確定有機物分子式的幾種巧妙方法

華雪瑩

在學習有機化學的過程中，經(jīng)常會遇到有機物分子式的確定問題.對于此類問題只要能夠靈活地運用所學的知識，便可快速、準確、巧妙地確定.下面舉例說明，希望學生能夠從中受到有益的啟示.

一、直接求分子式

此法是根據(jù)相對分子質(zhì)量，直接求出1個有機物分子中所含各原子個數(shù)以確定其分子式.

例1減弱“溫室效應”的有效措施之一是大量地植樹造林.綠色植物在葉綠素存在下的光合作用是完成二氧化碳循環(huán)的重要一環(huán)，已知葉綠素的相對分子質(zhì)量小于900，其分子中含C為73.8%（質(zhì)量分數(shù)，下同）、含H為8.3%、含O為8.9%，其余為Mg.試確定葉綠素的化學式.

解析鎂元素的質(zhì)量分數(shù)為1-73.8%-8.3%-6.3%-8.9%=2.7%，因為鎂的質(zhì)量分數(shù)最小，但相對原子質(zhì)量卻最大，所以葉綠素分子中鎂原子個數(shù)最少.因為900×2.7%=24.3，所以1個葉綠素分子中只有1個鎂原子，即Mr（葉綠素）= 242.7%=889，所以1個葉綠素分子中所含碳原子個數(shù)為889×73.8%12=55；同理求出1個葉綠素分子中所含H、O、N原子的個數(shù)依次為74、5、4.故葉綠素的化學式為C55H74O5N4Mg.

二從最簡式入手求分子式

例2某化合物由碳、氫兩種元素組成，其中含碳的質(zhì)量分數(shù)為85.7%，在標準狀況下11.2 L此化合物氣體的質(zhì)量為14 g，求此化合物的分子式.

解析由此化合物在標準狀況下11.2 L，質(zhì)量為14 g，求得此烴的分子量為28，C與H的個數(shù)之比為：85.7%12：14.3%1=1∶2，所以此烴的最簡式為CH2，分子式為（CH2）n，則有12n+2n=28，解之得n=2，故此烴的分子式為C2H4.

三、先求實驗式再求分子式

此法是根據(jù)題給條件求出實驗式，再結(jié)合相對分子質(zhì)量或有機物的結(jié)構(gòu)特點，進而確定其分子式.

例3A是一種含碳、氫、氧三種元素的有機化合物，已知A中碳的質(zhì)量分數(shù)為44.1%，氫的質(zhì)量分數(shù)為8.82%.A只含一種官能團，且每個碳原子上最多只連一個官能團，與乙酸發(fā)生酯化反應，但不能在相鄰碳原子上發(fā)生消去反應.請寫出A的分子式.

解析A中氧元素的質(zhì)量分數(shù)為1-44.1%-8.82% = 47.08%，N（C）∶N（H）∶N（O）=（44.1%÷12）∶（8.82÷1）∶（47.08÷16）=5∶12∶4，所以A的實驗式為C5H12O4，因為實驗式中H原子已達飽和，所以A的分子式為C5H12O4.

四、列方程組求分子式

此法是先設有機物的分子式為CxHy或CxHyOz，或根據(jù)題目分析出符合條件的物質(zhì)的分子通式，再通過燃燒方程式或其它方程式列出關于x、y、z的方程組，進而求出分子式.

例4將含C、H、O的有機物3.24mg裝入元素分析裝置，通入足量的O2使它完全燃燒，將生成的氣體依次通過盛氯化鈣的管A和盛堿石灰的管B，測得A管質(zhì)量增加了2.16 mg，B管質(zhì)量增加了9.24 mg.已知該有機物的相對分子質(zhì)量為108，試確定該化合物的分子式.

