確定有機(jī)物分子式的三個(gè)途徑

■廣西柳州市第二中學(xué) 黃 穎

有機(jī)物分子式求解方法較多,現(xiàn)歸納如下:

其中,ρ:標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體的密度;D:氣體A對氣體B的相對密度:混合氣體的平均摩爾質(zhì)量。

途徑Ⅰ

若題目給出元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、相對密度等,可以先求出相對分子質(zhì)量,再確定分子中各元素的原子個(gè)數(shù),求出分子式;也可先求出最簡式,再根據(jù)相對分子質(zhì)量,確定分子式。

此途徑可分為“單位物質(zhì)的量”法和最簡式(實(shí)驗(yàn)式)法兩種:

“單位物質(zhì)的量”法:根據(jù)有機(jī)物的摩爾質(zhì)量(或相對分子質(zhì)量)和有機(jī)物中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(或質(zhì)量比),求算出1 mol 該有機(jī)物中各元素原子的物質(zhì)的量,從而確定分子中的各原子個(gè)數(shù),進(jìn)而確定有機(jī)物的分子式。

最簡式法(實(shí)驗(yàn)式法):先求出有機(jī)物中各元素原子個(gè)數(shù)比,然后根據(jù)該有機(jī)物的摩爾質(zhì)量或相對原子質(zhì)量求出分子式。

例1某化合物由碳、氫兩種元素組成,其中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85.7%,在標(biāo)準(zhǔn)狀況下11.2 L該化合物氣體的質(zhì)量為14g。則該化合物的分子式為_____。

解析:①“單位物質(zhì)的量”法:該化合物的摩爾質(zhì)量28g·mol-1。

1mol該化合物中碳原子和氫原子的物質(zhì)的量分別為:

故該化合物的分子式為C2H4。

②最簡式(實(shí)驗(yàn)式)法:

該化合物的最簡式為CH2,設(shè)分子式為(CH2)n,14n=28,n=2。因此烴的分子式為C2H4。

途徑Ⅱ

若題目給出(或能計(jì)算出)相對分子質(zhì)量的話可用商余法直接求得分子式。

商余法(只適用于烴的分子式的求解):設(shè)烴的相對分子質(zhì)量為M。

例2①某烴相對分子質(zhì)量為42,則其分子式為_____。

②相對分子質(zhì)量為128的烴的分子式為_____。

解析:①=3余6,即C3H6。

途徑Ⅲ

解方程式法:若題目給出燃燒產(chǎn)物的質(zhì)量,可通過燃燒通式列方程式求出分子式。

燃燒通式:CxHy+(x+CxHyOz+

例31體積某烴的蒸氣完全燃燒生成的CO2比水蒸氣少1體積(在同溫同壓下測定),0.1 mol 該烴完全燃燒的產(chǎn)物被堿石灰吸收,堿石灰增重39g,該烴的分子式為____。

解析:設(shè)烴的分子式為CmHn,完全燃燒的反應(yīng)為

依題意CO2比水蒸氣少1體積,堿石灰增重39g為CO2和H2O的質(zhì)量和,得方程組:

解得m=6,n=14。

因此該烴的分子式為C6H14。

守恒法:利用反應(yīng)前后參加反應(yīng)物質(zhì)的各元素原子跟反應(yīng)后生成物的各元素原子守恒,求出有機(jī)物的分子式。

例40.94g某有機(jī)物在純氧中充分燃燒,可生成2.64gCO2,0.54gH2O,消耗2.24g O2。又知此有機(jī)物的相對分子質(zhì)量為氫氣的47倍,該有機(jī)物的分子式為_____。

解析:因?yàn)橛袡C(jī)物的摩爾質(zhì)量為47×2g·mol-1=94g·mol-1,所以0.94g該有機(jī)物的物質(zhì)的量為0.01 mol。

又因2.64g CO2的物質(zhì)的量為=0.06 mol,0.54gH2O的物質(zhì)的量為=0.03 mol,2.24gO2的物質(zhì)的量為=0.07 mol。

則1 mol該有機(jī)物燃燒消耗7 mol O2,生成6 mol CO2,3 mol H2O。

故該有機(jī)物中含C為6 mol,H為3 mol×2=6 mol,O為6 mol×2+3 mol×1-7 mol×2=1 mol。

因此該有機(jī)物的分子式為C6H6O。

區(qū)間法:根據(jù)有機(jī)物反應(yīng)的某個(gè)量的上、下限值以及有關(guān)通式,列出不等式進(jìn)行求解,從而確定分子式。

例5常溫下,在密閉容器中混有2 mL氣態(tài)烷烴和10 mL O2點(diǎn)火爆炸,除去其中的CO2和H2O,又在剩余物中加入5 mL O2,再進(jìn)行一次爆炸,除得到CO2外,還剩余O2,試確定該烴的分子式:____。

