有机化合物的分类教案

2024-10-02

有机化合物的分类教案（共7篇）

有机化合物的分类教案篇1

一、有机化合物的分类

1.按碳的骨架分类

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2.按官能团分类

(1)官能团：决定化合物特殊性质的原子或原子团

又：链状烃和脂环烃统称为脂肪烃。

二、有机化合物的结构特点

1.有机化合物中碳原子的成键特点

(1)碳原子的结构特点

碳原子最外层有4个电子，能与其他原子形成4个共价键。

(2)碳原子间的结合方式

碳原子不仅可以与氢原子形成共价键，而且碳原子之间也能形成单键、双键或三键。多个碳原子可以形成

长短不一的碳链和碳环，碳链和碳环也可以相互结合，所以有机物种类纷繁，数量庞大。

2.有机化合物的同分异构现象

(1)概念

化合物具有相同的分子式，但具有不同结构的现象叫同分异构现象。具有同分异构现象的化合物互为同分异构体。

(2)同分异构体的类别

①碳链异构：由于分子中烷基所取代的位置不同产生的同分异构现象，如正丁烷和异丁烷;

②位置异构：由于官能团在碳链上所处的位置不同产生的同分异构现象，如1?-丁烯和2-?丁烯;

③官能团异构：有机物分子式相同，但官能团不同产生的异构现象，如乙酸和甲酸甲酯;

④给信息的其他同分异构体：顺反异构，对映异构。

3.同分异构体的书写方法

(1)同分异构体的书写规律

①烷烃

烷烃只存在碳链异构，书写时应注意要全面而不重复，具体规则如下：成直链，一条线;摘一碳，挂中间，往边移，不到端;摘二碳，成乙基;二甲基，同、邻、间。

②具有官能团的有机物

一般书写的顺序：碳链异构→位置异构→官能团异构。

③芳香族化合物

取代基在苯环上的相对位置具有邻、间、对3种。

(2)常见的几种烃基的异构体数目

①―C3H7：2种

②―C4H9：4种

(3)同分异构体数目的判断方法

①基元法

如丁基有四种，则丁醇、戊醛、戊酸等都有四种同分异构体。

②替代法

如二氯苯(C6H4Cl2)有三种同分异构体，四氯苯也有三种同分异构体(将H替代Cl);又如CH4的一氯代物只有一种，新戊烷[C(CH3)4]的一氯代物也只有一种。

③等效氢法

等效氢法是判断同分异构体数目的重要方法，其规律有：

a.同一碳原子上的氢等效;

b.同一碳原子上的甲基氢原子等效;

位于对称位置上的碳原子上的氢原子等效。

研究有机化合物一般要经过的几个基本步骤：

(1)用重结晶、蒸馏、萃取等方法对有机物进行分离、提纯;

(2)对纯净的有机物进行元素分析，确定实验式;

(3)可用质谱法测定相对分子质量，确定分子式;

(4)可用红外光谱、核磁共振氢谱确定有机物中的官能团和各类氢原子的数目，确定结构式。

三、有机化合物的命名

1.烷烃的习惯命名法

2.有机物的系统命名法

(1)烷烃命名

①烷烃命名的基本步骤

选主链、称某烷;编号位，定支链;取代基，写在前;标位置，短线连;不同基，简到繁;相同基，合并算。

②原则

A.最长、最多定主链

a.选择最长碳链作为主链。

b.当有几个不同的碳链时，选择含支链最多的一个作为主链。

B.编号位要遵循“近”、“简”、“小”

a.以离支链较近的主链的一端为起点编号，即首先要考虑“近”。

b.有两个不同的支链，且分别处于距主链两端同近的位置，则从较简单的支链一端开始编号。即同“近”，考虑“简”。

若有两个相同的支链，且分别处于距主链两端同近的位置，而中间还有其他支链，从主链的两个方向编号，可得两种不同的编号系列，两系列中各位次和最小者即为正确的编号，即同“近”、同“简”，考虑“小”。

c.写名称

按主链的碳原子数称为相应的某烷，在其前写出支链的位号和名称。原则是：先简后繁，相同合并，位号指明。阿拉伯数字用“，”相隔，汉字与阿拉伯数字用“?”连接。

(2)烯烃和炔烃的命名

①选主链：将含有双键或三键的最长碳链作为主链，作为“某烯”或“某炔”。

②编号位：从距离双键或三键最近的一端对主链碳原子编号。

③写名称：将支链作为取代基，写在“某烯”或“某炔”的前面，并用阿拉伯数字标明双键或三键的位置。

(3)苯的同系物命名

①苯作为母体，其他基团作为取代基

例如：苯分子中的氢原子被甲基取代后生成甲苯，被乙基取代后生成乙苯，如果两个氢原子被两个甲基取代后生成二甲苯，有三种同分异构体，可分别用邻、间、对表示。

②将某个甲基所在的碳原子的位置编为1号，选取最小位次给另一个甲基编号。

四、研究有机物的一般步骤和方法

1.研究有机物的基本步骤

2.元素分析与相对分子质量的测定

(1)元素分析

①定性分析

用化学方法鉴定有机物分子的元素组成

②定量分析

将一定量有机物燃烧后分解为简单无机物，并测定各产物的量从而推算出有机物分子中所含元素原子的最简单整数比。

③李比希氧化产物吸收法

用CuO将仅含C、H、O元素的有机物氧化后，产物H2O用无水CaCl2吸收，CO2用KOH浓溶液吸收，计算出分子中碳、氢原子在分子中的含量，其余的为氧原子的含量。

(2)相对分子质量的测定――质谱法

①原理

样品分子分子离子和碎片离子到达检测器的时间因质量不同而先后有别质谱图

②质荷比：分子离子与碎片离子的相对质量与其电荷的比值。的数据即为有机物的相对分子质量。

3.分子结构的鉴定

(1)结构鉴定的常用方法

①化学方法：利用特征反应鉴定出官能团，再制备它的衍生物进一步确认。

②物理方法：质谱、红外光谱、紫外光谱、核磁共振谱等。

(2)红外光谱(IR)

当用红外线照射有机物分子时，不同官能团或化学键吸收频率不同，在红外光谱图中处于不同的位置。

(3)核磁共振氢谱

①处在不同化学环境中的氢原子在谱图上出现的位置不同;

②吸收峰的面积与氢原子数成正比。

4.有机化合物分子式的确定

(1)元素分析

①碳、氢元素质量分数的测定

最常用的是燃烧分析法。将样品置于氧气流中燃烧，燃烧后生成的水和二氧化碳分别用吸水剂和碱液吸收，称重后即可分别计算出样品中碳、氢元素的质量分数。

②氧元素质量分数的确定

(2)确定有机物分子式的规律

①最简式规律

最简式相同的有机物，无论多少种，以何种比例混合，混合物中元素质量比例相同。

要注意的是：

a.含有n个碳原子的饱和一元醛与含有2n个碳原子的饱和一元羧酸和酯具有相同的最简式。

b.含有n个碳原子的炔烃与含有3n个碳原子的苯及其同系物具有相同的最简式。

②相对分子质量相同的有机物

a.含有n个碳原子的醇与含(n-1)个碳原子的同类型羧酸和酯。

b.含有n个碳原子的烷烃与含(n-1)个碳原子的饱和一元醛。

③“商余法”推断烃的分子式(设烃的相对分子质量为M)

a.得整数商和余数，商为可能的碳原子数，余数为最小的氢原子数。

b.的余数为0或碳原子数大于或等于氢原子数时，将碳原子数依次减少一个，每减少一个碳原子即增加12个氢原子，直到饱和为止。

5.有机物分离提纯常用的方法

(1)蒸馏和重结晶

(2)萃取分液

①液――液萃取：利用有机物在两种互不相溶的溶剂中的溶解度不同，将有机物从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程。

②固――液萃取：用有机溶剂从固体物质中溶解出有机物的过程。

(3)色谱法

①原理：利用吸附剂对不同有机物吸附作用的不同，分离、提纯有机物。

②常用吸附剂：碳酸钙、硅胶、氧化铝、活性炭等

有机化合物的分类教案

有机化合物的分类教案篇2

由于人体生物特征所具有的独特性,人们将生物特征识别技术[1]作为加强信息以及系统安全性的新方法。基于掌纹的身份识别主要依靠对手掌内表面上的各种纹线(乳突纹、皱纹和屈肌线)进行提取和比对来进行。掌纹的优势表现在:其主要特征比指纹的主要特征明显得多,而且提取这些主要特征时不易被噪声干扰;掌纹的主要特征比手形主要特征更稳定和更具分类性,掌纹识别系统的正确识别率远高于手形识别的正确识别率[2,3,4]。基于掌纹的特征识别具有采集设备简单、图像采集方便、不涉及个人隐私、人们在心理上更容易接受、可用低分辨率图像进行识别等优点。掌纹的信息量丰富,特征更具稳定性和独特性[5]。

