洗净。
2、检验洗涤效果：取最后一次的洗出液，再选择适当的试剂进行检验。
【小结】本节课要掌握研究有机化合物的一般步骤和常用方法；有机物的分离和提纯。包括操作中所需要注意的一些问题。
★ 第二课时
【引入】从公元八世纪起，人们就已开始使用不同的手段制备有机物，但由于化学理论和技术条件的限制，其元素组成及结构长期没有得到解决。直到19世纪中叶，李比希在拉瓦锡推翻了燃素学说，在建立燃烧理论的基础上，提出了用燃烧法进行有机化合物中碳和氢元素定量分析的方法。准确的碳氢分析是有机化学史上的重大事件，对有机化学的发展起着不可估量的作用。随后，物理科学技术的发展，推动了化学分析的进步，才有了今天的快速、准确的元素分析仪和各种波谱方法。
【设问】定性检测物质的元素组成是化学研究中常见的问题之一，如何用实验的方法探讨物质的元素组成？
【板书】
二、元素分析与相对分子质量的测定
1、元素分析
例如：实验探究：葡萄糖分子中碳、氢元素的检验
图1-1 碳和氢的鉴定
原理：碳、氢两元素通常采取将有机物氧化分解，使碳氧化生成二氧化碳，使氢氧化生成水的方法而检出。例如：
C12H22O11+24CuO
12CO2+11H2O+24Cu 实验：取干燥的试样──蔗糖0.2 g和干燥氧化铜粉末1 g，在研钵中混匀，装入干燥的硬质试管中。如图1-1所示，试管口稍微向下倾斜，导气管插入盛有饱和石灰水的试管中。用酒精灯加热试样，观察现象。
结论：若导出气体使石灰水变浑浊，说明有二氧化碳生成，表明试样中有碳元素；试管口壁出现水滴（让学生思考：如何证明其为水滴？），则表明试样中有氢元素。
【说明】讲解或引导学生看书上例题，这里适当补充一些有机物燃烧的规律的专题练习。元素定量分析的原理是将一定量的有机物燃烧，分解为简单的无机物，并作定量测定，通过无机物的质量推算出组成该有机物元素原子的质量分数，然后计算出该有机物分子所含元素原子最简单的整数比，即确定其实验式。以便于进一步确定其分子式。
例
1、某烃含氢元素的质量分数为17.2%，求此烃的实验式。又测得该烃的相对分子质量是58，求该烃的分子式。
【分析解答】分析：此题题给条件很简单，是有机物分子式确定中最典型的计算。由于该物质为烃，则它只含碳、氢两种元素，则碳元素的质量分数为（100－17.2）%＝82.8%。则该烃中各元素原子数（N）之比为：
N(C):N(H)82.817.2:2:5121
C2H5仅仅代表碳原子和氢原子的最简整数比，是该烃的实验式，不是该烃的分子式。设该烃有n个C2H5，则
n58292
因此，烃的分子式为 C
4H
10。
【讲解】对于一种未知物，如果知道了物质的元素组成和相对分子质量，就会很容易通过计算得出分子式。确定有机物的分子式的途径：
1.确定实验式
2.确定相对分子质量
例
2、燃烧某有机物A 1.50g，生成1.12L（标准状况）CO2和0.05mol H2O。该有机物的蒸气对空气的相对密度是1.04，求该有机物的分子式。
解答：首先要确定该物质的组成元素。1.5g A中各元素的质量： m(C)12gmol11.12L22.4L/mol10.6g
m(H)1gmol0.05mol2mol0.1gm(C)m(H)0.6g0.1g0.7g1.5g，所以有机物中还含有O元素。m(O)1.5g(0.6g0.1g)0.8g
1则 N(C):N(H):N(O)
0.6g12gmol:0.1g1gmol1:0.8g16gmol11:2:1实验式为CH2O，其式量为30。
又因该有机物的相对分子质量 M(A)1.042930因此实验式即为分子式。
【讲解】从例题可以看出计算相对分子量很重要，计算有机物相对分子质量的方法有哪些？密度法(标准状况)，相对密度法(相同状况)。另外可以看出元素的质量有时不能由实验直接得出，还需要对实验现象和结果进行必要的分析和计算。
【归纳总结】确定有机物分子式的一般方法．（1）实验式法：
①根据有机物各元素的质量分数求出分子组成中各元素的原子个数比（最简式）。②求出有机物的摩尔质量（相对分子质量）。（2）直接法：
①求出有机物的摩尔质量（相对分子质量）
②根据有机物各元素的质量分数直接求出1mol有机物中各元素原子的物质的量。有机物的分子式的确定方法有很多，在今后的教学中还会进一步介绍。今天我们仅仅学习了利用相对分子质量和实验式共同确定有机物的基本方法。应该说以上所学的方法是用推算的方法来确定有机物的分子式的。在同样计算推出有机物的实验式后，还可以用物理方法简单、快捷地测定相对分子质量，比如——质谱法。
【板书】
2、相对分子质量的测定——质谱法
质谱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。
