Question

3．實(shí)驗(yàn)室用燃燒法測定某種α-氨基酸X （C_xH_yO_zN_p）的分子組成．取3.34g X放在純氧中充分燃燒，生成CO₂、H₂O和N₂．現(xiàn)用如圖1所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（鐵架臺、鐵夾、酒精燈等未畫出），請回答有關(guān)問題：

（1）實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，首先打開止水夾a，關(guān)閉止水夾b，通一段時(shí)間的純氧氣，這樣做的目的是將裝置中的N₂排盡；之后則需關(guān)閉止水夾a，打開止水夾b．
（2）上述裝置中A、D處都需要用酒精燈加熱，操作時(shí)應(yīng)先點(diǎn)燃D處的酒精燈．
（3）裝置D的作用是吸收未反應(yīng)的O₂，保證最終收集到的氣體是反應(yīng)生成的N₂．
（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)果：
①B中濃硫酸增重1.62g，C中堿石灰增重7.04g，F(xiàn)中收集到224mL氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況）．
 ②X的相對分子質(zhì)量為167，它是通過質(zhì)譜儀測定的（填一種現(xiàn)代化學(xué)儀器）
試通過計(jì)算確定該有機(jī)物X的分子式（寫出計(jì)算過程）C₈H₉O₃N
（5）另取3.34g X與0.2mol/L 的NaOH溶液反應(yīng)，最多能中和NaOH溶液200mL，有機(jī)物X的¹³C-NMR（即核磁共振碳譜，其作用與核磁共振氫譜類似）如下圖所示．試確定有機(jī)物X的結(jié)構(gòu)簡式為．

Answer 1

分析 該實(shí)驗(yàn)原理為：3.34g 該種氨基酸放在純氧中充分燃燒，生成CO₂、H₂O和N₂．裝置B內(nèi)盛放濃硫酸，吸收生成的水，根據(jù)裝置B增重，確定3.34g 該種氨基酸中含氫元素質(zhì)量，根據(jù)C中堿石灰的增重可確定C元素的質(zhì)量，D用于除去氧氣，根據(jù)F中水的體積確定氮?dú)獾捏w積，并由此確定待測氨基酸中含有的氮元素的質(zhì)量，在計(jì)算氧元素的質(zhì)量，確定分子中元素原子個數(shù)比，由此確定最簡式，
（1）利用排水法測定氮?dú)獾捏w積，確定Wg該種氨基酸中含氮元素質(zhì)量；
（2）加熱時(shí)應(yīng)盡量考慮保證最終收集的氣體為N₂；
（3）由反應(yīng)原理可知，銅網(wǎng)吸收未反應(yīng)的O₂；
（4）B中濃硫酸增重1.62g，C中堿石灰增重7.04g，F(xiàn)中收集到224mL氣體，可分別計(jì)算H、C、N的質(zhì)量，結(jié)合總質(zhì)量確定O的質(zhì)量，可確定實(shí)驗(yàn)式，X的相對分子質(zhì)量為167，可計(jì)算分子式；
（5）3.34g X的物質(zhì)的量為$\frac{3.34g}{167g/mol}$=0.02mol，與0.2mol/L 的NaOH溶液反應(yīng)，最多能中和NaOH溶液200mL，即消耗0.04molNaOH，說明有機(jī)物含有1個羧基、1個酚羥基，由核磁共振碳譜可知苯環(huán)有兩個取代基，且為對位．

解答 解：該實(shí)驗(yàn)原理為：3.34g 該種氨基酸放在純氧中充分燃燒，生成CO₂、H₂O和N₂．裝置B內(nèi)盛放濃硫酸，吸收生成的水，根據(jù)裝置B增重，確定3.34g 該種氨基酸中含氫元素質(zhì)量，根據(jù)C中堿石灰的增重可確定C元素的質(zhì)量，D用于除去氧氣，根據(jù)F中水的體積確定氮?dú)獾捏w積，并由此確定待測氨基酸中含有的氮元素的質(zhì)量，在計(jì)算氧元素的質(zhì)量，確定分子中元素原子個數(shù)比，由此確定最簡式，
（1）裝置的空氣中含有N₂，影響生成氮?dú)獾捏w積測定，需將裝置中的N₂排凈，故答案為：將裝置中的N₂排盡；
（2）應(yīng)先點(diǎn)燃D處的酒精燈，吸收未反應(yīng)的氧氣，保證最終收集的氣體為N₂，故答案為：D；
（3）由原理可知，氣體進(jìn)入裝置E之前應(yīng)該先將氧氣除去，所以銅網(wǎng)的作用是吸收未反應(yīng)的氧氣，以保證最終收集的氣體為N₂，
故答案為：吸收未反應(yīng)的O₂，保證最終收集到的氣體是反應(yīng)生成的N₂；
（4）實(shí)驗(yàn)室用質(zhì)譜儀測定有機(jī)物的相對分子質(zhì)量，
B中濃硫酸增重1.62g，為水的質(zhì)量，則可知n（H₂O）=$\frac{1.62g}{18g/mol}$=0.09mol，m（H）=0.18g，C中堿石灰增重7.04g，為二氧化碳的質(zhì)量，n（CO₂）=$\frac{7.04g}{44g/mol}$=0.16mol，m（C）=0.16mol×12g/mol=1.92g，F(xiàn)中收集到224mL氣體，為氮?dú)�，且n（N₂）=$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$=0.01mol，m（N）=0.01mol×2×14g/mol=0.28g，
所以m（O）=3.34g-0.18g-1.92g-0.28g=0.96g，n（O）=$\frac{0.96g}{16g/mol}$=0.06mol，
則N（C）：N（H）：N（O）：N（N）=0.16：0.18：0.06：0.02=8：9：3：1，實(shí)驗(yàn)式為C₈H₉O₃N，相對分子質(zhì)量為167，則分子式為C₈H₉O₃N，
故答案為：質(zhì)譜儀；C₈H₉O₃N；
（5）3.34g X的物質(zhì)的量為$\frac{3.34g}{167g/mol}$=0.02mol，與0.2mol/L 的NaOH溶液反應(yīng)，最多能中和NaOH溶液200mL，即消耗0.04molNaOH，說明有機(jī)物含有1個羧基、1個酚羥基，由核磁共振碳譜可知苯環(huán)有兩個取代基，且為對位．應(yīng)為，故答案為：．

點(diǎn)評 本題考查測定有機(jī)物分子中元素含量的方法，題目難度中等，明確實(shí)驗(yàn)原理為解答關(guān)鍵，注意根據(jù)原子守恒法進(jìn)行分析，試題有利于提高學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ?/p>