在图像识别的过程中,选择合适的特征提取方法是极为关键的。研究人员在致力于寻找新特征提取方法的同时也试图改进现有的方法,然而想通过改进单一特征提取方法来提高识别率比较困难,因此,融合的思想成为图像识别研究中的新方向。目前,有四种不同阶层的融合方法:传感器级的融合方法,即利用两种或两种以上的采集设备对待测目标进行采集,然后对它们分别进行图像处理后再融合;特征级的融合,即对同一幅图像进行不同特征的提取,然后将特征数据进行融合;匹配数据级融合,即分别用多种特征计算各自的距离,然后将这些距离综合考虑;决策级融合,即利用不同的方法对待测图像的判别结果进行融合,最终得到图像的类别。这些融合方法从不同的模式识别阶段出发,实现了对待识别对象的多方面表达,通过增加信息量来完成更为准确的模式分类。

与其他阶层的融合方法相比,特征级融合具有显而易见的优势:单一方法所提取的掌纹图像的特征也是单一的,它不能把图像的特征体现得更完整,而特征级融合通过综合反映两种或两种以上的特征来增加信息量以及特征数,能够更加全面地反映出图像的整体特征;特征级融合只需要一种图像,对于采集设备的要求比较低;特征级融合只需要一种分类方法,给程序的编写和运行提供很大方便。基于上述优点,特征级融合成为融合方法中最受关注的研究方向之一。

目前的特征级融合方法主要有:利用图像的关键点特征和掌纹线特征作为掌纹的融合特征[6];提取了图像的Gabor、Liner detectors和PCA特征,然后将这些特征进行融合[7];将掌纹图像的主元特征、不变矩特征和线特征进行融合[8]提取图像的灰度特征、几何特征以及图像中蕴藏的其他特征,通过对这些特征进行K-L变换达到特征数据的压缩与融合[9]。这些方法只是将不同的特征串联在一起,然后对这些组合特征数据进行模式匹配,并没有对数据进行有效融合。

本文的意图在于有效地利用多种特征提取方法提取的多个特征的不同的特征分量所蕴含的不同信息,并在处理的过程中降低特征的维数,以便于后续的计算与分类识别。主要过程包括:特征选择、加权处理和降维处理。具体过程为:将两组特征数据进行数量级的调整后,串联成为一特征向量;构造判别函数,对每一特征分量进行取舍判别,实现特征的选择;然后构造权值函数,对特征的每一分量计算权值,进行加权处理;最后利用主成份分析法PCA(Principal Component Analysis)对特征进行降维处理。本文以改进的LBP算法和离散小波变换提取掌纹的两种特征,将提取的特征进行融合实验,结果表明了该方法的有效性。

1 融合算法

特征融合就是将不同的特征进行有机的结合,这种结合的有机性体现在其运算的过程中。首先要对图像提取两种或两种以上的特征,然后将其排列组合在一起,此时的组合特征比单一特征全面,但同时却也包含着一些对分类不起作用或起反作用的特征数据。因此,要对其进行特征选择,特征选择的作用在于保留对分类最有利的特征数据,将其它的特征数据做适当删减,最终可以得到分类性能较好的特征数据;然后要对保留下来的数据进行权值处理,其作用在于将具有不同分类效力的数据乘以不同权值,分类效力越大的数据乘以的权值也越大,以此实现对特征信息的加强或者减弱,使得变换后的数据具有更强的区分能力;最后,可以通过PCA的方法,实现对加权后特征数据的降维处理。

1.1 特征选择

特征选择的作用在于找出最有效和最有代表性的特征,一般可以依据专家的经验知识或者根据某种评价准则来进行挑选。

设注册库中的掌纹图像特征模式集为:{xi;i=1,2,…,M},其中共有c类掌纹,第j类一共包含了mj个模式,则该集合也可以表示为{x $_{k}^{(j)}$ ;j=1,2,…,c;k=1,2,…,mj}。对于第j类掌纹图像,其均值向量为:

$μ_{j} = \frac{1}{m_{j}} \sum_{k = 1}^{m_{j}} x_{k}^{(j)} j = 1, 2, \dots, c$ (1)

注册库中所有掌纹图像的特征均值向量为:

$μ = \frac{1}{Μ} \sum_{i = 1}^{Μ} x_{i}$ (2)

令Q为第j类中第mj个模式的第A个数据值,其表达式如下:

Q=x $_{m_{j}^{A}}^{j}$ (3)

对于注册数据库中的第A列数据,令:

式中,μ $_{j}^{A}$ 表示第j类均值向量的第A个数值;μA表示注册库所有样本均值的第A个数值;d $_{Q}^{μ_{j}^{A}}$ 表示Q与μ $_{j}^{A}$ 之差的绝对值;d $_{Q}^{μ_{}^{A}}$ 表示Q与μA之差的绝对值。

在经过上述计算后,由下式进行数据转换:

式中的D $_{m_{j}^{A}}^{j}$ 表示当某个模式的第A个数据与其类内均值相应位置数据的差跟它与整体均值相应位置数据的差比较之后,将其进行取1或取0得到的数据。

通过对转换后数据的计算,由下式判别注册库数据中第A列数据的取舍:

其中,不等式的左边表示注册库中第A列经过数据变换后的数值之和;α为判定阈值,可以用实验测定其最适宜的值。

有利于分类的特征应该具有这样的特点:它与类内均值的距离应该尽量小于它与全部模式均值的距离。本节的算法依赖这个特点,通过计算注册库中每一个数据的判别属性,然后统计每列该类数据的数量,最终决定是否留下该位置的数据作为图像的特征。上述判别式的意义在于:当第A个特征数据的类内距离大于其与整体均值的距离时,说明其不具有较好的分类特性,因此需要将该值舍去,否则说明分类特性较好,应予以保留。

1.2 特征加权

在特征空间中,当特征数据满足类内距离较小,类间距离很大的条件时,就会具有很大的区分性。因此,需要建立能反应出类内和类间距离的准则函数,并将此函数的数值作为衡量选取特征集成功与否的依据。将衡量单个特征分类性能的准则函数值定义为J:

$J = \frac{\sum_{j = 1}^{C} d_{Q}^{μ_{j}^{A}}}{\sum_{j = 1}^{C} \sum_{e = 1}^{C} | μ_{j}^{A} - μ_{e}^{A} |}$ (7)

式(7)中,分子表示每个模式的第A个数据与其均值向量相应位置数据作差以后,所求得的这些差值的和;分母表示注册库中,每两类均值向量中第A个数据之差的总和。因此,对分类性能好的特征,分子越小越好,而分母则越大越好。从式(7)可以看出,当特征的类内分布较密集,不同特征之间距离较远时,准则函数的数值最小,该特征具有较好的分类性,因此应给其赋予较低的权值。这是因为,文中使用的分类方法为距离判别法,他将计算得到的最小距离所指向的类作为待测图像的类别。而具有较好分类性的特征,他们应该让权值尽量小。

J的大小只是对权值分配原则的定性分析,在计算时需引入的具体数值,应构造一个单调函数,使每个特征分类性能的相对关系映射到权值空间。由于幂函数具有此特性,因此本文选择幂函数作为映射函数,实现权值的变换。该幂函数的底即为J,通过实验可以得到最适宜的幂值。

1.3 特征降维

在对掌纹图像进行特征融合时,特征的维数会加大,这使得算法的计算时间变长,同时需要更大的数据存储空间。因此,需要对这些数据进行压缩和提取,来降低融合带来的消极影响。主成分分析法PCA就是一种典型的降低矩阵维数的方法[10]。其数学原理为:

设向量X∈Rn可用一组正交归一化的基向量ui(i=1,2,…,n)来表示:

$X = \sum_{j = 1}^{n} c_{j} u_{j}$ (8)

用ui的转置ui′同乘式(8)两边得:

$u_{i} ´ \cdot X = u_{i} ´ \cdot \sum_{j = 1}^{n} c_{j} u_{j} = c_{i}$ (9)

若仅用X中的d(d<n)个分量来估计X,则有:

$\hat{X} = \sum_{j = 1}^{d} c_{j} u_{j}$ (10)

那么X与 $\hat{X}$ 之间的均方误差为:

$ε = (X - \hat{X})^{'} \cdot (X - \hat{X}) = \sum_{j = d + 1}^{n} c_{j} u_{j} ´ u_{j} c_{j} = \sum_{j = d + 1}^{n} c_{j}^{2}$ (11)

将式(9)代入式(11)中,得:

$ε = \sum_{j = d + 1}^{n} u_{j} ´ X X^{'} u_{j}$ (12)

令S=XX′,则式(12)可以写成如下形式:

$ε = \sum_{j = d + 1}^{n} u_{j} ´ S u_{j}$ (13)

要使得ε最小,可使用拉格朗日乘数法,求得满足当j=i时,ui′uj=1,当j≠i时,ui′uj=0的uj(j=1,2,…,n)的解为:

(S-λjI)·uj=0 (14)

或者:

λj=uj′Suj (15)

式(14)中,I为单位矩阵,λj为S的特征根;uj为S的特征向量。

将式(15)带入式(13)中可得:

$ε = \sum_{j = d + 1}^{n} λ_{j}$ (16)

要使得 $\hat{X}$ 估计X产生的平方误差ε最小,需将n个特征向量按照特征根由大到小的顺序排列,从而构成一组正交归一化的奇向量ui(i=1,2,…,n)。向量X∈Rn用此基向量组表示出来后,仅用X中的d(d<n)个分量来近似表示X时所产生的平方误差最小。