（接下来对质谱法的原理，怎样对质谱图进行分析以确定有机物的相对分子质量，以及此方法的优点作简要精确的介绍）
【说明】质谱仪有什么作用？其原理是什么？
它是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。这些不同离子具有不同的质量，质量不同的离子在磁场作用下达到检测器的时间有差异，其结果被记录为质谱图。
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？
由于相对质量越大的分子离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间越长，因此质谱图中的质荷比最大的就是未知物的相对分子质量
【强调】以乙醇为例，质谱图最右边的分子离子峰表示的就是上面例题中未知物A（指乙醇）的相对分子质量。
通过测定，现在已经知道了该有机物的分子式，但是，我们知道，相同的分子式可能出现多种同分异构体，那么，该如何进以步确定有机物的分子结构呢？下面介绍两种物理方法。【补充】
1、求有机物相对分子质量的常用方法（1）M = m / n（2）根据有机蒸气的相对密度D，M1 = DM2
（3）标况下有机蒸气的密度为ρg/L，M = 22.4L/mol ▪ρg/L
2、有机物分子式的三种一般常用求法
（1）、先根据元素原子的质量分数求实验式，再根据分子量求分子式
——课本例1（2）、直接根据相对分子质量和元素的质量分数求分子式
（3）、对只知道相对分子质量的范围的有机物，要通过估算求分子量，再求分子式 【板书】
三、分子结构的鉴定
1、红外光谱（介绍红外光谱法鉴定分子结构的原理，对红外光谱图的正确分析，最终确定有机物的分子结构）
【注意】：该法不需要学生记忆某些官能团对应的波长范围，主要让学生知道通过红外光谱可以知道有机物含有哪些官能团。
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率相当。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。
【说明】从未知物A的红外光谱图上发现右O—H键、C—H键和C—O键的振动吸收，可以判断A是乙醇而并非甲醚，因为甲醚没有O—H键。
例
3、下图是一种分子式为C3H6O2的有机物的红外光谱谱图,则该有机物的结构简式为：
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
【板书】
2、核磁共振氢谱（介绍核磁共振氢谱法鉴定分子结构的原理，对核磁共振氢谱图的正确分析，最终确定有机物的分子中所含H原子的种类和个数）
【注意】了解通过该谱图确定了
（1）某有机物分子结构中有几种不同环境的氢原子
（2）有核磁共振氢谱的峰面积之比可以确定不同环境的氢原子的个数比。【板书】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。
不同化学环境的氢原子（等效氢原子）因产生共振时吸收的频率不同，被核磁共振仪记录下来的吸收峰的面积不同。所以，可以从核磁共振谱图上推知氢原子的类型及数目。
吸收峰数目＝氢原子类型
不同吸收峰的面积之比（强度之比）＝不同氢原子的个数之比
【说明】未知物A的核磁共振氢谱有三种类型氢原子的吸收峰，说明A只能是乙醇而并非甲醚，因为甲醚只有一种氢原子。
【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
例：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：
①写出该有机物的分子式：
②写出该有机物的可能的结构简式：
【练习】分子式为C3H6O2的二元混合物，如果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）
。图谱题解题建议
1、首先应掌握好三种谱图的作用、读谱方法。
2、必须尽快熟悉有机物的类别及其官能团。
3、根据图谱获取的信息，按碳四价的原则对官能团、基团进行合理的拼接。
4、得出结构（简）式后，再与谱图提供信息对照检查，主要为分子量、官能团、基团的类别是否吻合。
【小结】本节课主要掌握鉴定有机化合物结构的一般过程和方法。包括测定有机物的元素组成、相对分子质量、分子结构。了解几种物理方法——质谱法、红外光谱法和核磁共振氢谱法。
第五篇：《研究有机化合物的一般步骤和方法》教案8(人教版选修5)
《研究有机化合物的一般步骤和方法》教案8（人教版选修5）
第四节 研究有机化合物的一般步骤和方法
一、教学目标 【知识与技能】
