资源简介

《元素分析与有机化合物结构的确定》教学设计
课标解读
《元素分析与有机化合物结构的确定》是《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》
选择性必修课程模块3“有机化学基础”主题1：有机化合物的组成与结构。
1.内容要求
知道红外光谱、核磁共振、X射线衍射等现代仪器分析方法在有机物分子结构测定中的应用。
2.学业要求
能说出测定有机化合物分子结构的常用仪器分析方法，能结合简单图谱信息分析判断有机化合物的
分子结构。
二、教材分析
“元素分析与有机化合物结构的确定”是选择性必修3第一章第二节第2课时的内容。研究一种有机物最重要的是对该化合物进行结构的测定，只有测定它的结构才能全面了解它可能具有的性质，才能够将其应用于生产生活中，才能更好地为人类造福。作为一种新化合物，我们怎样去测定它的结构，测定结构的一般方法又是什么，这些是我们迫切需要解决的问题。
本节以乙醇结构的测定作为案例，通过解决实际问题的形式，让学生初步了解怎样研究有机化合物，应该采取什么步骤和常用方法等，从中体验研究有机化合物的过程和科学方法。一方面，帮助学生建立研究有机化合物的一般程序模式，另一方面，深切感受现代技术对有机化学发展的推动作用，体验严谨、求实的有机化合物研究过程。本节的教材内容一方面体现时代性，另一方面为以后更为系统地研究有机物提供了线索和思路。
三、学情分析
学生已有知识、能力等：
学生通过前面的学习，已经基本了解了有机物种类繁多、结构复杂的特点，也基本认识到有机化合物中结构对性质的决定作用，对化学实验能帮助人们分析和认识有机物结构和性质的思维意识已经基本形成，对有机物的研究和应用在生产、生活和科技研究中所起的重大作用也早已认同，对认识更多有机物的性质产生了更大的渴望。
但学生对现代分析仪器了解太少，对现代技术、谱图原理和名词术语也不了解。
四、素养目标
【教学目标】
1.了解测定有机化合物结构的一些现代化技术，能进行简单的计算确定有机化合物分子式。
2.通过有机化合物分子式的确定知道定性和定量分析在有机化学中的应用，通过有机化合物结构式的确定，了解光谱分析在有机化学中的应用。
3.感受现代技术对有机化学发展的推动作用，体验严谨、求实的有机化合物研究过程。
【评价目标】
1.通过简单的计算确定乙醇实验式，诊断和发展学生的定量计算水平
2.通过定量计算结合光谱分析，确定乙醇的结构，诊断并发展学生定性和定量分析相结合的能力
3.通过体验现代技术在乙醇结构分析中的重要作用，诊断并发展学生严谨求实的科学态度，同时体会学科融合的巨大价值。
五、教学重难点：
1.教学重点：鉴定有机物结构的一般过程与方法。
2.教学难点：确定实验式的计算和鉴定有机化合物结构的方法的介绍。
六、教学方法：
自主学习、小组讨论、实验探究
七、教学思路
教学环节 问题线 活动线
环节一： 课堂引入 测定A的结构需要经过哪些步骤 教师展示未知液体A
环节二： 有机物实验式的探究 如何确定A含有的元素种类和实验式 介绍元素分析法
环节三： 有机物分子式的确定 已知A的实验式，如何确定A分子式 介绍质谱仪原理、分析质谱图
环节四： 有机物结构式的推断 已知A的分子式，如何确定A的结构 介绍红外光谱和核磁共振氢谱图
环节五：课堂总结 总结测定A的结构经过的步骤 思维导图知识小结
八、教学过程：
环节一：课堂引入
教师活动 学生活动
【展示】一瓶无色液体图片 【提问】这瓶无色液体，是通过蒸馏从我们生活中常见的一种饮料中提纯得到的，我们想探究该物质的结构，需要经过哪些步骤？ 知识回顾、思考
【过渡】已知该有机物可以燃烧，由此得出该有机物的组成元素可能有哪些？ 【提问】该有机物是否一定含C元素，如何通过实验进行检测？ 【提问】如何进一步确定该有机物中所含C的质量分数？ 【讲述】此外，也常用KOH溶液，KOH溶液对CO2的吸收更彻底，而且操作简便，只需称量实验前后KOH溶液的质量，质量差即为CO2的质量。除以有机物的总质量进一步得到C的质量分数。 【提问】如何检测出该有机物是否含H元素？ 【提问】如何确定该有机物中所含H的质量分数？ 【提问】如何确定该有机物中是否含氧，以及氧的质量分数如何确定 【提问】根据刚才的分析，能否设计一个比较完善的实验来确定该有机物的元素组成？ 