对两种特征的组合矩阵进行PCA变换,能够得到对分类有效的融合矩阵,在融合的过程中有效地降低特征维数,进而使得算法的运行速度变快,同时减少了存储空间。

2 特征提取算法

2.1改进的LBP算法

本节研究的改进LBP算法[11]是在普通LBP算法的基础上,通过设定判别阈值,以获得更适合于描述掌纹的图像特征,以图1中的矩阵为例:

设函数s的取值分布如下式:

其中,gc为该像素矩阵的中心点像素值,gi为周围像素点的灰度值。

式(17)中有一个设定的阈值N,用gi与gc相比,当差值大于N时,gi置1,否则为0。而普通的LBP算法,就是N=0的特殊情况。在计算得到gi的值后,通过乘以对应位置的权值,就可以得到改进LBP算法的值了:

$L B Ρ = \sum_{i = 0}^{7} s (g_{i} - g_{c}) 2^{i}$ (18)

变换N值的大小,可以得到不同的变换数据。实验表明:改进的LBP算法在保持特征维数不变的情况下,取N=0.005时,能够得到的最高识别率。

2.2 小波变换算法

图像的二维小波变换函数为:

$ψ a, b x, b y (x, y) = \frac{1}{| a |} ψ (\frac{x - b x}{a}, \frac{y - b y}{a})$ (19)

Wf(a,bx,by)=∫ $_{- \infty}^{\infty}$ ∫ $_{- \infty}^{\infty}$ f(x,y)ψa,bx,by(x,y)dxdy (20)

在数值计算中,需要对小波变换的尺度因子、位移因子进行离散化,令尺度因子为:

a=a $_{0}^{m}$ ,b=ka $_{0}^{m}$ b0 (21)

其中,a>0,b≠0,m,n为整数,小波基函数为:

$h m, n (x) = \frac{1}{\sqrt{a_{0}^{m}}} h (\frac{1}{a_{0}^{m}} x - n b)$ (22)

图像处理中使用最多的是db小波,其传递函数h的系数是很明确、很简单的,令:

$p (y) = \sum_{k = 0}^{Ν - 1} C_{k}^{Ν - 1 + k} y^{k}$ (23)

于是:

$| m_{0} (ω) |^{2} = (\cos^{2} (\frac{w}{2}))^{Ν} p (\sin^{2} (\frac{w}{2}))$ (24)

$m_{0} (ω) = \frac{1}{\sqrt{2}} \sum_{k = 0}^{2 Ν - 1} h k e^{- i k w}$ (25)

对一幅图像进行J级小波分解可以得到3J+1个子图像:[caJ,{cdj,chj,cvj}j=1,2,…,J],其中的caJ是低频近似子图像,其余各项是不同方向上的高频细节子图像。

3 实验结果及分析

实验所采用的掌纹图像来自香港理工大学的标准掌纹库[12],其中包括了各类人的左右手掌。试验时,随机挑选了来自100个手掌,每个手掌10幅的共1000幅掌纹图像作为试验对象。每幅图像的分辨率为75dpi,大小为384×284。预处理时,用手工进行裁剪,裁剪后图像大小变为170×180。每类10幅的图像中,选择5幅用来注册,5幅用来测试。

实验选择了两种特征数据进行特征融合:原图像经高斯高通滤波处理后,求其改进LBP变换值图,并将其分割成9小块,每小块的直方图统计数据排列在一起即为A;而特征B代表这样的数据:原图像的3级小波变换的九幅细节图像,每幅都分割成16小块,对每小块求其能量特征,排列起来就是数据B。将DWT和改进LBP变换得到的数据串联在一起以后,每个数据在掌纹识别中所起的作用显然不是完全相同的。为了获得更加有效地表示图像特征的数据,可以根据这些不同数据对掌纹识别的影响,来对特征进行信息加强或者减弱,从而使处理后的特征数据具有更高的分类能力。

对于上述两种方法提取得到的图像特征A和B,将其串联排放后的特征向量包含有两种特征值,即按照下式进行组合:

R1=[a,b] (26)

其中,R1为排列后的特征向量;a为特征向量A中的数据,b为特征向量B中的数据。将R1前两类中每类的前十个数据绘制成如图2的分布图。

由于每类掌纹都选择5幅图像用来注册,因此每类掌纹相应位置上的特征数据共有5个,上图中的两种形状的点分别表示两类掌纹图像的特征。从图中可以看出,对于这两类图像提取出来的特征,有些具有很强的区分能力,如位置为1、3、6、7和8的情况;有些则区分能力较弱,甚至是交错分布,如位置为2、4、5、9和10的情况。但这只能说明,该位置的某些数据在第一类和第二类之间的区分性较小,但是统观注册库中的100类掌纹图像,仍具有较高的分类效力。总体来说,这些数据能够对分类起到积极的作用,而实验也证实了这一点。

根据式(5),计算得到每列上置1的数据最多有234个,最少有49个;然后根据式(6)进行判别,实验得到当α取193,并将剩下的数据作为新的掌纹库时,能够在保证识别率提高的情况下,获得最低的特征维数。

当直接用R1作注册矩阵,对图像进行分类识别的时候,其注册矩阵的大小为500×2439,待测图像的特征数据大小为2439的一维行向量,实验得到的识别率为99.2%,高于单一方法的98.6%(2-D DWT)和98%(改进LBP)。而利用本节方法进行实验时,将对待测图像进行特征提取得到的数据D1,按照获得R2时对R1进行特征选择的相应位置,将D1中的有效数据提取出来,得到一个与R2具有相同列数一维行向量D2,通过计算D2与新掌纹库R2中数据的相似度,最终得到该算法的识别率为99.4%,高于特征提取之前的识别率,同时降低了特征维数,算法性能得到提升。本节利用1.1节中的方法,通过计算比较类内均值距离与注册库均值距离的大小,实现了对R1中特征的选择。

以注册库的第一列为例,与类内均值的距离大于整库均值的距离的数据共有96个,低于设定的阈值193,因此第一列应保留。同时,在计算待测图像的特征时,第一个数据也相应保留。经过统计,除去的列数共有48列,这些列的数据对分类判断具有不良影响,多半不能反应不同类别之间的差距和相同类别之间的相似。以第158列为例,数据分布如图3所示。

从图3中可以看出,数据分布较乱,同一类即相邻5个数据之间相对较离散,聚类性较差,因此不具有良好的分类特性,因此被除去。

图4为第58列数据分布图,显然此列的数据分布较为规整,具有一定的聚类性。

由以上数据可以得出:特征选择能够保留对分类最有利的数据组合,同时也具有降低特征维数的优点。

为了进一步提升算法的识别率,本节选用式(7)的方法来计算每个特征数据的权值,最终得到一个一行2391列的J值向量。他们所表征的是该位置数据的分类性能,但并不一定是最合适的权值。因此本节以J做底,设计了其幂指数从-1到3变化的一组实验,通过最高的识别率求得最适宜的幂值,实验结果如图5所示。

图中幂值为0的情况即是数据不加权的情况。实验结果表明:随着幂值的增加,识别率先增后减。这主要是因为当幂值加大时,优势特征被突出,弱势特征被弱化,但是当幂值大到一定程度以后,权值过于强调优势特征,弱势特征就相对地被忽略了,对相似度计算起作用的特征数据会越来越集中到某些位置上,从而导致特征利用率的下降,进而使算法的识别率下降。结果表明:当J的幂值取1的时候,识别率提升至99.8%,高于不加权算法的识别率99.4%。此时的注册库R3为R2乘以相应位置的权即J得到的,其大小为500×1951。

经过上述处理,算法识别率达到了较高的水平,之后进行降维处理的目的则在于降低R3的维数,使算法更加快速同时降低存储所需空间。PCA是对注册库矩阵求特征值,然后按照其大小对应排列其特征向量,接着通过计算排在前面的若干个特征值之和在特征值总和中的比重确定最终的变换矩阵。在尽量保证识别率的前提下,将比例设定为0.9,此时得到的实验结果为:识别率为99.8%,注册矩阵的大小降为:500×264。

将上述实验计算得到的数据归纳至表1所示。

表中实验1选用的数据为:直接将小波变换和改进LBP这两种方法得到的数据按顺序排列,并将其作为图像的特征,此时的注册库矩阵即为R1;实验2选用的数据是通过对实验1中的数据进行特征选择得到的,其注册库矩阵即为R2;实验3的数据是对实验2中的数据进行加权处理得到的,其对应的注册库矩阵即为R3;实验4的数据是对实验3中的数据进行降维处理得到的,其对应的注册库矩阵即为R4。从结果中可以看出,特征融合的方法能够逐步提升掌纹图像的识别率,而且随着算法的改进,每幅图像的特征维数是逐渐减小的,与理论分析相符。因此,本章使用的掌纹图像特征融合能够有效提升算法性能,使之在识别率提高的同时,降低特征维数,算法更具实用性。