1、了解怎样研究有机化合物，应采取的步骤和方法。
2、掌握有机物的分离和提纯的一般方法，鉴定有机化合物结构的一般过程和方法。【过程与方法】通过录象方式，参观了解质普、红外光谱、核磁共振普仪等仪器核实验操作过程。
【情感、态度与价值观】
通过本节的练习，从中体验研究有机化合物的过程和科学方法，提高自身的科学素养。
二、教学重点
研究有机化合物的一般步骤和常用方法。
1、蒸馏、重结晶等分离提纯有机物的实验操作
2、通过具体实例了解某些物理方法如何确定有机化合物的相对分子质量和分子结构
3、确定有机化合物实验式、相对分子质量、分子式的有关计算
三、教学难点
有机物的分离和提纯。测定有机物的元素组成、相对分子质量、分子结构。确定有机物相对分子质量和鉴定有机物分子结构的物理方法的介绍
四、课时安排 2课时
五、教学过程 ★ 第一课时
【引入】从天然资源中提取有机物成分或者是工业生产、实验室合成的有机化合物不可能直接得到纯净物，因此，必须对所得到的产品进行分离提纯，如果要鉴定和研究未知有机物的结构与性质，必须得到更纯净的有机物。我们已经知道，有机化学是研究有机物的组成、结构、性质、制备方法与应用的科学。那么，该怎样对有机物进行研究呢？一般的步骤和方法是什么？ 这就是我们这节课将要探讨的问题。
【板书】第四节 研究有机化合物的一般步骤和方法
从天然资源中提取有机物成分，首先得到的是含有有机物的粗品。在工厂生产、实验室合成的有机化合物也不可能直接得到纯净物，得到的往往是混有未参加反应的原料，或反应副产物等的粗品。因此，必须经过分离、提纯才能得到纯品。如果要鉴定和研究未知有机物的结构与性质，必须得到更纯净的有机物。下面是研究有机化合物一般要经过的几个基本步骤：
【板书】
首先我们结合高一所学的知识了学习第一步--分离和提纯。
【板书】
一、分离、提纯
师：提纯混有杂质的有机物的方法很多，基本方法是利用有机物与杂质物理性质的差异而将它们分离。接下来我们主要学习三种分离、提纯的方法。
【板书】
1、蒸馏
师：蒸馏是分离、提纯液态有机物的常用方法。当液态有机物含有少量杂质，而且该有机物热稳定性较强，与杂质的沸点相差较大时（一般约大于30oc），就可以用蒸馏法提纯此液态有机物。
【演示实验1-1】含有杂质的工业乙醇的蒸馏 【蒸馏的注意事项】
* 注意仪器组装的顺序：“先下后上，由左至右”；
* 蒸馏烧瓶盛装的液体，最多不超过容积的2/3；不得将全部溶液蒸干；需使用沸石； * 冷凝水水流方向应与蒸汽流方向相反（逆流：下进上出）；
* 温度计水银球位置应与蒸馏烧瓶支管口齐平，以测量馏出蒸气的温度；
【演示实验1-2】（要求学生认真观察，注意实验步骤）
【板书】
2、结晶和重结晶
（1）冷却法：将热的饱和溶液慢慢冷却后析出晶体，此法适合于溶解度随温度变化较大的溶液。
（2）蒸发法：此法适合于溶解度随温度变化不大的溶液，如粗盐的提纯。
（3）重结晶：将以知的晶体用蒸馏水溶解，经过滤、蒸发、冷却等步骤，再次析出晶体，得到更纯净的晶体的过程。
【说明】重结晶的首要工作是选择适当的溶剂，要求该溶剂：（1）杂质在此溶剂中的溶解度很小或溶解度很大，易于除去；（2）被提纯的有机物在此溶剂中的溶解度，受温度的影响较大。
【思考与交流】
1、已知kno3在水中的溶解度很容易随温度变化而变化，而nacl的溶解度却变化不大，据此可用何方法分离出两者混合物中的kno3并加以提纯？
2、重结晶对溶剂有何要求？被提纯的有机物的溶解度需符合什么特点？
3、重结晶苯甲酸需用到哪些实验仪器？
4、能否用简洁的语言归纳重结晶苯甲酸的实验步骤？
【概括】高温溶解、趁热过滤、低温结晶
【板书】
3、萃取
（1）所用仪器：烧杯、漏斗架、分液漏斗。
（2）萃取：利用溶液在互不相溶的溶剂里溶解度的不同，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，前者称为萃取剂，一般溶质在萃取剂里的溶解度更大些。
分液：利用互不相溶的液体的密度不同，用分液漏斗将它们一一分离出来。
【说明】注意事项：
1、萃取剂必须具备两个条件：一是与溶剂互不相溶；二是溶质在萃取剂中的溶解度较大。
2、检查分液漏斗的瓶塞和旋塞是否严密。
3、萃取常在分液漏斗中进行，分液是萃取操作的一个步骤，必须经过充分振荡后再静置分层。
4、分液时，打开分液漏斗的活塞，将下层液体从漏斗颈放出，当下层液体刚好放完时，要立即关闭活塞，上层液体从上口倒出。
【补充】
1、洗涤沉淀或晶体的方法：用胶头滴管往晶体上加蒸馏水直至晶体被浸没，待水完全流出后，重复两至三次，直至晶体被洗净。
2、检验洗涤效果：取最后一次的洗出液，再选择适当的试剂进行检验。