解析:設(shè)烷烴的分子式為CnH2n+2,則2mL CnH2n+2完全燃燒時(shí)耗O2為(3n+1) mL。則有10<3n+1<10+5,即3

因?yàn)閚為正整數(shù),故n=4,即分子式為C4H10。

討論法:當(dāng)反應(yīng)物的相對用量不確定或條件不足時(shí),應(yīng)根據(jù)有機(jī)物分子中的碳原子、氫原子要符合化合價(jià)組成原則,或某種特定性質(zhì)要求,加上C、H原子數(shù)要為正整數(shù),然后進(jìn)行討論來確定有機(jī)物的分子式。

例625 ℃某氣態(tài)烴與O2混合,在密閉容器中點(diǎn)燃爆炸后又恢復(fù)至25 ℃,此時(shí)容器內(nèi)壓強(qiáng)為原來的一半,再經(jīng)NaOH溶液處理,容器內(nèi)壓強(qiáng)幾乎為0。該烴的分子式可能為( )。

A.C2H4B.C2H6

C.C3H6D.C3H8

解析:設(shè)該烴的分子式為CxHy,則CxHyH2O。

由題意可知,烴和O2的物質(zhì)的量之和應(yīng)為CO2的物質(zhì)的量的2倍,即1+(x+)=2x,得x=1+。

討論:當(dāng)y=4時(shí),x=2;當(dāng)y=6時(shí),x=2.5不合題意;當(dāng)y=8時(shí),x=3。

故正確答案為A、D。

【對應(yīng)練習(xí)】

1.某烴類化合物A的相對分子質(zhì)量為84,含有碳碳雙鍵,分子中只含有一種類型的氫。A的結(jié)構(gòu)簡式為_____。

2.已知化合物A中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為C 37.5%,H 4.2%,O 58.3%。0.01 mol A在空氣中充分燃燒需要消耗氧氣1.01 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況),則A的分子式是____。

3.某含苯環(huán)的化合物A,其相對分子質(zhì)量為104,碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為92.3%。A的分子式為_____。

4.烴基烯基醚(含一個(gè)氧原子)A的相對分子質(zhì)量為176,分子中的碳?xì)湓又葹?∶4,A的分子式為____。

5.A為一元羧酸,8.8gA與足量NaHCO3的溶液反應(yīng)生成2.24 L CO2(標(biāo)準(zhǔn)狀況下),A的分子式為_____。

6.A是芳香化合物,相對分子質(zhì)量為180,其碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60.0%,氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.4%,其余為氧,則A的分子式是____。

7.芳香烴A的相對原子質(zhì)量在100～110之間,1 mol A充分燃燒可生成72g水,A的化學(xué)名稱是_____。

8.一元醇A中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為21.6%,則A的分子式為_____。

答案與提示:

1.(CH3)2C═C (CH3)2提示:因?yàn)锳的相對分子質(zhì)量為84,84÷12=7,余數(shù)為0,得到分子式C7,一個(gè)C可以換12個(gè)H,又因?yàn)锳中含有碳碳雙鍵,故A為含6個(gè)碳的烯烴C6H12。又因?yàn)锳只有一種類型的氫,A應(yīng)為(CH3)2C═C (CH3)2。

2.C6H8O7提示:由化合物A中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可確定其實(shí)驗(yàn)式,C∶H∶O=≈6∶8∶7,故A的實(shí)驗(yàn)式為C6H8O7。0.01 mol A在空氣中充分燃燒消耗氧氣1.01 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況),即0.045 mol;若其分子式為(C6H8O7)n,由燃燒通式知,解得n=1,故分子式為C6H8O7。

3.C8H8提示:A中的碳原子數(shù)為≈8,除碳外余數(shù)為8,只能是氫,分子式為C8H8。

4.C12H16O 提示:由信息知A中含有一個(gè)氧原子,所以C、H的總的相對原子質(zhì)量=176-16=160,=13余4,最多含有13個(gè)碳原子,即C13H4,一個(gè)碳原子換12個(gè)H原子,即C12H16,符合C、H原子數(shù)目之比為3∶4,所以A的分子式為C12H16O。

5.C4H8O2提示:因?yàn)槭且辉人?故與碳酸氫鈉按1∶1反應(yīng)生成CO2,可判斷8.8g A的物質(zhì)的量就是0.1 mol,故A的相對分子質(zhì)量88,由CxHy—COOH可知CxHy的摩爾質(zhì)量為88-45=43,=3余7,得C3H7—COOH,A是C4H8O2。

6.C9H8O4提示:A的相對分子質(zhì)量為180,碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60.0%,氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.4%,A中的碳原子數(shù)為9,氫原子數(shù)為≈8,氧原子數(shù)為≈4,A的分子式為C9H8O4。

7.苯乙烯 提示:1 mol A～72g H2O～4 mol H2O,A中含有8個(gè)H,因此可以設(shè)A為CxH8,則M(CxH8)∈(100,110),M(Cx)∈(92,102),x∈(7.7,8.5),這個(gè)區(qū)間只有8是整數(shù)。因此A是C8H8,名稱是苯乙烯。

8.C4H10O 提示:設(shè)分子式為CxHyO,相對分子質(zhì)量為M,則有=21.6%,M(CxHyO)=74,M(CxHy)=74-16=58。=4余10,所以該醇為C4H10O。