4 结语

本文详细研究了特征融合的三个步骤:特征选择、加权处理和降维处理。他们的作用分别是选出优势特征、对特征进行影响扩大化和降低特征的维数。文中对改进LBP算法进行研究,并与DWT 特征相结合,按照上述步骤实现了对两者的特征融合。改进的LBP算法从总体上把握图像的纹理特征,DWT则提取图像的细节特征,融合以后既能够发挥LBP抗光照干扰的优点,又能够发挥DWT提取不同频率尺度下图像特征的优点,形成了优势的互补,从而提高了掌纹图像的识别率。结果表明,对这两种特征进行融合,能够在识别率达到99.8%时,使特征维数仅为264。

参考文献

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《有机化合物的分类》的教材分析篇3

【摘要】我们的生活中有形形色色的有机物，因此把《有机化学基础》作为选修五是很有必要的，更是体现了化学是一门与生活息息相关的学科，第把《有机化合物的分类》设置在第一章第一节，是为了让学习的主体，深刻感受学习有机化合物的方法，从而为后续的学习打下坚实的基础。

【关键词】有机化合物；有机化合物的分类；教材分析

【中图分类号】G64.23【文献标识码】A【文章编号】2095-3089（2016）15-00-01

有机物，是我们生活生化中常见的化学物质，它也远比无机物多得多，各种各样有机物的合成，创造了不少价值。也满足了人类社会的日益增多的需求，因此为了提高学生的科学素养，学习有机物是必不可少的，《有机化学基础》作为选修五，可以更好地让学生知道生活离不开化学，同时让学生知道我们的生活离不开有机物。

布鲁姆曾说过：“学习的最好刺激，乃是对所学材料的兴趣。”在第一章开篇，可以看到生活中有关有机物的图片，图片彩色绘制，吸引学生的眼球，可以激发同学们的学习兴趣，还有一张有有机物分子的微观图，体现了从宏观到微观的设计理念。而那张主题图也就暗示了，我们即将从微观角度学习有机化合物。在教材安排上，必修二的教材中涉及到了一些有关有机化学的基础知识，但课标对这部分要求不高，一是激发学生对有机化学的学习兴趣，二是为后面系统学习有机化学知识打下基础，对后面的学习起了一定的引领作用。而《有机化合物的分类》在选修5第一章第一节，看似简单，但却对有机化合物的学习的影响却是深远的。就像我们一样都有自己的家族有自己的名字，有机化合物也有自己的“家族“和”姓氏，因此这一节的设置是必不可少，它的作用是不可忽略。它是学生学习《有机化基础》后续章节的垫脚石和敲门砖。

这一节介绍了有机化合物的分类方法的两种，包括按碳的骨架分类，官能团的分类。为什么要按这两种方法分类呢，开篇就点出分类的依据。碳是组成有机物的基本元素，因此用碳的骨架对有物分为链状化合物，和环状化合物分析是通过建立在旧知识的基础上，从官能团分类，则是进一步的深入学习，由易到难，符合学生的发展。在官能团分类中，首先通过我们在必修二第三章所学的一些简单的有机化合物引出官能团的概念，同样也在旧知识的基础上，引发了新的知识。通过表格的形式，呈现了常见的不同类别的有机化合物的官能团，清晰简明，表格以黄色为底，醒目，使得常见的官能团易于成为学生的感知对象。以上两个知识点，再通过学与问这一栏，创设问题情境，引起让学生思考，学生学以致用，做到趁热打铁，加深学生以官能团来分类有机化合物这一个知识点。同时，体现了有机化合物的学习的规律性。在节末有习题，通过习题，来巩固所学的知识，同时反馈学生的对这节知识的掌握情况，正如实践是检验真理的唯一标准。

有机化合物的结构特点教案篇4

2、碳原子价键总数为4(单键、双键和叁键的价键数分别为1、2和3)。

3、双键中有一个键较易断裂，叁键中有两个键较易断裂。

4、不饱和碳原子是指连接双键、叁键或在苯环上的碳原子(所连原子的数目少于4)。

5、分子的空间构型：

(1)四面体：CH4、CH3CI、CCI4

(2)平面型：CH2=CH2、苯

(3)直线型：CH≡CH

师生共同整理归纳

整理归纳

学业评价

迁移应用

展示幻灯片：课堂练习

学生练习

巩固

——

作业

习题P28，1、2

学生课后完成

有机化合物的分类教案篇5

教学目标

1．知识与技能：掌握烃基的概念；学会用有机化合物的系统命名的方法对烷烃进行命名。2．过程与方法：通过练习掌握烷烃的系统命名法。

3．情感态度和价值观：在学习过程中培养归纳能力和自学能力。教学重点：

有机化合物的命名教学过程：

烷烃的命名（1）习惯命名法(略)(a).碳原子数在十个以下，用天干来命名；C原子数目为1~10个的烷烃甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸(b).碳原子数在十个以上，就用数字来命名；汉字：

十一、十七烷1.定主链：一笔画最长；普通命名CH3CHCH2CH3CH3CH3CH2CHCH2CHCH2CH3CH2CH3CH3CH3CH3CH2CHCCH2CH2CH3CH3CH3 丁烷庚烷庚烷

CH13CHCH2CH32–甲基丁烷CH31CH3CH2CHCH2CHCH2CH3CH2CH33–甲基–5 –乙基庚烷CH31CH3CH3CH2CHCCH2CH2CH3CH3CH33，4，4 –三甲基庚烷（2）系统命名法：步骤：①找出最长的C链，根据C原子的数目，按照习惯命名法进行命名为―某烷‖确定支链甲基：CH3--的名称乙基：CH②找出支链3CH2--在主链上以靠近确定支链的位置支链最近的一端为起点进行编号③主、支链合并注意：支链的组成为：―位置编号---名称‖原则：支链在前，主链在后。

有机化合物的分类教案篇6

第四节研究有机化合物的一般步骤和方法

一、教学目标【知识与技能】

1、了解怎样研究有机化合物，应采取的步骤和方法。

2、掌握有机物的分离和提纯的一般方法，鉴定有机化合物结构的一般过程和方法。【过程与方法】通过录象方式，参观了解质普、红外光谱、核磁共振普仪等仪器核实验操作过程。

【情感、态度与价值观】

通过本节的练习，从中体验研究有机化合物的过程和科学方法，提高自身的科学素养。

二、教学重点

研究有机化合物的一般步骤和常用方法。

1、蒸馏、重结晶等分离提纯有机物的实验操作

2、通过具体实例了解某些物理方法如何确定有机化合物的相对分子质量和分子结构

3、确定有机化合物实验式、相对分子质量、分子式的有关计算

三、教学难点

有机物的分离和提纯。测定有机物的元素组成、相对分子质量、分子结构。确定有机物相对分子质量和鉴定有机物分子结构的物理方法的介绍

四、课时安排 2课时

五、教学过程 ★ 第一课时

【引入】从天然资源中提取有机物成分或者是工业生产、实验室合成的有机化合物不可能直接得到纯净物，因此，必须对所得到的产品进行分离提纯，如果要鉴定和研究未知有机物的结构与性质，必须得到更纯净的有机物。我们已经知道，有机化学是研究有机物的组成、结构、性质、制备方法与应用的科学。那么，该怎样对有机物进行研究呢？一般的步骤和方法是什么？这就是我们这节课将要探讨的问题。

【板书】第四节研究有机化合物的一般步骤和方法

从天然资源中提取有机物成分，首先得到的是含有有机物的粗品。在工厂生产、实验室合成的有机化合物也不可能直接得到纯净物，得到的往往是混有未参加反应的原料，或反应副产物等的粗品。因此，必须经过分离、提纯才能得到纯品。如果要鉴定和研究未知有机物的结构与性质，必须得到更纯净的有机物。下面是研究有机化合物一般要经过的几个基本步骤：

【板书】

首先我们结合高一所学的知识了学习第一步--分离和提纯。

【板书】

一、分离、提纯

师：提纯混有杂质的有机物的方法很多，基本方法是利用有机物与杂质物理性质的差异而将它们分离。接下来我们主要学习三种分离、提纯的方法。

【板书】

1、蒸馏

师：蒸馏是分离、提纯液态有机物的常用方法。当液态有机物含有少量杂质，而且该有机物热稳定性较强，与杂质的沸点相差较大时（一般约大于30oc），就可以用蒸馏法提纯此液态有机物。

【演示实验1-1】含有杂质的工业乙醇的蒸馏【蒸馏的注意事项】

* 注意仪器组装的顺序：“先下后上，由左至右”；

* 蒸馏烧瓶盛装的液体，最多不超过容积的2/3；不得将全部溶液蒸干；需使用沸石； * 冷凝水水流方向应与蒸汽流方向相反（逆流：下进上出）；

* 温度计水银球位置应与蒸馏烧瓶支管口齐平，以测量馏出蒸气的温度；

【演示实验1-2】（要求学生认真观察，注意实验步骤）

【板书】

2、结晶和重结晶

（1）冷却法：将热的饱和溶液慢慢冷却后析出晶体，此法适合于溶解度随温度变化较大的溶液。

（2）蒸发法：此法适合于溶解度随温度变化不大的溶液，如粗盐的提纯。

（3）重结晶：将以知的晶体用蒸馏水溶解，经过滤、蒸发、冷却等步骤，再次析出晶体，得到更纯净的晶体的过程。

【说明】重结晶的首要工作是选择适当的溶剂，要求该溶剂：（1）杂质在此溶剂中的溶解度很小或溶解度很大，易于除去；（2）被提纯的有机物在此溶剂中的溶解度，受温度的影响较大。