【小结】本节课要掌握研究有机化合物的一般步骤和常用方法；有机物的分离和提纯。包括操作中所需要注意的一些问题。
★ 第二课时
【引入】从公元八世纪起，人们就已开始使用不同的手段制备有机物，但由于化学理论和技术条件的限制，其元素组成及结构长期没有得到解决。直到19世纪中叶，李比希在拉瓦锡推翻了燃素学说，在建立燃烧理论的基础上，提出了用燃烧法进行有机化合物中碳和氢元素定量分析的方法。准确的碳氢分析是有机化学史上的重大事件，对有机化学的发展起着不可估量的作用。随后，物理科学技术的发展，推动了化学分析的进步，才有了今天的快速、准确的元素分析仪和各种波谱方法。
【设问】定性检测物质的元素组成是化学研究中常见的问题之一，如何用实验的方法探讨物质的元素组成？
【板书】
二、元素分析与相对分子质量的测定
1、元素分析
例如：实验探究：葡萄糖分子中碳、氢元素的检验 图1-1 碳和氢的鉴定
原理：碳、氢两元素通常采取将有机物氧化分解，使碳氧化生成二氧化碳，使氢氧化生成水的方法而检出。例如：
c12h22o11+24cuo12co2+11h2o+24cu
实验：取干燥的试样──蔗糖0.2 g和干燥氧化铜粉末1 g，在研钵中混匀，装入干燥的硬质试管中。如图1-1所示，试管口稍微向下倾斜，导气管插入盛有饱和石灰水的试管中。用酒精灯加热试样，观察现象。
结论：若导出气体使石灰水变浑浊，说明有二氧化碳生成，表明试样中有碳元素；试管口壁出现水滴（让学生思考：如何证明其为水滴？），则表明试样中有氢元素。
【说明】讲解或引导学生看书上例题，这里适当补充一些有机物燃烧的规律的专题练习。
元素定量分析的原理是将一定量的有机物燃烧，分解为简单的无机物，并作定量测定，通过无机物的质量推算出组成该有机物元素原子的质量分数，然后计算出该有机物分子所含元素原子最简单的整数比，即确定其实验式。以便于进一步确定其分子式。
例
1、某烃含氢元素的质量分数为17.2%，求此烃的实验式。又测得该烃的相对分子质量是58，求该烃的分子式。
【分析解答】分析：此题题给条件很简单，是有机物分子式确定中最典型的计算。由于该物质为烃，则它只含碳、氢两种元素，则碳元素的质量分数为（100－17.2）%＝82.8%。则该烃中各元素原子数（n）之比为：
c2h5仅仅代表碳原子和氢原子的最简整数比，是该烃的实验式，不是该烃的分子式。
设该烃有n个c2h5，则
因此，烃的分子式为。
【讲解】对于一种未知物，如果知道了物质的元素组成和相对分子质量，就会很容易通过计算得出分子式。确定有机物的分子式的途径：
1.确定实验式
2.确定相对分子质量
例
2、燃烧某有机物a 1.50g，生成1.12l（标准状况）co2和0.05mol h2o。该有机物的蒸气对空气的相对密度是1.04，求该有机物的分子式。
解答：首先要确定该物质的组成元素。
1.5g a中各元素的质量：，所以有机物中还含有o元素。
则
实验式为ch2o，其式量为30。
又因该有机物的相对分子质量
因此实验式即为分子式。
【讲解】从例题可以看出计算相对分子量很重要，计算有机物相对分子质量的方法有哪些？密度法(标准状况)，相对密度法(相同状况)。另外可以看出元素的质量有时不能由实验直接得出，还需要对实验现象和结果进行必要的分析和计算。
【归纳总结】确定有机物分子式的一般方法．
（1）实验式法：
①根据有机物各元素的质量分数求出分子组成中各元素的原子个数比（最简式）。
②求出有机物的摩尔质量（相对分子质量）。
（2）直接法：
①求出有机物的摩尔质量（相对分子质量）
②根据有机物各元素的质量分数直接求出1mol有机物中各元素原子的物质的量。
有机物的分子式的确定方法有很多，在今后的教学中还会进一步介绍。今天我们仅仅学习了利用相对分子质量和实验式共同确定有机物的基本方法。应该说以上所学的方法是用推算的方法来确定有机物的分子式的。在同样计算推出有机物的实验式后，还可以用物理方法简单、快捷地测定相对分子质量，比如--质谱法。
【板书】
2、相对分子质量的测定--质谱法
质谱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。
（接下来对质谱法的原理，怎样对质谱图进行分析以确定有机物的相对分子质量，以及此方法的优点作简要精确的介绍）
【说明】质谱仪有什么作用？其原理是什么？
它是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。这些不同离子具有不同的质量，质量不同的离子在磁场作用下达到检测器的时间有差异，其结果被记录为质谱图。
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？
