苏教版 (2019)选择性必修3专题1 有机化学的发展及研究思路第二单元 科学家怎样研究有机物第2课时当堂检测题

第2课时　有机化合物组成和结构的研究

基础过关练

题组一　有机化合物组成的研究

1.某有机物在氧气中充分燃烧,生成36 g水和44 g CO2,则关于该有机物的说法正确的是              (　　)

A.分子式一定是CH4

B.分子式一定是CH4O

C.分子式可能是CH4或CH4O

D.以上说法均不正确

2.(2021安徽蚌埠三中高二下月考)某有机物在氧气中充分燃烧,生成CO2和H2O的物质的量之比为1∶2,则下列说法中正确的是              (深度解析)

A.该有机物分子中C、H、O原子个数之比为1∶2∶3

B.该有机物分子中C、H原子个数之比为1∶4

C.该有机物中一定含有氧元素

D.该有机物的最简式为CH4

3.(2021广东揭阳揭东高二上期末)某有机物在氧气中充分燃烧,生成的水蒸气和二氧化碳的物质的量之比为1∶1,由此可以得出的结论是              (　　)

A.该有机物分子中C、H、O原子个数比为1∶2∶1

B.该有机物是烃,C、H原子个数比为1∶2

C.有机物必定含O

D.无法判断有机物是否含O

4.6.4 g某化合物在氧气中完全燃烧,生成8.8 g CO2和7.2 g H2O,下列说法中正确的是              (　　)

A.该化合物只含碳、氢两种元素

B.该化合物中碳、氢原子个数比为1∶4

C.无法确定该化合物是否含有氧元素

D.该化合物一定是C2H8O2

5.实验测得某碳氢化合物A中,碳的质量分数为80%,氢的质量分数为20%,该化合物的实验式为　　　　。又测得该化合物的相对分子质量是30,该化合物的分子式为　　　　。 

题组二　有机化合物结构的研究

6.下列有机物分子中,在核磁共振氢谱中只给出一种峰(信号)的是 (　　)

A.CH3OH　　　　B.CH3CH2CH3

C.CH3COOH　　　　D.CH3OCH3

7.(2020安徽蚌埠第三中学高二下月考)为测定某有机物的结构,用核磁共振仪处理后得到如图所示的核磁共振氢谱,则该有机物可能是              (　　)

A.CH3CH2CH2COOH　　　　B.

C.CH3CH2OH　　　　D.

8.(1)有机物A的质谱图和红外光谱图分别如下:

①A的结构简式为　　　　　　　。 

②写出属于醇类,与A互为同分异构体的结构简式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)相对分子质量不超过100的有机物B,既能与金属钠反应产生无色气体,又能与碳酸钠反应产生无色气体,还可以使溴的四氯化碳溶液褪色。B完全燃烧只生成CO2和H2O。经分析,其含氧元素的质量分数为37.21%。经核磁共振仪检测发现B的氢谱如下:

B的结构简式为　　　　　　　。 

题组三　有机化学反应的研究

9.已知在水溶液中存在平衡:,当与CH3CH2OH发生酯化反应时,不可能生成的是              (　　)

A.　　　　B.

C.H2O　　　　D.O

10.将CH3COOH和H18O—C2H5混合发生酯化反应,已知酯化反应是可逆反应,反应达到平衡后下列说法中正确的是              (　　)

A.18O存在于所有物质中

B.18O仅存在于乙醇和乙酸乙酯中

C.18O仅存在于乙醇和水中

D.有的乙醇分子可能不含18O

能力提升练

题组一　有机物分子式的确定

1.(2021安徽安庆怀宁第二中学高二上期中,)有机物A完全燃烧只生成CO2和H2O,将12 g该有机物完全燃烧的产物通过足量浓硫酸,浓硫酸增重14.4 g,再通过足量碱石灰,碱石灰增重26.4 g。该有机物的分子式是              (　　)

A.C4H10　　　　B.C3H8O

C.C2H6O　　　　D.C2H4O2

2.(2020辽宁沈阳实验中学高二下期中,)有一瓶无色、有特殊气味的液体,可能是甲醇(CH3OH)或乙醇(C2H5OH)。通过测定该液体充分燃烧后生成的二氧化碳和水的质量,可确定是哪种物质。对此原理解释错误的是              (　　)

