人教版高中化学选择性必修3有机化学基础第一章第二节第2课时有机化合物分子式和分子结构的确定习题含答案

第2课时　有机化合物分子式和分子结构的确定

A级 必备知识基础练

1.二甲醚和乙醇互为同分异构体,鉴别这两种有机化合物时可采用化学方法或物理方法。下列鉴别方法不正确的是(　　)

A.利用金属钠或金属钾

B.利用燃烧法

C.利用红外光谱

D.利用核磁共振氢谱

2.下列实验式中,不用相对分子质量就可以确定分子式的是(　　)

①CH3　②CH　③CH2　④C2H5

A.①② B.③④

C.②③ D.①④

3.(2022吉林长春高二检测)下列物质进行核磁共振得到的核磁共振氢谱中,吸收峰有4组的是(　　)

A.

B.CH3CH2OCH2CH3

C.CH3CH2CH(CH3)2

D.CH3COOCH2CH3

4.某化学研究小组在实验室采取以下步骤研究乙醇的结构,其中不正确的是(　　)

A.利用沸点不同蒸馏提纯该有机化合物

B.利用燃烧法确定该有机化合物的实验式为C2H6O

C.利用红外光谱图确定该有机化合物的相对分子质量为46

D.利用核磁共振氢谱确定该有机化合物分子中含3种不同环境的氢原子

5.(2022青海海东高二期末)某有机化合物的质谱图如图所示,该有机化合物的结构简式可能是(　　)

A. B.

C. D.CH3CH2OCH3

6.下列说法中正确的是(　　)

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

B级 关键能力提升练

以下选择题有1~2个选项符合题意。

7.(2022广西南宁第五十六中学高二期末)某有机化合物A的质谱图、核磁共振氢谱图如图,则A的结构简式可能为(　　)

有机化合物A的质谱

有机化合物A的核磁共振氢谱

A.CH3OCH2CH3

B.CH3CH2OH

C.CH3CHO

D.CH3CH2CH2COOH

8.(2022北京海淀区高二检测)有机化合物X的分子式为C4H8O2,其红外光谱如图所示:

则该有机化合物可能的结构为(　　)

A.CH3COOCH2CH3

B.CH3CH2COOCH3

C.HCOOCH2CH2CH3

D.(CH3)2CHCOOH

9.0.2 mol某有机化合物与0.4 mol O2在密闭容器中燃烧后的产物为CO2、CO和H2O(g)。产物经过浓硫酸后,浓硫酸的质量增加10.8 g;再通过灼热CuO充分反应后,固体质量减轻3.2 g;最后气体再通过碱石灰被完全吸收,碱石灰质量增加17.6 g。0.1 mol该有机化合物恰好与4.6 g金属钠完全反应。下列关于该有机化合物的说法不正确的是(　　)

A.该有机化合物的相对分子质量是62

B.该有机化合物的分子式为C2H6O2

C.该有机化合物的核磁共振氢谱有4组峰

D.1 mol该有机化合物最多能与2 mol Na反应

10.根据研究有机化合物的步骤和方法填空:

(1)测得A的蒸气密度是同状况下甲烷的4.375倍。则A的相对分子质量为　　　　。 

(2)将5.6 g A在足量氧气中燃烧,并将产物依次通过浓硫酸和碱石灰,分别增重7.2 g和17.6 g。则A的实验式为　　　　;A的分子式为　　　　。 

(3)将A通入溴水,溴水褪色,说明A属于　　　　　　。 

(4)A的核磁共振氢谱如下:

综上所述,A的结构简式为 　                                                                                 。 

11.(2022湖南高二阶段练习)有机化合物的元素定量分析最早是由德国化学家李比希提出的。某化学兴趣小组按如图所示装置,在电炉加热时用纯氧氧化管内样品,根据产物的质量确定有机化合物的组成。

回答下列问题:

(1)A中发生反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)B装置的作用是　　　　　　　　　　　　　,燃烧管C中CuO的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)产生氧气按从左向右流向,根据气流方向进行装置连接顺序的判断,燃烧管C不能先与装置D连接而是先与装置E连接的原因是 　                                                                                            。 

(4)若准确称取1.38 g样品(只含C、H、O三种元素中的两种或三种),经充分燃烧后,D管质量增加2.64 g,E管质量增加1.62 g,则该有机化合物的实验式是　　　　　　　,实验测得其蒸气密度是同温同压下氢气密度的23倍,则X的分子式为　　　　　　。 

(5)有人提出装置D和空气相通,会影响测定结果的准确性,应在装置D后再增加一个装置D,其主要目的是 　                                                                                             。 

(6)若该物质的核磁共振氢谱如图所示,则其结构简式为　　　　　　。 

C级 学科素养创新练

12.(2022丽江高二检测)(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　　　　(填字母)。 

A.CH3—CH3

B.CH3COOH

C.CH3COOCH3

D.CH3COCH3

②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　　　　　　,请预测B的核磁共振氢谱上有　　　　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 　                                                                                                                                                                                                                                             。 

(2)有机化合物C常用于食品行业。已知9.0 g C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5.4 g和13.2 g,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　　　　。 

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　　　　　　　。 

第2课时　有机化合物分子式和分子结构的确定

1.B　利用金属钠或金属钾可以鉴别二甲醚和乙醇,乙醇与钠或钾反应会生成气体,二甲醚与钠或钾不反应。利用红外光谱、核磁共振氢谱可分别测出有机化合物分子中的官能团和化学键、H原子种类和数目之比,都可以鉴别二甲醚和乙醇,只有燃烧法不能对二者进行鉴别。

2.D　实验式乘以整数,即可得到有机化合物的分子式。据烷烃的通式,当碳原子数为n时,则氢原子数最多为2n+2。符合实验式为CH3的只有C2H6;符合实验式为CH的有C2H2、C6H6等;符合实验式为CH2的有C2H4、C3H6等;符合实验式为C2H5的只有C4H10。

3.C　分子内含有5种氢原子,故吸收峰有5组,故A不符合题意;CH3CH2OCH2CH3分子内含有2种氢原子,故吸收峰有2组,故B不符合题意;CH3CH2CH(CH3)2分子内含有4种氢原子,故吸收峰有4组,故C符合题意;CH3COOCH2CH3分子内含有3种氢原子,故吸收峰有3组,故D不符合题意。

4.C　乙醇是常见的有机溶剂,乙醇能以任意比例与水互溶,故常利用沸点不同蒸馏提纯该有机化合物,A正确;利用燃烧法确定烃、烃的含氧衍生物的实验式,故利用燃烧法可确定该有机化合物的实验式为C2H6O,B正确;利用红外光谱图确定该有机化合物的化学键和官能团,利用质谱法确定相对分子质量,C不正确;核磁共振氢谱可用于测定有机化合物中氢原子的化学环境,故利用核磁共振氢谱确定该有机化合物分子中含3种不同环境的氢原子,D正确。

5.A　由质谱图可知相对分子质量为78,=6……6,则该有机化合物的分子式为C6H6,A项符合题意。

6.D　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。

7.B　根据图示可知,该有机化合物的最大质荷比为46,则A的相对分子质量为46;根据核磁共振谱可知,A分子中有3种氢原子,故答案为B。

8.AB　A、B项都有两个—CH3,且不对称,都含有CO、C—O—C,所以A、B项符合图示;C项只有一个—CH3,不会出现不对称的甲基;D项中没有C—O—C键,且—CH3为对称结构。