由于相对质量越大的分子离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间越长，因此质谱图中的质荷比最大的就是未知物的相对分子质量
【强调】以乙醇为例，质谱图最右边的分子离子峰表示的就是上面例题中未知物a（指乙醇）的相对分子质量。
通过测定，现在已经知道了该有机物的分子式，但是，我们知道，相同的分子式可能出现多种同分异构体，那么，该如何进以步确定有机物的分子结构呢？下面介绍两种物理方法。
【补充】
1、求有机物相对分子质量的常用方法
（1）m = m / n
（2）根据有机蒸气的相对密度d，m1 = dm2
（3）标况下有机蒸气的密度为ρg/l，m = 22.4l/mol ?ρg/l
2、有机物分子式的三种一般常用求法（1）、先根据元素原子的质量分数求实验式，再根据分子量求分子式--课本例1（2）、直接根据相对分子质量和元素的质量分数求分子式（3）、对只知道相对分子质量的范围的有机物，要通过估算求分子量，再求分子式 【板书】
三、分子结构的鉴定
1、红外光谱（介绍红外光谱法鉴定分子结构的原理，对红外光谱图的正确分析，最终确定有机物的分子结构）
【注意】：该法不需要学生记忆某些官能团对应的波长范围，主要让学生知道通过红外光谱可以知道有机物含有哪些官能团。
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率相当。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。
【说明】从未知物a的红外光谱图上发现右o-h键、c-h键和c-o键的振动吸收，可以判断a是乙醇而并非甲醚，因为甲醚没有o-h键。
例
3、下图是一种分子式为c3h6o2的有机物的红外光谱谱图,则该有机物的结构简式为：
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
【板书】
2、核磁共振氢谱（介绍核磁共振氢谱法鉴定分子结构的原理，对核磁共振氢谱图的正确分析，最终确定有机物的分子中所含h原子的种类和个数）
【注意】了解通过该谱图确定了
（1）某有机物分子结构中有几种不同环境的氢原子
（2）有核磁共振氢谱的峰面积之比可以确定不同环境的氢原子的个数比。
【板书】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。
不同化学环境的氢原子（等效氢原子）因产生共振时吸收的频率不同，被核磁共振仪记录下来的吸收峰的面积不同。所以，可以从核磁共振谱图上推知氢原子的类型及数目。
吸收峰数目＝氢原子类型
不同吸收峰的面积之比（强度之比）＝不同氢原子的个数之比
【说明】未知物a的核磁共振氢谱有三种类型氢原子的吸收峰，说明a只能是乙醇而并非甲醚，因为甲醚只有一种氢原子。
【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
例：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：
①写出该有机物的分子式：
②写出该有机物的可能的结构简式：
【练习】分子式为c3h6o2的二元混合物，如果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）。
图谱题解题建议
1、首先应掌握好三种谱图的作用、读谱方法。
2、必须尽快熟悉有机物的类别及其官能团。
3、根据图谱获取的信息，按碳四价的原则对官能团、基团进行合理的拼接。
4、得出结构（简）式后，再与谱图提供信息对照检查，主要为分子量、官能团、基团的类别是否吻合。
【小结】本节课主要掌握鉴定有机化合物结构的一般过程和方法。包括测定有机物的元素组成、相对分子质量、分子结构。了解几种物理方法--质谱法、红外光谱法和核磁共振氢谱法。
【补充】有机物燃烧的规律归纳
1、烃完全燃烧前后气体体积的变化 完全燃烧的通式：cxhy ＋(x+)o2xco2＋h2o（1）燃烧后温度高于100℃时，水为气态： ① y＝4时，＝0，体积不变； ② y>4时，>0，体积增大；
③ y（2）燃烧后温度低于100℃时，水为液态： ※ 无论水为气态还是液态，燃烧前后气体体积的变化都只与烃分子中的氢原子个数有关，而与氢分子中的碳原子数无关。
例：盛有ch4和空气的混和气的试管，其中ch4占1/5体积。在密闭条件下，用电火花点燃，冷却后倒置在盛满水的水槽中（去掉试管塞）此时试管中
a．水面上升到试管的1/5体积处； b．水面上升到试管的一半以上； c．水面无变化； d．水面上升。
答案：d 2．烃类完全燃烧时所耗氧气量的规律