A.求出碳、氢元素的质量之比,与甲醇和乙醇中碳、氢元素质量之比对照,即可确定

B.求出碳、氢原子的个数之比,与甲醇和乙醇分子中碳、氢原子个数之比对照,即可确定

C.求出碳、氢原子的物质的量之比,与甲醇和乙醇分子中的碳、氢原子的物质的量之比对照,即可确定

D.求出碳、氢、氧原子的个数之比,与甲醇和乙醇分子中的碳、氢、氧原子个数之比对照,即可确定

3.(2021黑龙江鹤岗第一中学高二上期末,)X、Y两种有机物的分子式不同,但均含有C、H或C、H、O,将X、Y以任意比例混合,只要物质的量之和不变,完全燃烧时所消耗的氧气量和生成水的物质的量也分别不变。则下列有关判断正确的是              (　　)

A.X、Y分子式中氢原子数一定相同,碳原子数也一定相同

B.若X为CH4,则相对分子质量最小的Y是甲醇

C.若X为CH4,则相对分子质量最小的Y是乙二醇

D.X、Y的分子式应含有相同的氢原子数,且相差n个碳原子,同时相差2n个氧原子(n为正整数)

4.(2021山东莘州中学高二第一次月考,)三聚氰胺含氮量较高,但对人体有害。一些不法乳制品企业为了提高乳制品中蛋白质含量,向乳制品中添加三聚氰胺,使儿童患肾结石。如图所示的实验装置可用来测定三聚氰胺的分子式。

已知:三聚氰胺的相对分子质量为126。取1.26 g三聚氰胺样品,放在纯氧中充分燃烧,生成CO2、H2O、N2,实验测得装置B增重0.54 g,C增重1.32 g,排入F中水的体积为672 mL(可按标准状况计算)。

(1)E装置的作用是　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)需要加热的装置是　　　　(填字母)。 

(3)装置D的作用是　　　　　　　　　　　。 

(4)三聚氰胺的分子式为　　　　。 

(5)三聚氰胺结构式的测定方法为　　　　　　　　。 

题组二　有机物结构式的确定

5.(2021河北保定高二上期末,)某有机物A的质谱仪测定示意图如图①,核磁共振氢谱示意图如图②,则A的结构简式可能为              (　　)

①　　　　　　　　 　　　　　②

A.HCOOH　　　　B.CH3CHO

C.CH3CH2OH　　　　D.CH3CH2COOH

6.(2021江西南昌八一中学、洪都中学等七校高二下期中联考,)某有机化合物A经李比希法测得其中含碳为72.0%、含氢为6.67%,其余为氧。现用下列方法测定该有机化合物的相对分子质量和分子结构。

方法一:用质谱法分析得知A的相对分子质量为150。

方法二:核磁共振仪测出A的核磁共振氢谱有5组峰,其面积之比为1∶2∶2∶2∶3,如图1所示。

方法三:利用红外光谱仪测得A分子的红外光谱如图2所示。

图1

图2

请填空:

(1)A的分子式为　　　　。 

(2)A分子中含一个甲基的依据是　　　　(填字母)。 

a.A的相对分子质量　　　　b.A的分子式

c.A的核磁共振氢谱图　　　　d.A分子的红外光谱图

(3)A的结构简式可能为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (任写一种)。

答案全解全析

基础过关练

1.C　根据燃烧产物中H2O和CO2的质量,可以求出其中的n(C)∶n(H)=∶(×2)=1∶4,但是无法确定是否含有氧元素,故分子式可能是CH4或CH4O,C项正确。

2.B　只根据生成物CO2和H2O无法确定该有机物中是否含有氧元素。由题意知该有机物分子中N(C)∶N(H)=1∶4,其最简式可能为CH4,也可能为CH4O。

反思升华

　　若某有机物完全燃烧的产物为CO2和H2O,确定其是否含有氧元素的方法:通过相关的实验可以先确定CO2和H2O的质量,进而求得有机物中所含碳元素和氢元素的质量。m(C)=×m(CO2),m(H)=×m(H2O)。若m(有机物)=m(C)+m(H),则说明该有机物中只含碳和氢两种元素;若m(有机物)>m(C)+m(H),则说明有机物中含有C、H、O三种元素,其中m(O)=m(有机物)-m(C)-m(H)。

