三步法確定有機(jī)物的分子結(jié)構(gòu)

■湖北省枝江市第一中學(xué) 羅功舉

三步法確定有機(jī)物的分子結(jié)構(gòu)

■湖北省枝江市第一中學(xué) 羅功舉

確定有機(jī)物的分子結(jié)構(gòu)是有機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容,要確定一種有機(jī)物的分子結(jié)構(gòu),首先要判斷有機(jī)物中所含元素的種類(lèi),然后依據(jù)題目所給的條件再確定有機(jī)物分子中各元素原子的數(shù)目,從而得到分子式,最后根據(jù)信息確定有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式。

一、推斷有機(jī)物的組成元素

方法精要：有機(jī)物常常含有碳、氫、氧、氮、鹵素、硫等元素,一般可以通過(guò)以下思路來(lái)確定有機(jī)物組成元素情況。

(1)對(duì)于含碳、氫或含碳、氫、氧的有機(jī)物,常常用燃燒法,可以根據(jù)質(zhì)量(或物質(zhì)的量)守恒進(jìn)行分析和推導(dǎo)有機(jī)物中所含元素,特別是氧元素。有定性分析法和定量推算法。

(2)對(duì)于還可能含有的氮、鹵素、硫等元素,一般用實(shí)驗(yàn)法進(jìn)行分析,如含鹵原子的有機(jī)物,可以通過(guò)“水解→酸化→加硝酸銀溶液→觀察沉淀顏色”程序來(lái)確定鹵原子種類(lèi)。

某有機(jī)物2mol在氧氣中充分燃燒,消耗氧氣5mol,生成H2O和CO2各4mol,由此可得出的結(jié)論是( )。

A.該有機(jī)物不含氧元素

B.該有機(jī)物分子中含一個(gè)氧原子

C.該有機(jī)物分子中含二個(gè)氧原子

D.不能確定該有機(jī)物分子中含氧原子的數(shù)目

分析：根據(jù)題意,將“4molH2O和4mol CO2”中的氧元素的量折合成氧氣的量,為6mol;而有機(jī)物燃燒實(shí)際只消耗了5mol氧氣,說(shuō)明有機(jī)物中有氧元素,且其物質(zhì)的量為2mol,由此可得出的結(jié)論是該有機(jī)物分子中含一個(gè)氧原子。答案為B。

點(diǎn)撥:解答定量計(jì)算問(wèn)題時(shí),要合理運(yùn)用推算方法,如根據(jù)有機(jī)物燃燒的反應(yīng)方程式列式計(jì)算,應(yīng)用質(zhì)量守恒定律判斷,運(yùn)用差量法或關(guān)系式法推算等,不能墨守成規(guī)。

二、確定有機(jī)物的分子式

方法精要：確定有機(jī)物的組成元素以后,可以按以下方法來(lái)確定有機(jī)物分子式。

利用上述關(guān)系解題時(shí),要注意題給條件,題目條件不同,選用方法就應(yīng)有所區(qū)別。

(1)實(shí)驗(yàn)式法。

某有機(jī)化合物由三種元素組成,其中碳、氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為22.0%和4.59%。將該化合物在強(qiáng)堿水溶液中水解后先用硝酸酸化,再用AgNO3溶液檢驗(yàn),結(jié)果生成淡黃色沉淀。又測(cè)得該化合物的相對(duì)分子質(zhì)量為109,則該有機(jī)化合物的分子式為_(kāi)___。

分析：據(jù)題意,該有機(jī)化合物中還含有溴元素,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100%-22.0%-4.59%=73.41%。則該有機(jī)化合物中各元素的原子個(gè)數(shù)之比為N(C)∶N(H)∶N(Br)= 2∶5∶1。其最簡(jiǎn)式為C2H5Br,相對(duì)分子質(zhì)量為109。

設(shè)該化合物的分子式為(C2H5Br)n,則n=,所以,該化合物分子式為CHBr。25

點(diǎn)撥:運(yùn)用實(shí)驗(yàn)式法解題的基本思路為:元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)→最簡(jiǎn)式→結(jié)合Mr確定分子式?；蛴蒑r與元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)直接確定各原子的原子數(shù)目,進(jìn)而確定分子式。

(2)方程式法。

0.60 g某飽和一元醇A,與足量的金屬鈉反應(yīng),生成氫氣112mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。則該一元醇的分子式為_(kāi)___。

分析：設(shè)飽和一元醇的通式為CnH2n+1OH,該一元醇的摩爾質(zhì)量為M(A)。由反應(yīng)方程式得:一元醇的相對(duì)分子質(zhì)量為60。

根據(jù)該一元醇的通式,有下列等式: 12n+2n+1+16+1=60,解得:n=3。

故該一元醇的分子式是C3H8O。

點(diǎn)撥:運(yùn)用方程式法解題的基本思路為:以有機(jī)物相關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式為依據(jù),根據(jù)有機(jī)物在化學(xué)反應(yīng)中量的關(guān)系列式計(jì)算,推求有機(jī)物的分子式。