解析設該化合物的分子式為CxHyOz，根據(jù)

CxHyOz+＼[（4x+y-2z）/4＼]O2點燃xCO2+y/2H2O

10844x9y

3.24mg9.24mg2.16mg

則有1083.24=44x9.24=9y2.1612x+y+16z=108，

解之得：x=7，y=8，z=1，

所以該化合物的分子式為C7H8O.

五、利用除法運算求分子式

例5有兩種烴A，B，其相對分子質(zhì)量都是128，其中A易升華，試確定A、B的分子式.

解析因為A、B都為烴，用128除以14（即“CH2”的式量）商9余2，故其中一種烴的分子式為C9H20；用128除以12商10余8，故另一種烴的分子式為C10H8.又因為A容易升華為氣體，所以A的分子式為C10H8，B的分子式為C9H20.

六、利用假設法求分子式

此法是根據(jù)題意對所給有機物的分子式進行大膽假設，再代入題目進行驗證.

例6某一元羧酸A，含碳的質(zhì)量分數(shù)為50.0%，氫氣、溴、溴化氫都可以與A發(fā)生加成反應，試確定A的分子式.

解析因A是一元羧酸，則A的結(jié)構(gòu)中含1個-COOH，A能與氫氣、溴、溴化氫發(fā)生加成反應，故A分子中含有碳碳不飽和鍵.含碳碳不飽和鍵的最簡單滿足上述條件的化合物為丙烯酸和丙炔酸，經(jīng)驗證只有丙烯酸中含碳質(zhì)量分數(shù)為50%，所以A為丙烯酸，分子式為C3H4O2.

七、采用討論的方法求分子式

例7有機物A是烴或烴的含氧衍生物，其分子中碳原子數(shù)少于5，取0.05 mol A在0.2 mol O2中燃燒，在101℃和1.01×105Pa的條件下，將生成的混合氣體依次通過足量的無水CaCl2和足量的堿石灰吸收，減少的氣體體積比為2∶1，剩余氣體在標準狀況下體積為2.24 L，試確定A可能的分子式.

解析經(jīng)分析可知剩余氣體可能是O2或CO.

（1）若剩余氣體為O2，則有機物分子式中碳氫原子個數(shù)比一定是1∶4，其組成符合（CH4）xOy，通過計算驗證x只能為1，只有CH4符合要求.

（2）若剩余氣體為CO，則有機物的組成符合

C2（CH4）xOy，其燃燒方程式為：

C2（CH4）xOy+4O2點燃

2CO+xCO2+2xH2O，

根據(jù)O守恒，有y=4x-6.

若x=1，y=-2，無解；若x=2，y=2，分子式為C4H8O2；若x≥3，則碳原子數(shù)不少于5，不合題設條件.故A的分子式只可能為CH4或C4H8O2.

八、利用原子守恒求分子式

例8嗎啡和海洛因都是嚴查禁止的毒品，嗎啡分子中含C為71.58%，含H為6.67%，含N為4.91%，其余為O.已知其相對分子質(zhì)量不超過300，又知海洛因是嗎啡的二乙酸酯，試確定嗎啡和海洛因的分子式.

解析嗎啡中氧元素的質(zhì)量分數(shù)為1-71.58%-6.67%-4.91%=16.84%，經(jīng)對比可知嗎啡中含氮原子個數(shù)最少.因為300×4.19%=

14.73，所以一個嗎啡分子中只有一個氮原子.Mr（嗎啡）=144.91%=285，利用直接法可求出嗎啡的分子式為C17H19O3N.因為

嗎啡+2CH3COOH→海洛因+2H2O

根據(jù)原子守恒，求出海洛因的分子式為

C21H23O5N.

九、利用部分求整體

例9某片狀有機含氮化合物，在水中溶解度不大（100 g水中溶解不到3 g），但卻溶于鹽酸或氫氧化鈉溶液.其分子量在120～150之間.經(jīng)元素分析知道，它含氧質(zhì)量分數(shù)為43.5%.試推測該有機物的分子式和相對分子質(zhì)量.

解析因為120

（收稿日期：2016-10-22）