【思考与交流】

1、已知kno3在水中的溶解度很容易随温度变化而变化，而nacl的溶解度却变化不大，据此可用何方法分离出两者混合物中的kno3并加以提纯？

2、重结晶对溶剂有何要求？被提纯的有机物的溶解度需符合什么特点？

3、重结晶苯甲酸需用到哪些实验仪器？

4、能否用简洁的语言归纳重结晶苯甲酸的实验步骤？

【概括】高温溶解、趁热过滤、低温结晶

【板书】

3、萃取

（1）所用仪器：烧杯、漏斗架、分液漏斗。

（2）萃取：利用溶液在互不相溶的溶剂里溶解度的不同，用一种溶剂把溶质从它与另一种溶剂组成的溶液中提取出来，前者称为萃取剂，一般溶质在萃取剂里的溶解度更大些。

分液：利用互不相溶的液体的密度不同，用分液漏斗将它们一一分离出来。

【说明】注意事项：

1、萃取剂必须具备两个条件：一是与溶剂互不相溶；二是溶质在萃取剂中的溶解度较大。

2、检查分液漏斗的瓶塞和旋塞是否严密。

3、萃取常在分液漏斗中进行，分液是萃取操作的一个步骤，必须经过充分振荡后再静置分层。

4、分液时，打开分液漏斗的活塞，将下层液体从漏斗颈放出，当下层液体刚好放完时，要立即关闭活塞，上层液体从上口倒出。

【补充】

1、洗涤沉淀或晶体的方法：用胶头滴管往晶体上加蒸馏水直至晶体被浸没，待水完全流出后，重复两至三次，直至晶体被洗净。

2、检验洗涤效果：取最后一次的洗出液，再选择适当的试剂进行检验。

【小结】本节课要掌握研究有机化合物的一般步骤和常用方法；有机物的分离和提纯。包括操作中所需要注意的一些问题。

★ 第二课时

【引入】从公元八世纪起，人们就已开始使用不同的手段制备有机物，但由于化学理论和技术条件的限制，其元素组成及结构长期没有得到解决。直到19世纪中叶，李比希在拉瓦锡推翻了燃素学说，在建立燃烧理论的基础上，提出了用燃烧法进行有机化合物中碳和氢元素定量分析的方法。准确的碳氢分析是有机化学史上的重大事件，对有机化学的发展起着不可估量的作用。随后，物理科学技术的发展，推动了化学分析的进步，才有了今天的快速、准确的元素分析仪和各种波谱方法。

【设问】定性检测物质的元素组成是化学研究中常见的问题之一，如何用实验的方法探讨物质的元素组成？

【板书】

二、元素分析与相对分子质量的测定

1、元素分析

例如：实验探究：葡萄糖分子中碳、氢元素的检验图1-1 碳和氢的鉴定

原理：碳、氢两元素通常采取将有机物氧化分解，使碳氧化生成二氧化碳，使氢氧化生成水的方法而检出。例如：

c12h22o11+24cuo12co2+11h2o+24cu

实验：取干燥的试样──蔗糖0.2 g和干燥氧化铜粉末1 g，在研钵中混匀，装入干燥的硬质试管中。如图1-1所示，试管口稍微向下倾斜，导气管插入盛有饱和石灰水的试管中。用酒精灯加热试样，观察现象。

结论：若导出气体使石灰水变浑浊，说明有二氧化碳生成，表明试样中有碳元素；试管口壁出现水滴（让学生思考：如何证明其为水滴？），则表明试样中有氢元素。

【说明】讲解或引导学生看书上例题，这里适当补充一些有机物燃烧的规律的专题练习。

元素定量分析的原理是将一定量的有机物燃烧，分解为简单的无机物，并作定量测定，通过无机物的质量推算出组成该有机物元素原子的质量分数，然后计算出该有机物分子所含元素原子最简单的整数比，即确定其实验式。以便于进一步确定其分子式。

例

1、某烃含氢元素的质量分数为17.2%，求此烃的实验式。又测得该烃的相对分子质量是58，求该烃的分子式。

【分析解答】分析：此题题给条件很简单，是有机物分子式确定中最典型的计算。由于该物质为烃，则它只含碳、氢两种元素，则碳元素的质量分数为（100－17.2）%＝82.8%。则该烃中各元素原子数（n）之比为：

c2h5仅仅代表碳原子和氢原子的最简整数比，是该烃的实验式，不是该烃的分子式。

设该烃有n个c2h5，则

因此，烃的分子式为。

【讲解】对于一种未知物，如果知道了物质的元素组成和相对分子质量，就会很容易通过计算得出分子式。确定有机物的分子式的途径：

1.确定实验式

2.确定相对分子质量

例

2、燃烧某有机物a 1.50g，生成1.12l（标准状况）co2和0.05mol h2o。该有机物的蒸气对空气的相对密度是1.04，求该有机物的分子式。

解答：首先要确定该物质的组成元素。

1.5g a中各元素的质量：，所以有机物中还含有o元素。

则

实验式为ch2o，其式量为30。

又因该有机物的相对分子质量

因此实验式即为分子式。

【讲解】从例题可以看出计算相对分子量很重要，计算有机物相对分子质量的方法有哪些？密度法(标准状况)，相对密度法(相同状况)。另外可以看出元素的质量有时不能由实验直接得出，还需要对实验现象和结果进行必要的分析和计算。

【归纳总结】确定有机物分子式的一般方法．

（1）实验式法：

①根据有机物各元素的质量分数求出分子组成中各元素的原子个数比（最简式）。

②求出有机物的摩尔质量（相对分子质量）。

（2）直接法：

①求出有机物的摩尔质量（相对分子质量）

②根据有机物各元素的质量分数直接求出1mol有机物中各元素原子的物质的量。

有机物的分子式的确定方法有很多，在今后的教学中还会进一步介绍。今天我们仅仅学习了利用相对分子质量和实验式共同确定有机物的基本方法。应该说以上所学的方法是用推算的方法来确定有机物的分子式的。在同样计算推出有机物的实验式后，还可以用物理方法简单、快捷地测定相对分子质量，比如--质谱法。

【板书】

2、相对分子质量的测定--质谱法

质谱是近代发展起来的快速、微量、精确测定相对分子质量的方法。

（接下来对质谱法的原理，怎样对质谱图进行分析以确定有机物的相对分子质量，以及此方法的优点作简要精确的介绍）

【说明】质谱仪有什么作用？其原理是什么？

它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。这些不同离子具有不同的质量，质量不同的离子在磁场作用下达到检测器的时间有差异，其结果被记录为质谱图。

1、质荷比是什么？

分子离子与碎片离子的相对质量与其电荷的比值

2、如何确定有机物的相对分子质量？

由于相对质量越大的分子离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间越长，因此质谱图中的质荷比最大的就是未知物的相对分子质量

【强调】以乙醇为例，质谱图最右边的分子离子峰表示的就是上面例题中未知物a（指乙醇）的相对分子质量。

通过测定，现在已经知道了该有机物的分子式，但是，我们知道，相同的分子式可能出现多种同分异构体，那么，该如何进以步确定有机物的分子结构呢？下面介绍两种物理方法。

【补充】

1、求有机物相对分子质量的常用方法

（1）m = m / n

（2）根据有机蒸气的相对密度d，m1 = dm2

（3）标况下有机蒸气的密度为ρg/l，m = 22.4l/mol ?ρg/l

2、有机物分子式的三种一般常用求法（1）、先根据元素原子的质量分数求实验式，再根据分子量求分子式--课本例1（2）、直接根据相对分子质量和元素的质量分数求分子式（3）、对只知道相对分子质量的范围的有机物，要通过估算求分子量，再求分子式【板书】

三、分子结构的鉴定

1、红外光谱（介绍红外光谱法鉴定分子结构的原理，对红外光谱图的正确分析，最终确定有机物的分子结构）

【注意】：该法不需要学生记忆某些官能团对应的波长范围，主要让学生知道通过红外光谱可以知道有机物含有哪些官能团。

红外光谱法确定有机物结构的原理是

由于有机物中组成化学键、官能团的原子处于不断振动状态，且振动频率与红外光的振动频率相当。所以，当用红外线照射有机物分子时，分子中的化学键、官能团可发生震动吸收，不同的化学键、官能团吸收频率不同，在红外光谱图中将处于不同位置。因此，我们就可以根据红外光谱图，推知有机物含有哪些化学键、官能团，以确定有机物的结构。

【说明】从未知物a的红外光谱图上发现右o-h键、c-h键和c-o键的振动吸收，可以判断a是乙醇而并非甲醚，因为甲醚没有o-h键。

例

3、下图是一种分子式为c3h6o2的有机物的红外光谱谱图,则该有机物的结构简式为：

练习：有一有机物的相对分子质量为74，确定分子结构，请写出该分子的结构简式

【板书】

2、核磁共振氢谱（介绍核磁共振氢谱法鉴定分子结构的原理，对核磁共振氢谱图的正确分析，最终确定有机物的分子中所含h原子的种类和个数）

【注意】了解通过该谱图确定了

（1）某有机物分子结构中有几种不同环境的氢原子

（2）有核磁共振氢谱的峰面积之比可以确定不同环境的氢原子的个数比。

【板书】如何根据核磁共振氢谱确定有机物的结构？

对于ch3ch2oh、ch3-o-ch3这两种物质来说，除了氧原子的位置、连接方式不同外，碳原子、氢原子的连接方式也不同、所处的环境不同，即等效碳、等效氢的种数不同。

