应用现代物理方法 解决新型化学问题（修改稿）VIP免费

C2H3+C2H3++CH2==CH02920304050质荷比未知物A质谱图+CH3CH2OH46+CH3CH=OH4531+CH3CH22720408010060相对丰度/%应用现代物理方法解决新型化学问题左香华（广东省深圳市宝安区教育局教研室518101）1课标要求2003年4月国家教育部制订出版的高中化学课程标准明确指出：要求学生“初步了解常见物质的组成和结构的检测方法，知道质谱仪、核磁共振仪、红外光谱仪等现代仪器在测定物质结构中的作用。”并以“活动·探究”的形式通过“科普讲座、查阅资料、参观或观看影像：红外、色谱、原子吸收光谱、核磁共振等现代化学分析测试技术；实验：用化学方法（或红外光谱法）检验卤代烷中的卤素；用中和滴定法（或气相色谱法）测定食醋中醋酸的含量。”等手段使学生初步了解现代物理方法在化学学习中的应用。使用现代物理方法测定物质的相对分子质量、确定有机物的特殊结构、等位氢原子的确定等均反映了当代化学学科的前沿信息，有浓厚的时代气息。2方法简介2.1质谱仪质谱是近代发展起来的快速、微量、精确测定物质相对分子质量一种现代方法。其原理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。分子离子、碎片离子各自具有不同的相对质量，它们在磁场的作用下，到达检测器的时间将因质量的不同而先后有别，其结果被记为质谱图。分子离子或碎片离子的相对质量与其电荷的比值叫质荷比。当其电荷为+1时，其质荷比即为该分子离子或碎片离子的相对“分子”质量。由图可以看出，质荷比最大的数据是的46，这就是未知物A的相对分子质量。2.2红外光谱仪在有机物分子中，组成化学键或官能团的原子处于不断振动的状态，其振动频率与红外光的振动频率相当。当用红光线照射有机物分子时，分子中的化学键或官能团可发生振动吸收，不同的化学键或官能团吸收频率不同，在红外光谱图上将处于不同的位置，从而可以获得分子中含有何种官能团或化学键的信息。2.3核磁共振氢谱氢原子核具有磁性，如用电磁波照射氢原子核，它能通过共振吸收电磁波能量，发生跃迁。用核磁共振仪可以记录到有关信号，处在不同化学环境中的氢原子因产生共振时吸收频率不同，在谱图上出现的位置也不同，且吸收峰面积与氢原子数成正比。因此，从核磁共振氢谱上可以推知该有机物分子中有几种不同类型的氢原子及它们的数目。1CH3CH2OH+例如未知物A（CH3CH2OH）的核磁共振氢谱有三个峰，峰面积之比为1︰2︰3，它们分别为羟基的一个氢原子、亚甲基上的两个氢原子和甲基上的三个氢原子。而二甲醚（CH3OCH3）中的六个氢原子均处于相同的化学环境中，只有一种氢原子，因而只有一个吸收峰。3应用举例3.1应用质谱法测定物质的相对分子质量例1.在高真空下，用高能电子束轰击一种气态分子时，分子中的一个电子可以被打击出去生成阳离子自由基，如苯甲酸C6H5COOH→C6H5COOH++e—它的质量与电荷比（m/z）可以测出为122（即122/1）。与此同时，这样的离子还会被打成碎片离子，各有它们的质量与电荷比，苯甲酸产生的碎片离子按所测出的质量与电荷比（都只带一个正电荷）为：m/z离子反应105C6H5CO+C6H5COOH→C6H5CO++·OH77C6H5+C6H5CO+→C6H5++CO51C4H3+C6H5+→C4H3++C2H2现有由C、H、O组成的一种无色透明液体（A），不溶于水及冷酸、碱，加热时能逐渐溶于稀氢氧化钠或盐酸，冷却后不再析出原来的液体。如用高能电子束轰击气态A时，在70eV下得质量与电荷比为88、73、61、45、43、29、27等离子。它们都带有一个电荷，试确定该化合物是什么，并画出产生这些碎片的过程。【解析】依题给信息——苯甲酸质荷比分析知，最大质荷比即为该物质的相对分子质量，故A的相对分子质量为88；又根据A的化学性质知，在烃的含氧衍生物醇、酚、醚、醛、酮、羧酸和酯等几个信息中，只有羧酸或酯符合题意，故A可能为饱和的一元酯，据饱和一元羧酸或酯的通式CnH2nO2知，CnH2nO2==88，即14n+32==88，解得n==4，分子式为C4H8O2；而符合分子式为C4H8O2的饱和一元酯有甲酸丙酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯，在这些酯中，只有乙酸乙酯可以得出质荷比为88、73、45、43、29五种碎片，61和27为次级碎片，故A为乙酸乙酯。产生碎片的方式为：CH3—COO—CH2CH3...