3.D　有机物在氧气中充分燃烧,生成的水蒸气和二氧化碳的物质的量之比为1∶1,只能判断有机物含有碳元素和氢元素,且C和H原子个数之比是1∶2,不能确定是否含有氧元素,故A、B、C项说法都不正确,D项正确。

4.B　n(CO2)==0.2 mol,m(C)=0.2 mol×12 g·mol-1=2.4 g,n(H2O)==0.4 mol,m(H)=1 g·mol-1×0.4×2 mol=0.8 g,则m(C)+m(H)=2.4 g+0.8 g=3.2 g<6.4 g,故该化合物中含有氧元素,其质量为6.4 g-3.2 g=3.2 g,n(O)==0.2 mol,n(C)∶n(H)∶n(O)=1∶4∶1,实验式为CH4O,分子式一定不是C2H8O2,因为实验式中H原子已饱和。

5.答案　CH3　C2H6

解析　N(C)∶N(H)==1∶3,该化合物的实验式是CH3,又因为该化合物的相对分子质量为30,所以该化合物的分子式是C2H6。

6.D　D项中2个甲基连在同一个氧原子上,6个H原子等效。

7.C　根据核磁共振氢谱,有3组吸收峰,可知该有机物有3种等效氢原子,且3种等效氢原子个数比为1∶2∶3。CH3CH2CH2COOH有4种等效氢原子,A项错误;有2种等效氢原子,B项错误;CH3CH2OH有3种等效氢原子,且3种等效氢原子个数比为1∶2∶3,C项正确;有2种等效氢原子,D项错误。

8.答案　(1)①CH3CH2OCH2CH3

②HOCH2CH2CH2CH3、CH3CH(OH)CH2CH3、HOCH2CH(CH3)CH3、

(2)

解析　(1)①质谱图中,质荷比的最大值表示样品的相对分子质量,故A的相对分子质量为74,由红外光谱图能够推断出A中含有对称的—CH3与—CH2—和醚键,所以A为CH3CH2OCH2CH3。②由于C4H9—有4种结构,故A属于醇类的同分异构体有4种。

(2)B能与金属钠反应产生无色气体,也能与碳酸钠反应产生无色气体,说明B中至少含有一个羧基,同时还可能含有羟基等。B中含氧元素的质量分数为37.21%,若每个B分子中含有2个氧原子,则B的相对分子质量为86;若每个B分子中含有3个氧原子,则B的相对分子质量为129,大于100,不符合要求,所以每个B分子中只含有一个羧基。又因为B可以使溴的四氯化碳溶液褪色,所以B还含有碳碳不饱和键,再结合核磁共振氢谱图显示B中含有三种等效氢原子且个数比为1∶2∶3,可以推断其结构简式为。

9.B　溶液中存在和,它们在与CH3CH2OH进行酯化反应时,根据酯化反应机理“羧酸脱羟基、醇脱氢”可知,B不可能生成。

10.B　本题考查的是酯化反应的机理“羧酸脱羟基、醇脱氢”,CH3COOH+H18OCH2CH3CH3CO18OCH2CH3+H2O,乙酸乙酯在水解时是从形成的酯基C—O键处断开,因此,18O只可能存在于乙醇和乙酸乙酯中。

能力提升练

1.B　浓硫酸增重14.4 g,即生成水的质量为14.4 g,则n(H2O)==0.8 mol,n(H)=1.6 mol,m(H)=1 g/mol×1.6 mol=1.6 g,碱石灰增重26.4 g,即生成二氧化碳的质量为26.4 g,则n(CO2)==0.6 mol,则n(C)=0.6 mol,m(C)=12 g/mol×0.6 mol=7.2 g。m(C)+m(H)=8.8 g<12 g,则该有机物中一定含有氧元素,12 g有机物中含有的氧元素的质量为12 g-8.8 g=3.2 g,n(O)==0.2 mol,则n(C)∶n(H)∶n(O)=0.6 mol∶1.6 mol∶0.2 mol=3∶8∶1,即该有机物的实验式为C3H8O,由于C3H8O中碳原子已经饱和,故该有机物的分子式为C3H8O,B项正确。