不同化学环境的氢原子（等效氢原子）因产生共振时吸收的频率不同，被核磁共振仪记录下来的吸收峰的面积不同。所以，可以从核磁共振谱图上推知氢原子的类型及数目。

吸收峰数目＝氢原子类型

不同吸收峰的面积之比（强度之比）＝不同氢原子的个数之比

【说明】未知物a的核磁共振氢谱有三种类型氢原子的吸收峰，说明a只能是乙醇而并非甲醚，因为甲醚只有一种氢原子。

【练习】2002年诺贝尔化学奖表彰了两项成果，其中一项是瑞士科学家库尔特·维特里希发明了“利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法”。在化学上经常使用的是氢核磁共振谱，它是根据不同化学环境的氢原子在氢核磁共振谱中给出的信号不同来确定有机物分子中的不同的氢原子。下列有机物分子在核磁共振氢谱中只给出一种信号的是

a hcho b ch3oh c hcooh d ch3cooch3

例：一个有机物的分子量为70，红外光谱表征到碳碳双键和c＝o的存在，核磁共振氢谱列如下图：

①写出该有机物的分子式：

②写出该有机物的可能的结构简式：

【练习】分子式为c3h6o2的二元混合物，如果在核磁共振氢谱上观察到氢原子给出的峰有两种情况。第一种情况峰给出的强度为1︰1；第二种情况峰给出的强度为3︰2︰1。由此推断混合物的组成可能是（写结构简式）。

图谱题解题建议

1、首先应掌握好三种谱图的作用、读谱方法。

2、必须尽快熟悉有机物的类别及其官能团。

3、根据图谱获取的信息，按碳四价的原则对官能团、基团进行合理的拼接。

4、得出结构（简）式后，再与谱图提供信息对照检查，主要为分子量、官能团、基团的类别是否吻合。

【小结】本节课主要掌握鉴定有机化合物结构的一般过程和方法。包括测定有机物的元素组成、相对分子质量、分子结构。了解几种物理方法--质谱法、红外光谱法和核磁共振氢谱法。

【补充】有机物燃烧的规律归纳

1、烃完全燃烧前后气体体积的变化完全燃烧的通式：cxhy ＋(x+)o2xco2＋h2o（1）燃烧后温度高于100℃时，水为气态： ① y＝4时，＝0，体积不变； ② y>4时，>0，体积增大；

③ y（2）燃烧后温度低于100℃时，水为液态： ※ 无论水为气态还是液态，燃烧前后气体体积的变化都只与烃分子中的氢原子个数有关，而与氢分子中的碳原子数无关。

例：盛有ch4和空气的混和气的试管，其中ch4占1/5体积。在密闭条件下，用电火花点燃，冷却后倒置在盛满水的水槽中（去掉试管塞）此时试管中

a．水面上升到试管的1/5体积处； b．水面上升到试管的一半以上； c．水面无变化； d．水面上升。

答案：d 2．烃类完全燃烧时所耗氧气量的规律

完全燃烧的通式：cxhy ＋(x+)o2xco2＋h2o（1）相同条件下等物质的量的烃完全燃烧时，(x+)值越大，则耗氧量越多；

（2）质量相同的有机物，其含氢百分率（或值）越大，则耗氧量越多；

（3）1mol有机物每增加一个ch2，耗氧量多1.5mol；

（4）1mol含相同碳原子数的烷烃、烯烃、炔烃耗氧量依次减小0.5mol；

（5）质量相同的cxhy，值越大，则生成的co2越多；若两种烃的值相等，质量相同，则生成的co2和h2o均相等。

3．碳的质量百分含量c％相同的有机物（最简式可以相同也可以不同），只要总质量一定，以任意比混合，完全燃烧后产生的co2的量总是一个定值。

4．不同的有机物完全燃烧时，若生成的co2和h2o的物质的量之比相等，则它们分子中的碳原子和氢原子的原子个数比相等。【知识拓展】有机物分子式的确定

1．有机物组成元素的判断

一般来说，有机物完全燃烧后，各元素对应产物为：c→co2，h→h2o，cl→hcl。某有机物完全燃烧后若产物只有co2和h2o，则其组成元素可能为c、h或c、h、o。欲判定该有机物中是否含氧元素，首先应求出产物co2中碳元素的质量及h2o中氢元素的质量，然后将碳、氢元素的质量之和与原有机物质量比较，若两者相等，则原有机物的组成中不含氧；否则，原有机物的组成含氧。

2．实验式(最简式)和分子式的区别与联系

(1)最简式是表示化合物分子所含各元素的原子数目最简单整数比的式子。不能确切表明分子中的原子个数。

注意：

①最简式是一种表示物质组成的化学用语；

②无机物的最简式一般就是化学式；

③有机物的元素组成简单，种类繁多，具有同一最简式的物质往往不止一种；

④最简式相同的物质，所含各元素的质量分数是相同的，若相对分子质量不同，其分子式就不同。例如，苯(c6h6)和乙炔(c2h2)的最简式相同，均为ch，故它们所含c、h元素的质量分数是相同的。

(2)分子式是表示化合物分子所含元素的原子种类及数目的式子。

注意：

①分子式是表示物质组成的化学用语；

②无机物的分子式一般就是化学式；

③由于有机物中存在同分异构现象，故分子式相同的有机物，其代表的物质可能有多种；

④分子式＝(最简式)n。即分子式是在实验式基础上扩大n倍。

3．确定分子式的方法

(1)实验式法

由各元素的质量分数→求各元素的原子个数之比(实验式)→相对分子质量→求分子式。

(2)物质的量关系法由密度或其他条件→求摩尔质量→求1mol分子中所含各元素原子的物质的量→求分子式。（标况下m=dg/cm3×103·22.4l/mol）

(3)化学方程式法

利用化学方程式求分子式。

(4)燃烧通式法

利用通式和相对分子质量求分子式。

由于x、y、z相对独立，借助通式进行计算，解出x、y、z，最后求出分子式。

[例1] 3.26g样品燃烧后，得到4.74gco2和1.92gh2o，实验测得其相对分子质量为60，求该样品的实验式和分子式。

解：(1)求各元素的质量分数

（2）求样品分子中各元素原子的数目（n）之比

（3）求分子式

通过实验测得其相对分子质量为60，这个样品的分子式=（实验式）n。

[例2] 实验测得某烃a中含碳85.7%，含氢14.3%。在标准状况下11.2l此化合物气体的质量为14g。求此烃的分子式。

解：（1）求该化合物的摩尔质量

（2）求1mol该物质中碳和氢原子的物质的量

[例3] 6.0g某饱和一元醇跟足量的金属钠反应，让生成的氢气通过5g灼热的氧化铜，氧化铜固体的质量变成4.36g。这时氢气的利用率是80%。求该一元醇的分子。

解：

[例4] 有机物a是烃的含氧衍生物，在同温同压下，a蒸气与乙醇蒸气的相对密度是2。1.38ga完全燃烧后，若将燃烧的产物通过碱石灰，碱石灰的质量会增加3.06g；若将燃烧产物通过浓硫酸，浓硫酸的质量会增加1.08g；取4.6ga与足量的金属钠反应，生成的气体在标准状况下的体积为1.68l；a不与纯碱反应。通过计算确定a的分子式和结构简式。

解：

说明：由上述几种计算方法，可得出确定有机物分子式的基本途径：

【练习】

⒈某烃0.1mol，在氧气中完全燃烧，生成13.2g co2、7.2gh2o，则该烃的分子式为。

⒉已知某烃a含碳85.7%，含氢14.3%，该烃对氮气的相对密度为2，求该烃的分子式。

⒊125℃时，1l某气态烃在9l氧气中充分燃烧反应后的混合气体体积仍为10l（相同条件下），则该烃可能是

a.ch4

b.c2h4 c.c2h2 d.c6h6

⒋一种气态烷烃和气态烯烃组成的混合物共10g，混合气密度是相同状况下h2密度的12.5倍，该混合气体通过装有溴水的试剂瓶时，试剂瓶总质量增加了8.4g，组成该混合气体的可能是

a.乙烯和乙烷

b.乙烷和丙烯

c.甲烷和乙烯

d.丙稀和丙烷

⒌室温下，一气态烃与过量氧气混合完全燃烧，恢复到室温，使燃烧产物通过浓硫酸，体积比反应前减少50ml，再通过naoh溶液，体积又减少了40ml，原烃的分子式是

a.ch4 b.c2h4 c.c2h6 d.c3h8

⒍a、b两种烃通常状况下均为气态，它们在同状况下的密度之比为1∶3.5。若a完全燃烧，生成co2和h2o的物质的量之比为1∶2，试通过计算求出a、b的分子式。

⒎使乙烷和丙烷的混合气体完全燃烧后，可得co2 3.52 g，h2o 1.92 g，则该混合气体中乙烷和丙烷的物质的量之比为

a.1∶2 b.1∶1 c.2∶3 d.3∶4

⒏两种气态烃的混合气共1mol，在空气中燃烧得到1.5molco2和2molh2o。关于该混合气的说法合理的是

a．一定含甲烷，不含乙烷

b．一定含乙烷，不含甲烷

c．一定是甲烷和乙烯的混合物

d．一定含甲烷，但不含乙烯

9．25℃某气态烃与o2混合充入密闭容器中，点燃爆炸后又恢复至25℃，此时容器内压强为原来的一半，再经naoh溶液处理，容器内几乎成为真空。该烃的分子式可能为

a.c2h4 b.c2h2 c.c3h6 d.c3h8

10．某烃7.2g进行氯代反应完全转化为一氯化物时，放出的气体通入500ml0.2mol/l的烧碱溶液中，恰好完全反应，此烃不能使溴水或酸性高锰酸钾溶液褪色，试求该烃的分子式。