完全燃烧的通式：cxhy ＋(x+)o2xco2＋h2o（1）相同条件下等物质的量的烃完全燃烧时，(x+)值越大，则耗氧量越多；
（2）质量相同的有机物，其含氢百分率（或值）越大，则耗氧量越多；
（3）1mol有机物每增加一个ch2，耗氧量多1.5mol；
（4）1mol含相同碳原子数的烷烃、烯烃、炔烃耗氧量依次减小0.5mol；
（5）质量相同的cxhy，值越大，则生成的co2越多；若两种烃的值相等，质量相同，则生成的co2和h2o均相等。
3．碳的质量百分含量c％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，以任意比混合，完全燃烧后产生的co2的量总是一个定值。
4．不同的有机物完全燃烧时，若生成的co2和h2o的物质的量之比相等，则它们分子中的碳原子和氢原子的原子个数比相等。【知识拓展】 有机物分子式的确定
1．有机物组成元素的判断
一般来说，有机物完全燃烧后，各元素对应产物为：c→co2，h→h2o，cl→hcl。某有机物完全燃烧后若产物只有co2和h2o，则其组成元素可能为c、h或c、h、o。欲判定该有机物中是否含氧元素，首先应求出产物co2中碳元素的质量及h2o中氢元素的质量，然后将碳、氢元素的质量之和与原有机物质量比较，若两者相等，则原有机物的组成中不含氧；否则，原有机物的组成含氧。
2．实验式(最简式)和分子式的区别与联系
(1)最简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。不能确切表明分子中的原子个数。
注意：
①最简式是一种表示物质组成的化学用语；
②无机物的最简式一般就是化学式；
③有机物的元素组成简单，种类繁多，具有同一最简式的物质往往不止一种；
④最简式相同的物质，所含各元素的质量分数是相同的，若相对分子质量不同，其分子式就不同。例如，苯(c6h6)和乙炔(c2h2)的最简式相同，均为ch，故它们所含c、h元素的质量分数是相同的。
(2)分子式是表示化合物分子所含元素的原子种类及数目的式子。
注意：
①分子式是表示物质组成的化学用语；
②无机物的分子式一般就是化学式；
③由于有机物中存在同分异构现象，故分子式相同的有机物，其代表的物质可能有多种；
④分子式＝(最简式)n。即分子式是在实验式基础上扩大n倍。
3．确定分子式的方法
(1)实验式法
由各元素的质量分数→求各元素的原子个数之比(实验式)→相对分子质量→求分子式。
(2)物质的量关系法 由密度或其他条件→求摩尔质量→求1mol分子中所含各元素原子的物质的量→求分子式。（标况下m=dg/cm3×103·22.4l/mol）
(3)化学方程式法
利用化学方程式求分子式。
(4)燃烧通式法
利用通式和相对分子质量求分子式。
由于x、y、z相对独立，借助通式进行计算，解出x、y、z，最后求出分子式。
[例1] 3.26g样品燃烧后，得到4.74gco2和1.92gh2o，实验测得其相对分子质量为60，求该样品的实验式和分子式。
解：(1)求各元素的质量分数
（2）求样品分子中各元素原子的数目（n）之比
（3）求分子式
通过实验测得其相对分子质量为60，这个样品的分子式=（实验式）n。
[例2] 实验测得某烃a中含碳85.7%，含氢14.3%。在标准状况下11.2l此化合物气体的质量为14g。求此烃的分子式。
解：（1）求该化合物的摩尔质量
（2）求1mol该物质中碳和氢原子的物质的量
[例3] 6.0g某饱和一元醇跟足量的金属钠反应，让生成的氢气通过5g灼热的氧化铜，氧化铜固体的质量变成4.36g。这时氢气的利用率是80%。求该一元醇的分子。
解：
[例4] 有机物a是烃的含氧衍生物，在同温同压下，a蒸气与乙醇蒸气的相对密度是2。1.38ga完全燃烧后，若将燃烧的产物通过碱石灰，碱石灰的质量会增加3.06g；若将燃烧产物通过浓硫酸，浓硫酸的质量会增加1.08g；取4.6ga与足量的金属钠反应，生成的气体在标准状况下的体积为1.68l；a不与纯碱反应。通过计算确定a的分子式和结构简式。
解：
说明：由上述几种计算方法，可得出确定有机物分子式的基本途径：
【练习】
⒈某烃0.1mol，在氧气中完全燃烧，生成13.2g co2、7.2gh2o，则该烃的分子式为。
⒉已知某烃a含碳85.7%，含氢14.3%，该烃对氮气的相对密度为2，求该烃的分子式。
⒊125℃时，1l某气态烃在9l氧气中充分燃烧反应后的混合气体体积仍为10l（相同条件下），则该烃可能是
a.ch4
b.c2h4 c.c2h2 d.c6h6
⒋一种气态烷烃和气态烯烃组成的混合物共10g，混合气密度是相同状况下h2密度的12.5倍，该混合气体通过装有溴水的试剂瓶时，试剂瓶总质量增加了8.4g，组成该混合气体的可能是