2.D　根据甲醇(CH3OH)和乙醇(C2H5OH)的分子组成可知,若求出碳、氢元素的质量之比为3∶1,则为甲醇,若求出碳、氢元素的质量之比为4∶1,则为乙醇,A正确;若求出碳、氢原子的个数之比为1∶4,则为甲醇,若求出碳、氢原子的个数之比为1∶3,则为乙醇,B正确;若求出碳、氢原子的物质的量之比为1∶4,则为甲醇,若求出碳、氢原子的物质的量之比为1∶3,则为乙醇,C正确;生成物二氧化碳和水中的氧只有一部分来自有机物,还有一部分来自氧气,不能根据由CO2和H2O的质量求出的碳、氢、氧原子的个数之比来确定有机物分子中的碳、氢、氧原子的个数之比,D错误。

3.D　总物质的量一定,有机物完全燃烧时,生成水的质量和消耗O2的质量不变,则分子式中的氢原子个数相同,且X、Y相差n个碳原子,同时相差2n个氧原子(n为正整数),D项正确。X、Y分子式中氢原子数一定相同,碳原子数不可能相同,A项错误。相同物质的量的甲醇和甲烷的耗氧量不同,则相对分子质量最小的Y不可能为甲醇,B项错误。乙二醇分子中含有6个H原子,与甲烷分子中含有的氢原子数不相同,则相对分子质量最小的Y不可能为乙二醇,C项错误。

4.答案　(1)排水,以测定氮气的体积

(2)AD

(3)除去未反应的氧气

(4)C3N6H6

(5)红外光谱法

解析　A中氧气和三聚氰胺在加热条件下反应生成二氧化碳、水和氮气,B用于吸收水,C用于吸收二氧化碳,D用于除去过量的氧气,然后用排水法测量氮气的体积,求出C、H、N三种元素的质量,判断是否有O,求出实验式,根据实验式和相对分子质量,求出分子式。(1)E装置的作用是用排水法测定氮气的体积。(2)三聚氰胺的燃烧以及铜与氧气的反应需要在加热的条件下进行。(3)铜在加热条件下可与氧气反应,D的作用为除去未反应的氧气。(4)三聚氰胺的相对分子质量为126,取1.26 g三聚氰胺样品,放在纯氧中充分燃烧,生成CO2、H2O、N2。实验测得装置B增重0.54 g,则n(H2O)==0.03 mol,n(H)=0.06 mol,C增重1.32 g,n(CO2)==0.03 mol,n(C)=0.03 mol,排入F中水的体积为672 mL(可按标准状况计算),则n(N2)==0.03 mol,n(N)=0.06 mol,m(H)+m(C)+m(N)=0.06 mol×1 g/mol+0.03 mol×12 g/mol+0.06 mol×14 g/mol=1.26 g,则三聚氰胺中不含O元素。N(C)∶N(H)∶N(N)=0.03 mol∶0.06 mol∶0.06 mol=1∶2∶2,所以实验式为CN2H2,设三聚氰胺的分子式为(CN2H2)n,则42n=126,n=3,所以分子式为C3N6H6。(5)红外光谱可以获得分子中含有的基团的信息,可以通过红外光谱法确定三聚氰胺的结构式。

5.C　质荷比的最大值=相对分子质量,则该有机物的相对分子质量=46。由核磁共振氢谱示意图可知,核磁共振氢谱有3组吸收峰,故有机物分子中有3种等效氢原子。HCOOH只含2种等效氢原子,A项错误;CH3CHO的相对分子质量不是46,B项错误;CH3CH2OH的相对分子质量和等效氢原子均符合上述分析,C项正确;CH3CH2COOH的相对分子质量不是46,D项错误。

6.答案　(1)C9H10O2　(2)bc

(3)(合理即可)

解析　(1)由题意知,有机物A中O的质量分数为1-72.0%-6.67%=21.33%,由Mr(A)=150得N(C)==9,N(H)=≈10,N(O)=≈2,则A的分子式为C9H10O2。

(2)由分子式知,A中含有10个H,核磁共振氢谱中有5组峰,说明A中有5种H,峰面积之比为1∶2∶2∶2∶3,则A中5种H的个数比为1∶2∶2∶2∶3,说明A分子中含有一个—CH3。

(3)A中含苯环结构,且苯环与C原子相连形成的结构,含CO和C—O,可联想酯基(),含C—C和C—H,综合可知A的结构简式可能为、、。