【投影】 【讲述】19世纪30年代，科学家李比希首先建立燃烧方法测定样品中碳和氢两种元素的含量，我们称之为元素分析法，把定性分析和定量分析相结合。 【应用探究】 某含C、H、O三种元素的未知物A，经燃烧分析实验测定该未知物碳的质量分数为52.16％，氢的质量分数为13.14％，试求该未知物A的实验式。 【回答】C、H 【回答】C、H、O 【回答】将燃烧产物通入澄清石灰水，若变浑浊，证明此有机物一定含C。 【回答】将燃烧产物通入澄清石灰水，将沉淀过滤干燥后，测沉淀的质量，进行计算。 【回答】将燃烧产物通入无水硫酸铜，若变蓝，证明有水生成，此有机物含H。 【回答】将燃烧产物通入浓硫酸，测反应前后该有机物增重多少，增重的量即为H2O的质量，通过计算可得到H的质量分数。 【回答】1-w(C)%-w(H)% 4人一组，进行讨论。 【回答】有机物燃烧，将燃烧产物依次通过浓硫酸测水的质量、通过KOH溶液测出CO2，最后计算O的质量分数。 学生演板 独立计算
【过渡】经过计算我们得到了该有机物的实验式是C2H6O，那么如何确定该有机物的分子式？还需要一个条件，是什么？ 【提问】如何测得该有机物的相对分子质量？ 【提示】我们知道在同温同压条件下，对于气体有： 【讲述】这个方法是可行的，但比较麻烦，随着现代科技的发展，我们有更先进的仪器可以帮助我们迅速测定相对分子质量。 投影：质谱仪，介绍质谱法原理 【应用】已测得某未知物A的实验式为C2H6O，其质谱图如右图所示， 求A的相对分子质量？ 【提问】我们现在知道了该有机物的相对分子量是46，实验式是C2H6O，那该有机物的分子式是什么？ 思考 交流 【回答】相对分子质量 【回答】测得同温同压下，氢气的密度和该有机物的蒸汽密度，代入计算式即可求出它的相对分子质量。 【回答】最大质荷比就等于相对分子质量，所以相对分子质量是46 【回答】C2H6O
【过渡】根据有机物分子式为C2H6O，推测一下该物质可能的结构？ 【提问】有机物A究竟是乙醇还是二甲醚，如何确定该有机物的准确结构？ 【讲述】因为这个有机物结构比较简单，而我们已经学过乙醇的性质，所以大家能很快想出推断该物质结构的方法。 事实上探究一个化合物的结构是一个非常复杂而艰辛的过程。葡萄糖结构的测定是科学家Fischer，历时7年才得以完成。1902年获得诺贝尔化学奖。但现在科技日新月异的迅猛发展，现在无论是简单的乙醇还是复杂的葡萄糖这些有机物结构的测定只需几个小时即可完成。我们已经知道质谱仪可以迅速帮助我们测得相对分子质量，还有哪些仪器能帮助我们测定有机物结构呢？ 投影：红外光谱仪，介绍红外光谱原理和用途 【应用】 下图所示是未知物A（化学式为C2H6O）的红外光谱图，推测A的分子结构 投影：核磁共振仪，介绍核磁共振氢谱原理和用途 【应用】 下图所示是未知物A（化学式为C2H6O）的核磁共振氢谱图，推测A的分子结构 思考交流 或 【回答】 1.是否可以和钠反应产生氢气 2.是否可以与乙酸发生酯化反应 3.是否可以发生催化氧化 4.是否可以使酸性高锰酸钾溶液褪色 倾听，思考 【回答】 从红外光谱图中分析该物质含有羟基，所以结构简式为：C2H5OH 【回答】该物质含有三个峰，峰面积比6:4:2（3:2:1） 故该物质是C2H5OH
教师引导学生总结本节课的内容，让学生建立研究有机物的基本步骤和思维模型 思考总结
【拓展延伸】 通过研究A的结构，我们了解了红外光谱仪和核磁共振氢谱仪的 作用，其实还有更多现代分析仪器可以更好的帮助我们研究有机物结构，比如X射线衍射仪 【讲述】X射线衍射的原理和作用。 我们知道2015年诺贝尔医学奖颁给了我国科学家屠呦呦，表彰她和科学团队从中药材中提取出到抗疟疾有效成分青蒿素。其实屠呦呦等科学家提取青蒿素和研究青蒿素结构的过程正是沿用了现代研究有机物的基本方法和步骤 科学家们通过元素分析和质谱法分析，确定了青蒿素的相对分子质量为282，分子式为C15H22O5。经红外光谱和核磁共振谱分析，确定青蒿素分子结构中含有酯基和甲基等结构片段。通过化学反应证明其分子中含有过氧基团（—O—O—）。1975年底，中国科学院的科学家通过X射线衍射最终测定了青蒿素的分子结构。 感受我们现代科学家的成就 感受现代分析方法的巨大作用
九、板书设计
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