9.C　0.2 mol该有机化合物燃烧生成10.8 g H2O,H2O的物质的量为=0.6 mol,CO与CuO反应后转化为CO2,与燃烧生成的CO2都被碱石灰吸收。0.2 mol该有机化合物中含碳原子的物质的量为=0.4 mol,根据碳元素守恒可知,1 mol有机化合物中含碳原子的物质的量为2 mol,含氢原子的物质的量为6 mol,含氧原子的物质的量为=2 mol,所以该有机化合物的分子式为C2H6O2;0.1 mol该有机化合物恰好与4.6 g金属钠完全反应,4.6 g Na的物质的量==0.2 mol,该有机化合物与Na按物质的量之比1∶2反应,则该有机化合物分子中含有2个—OH,该有机化合物的结构简式可能为HOCH2CH2OH或CH3CH(OH)2。则A、B、D正确,C错误。

10.答案 (1)70　(2)CH2　C5H10　(3)烯烃

(4)

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,5.6 g A含m(C)=17.6 g×=4.8 g,m(H)=7.2 g×=0.8 g,则可确定该有机化合物只含碳、氢两种元素,其实验式为CH2。设分子式为(CH2)n,则12n+2n=70,n=5,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,则符合题意。

11.答案 (1)2H2O22H2O+O2↑

(2)干燥氧气　把有机化合物不完全燃烧产生的CO转化为CO2

(3)若先连接装置D,则燃烧产生的CO2和水蒸气同时被碱石灰吸收,无法分别确定燃烧生成的CO2和H2O的质量

(4)C2H6O　C2H6O

(5)防止吸收燃烧产物中二氧化碳的D装置吸收空气中的二氧化碳和水蒸气

(6)CH3OCH3

解析 实验的目的是采用燃烧法测定有机化合物的组成。先制得纯净的氧气,然后将有机化合物完全氧化为二氧化碳和水,再分别测定二氧化碳和水的质量,从而得出有机化合物中各元素的原子个数比。

(1)A装置是在常温下制取氧气,反应物应为H2O2,发生反应的化学方程式为2H2O22H2O+O2↑。

(2)实验目的是用干燥的氧气氧化有机化合物,以便测定产物的质量,所以B装置的作用是干燥氧气;为防止燃烧产物中混有CO,影响测定结果,需再提供氧化剂,所以燃烧管C中CuO的作用是把有机化合物不完全燃烧产生的CO转化为CO2。

(3)装置E用于吸收水蒸气,装置D既能吸收二氧化碳又能吸收水蒸气,所以燃烧产物应先通过装置E,后通过装置D。

(4)n(CO2)==0.06 mol,n(H2O)==0.09 mol,则n(C)=0.06 mol,n(H)=0.18 mol,n(O)=

=0.03 mol,从而得出有机化合物分子中C、H、O的原子个数比为0.06 mol∶0.18 mol∶0.03 mol=2∶6∶1,则该有机化合物的实验式是C2H6O。实验测得其蒸气密度是同温同压下氢气密度的23倍,则X的相对分子质量为46,分子式为C2H6O。

(5)装置D和空气相通,会吸收空气中的二氧化碳和水蒸气,从而影响测定结果的准确性,所以应在D后再增加一个装置D,其主要目的是防止吸收燃烧产物中二氧化碳的D装置吸收空气中的二氧化碳和水蒸气。

(6)从图中可以看出,该有机化合物分子中只有一种氢原子,则其结构简式为CH3OCH3。

12.答案 (1)①AD　②BrCH2CH2Br　2

③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)①羧基　②

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90,9.0 g C的物质的量为=0.1 mol,燃烧生成二氧化碳为=0.3 mol,生成水为=0.3 mol,则1个有机化合物分子中N(C)==3、N(H)==6,则一个分子中N(O)==3,故有机化合物C的分子式为C3H6O3;C能与NaHCO3溶液发生反应,则C一定含有羧基;②有机化合物C的分子式为C3H6O3,含有羧基,C分子的核磁共振氢谱有4组峰,说明含有4种H原子,峰面积之比是1∶1∶1∶3,则4种H原子数目分别为1、1、1、3,则其结构简式为CH3CH(OH)COOH。