(3)直接法。2.3g某有機(jī)物A完全燃燒后,生成0.1molCO2和2.7gH2O,測(cè)得該化合物的蒸氣與空氣的相對(duì)密度是1.6,則該化合物的分子式為_(kāi)___。

分析：根據(jù)題意,該有機(jī)物燃燒的產(chǎn)物只有CO2和H2O,因此該有機(jī)物中一定含有C和H兩種元素,根據(jù)燃燒前后各元素的質(zhì)量守恒,若m(有機(jī)物)=m(C)+m(H),則有機(jī)物中只含C、H兩種元素;若m(有機(jī)物)〉m(C)+m(H),則有機(jī)物中含C、H、O三種元素,m(O)=m(有機(jī)物)-m(C)-m(H)。

根據(jù)C、H守恒可求得:m(C)= 0.1mol×12g·mol-1=1.2g,m(H)= 2.7g×2=0.3g。m(C)+m(H)=1.5g〈18 2.3g,因此,2.3g該有機(jī)物中還含有O,其質(zhì)量為:m(O)=m(A)-m(C)-m(H)=2.3g-1.5g=0.8g。故知:N(C)∶N(H)∶N(O)==2∶6∶1,所以該有機(jī)物的實(shí)驗(yàn)式為C2H6O,分子式可設(shè)為(C2H6O)n,其相對(duì)分子質(zhì)量為46。

又該有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量為: Mr(A)=dMr(空氣)=1.6×29=46,n=,故該有機(jī)物A的分子式為CHO。26

點(diǎn)撥:根據(jù)已知條件(如氣體密度、相對(duì)密度、標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積等)直接求出1mol有機(jī)物中各原子的物質(zhì)的量,即可確定有機(jī)物的分子式。

三、確定有機(jī)物的結(jié)構(gòu)式

方法精要：有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)的確定方法:知道有機(jī)物分子式后,再用下列方法判斷其所含官能團(tuán)、氫原子情況,進(jìn)而確定其結(jié)構(gòu)。

(1)物理方法。①利用紅外光譜法初步判斷有機(jī)物中含有的官能團(tuán)或化學(xué)鍵。②利用核磁共振氫譜測(cè)定有機(jī)物分子中氫原子的類(lèi)型和數(shù)目,氫原子的類(lèi)型=吸收峰數(shù)目,不同氫原子個(gè)數(shù)比=不同吸收峰面積比。

(2)化學(xué)方法。①根據(jù)價(jià)鍵規(guī)律,某些有機(jī)物只存在一種結(jié)構(gòu),可直接由分子式確定結(jié)構(gòu)。②官能團(tuán)的特征反應(yīng)→定性實(shí)驗(yàn)→確定有機(jī)物中可能存在的官能團(tuán)。③通過(guò)定量實(shí)驗(yàn),確定有機(jī)物中的官能團(tuán)及其數(shù)目。

為測(cè)定某有機(jī)物A的結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn):①將2.3g該有機(jī)物完全燃燒,生成了0.1molCO2和2.7gH2O;②用質(zhì)譜儀實(shí)驗(yàn)得質(zhì)譜圖;③用核磁共振儀處理該化合物得核磁共振氫譜圖,圖中三個(gè)峰的面積比為1∶2∶3。試回答下列問(wèn)題:

(1)有機(jī)物A的相對(duì)分子質(zhì)量為_(kāi)___。

(2)有機(jī)物A的實(shí)驗(yàn)式為_(kāi)___。

(3)根據(jù)A的實(shí)驗(yàn)式____(填“能”或“不能”)確定A的分子式。

(4)A的分子式為_(kāi)___,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為_(kāi)___。

分析：質(zhì)譜圖中最大質(zhì)荷比即為有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量,所以根據(jù)質(zhì)譜圖可知A的相對(duì)分子質(zhì)量為46。2.3gA完全燃燒生成0.1mol CO2和2.7gH2O,則可計(jì)算出A的分子式為(C2H6O)n,即A的實(shí)驗(yàn)式為C2H6O。由于H原子已經(jīng)飽和,所以該實(shí)驗(yàn)式就是其分子式又根據(jù)核磁共振氫譜圖可知,A中有三種化學(xué)環(huán)境不同的H原子且數(shù)目之比為1∶2∶3,又因?yàn)锳的通式符合飽和一元醇的通式,所以A的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為CH3CH2OH。

答案：(1)46 (2)C2H6O (3)能

(4)C2H6O CH3CH2OH

點(diǎn)撥:分析質(zhì)譜圖、核磁共振氫譜圖、紅外光譜圖等圖像類(lèi)問(wèn)題時(shí),先要弄清楚圖像中各信息(如數(shù)據(jù)、峰值等)的化學(xué)意義,再將之運(yùn)用到對(duì)應(yīng)問(wèn)題的推導(dǎo)、解答中。

(責(zé)任編輯 謝啟剛