a.乙烯和乙烷
b.乙烷和丙烯
c.甲烷和乙烯
d.丙稀和丙烷
⒌室温下，一气态烃与过量氧气混合完全燃烧，恢复到室温，使燃烧产物通过浓硫酸，体积比反应前减少50ml，再通过naoh溶液，体积又减少了40ml，原烃的分子式是
a.ch4 b.c2h4 c.c2h6 d.c3h8
⒍a、b两种烃通常状况下均为气态，它们在同状况下的密度之比为1∶3.5。若a完全燃烧，生成co2和h2o的物质的量之比为1∶2，试通过计算求出a、b的分子式。
⒎使乙烷和丙烷的混合气体完全燃烧后，可得co2 3.52 g，h2o 1.92 g，则该混合气体中乙烷和丙烷的物质的量之比为
a.1∶2 b.1∶1 c.2∶3 d.3∶4
⒏两种气态烃的混合气共1mol，在空气中燃烧得到1.5molco2和2molh2o。关于该混合气的说法合理的是
a．一定含甲烷，不含乙烷
b．一定含乙烷，不含甲烷
c．一定是甲烷和乙烯的混合物
d．一定含甲烷，但不含乙烯
9．25℃某气态烃与o2混合充入密闭容器中，点燃爆炸后又恢复至25℃，此时容器内压强为原来的一半，再经naoh溶液处理，容器内几乎成为真空。该烃的分子式可能为
a.c2h4 b.c2h2 c.c3h6 d.c3h8
10．某烃7.2g进行氯代反应完全转化为一氯化物时，放出的气体通入500ml0.2mol/l的烧碱溶液中，恰好完全反应，此烃不能使溴水或酸性高锰酸钾溶液褪色，试求该烃的分子式。
11．常温下某气态烷烃10ml与过量o285ml充分混合，点燃后生成液态水，在相同条件下测得气体体积变为70ml，求烃的分子式。
12．由两种气态烃组成的混合烃20ml，跟过量o2完全燃烧。同温同压条件下当燃烧产物通过浓h2so4后体积减少了30ml，然后通过碱石灰又减少40ml。这种混合气的组成可能有几种？
《有机物分子式的确定》参考答案
[例1] 3.26g样品燃烧后，得到4.74gco2和1.92gh2o，实验测得其相对分子质量为60，求该样品的实验式和分子式。
解：(1)求各元素的质量分数
样品
co2
h2o
3.26g 4.74g 1.92g
（2）求样品分子中各元素原子的数目（n）之比
这个样品的实验式为ch2o。
（3）求分子式
通过实验测得其相对分子质量为60，这个样品的分子式=（实验式）n。
故这个样品的分子式为c2h4o2。
答：这个样品的实验式为ch2o，分子式为c2h4o2。
[例2] 实验测得某烃a中含碳85.7%，含氢14.3%。在标准状况下11.2l此化合物气体的质量为14g。求此烃的分子式。
解：
（1）求该化合物的摩尔质量
根据
得
（2）求1mol该物质中碳和氢原子的物质的量
即1mol该化合物中含2molc原子和4molh原子，故分子式为c2h4。
[例3] 6.0g某饱和一元醇跟足量的金属钠反应，让生成的氢气通过5g灼热的氧化铜，氧化铜固体的质量变成4.36g。这时氢气的利用率是80%。求该一元醇的分子。
解：设与cuo反应的氢气的物质的量为x
而这种一元醇反应后生成的氢气的物质的量为。
饱和一元醇的通式为，该一元醇的摩尔质量为m（a）。
该一元醇的相对分子质量是60。根据这一元醇的通式，有下列等式： 则饱和一元醇的分子式是c2h6o。
[例4] 有机物a是烃的含氧衍生物，在同温同压下，a蒸气与乙醇蒸气的相对密度是2。1.38ga完全燃烧后，若将燃烧的产物通过碱石灰，碱石灰的质量会增加3.06g；若将燃烧产物通过浓硫酸，浓硫酸的质量会增加1.08g；取4.6ga与足量的金属钠反应，生成的气体在标准状况下的体积为1.68l；a不与纯碱反应。通过计算确定a的分子式和结构简式。
解：燃烧产物通过碱石灰时，co2气体和水蒸气吸收，被吸收的质量为3.06g；若通过浓硫酸时，水蒸气被吸收，被吸收的质量为1.08g。故co2和水蒸气被吸收的物质的量分别为：
列方程解之得x=3 y=8
由题意知a与金属钠反应，不与na2co3反应，可知a含羟基不含羧基（-cooh）。
4.6ga所含物质的量为
4.6ga中取代的h的物质的量为。
即1mola取代h的物质的量为3mol，可见1个a分子中含有3个羟基，故a为丙三醇，结构简式为： 【练习】
⒈解析：烃完全燃烧产物为co2、h2o，co2中的c、h2o中的h全部来自于烃。13.2g co2物质的量为，7.2gh2o物质的量为，则0.1mol该烃中分子含c：0.3mol，含h：0.4mol×2＝0.8mol（co2～c、h2o～2h），所以1mol该烃分子中含c3mol、含h8mol。答案：c3h8。
⒉解析：，即最简式为ch2、化学式为，该烃的相对分子质量：mr(a)＝mr(n2)×2＝28×2＝56，故分子式为c4h8。
