有機(jī)物分子式和結(jié)構(gòu)式的確定

陳亞麗

一、確定有機(jī)物分子式

1. 直接法

密度（相對(duì)密度）→摩爾質(zhì)量→1 mol物質(zhì)中各元素原子物質(zhì)的量→分子式

例1 ?某有機(jī)物6.4克完全燃燒生成8.8克CO2與0.4 mol H2O，無其它物質(zhì)生成，經(jīng)測(cè)定該化合物蒸汽與氫氣的相對(duì)密度為16，求該化合物的分子式。

解析 ?（1）求6.4克有機(jī)物中各組成元素原子的物質(zhì)的量：

n（C）=0.2 mol，n（H）=0.8 mol，n（O）=0.2 mol。

（2）求有機(jī)物的摩爾質(zhì)量：

Mr（有機(jī)物）=16 g·mol-1×2=32 g·mol-1。

（3）求該有機(jī)物中各元素原子的個(gè)數(shù)：

n（有機(jī)物）=[6.4 g32 g·mol-1]=0.2 mol。

故N（C）=1，N（H）=[0.8mol0.2mol]=4，N（O）=[0.2mol0.2mol]=1。

即該有機(jī)物的分子式為：CH4O。

點(diǎn)撥 ?某有機(jī)物燃燒生成H2O和CO2，該有機(jī)物可能是烴也可能是烴的含氧衍生物，要根據(jù)題中的條件，抓住質(zhì)量守恒或氧原子守恒來判斷。

2. 實(shí)驗(yàn)式法

各元素原子個(gè)數(shù)比→實(shí)驗(yàn)式[摩爾質(zhì)量]分子式

例2 ?在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，某氣態(tài)烴150 mL的質(zhì)量是0.5223 g，經(jīng)測(cè)定該烴含碳92.3%，試求它的分子式。

解析 ?（1）求該烴的實(shí)驗(yàn)式：

該烴只含碳和氫，故該烴含氫量為7.7%。

N（C）∶N（H）=[92.3%12.]∶[7.7%1]=1∶1，該烴的實(shí)驗(yàn)式為CH。

（2）求該烴的摩爾質(zhì)量：

Mr（烴）=[0.5223g0.150L]×22.4 L·mol-1=78 g·mol-1

（3）求該烴的分子式

設(shè)該烴的分子中含有n個(gè)CH，

n=[Mr（烴）Mr（CH）]=[78 g·mol-113 g·mol-1]=6，

故該烴的分子式為：C6H6。

點(diǎn)撥 ?某些特殊組成的實(shí)驗(yàn)式中，即使不知道化合物的摩爾質(zhì)量，也可以根據(jù)其組成特點(diǎn)確定分子式。例如：實(shí)驗(yàn)式為CH4，分子式為CH4;實(shí)驗(yàn)式為CH3，分子式為C2H6。

3. 通式法

根據(jù)各類有機(jī)物的分子組成通式及各類有機(jī)物的化學(xué)反應(yīng)通式，通過計(jì)算確定有機(jī)物的分子式。

例3 ?0.3 g某飽和一元醇與足量的金屬鈉充分反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣56 mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況），求該飽和一元醇的分子式。

解析 ?飽和一元醇的通式為CnH2n+1OH，設(shè)該飽和一元醇的摩爾質(zhì)量為M（A）。

由飽和一元醇與氫氣反應(yīng)的通式：

2CnH2n+1OH ?+ ?2Na ?→ ?2CnH2n+1ONa + ?H2↑

2 mol×M（A） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 22.4 L

0.3 g ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?0.056 L

[2mol×M（A）0.3 g]=[22.4 L0.056 L]

解得M（A）=60 g·mol-1。

由14n+1+16+1=60得，n=3。

該飽和一元醇的分子式為C3H8O。

點(diǎn)撥 ?各類有機(jī)物的通式應(yīng)熟記。

烴燃燒的通式：CxHy+（[x+y4]）O2 → xCO2+[y2]H2O

烴的含氧衍生物燃燒的通式：

CxHyOz+（[x+y4]-[z2]）O2 → xCO2+[y2]H2O

4. 討論法

題中未指明有機(jī)物的類別且數(shù)據(jù)不足時(shí)，通過討論來確定有機(jī)物的分子式。

例4 ?某有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量為58，該有機(jī)物在空氣中燃燒只生成CO2和H2O，求該有機(jī)物的分子式。

解析 ?該有機(jī)物可能是烴或烴的含氧衍生物。

（1）若此有機(jī)物為烴，設(shè)分子式為CxHy，

則[12x+y=58]，[x=1]，[y=46]（不符合烴的分子組成，舍去）;同理[x=2]，[y=34];[x=3]，[y=22]均不符合烴的分子組成，應(yīng)舍去;[x=4]，[y=10]符合烴的分子組成。