11．常温下某气态烷烃10ml与过量o285ml充分混合，点燃后生成液态水，在相同条件下测得气体体积变为70ml，求烃的分子式。

12．由两种气态烃组成的混合烃20ml，跟过量o2完全燃烧。同温同压条件下当燃烧产物通过浓h2so4后体积减少了30ml，然后通过碱石灰又减少40ml。这种混合气的组成可能有几种？

《有机物分子式的确定》参考答案

[例1] 3.26g样品燃烧后，得到4.74gco2和1.92gh2o，实验测得其相对分子质量为60，求该样品的实验式和分子式。

解：(1)求各元素的质量分数

样品

co2

h2o

3.26g 4.74g 1.92g

（2）求样品分子中各元素原子的数目（n）之比

这个样品的实验式为ch2o。

（3）求分子式

通过实验测得其相对分子质量为60，这个样品的分子式=（实验式）n。

故这个样品的分子式为c2h4o2。

答：这个样品的实验式为ch2o，分子式为c2h4o2。

[例2] 实验测得某烃a中含碳85.7%，含氢14.3%。在标准状况下11.2l此化合物气体的质量为14g。求此烃的分子式。

解：

（1）求该化合物的摩尔质量

根据

得

（2）求1mol该物质中碳和氢原子的物质的量

即1mol该化合物中含2molc原子和4molh原子，故分子式为c2h4。

解：设与cuo反应的氢气的物质的量为x

而这种一元醇反应后生成的氢气的物质的量为。

饱和一元醇的通式为，该一元醇的摩尔质量为m（a）。

该一元醇的相对分子质量是60。根据这一元醇的通式，有下列等式：则饱和一元醇的分子式是c2h6o。

解：燃烧产物通过碱石灰时，co2气体和水蒸气吸收，被吸收的质量为3.06g；若通过浓硫酸时，水蒸气被吸收，被吸收的质量为1.08g。故co2和水蒸气被吸收的物质的量分别为：

列方程解之得x=3 y=8

由题意知a与金属钠反应，不与na2co3反应，可知a含羟基不含羧基（-cooh）。

4.6ga所含物质的量为

4.6ga中取代的h的物质的量为。

即1mola取代h的物质的量为3mol，可见1个a分子中含有3个羟基，故a为丙三醇，结构简式为：【练习】

⒈解析：烃完全燃烧产物为co2、h2o，co2中的c、h2o中的h全部来自于烃。13.2g co2物质的量为，7.2gh2o物质的量为，则0.1mol该烃中分子含c：0.3mol，含h：0.4mol×2＝0.8mol（co2～c、h2o～2h），所以1mol该烃分子中含c3mol、含h8mol。答案：c3h8。

⒉解析：，即最简式为ch2、化学式为，该烃的相对分子质量：mr(a)＝mr(n2)×2＝28×2＝56，故分子式为c4h8。

⒊解析：任意烃与一定量氧气充分燃烧的化学方程式：

cxhy +(x +)o2 xco2 + h2o

当温度高于100℃时，生成的水为气体。若烃为气态烃，反应前后气体的体积不变，即反应消耗的烃和o2与生成的二氧化碳和气态水的体积相等。

∴1 ＋(x +)＝ x ＋

y ＝ 4

就是说气态烃充分燃烧时，当烃分子中氢原子数等于4时（与碳原子数多少无关），反应前后气体的体积不变（生成物中水为气态）。答案：a、b。

⒋解析：混合气体的平均摩尔质量为12.5×2g/mol＝25 g/mol，则混合气的物质的量为；又烯烃中最简单的乙烯的摩尔质量是28g/mol，故烷烃的摩尔质量一定小于25g/mol，只能是甲烷。当混合气通过溴水时，由于只有烯烃和溴水反应，因此增重的8.4g为烯烃质量，则甲烷质量为10g－8.4g ＝ 1.6g，甲烷的物质的量为0.1mol，则烯烃的物质的量为0.3mol，烯烃的摩尔质量为，根据烯烃通式cnh2n，即14n＝28，可求出 n ＝ 2，即烯烃为乙烯。答案：c。

⒌解析：烃在过量氧气中完全燃烧产物为co2、h2o及剩余o2，由于是恢复到室温，则通过naoh溶液后气体体积减少40ml为生成co2体积。

cxhy +(x +)o2 xco2 + h2o（g）

δv

x +

0.04

0.05

列式计算得：y＝5x－4 当：

①x＝1 y＝1 ②x＝2 y＝6 ③x≥3 y≥11 只有②符合。（为什么？）答案：c。

⒍解析：烃a完全燃烧，c→co2 h→h2o 产物中∶＝1∶2，即a中 nc∶nh＝1∶4，只有ch4能满足该条件，故a为甲烷，摩尔质量为16g/mol；

相同状况下，不同气体密度与摩尔质量成正比：ma∶mb＝1∶3.5，mb＝3.5ma＝3.5×16g/mol＝56g/mol。设烃b分子式为cxhy，则：

12x＋y＝56 y＝56－12x 只有当x＝4 y＝8时合理。答案：a：ch4；b：c4h8

⒎解析：该题已知混合气体完全燃烧后生成co2和h2o的质量，从中可以计算出这两种物质的物质的量，n(co2)＝3.52g÷44g/mol＝0.08mol、n(h2o)＝1.92g÷18g/mol＝0.11mol；进而求出混合气体中每含1摩c所含h的物质的量，0.11mol×2÷0.08mol＝11/4；而组分气体中乙烷和丙烷的同样定义的化学量分别是，乙烷c2h6为3，丙烷c3h8为8/3；将这些平均量应用于十字交叉法可得这两组分气体在混合气体中所含c原子数之比。

c2h6每含1摩c所含h的物质的量：3

11/4－8/3

c3h8每含1摩c所含h的物质的量：8/3

3－11/4

即混合气体中每含4molc原子，其中1molc原子属于c2h6（乙烷物质的量则为1/2＝0.5mol），3molc原子属于c3h8（丙烷物质的量则为3/3＝1mol）。

所以混合气体中乙烷和丙烷的物质的量之比为：n(c2h6)∶n(c3h8)＝(1/2)∶(3/3)＝1∶2

答案：a

⒏a

9．解析：25℃时生成的水为液态；生成物经naoh溶液处理，容器内几乎成为真空，说明反应后容器中无气体剩余，该气态烃与o2恰好完全反应。设该烃的分子式为cxhy，则有：

cxhy +(x +)o2 xco2 + h2o

压强变化可知，烃和o2的物质的量应为co2的2倍（25℃时生成的水为液态），即：1＋(x +)＝2x，整理得：x＝1＋

讨论：当y＝4，x＝2；当y＝6，x＝2.5（不合，舍）；当y＝8，x＝3，...答案：a、d。

10．解析：根据方程式：cxhy+cl2→cxh(y－1)cl+hcl hcl+naoh＝nacl+h2o 得关系式：

cxhy ～ cl2 ～ naoh

1mol

0.5×0.2mol/l

n＝0.1mol

∴ 该烃的摩尔质量

另由该烃与氯气发生取代反应可知该烃为烷烃，通式为cnh2n+2，则：14n+2＝72 n=5 故分子式为c5h12 答案：c5h12。

11．解析：根据方程式

cxhy(g)+(x+)o2 xco2(g)+ h2o(l)δv

10ml

25ml

解得：y=6 烷烃通式为cnh2n+2，2n＋2＝6，n=2，该烃分子式为c2h6。答案：c2h6。

12．解析：因为v（混烃）：v（co2）：v（h2o）＝1：2：1.5，所以：v（混烃）：v（c）：v（h）＝1：2：3，平均组成为c2h3，＝27。

有机化合物的分类教案篇7

本人近年来一直从事高分子材料专业的《有机化学》课程教学, 对于该专业来说, 这是一门相当重要的专业基础课。教学过程中发现, 由于高年级学生的谣传, 大部分学生带着忧虑进入有机化学课程的学习, 而且他们错误的认为, 只要熟练的记忆就能通过“有机化学”这道门槛。大多数学生尽力去记忆课堂和教材内容而不是去理解它, 越学越觉得难学;考试一结束, 松一口气, 有机化学知识全部抛诸脑后。结果导致学生对有机化学的学习信心下降, 教学效果较差。对于高分子专业的学生, 这样就违背了我们的基本目标:学以致用, 为后续《高分子化学》等专业课程打下良好的基础。为了摆脱这种误区, 对有机化学的教学方法进行改革十分有必要[2,3]。在有机化学的教授过程中, 应该把基本的化学原理联系在一起, 强调知识的统一, 学生一旦开始理解有机反应的机理, 就会发现这些机理在整个有机化学中有规律的出现;只有真正的把知识联系起来, 学生才能在理解的基础上思考有机反应及其相互关系—即培养综合、分析能力而不是机械记忆。这种能力的提高, 是学生的一个宝贵的经验, 能帮助他们开启看似复杂的有机化学之门, 帮助他们提高学习信心。