⒊解析：任意烃与一定量氧气充分燃烧的化学方程式：
cxhy +(x +)o2 xco2 + h2o
当温度高于100℃时，生成的水为气体。若烃为气态烃，反应前后气体的体积不变，即反应消耗的烃和o2与生成的二氧化碳和气态水的体积相等。
∴1 ＋(x +)＝ x ＋
y ＝ 4
就是说气态烃充分燃烧时，当烃分子中氢原子数等于4时（与碳原子数多少无关），反应前后气体的体积不变（生成物中水为气态）。答案：a、b。
⒋解析：混合气体的平均摩尔质量为12.5×2g/mol＝25 g/mol，则混合气的物质的量为 ；又烯烃中最简单的乙烯的摩尔质量是28g/mol，故烷烃的摩尔质量一定小于25g/mol，只能是甲烷。当混合气通过溴水时，由于只有烯烃和溴水反应，因此增重的8.4g为烯烃质量，则甲烷质量为10g－8.4g ＝ 1.6g，甲烷的物质的量为0.1mol，则烯烃的物质的量为0.3mol，烯烃的摩尔质量为，根据烯烃通式cnh2n，即14n＝28，可求出 n ＝ 2，即烯烃为乙烯。答案：c。
⒌解析：烃在过量氧气中完全燃烧产物为co2、h2o及剩余o2，由于是恢复到室温，则通过naoh溶液后气体体积减少40ml为生成co2体积。
cxhy +(x +)o2 xco2 + h2o（g）
δv
x +
x
1+
0.04
0.05
列式计算得：y＝5x－4 当：
①x＝1 y＝1 ②x＝2 y＝6 ③x≥3 y≥11 只有②符合。（为什么？）答案：c。
⒍解析：烃a完全燃烧，c→co2 h→h2o 产物中∶＝1∶2，即a中 nc∶nh＝1∶4，只有ch4能满足该条件，故a为甲烷，摩尔质量为16g/mol；
相同状况下，不同气体密度与摩尔质量成正比：ma∶mb＝1∶3.5，mb＝3.5ma＝3.5×16g/mol＝56g/mol。设烃b分子式为cxhy，则：
12x＋y＝56 y＝56－12x 只有当x＝4 y＝8时合理。答案：a：ch4；b：c4h8
⒎解析：该题已知混合气体完全燃烧后生成co2和h2o的质量，从中可以计算出这两种物质的物质的量，n(co2)＝3.52g÷44g/mol＝0.08mol、n(h2o)＝1.92g÷18g/mol＝0.11mol；进而求出混合气体中每含1摩c所含h的物质的量，0.11mol×2÷0.08mol＝11/4；而组分气体中乙烷和丙烷的同样定义的化学量分别是，乙烷c2h6为3，丙烷c3h8为8/3；将这些平均量应用于十字交叉法可得这两组分气体在混合气体中所含c原子数之比。
c2h6每含1摩c所含h的物质的量：3
11/4－8/3
c3h8每含1摩c所含h的物质的量：8/3
3－11/4
即混合气体中每含4molc原子，其中1molc原子属于c2h6（乙烷物质的量则为1/2＝0.5mol），3molc原子属于c3h8（丙烷物质的量则为3/3＝1mol）。
所以混合气体中乙烷和丙烷的物质的量之比为：n(c2h6)∶n(c3h8)＝(1/2)∶(3/3)＝1∶2
答案：a
⒏a
9．解析：25℃时生成的水为液态；生成物经naoh溶液处理，容器内几乎成为真空，说明反应后容器中无气体剩余，该气态烃与o2恰好完全反应。设该烃的分子式为cxhy，则有：
cxhy +(x +)o2 xco2 + h2o
压强变化可知，烃和o2的物质的量应为co2的2倍（25℃时生成的水为液态），即：1＋(x +)＝2x，整理得：x＝1＋
讨论：当y＝4，x＝2；当y＝6，x＝2.5（不合，舍）；当y＝8，x＝3，...答案：a、d。
10．解析：根据方程式：cxhy+cl2→cxh(y－1)cl+hcl hcl+naoh＝nacl+h2o 得关系式：
cxhy ～ cl2 ～ naoh
1mol
1mol
n
0.5×0.2mol/l
n＝0.1mol
∴ 该烃的摩尔质量
另由该烃与氯气发生取代反应可知该烃为烷烃，通式为cnh2n+2，则：14n+2＝72 n=5 故分子式为c5h12 答案：c5h12。
11．解析：根据方程式
cxhy(g)+(x+)o2 xco2(g)+ h2o(l)δv
1+
10ml
25ml
解得：y=6 烷烃通式为cnh2n+2，2n＋2＝6，n=2，该烃分子式为c2h6。答案：c2h6。
12．解析：因为v（混烃）：v（co2）：v（h2o）＝1：2：1.5，所以：v（混烃）：v（c）：v（h）＝1：2：3，平均组成为c2h3，＝27。
根据平均组成c2h3分析，能满足平均组成的混烃只有两组，即c2h2和c2h6或c2h2和c2h4组成的混烃。
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