即該有機(jī)物的分子式為C4H10。

（2）若此有機(jī)物為烴的含氧衍生物，設(shè)分子式為CxHyOz，

則[12x+y+16z=58]。

若[z=1]，則[12x+y=42]。經(jīng)討論：[x=3]，[y=6]分子式為C3H6O。

若[z=2]，則[12x+y=26]。經(jīng)討論：[x=2]，[y=2]分子式為C2H2O2。

綜上所述，此有機(jī)物的分子式可能是C4H10、 C3H6O、C2H2O2。

點(diǎn)撥 ?任意一種有機(jī)物的分子組成中，氫原子數(shù)不可能超過相應(yīng)碳原子數(shù)的烷烴所結(jié)合的氫原子數(shù)。

5. 平均值法

利用平均摩爾質(zhì)量或平均分子式，并抓住相關(guān)信息來確定有機(jī)物的分子式。

例5 ?兩種飽和一元醛A和B的混合物共1.02 g，和足量的銀氨溶液反應(yīng)得到4.32 g Ag。若A分子比B分子多一個(gè)CH2原子團(tuán)，求A 、B的分子式。

解析 ?依題意，A 、B的分子組成中各含一個(gè)醛基。

由關(guān)系式：—CHO～2Ag

A 、B的總物質(zhì)的量為[4.32 g108 g·mol-1]×[12]=0.02 mol

A 、B的平均摩爾質(zhì)量為[102 g0.02mol]=51 g·mol-1

因摩爾質(zhì)量：HCHO～30 g·mol-1，CH3CHO～44 g·mol-1，CH3CH2CHO～58 g·mol-1，

且A 、B相差一個(gè)CH2，

所以A 為CH3CHO ，B為CH3CH2CHO。

即A的分子式 為C2H4O ，B的分子式為C3H6O。

點(diǎn)撥 ?平均值法往往用于兩種或兩種以上混合物中各組分的分子式的判斷，需注意：①碳數(shù)小于2的烴只有甲烷，烴的含氧衍生物有甲醇和甲酸;②各類有機(jī)物中分子量最小的CH4～16、C2H4～28、C2H2～26、C6H6～78、CH3OH～32、HCHO～30、HCOOH～46。

二、確定有機(jī)物結(jié)構(gòu)式

1. 價(jià)鍵規(guī)律法

某些有機(jī)物根據(jù)價(jià)鍵規(guī)律只存在一種結(jié)構(gòu)，則可直接由分子式確定其結(jié)構(gòu)式。

例如，分子式為C2H6，依據(jù)價(jià)鍵規(guī)律只能寫出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式CH3—CH3;又如分子式為CH4O依據(jù)價(jià)鍵規(guī)律也只能寫出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式CH3—OH。

2.定性或定量推測(cè)的方法

當(dāng)一個(gè)分子式可能代表兩種或兩種以上具有不同結(jié)構(gòu)的物質(zhì)時(shí)，可利用該物質(zhì)的特殊性質(zhì)，通過定性或定量推測(cè)來確定其結(jié)構(gòu)式。

例7 ?A 、B都是芳香族化合物，1 mol A 水解得到1 mol B和1 mol醋酸。A、B的相對(duì)分子質(zhì)量都不超過200，完全燃燒都生成CO2和H2O，且B分子中碳和氫元素總的質(zhì)量百分含量為62.5%。A溶液具有酸性，不能使FeCl3顯色。

①A 、B相對(duì)分子質(zhì)量之差為 ? ? ? ? ? ? ?。

②1個(gè)B分子中應(yīng)該有 ? ? ? ? ? ? ? 個(gè)氧原子。

③A的分子式是 ? ? ? ? ? ? ?。

④B可能的三種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式是 ? ? ? ? ? ? ? ? ?。

解析 ?①質(zhì)量守恒：A+H2O→B+CH3COOH，A-B=C2H2O，即相對(duì)分子質(zhì)量之差是42。②先定性推測(cè)：A有羧基，所以B也有羧基，且有從A（醋酸酯）水解釋出的羥基，初步推測(cè)B至少含有3個(gè)氧原子。后定量確證：M（B）<158，可推出B中氧原子數(shù)n（O）<[158×34.8%16]=3.4。③M（B）=[16×334.8%]=138，結(jié)合B中含有苯環(huán)、羧基、羥基可推出B是羥基苯甲酸，分子式為C7H6O3，A是C9H8O4。

答案 ?①42 ?②3 ?③C9H8O4

④[—COOH][—][OH][—COOH][—][OH][—COOH][—][OH]

點(diǎn)撥 ?（1）能使溴水褪色的有機(jī)物含碳碳雙鍵、碳碳三鍵、酚羥基、醛基。（2）能使酸性高錳酸鉀溶液褪色的有機(jī)物含碳碳雙鍵、碳碳三鍵、苯的同系物、醇羥基、酚羥基、醛基。