1 布卢姆认知过程分类法

布卢姆将认知过程分为六个等级, 从简单具体到复杂抽象[4]。布卢姆认知过程分类法显示, 知识学习遵循一定的步骤, 必须按照步骤到达更高级的认知水平, 才能完全掌握该知识。因为我们不仅是简单的重复知识而是真正的理解它并创造性的运用它。

具体分类方法如下[5]:

根据布卢姆分类法, 把信息转化成新形式, 或应用信息到新的情景中, 以及分析、综合、评价信息, 回忆和掌握前期知识是最基本的要求[6,7]。然而, 大多数情况往往相反, 课堂时间主要被用在最低级的认知阶段, 学生和教师都被淹没在教学大纲所要求的大量内容中, 传统的、教条式的授课方法无法摆脱这种情况。一个真正想开发学生潜能的教师, 必须帮助学生升级到更高的认知水平, 而不是停留在信息搜集的低级认知阶段。

在课堂上, 不管是讲课还是做练习, 学生都必须接受应用、分析水平的挑战, 一旦学生理解和实践了这些重要的思考方法, 他们将能更好的理解考试目标。

2 将认知领域分类法引入到有机化学课堂

就像学习一门新的语言一样, 有机化学的入门也要从它的“语法”开始。这种引导要求教授者要讲有机化学的“语言”, 重新审视化学规律, 为有机反应和机理 (应用、分析阶段) 做好基础准备工作。课堂上常常出现的情况是, 教师已带领大家进入高级的认知阶段, 并且开始深入到应用程序, 而大多数同学仍然还处在较低级的知识理解阶段, 记忆着看似无关的知识点, 而无法将它们联系起来。教师期望和学生表现之间的差异在考试时表现得非常明显。这是因为, 老师在学生处于较低认知水平下进行教学, 却在较高的分析、综合认知水平下进行考试, 考试情况不理想。其结果是, 学生抱怨考试太难, 而老师认为学生没有掌握基本的概念。

将布卢姆分类法引入有机化学课堂, 首先必须向学生介绍布卢姆分类法的不同认知阶段, 告知学生他们需要努力学习到达什么水平才能在有机化学学习中取得成功, 强调超越较低的知识理解水平的重要性。提醒学生考试将侧重分析和综合应用, 而不是只有基本概念和简单反应, 鼓励他们研究有机反应机理和基本化学规律之间的关系。如果教师在课堂上常常指出学生当前的学习状态处于哪个认知阶段, 据此提出高级的认知要求, 可使学生更好的衡量作业和考试的预期水平。目前, 大多数有机化学教材是按照饱和烃、不饱和烃、芳香烃、卤代烃、醇/醚、醛酮、羧酸/羧酸衍生物等进行章节安排, 每一章的结构、命名、常见的化学反应是基本知识[8], 必须要求学生理解和熟记, 在此基础上去理解有机反应的机理。如卤代烃一章中, C-Cl键是极性的化学键 (电负性不同的原子形成的化学键是极性键, 这是基本的化学规律, 学习有机化学的基础) , 容易被亲核试剂 (亲核试剂是指带负电荷或带孤对电子的原子或基团, 基本的化学概念) 进攻, 发生化学反应, 在KOH/水溶液中一般发生水解反应, 卤原子被-OH取代, 而在KOH/醇溶液中一般发生消除反应, 生成烯烃。这作为卤代烃的基本化学性质要求学生必须在理解的基础上熟记。同时, 教师可提问:“同样是-OH作为亲核试剂, 为何溶剂不同产物不同呢?” (提出分析、应用的认知要求) , 让学生带着问题进入机理学习;在学生掌握了亲核取代反应机理 (SN1、SN2) 和消除反应机理 (E1、E2) 后, 讲授取代与消除的竞争的影响因素 (知识领悟阶段) 。在熟悉两种机理及其竞争的基础上, 引导学生回答上述问题。分析过程:因消除反应过渡态对电荷分散的要求更高, 故溶剂极性越大越有利于电荷的集中, 对消除反应越不利, 则对取代反应有利, 水相对乙醇来说, 是极性较强的溶剂 (基本化学知识) , 所以水溶液中发生取代, 而乙醇中发生消除。如果学生能正确理解, 并能解决类似的问题, 说明已达到更高级的认知水平 (分析、应用阶段) 。通过这种方法, 培养学生独立研究反应机理的个人“心理框架”, 这样学生比较容易接受, 而不会觉得很难。

此外, 在课堂上明确基本化学理论与有机化学反应机理之间的关系有利于学生理解。这种联系应该通过问题和测验进行加强[9]。因为基本化学原理是把反应与机理联系起来的关键。学生在进入有机化学学习之前, 必须较好的掌握无机化学/普通化学/大学化学的的基本知识理论。那么, 哪些化学基本原理与有机化学的联系密切呢?有机化合物的分子结构与反应有非常重要的关系, 只有掌握了决定分子结构和极性的相关原理, 学生才能在课堂上较好的理解反应及其机理[10]。因此, 我们认为学习有机化学必须掌握的化学基本理论有两类: (1) 结构 (原子结构理论包括原子核外电子排布, 元素周期律, 电负性理论等, 分子结构包括价键理论, 杂化轨道理论、离子键理论等) ; (2) 反应 (化学反应热力学包括热化学, 化学平衡, 酸碱质子理论等, 化学反应动力学理论) 。这些基本的化学理论在各个认知阶段都是非常有用的, 可以促进学生的向更高级的认知水平发展。比如掌握了杂化轨道理论, 可以帮助学生理解有机化合物的分子结构。碳原子的核外电子排布是1s22s22p2, 提醒学生有机化合物中饱和碳原子都有4个σ键, 这样他们就能理解碳原子必须采用sp3杂化才能形成四个共价键, 四面体结构;同理双键碳原子有3个σ键, 需要3个杂化轨道, 因此是sp2杂化, 平面结构, 碳原子还有一个2p轨道未参与杂化, 与氧原子形成一个π键。提醒学生σ键与π键的区别: (1) π键暴露在平面外, 易被亲电试剂进攻; (2) π键重叠程度小, 稳定性比σ键差, 因此π键易断裂发生加成反应, 为理解烯烃/炔烃和醛/酮/羧酸及其衍生物的化学性质 (即加成或加成消除反应) 和反应机理做好铺垫。例如, 是亲电加成, 而是亲核加成, 为什么? (分析、综合运用阶段) 除了上述杂化理论和π键的性质, 帮助学生回顾共价键极性的定义 (形成共价键的是两个电负性不同的原子, 是极性共价键;否则, 是非极性共价键) , 进行分析:C=C是非极性的, 所以没有电荷的偏移, 4个电子的电子云为两个碳原子共享, 故电子云密度较大, 易被亲电试剂吸引, 发生加成反应 (即亲电加成) ;而C=O是极性共价键, 由于氧原子的电负性大于碳原子, 所以氧原子带部分负电荷, 碳原子带部分正电荷, 带负电荷的氧原子较稳定 (符合电负性规则) , 故带正电荷的碳原子较活泼, 易被亲核试剂进攻, 发生亲核加成。由此可见, 通过问题的提出和解决, 可加强反应与机理的联系, 使学生达到较高的认知阶段。

3 结论

综上所述, 将布卢姆认知分类法引入到有机化学的教学过程中, 可提高学生的分析和综合应用能力, 使他们真正的掌握有机化学知识, 而非浮于表面, 从而摆脱应试教育的误区。在有机化学课程教学之前, 使学生建立一种心理框架:他们能够在认知分类法的帮助下提高对有机化学的认识和理解, 学好有机化学。这样, 在学习的过程中, 一旦把基本的化学原理与有机化学反应和机理联系起来, 他们对有机化学的认识会更加深刻;学生就会在理解的基础上思考有机反应及其相互关系, 而不是把知识点当做毫无关联的材料进行记忆, 来应付考试。最后, 学生与老师对考试期望值的差异会减小, 学生的自信心提高, 最终取得有机化学学习的成功。

摘要：把布卢姆认知领域分类法引入《有机化学》教学过程中, 在回顾基本化学原理的基础上, 帮助学生把有机化合物的结构、性质与机理联系起来, 使学生达到有机化学学习的高级认知水平—分析、综合应用阶段, 达到良好的教学效果。

关键词：布卢姆认知分类法,有机化学,教学,基本化学原理

参考文献

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