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有机物分子式的求解例谈
有机物分子式的求解是中学化学中的重要内容之一,有机物分子式的确定在《教学大纲》中被列为D层次的要求,也是高考的热点之一。有机物分子式求解的方法有很多,笔者通过比较和分析,筛选出如下八种方法来进行求解。
1.由最简式和相对分子质量确定分子式
通过测定有机物中各质量分数,确定有机物的最简式,再依据有机物的相对分子质量来确定分子式。
练I 某有机物中含碳元素40%、氢元素6.7%、氧元素53.3%,且其相对分子质量为90.求其分子式。
[解析] 该有机物中C、H、O的原子个数比为N(C):N(H):N(O)=1:2:1。
因此,该有机物的最简式为CH2O。设其分子式为(CH2O)n。又其相对分子质量为90则n=33,故其分子式为C3H6O3。
解题规律:
(1)某些特殊组成的最简式,在不知化合物相对分子质量时,也可根据组成特点确定其分子式。例如最简式为CH3的有机物,其分子式可表示为(CH3)n,仅当n=2时,氢原子达到饱和,故其分子式为C2H6。同理,最简式为CH3O的有机物,当n=2时,其分子式为C2H6O2。
(2)部分有机物的最简式中,氢原子已达饱和,则该有机物的最简式即为分子式。
例如最简式为CH4、CH3Cl、C2H6O、C5H12O4等有机物,其最简式即为分子式。 答案:C3H6O3
2.由通式确定分子式
烷烃的通式为CnH2n+2,烯烃的通式为CnH2n,炔烃的通式为CnH2n-2,苯及其同系物的通式为CnH2n-6,饱和一元醇的通式为CnH2n+2O等,可以根据已知条件,确定分子中的碳原子数(或相对分子质量),再据通式写出分子式:
练2 某烃含氢元素17.2%,求此烃的分子式。
[解析] 该烃分子中各元素的原子个数比为N(C):N(H)=2:5,根据烃的通式,C、H的个数有三种情况。(1)烷烃:n:(2n+2)<1:2 (2)烯烃:n:2n=1:2 (3)炔烃和芳香烃:n:(2n-2)和n:(2n-6)均大于1:2。题中N(C):N(H)=2:5,符合(1),则有n:(2n+2)=2:5,解得n=4,所以该烃的分子式为C4H10
答案:C4H10
3.由元素原子个数确定分子式
通过测定有机物中各元素的质量分数,再结合相对分子质量,可以确定有机物中各元素的原子个数,从而写出分子式。
练3 吗啡分子含C:71.58% H:6.67% N:4.91%,其余为O,其相对分子质量不超过300。试确定其分子式。
[解析] 由己知条件可知含O为16.84%,观察可知含N量最少,据相对分子质量可知含N的个数最少,可设含n个N,则吗啡的相对分子质量为
14n4.91%
285n300,
即吗啡含有1个N,相对分子质量为285。则吗啡分子中:N(C)=17,N(H)=19,N(O)=3。
吗啡的分子式为C17H19NO3
答案:C17H19NO3
4.商余法
(1)用烃的相对分子质量除以14(CH2的式量),看商和余数。
M(CxHy)12xyM(CH2)
14
A
余2为烷烃
除尽为烯烃或环烷烃差2为炔烃或二烯烃
差6为苯或其同系物
其中商A为烃分子中碳原子的个数。
(2)若烃的类别不能确定,可用相对分子质量M除以12,.看商和余数,即:
M12
x余y,分子式为CxHy。
练4 某有机物A的相对分子质量为128,若A是烃,则它的分子式可能是____或_____。
[解析] 先假设A分子中含碳原子数最多,则128÷12=10余8,得烃分子式为C10H8:再用增减法,即减少一个C必增加12个H;反之,增加一个C要减少12个H,把—个C换成12个H,得C9H20。
(3)有时已知有机物耗氧量、电子数,也可根据(CH2)的耗氧量(1.5)、电子数(8)确定有机物的分子式。如:
①某烃1mol充分燃烧耗氧7.5mol,则
7.51.5
5,则此烃分子含5个CH2,其分子式
为C5H10,则等量变换(4个H耗氧量与1个C同)可得变式C6H6。 ②某烃分子中含42个电子,则
428
5。余数为2,5表示该烃含5个CH2,2表示
余2个电子即表示除5个CH2外还有2个H,其分子式为C5H12,由等量变换(6个H含电子数与1个C同)可得变式C6H6。(注意:余2为烷烃,差2为炔烃,除尽为烯烃) 答案C10H8、C9H20
5.燃烧方程式法
练5 10mL某气态烃,在50ml氧气中充分燃烧,得到液态水和体积为35mL的混合气体(所有气体体积都是在同温同压下测定的),则该气态烃可能是
A.甲烷 B.乙烷 C.丙烷 D.丙烯
[解析]本题可根据烃燃烧时气体体积的变化,来确定烃的分子式。
C点燃
yxH
y
(x
y4)O2xCO
2
2
H2O
V
1 (x+
y
4
) x
y2
1+
y4
10 10(1+y4
) 60-35=25 1y
得方程
1410
25
,解得y=6
又因烃完全燃烧,需氧气应过量或适量,则10(1+y4
)≤50,即(x+
y4
)≤5,即x≤3.5,
故选B、D项。 答案B、D
6.平均分子式法
练6 某混合烃由两种气态烃组成,取2.24L该混合烃燃烧后,得到3.36LCO2和3.6克水,则关于混合烃的组成判断正确的是(气体体积均在标准状况下测定) A.—定含甲烷
B.—定有乙烷
C.—定是甲烷和乙烯的混合气体 D.可能是甲烷和丙炔的混合气体
[解析] 由题意可知:0.1mol混合烃生成0.15molCO2和0.2molH2O,则混合烃的平均分子式为C1.5H4。则C分析:其中必含C数小于1.5的烃,为甲烷,另—种烃的C 原子数必大于1.5;由H分析:混合烃分子中平均H数为4:则另—种烃的H数亦为4,可能为C2H4、C3H4、C4H4等,故选A,D项。 答案A、D
求混合烃的组成时,一般方法有:
(1)一般是设平均分子式,结合反应方程式和体积求出平均组成,利用平均值的含义确定混合烃可能的分子式。有时也利用平均相对分子质量来确定可能的组成,此时,采用十字交叉法计算较为简捷。
(2)两种烃混合,若平均相对分子质量小于或等于26。则该烃中必含甲烷。 (3)两种气态烃混合,充分燃烧后,生成CO2气体的体积小于2倍原混合烃的体积,则原混合烃中必有CH4,若生成水的物质的量小于2倍原混合烃的物质的量,则原混合烃中必有C2H2。
(4)温度在100℃以上,气体混合烃与定量的氧气充分燃烧后,若总体积保持不变,则原混合烃中的H平均数为4:若体积扩大,则原混合烃中的H平均数大于4,若体积缩小,则原混合烃中的H平均数小于4,必有C2H2。
7.解不定方程法
练7 若lmol某气态烃在供氧不足时燃烧,产物在足量Na2O2的电火花连续作用下产生2molO2,且固体Na2O2,增重范围为90g≤△ω≤118g,求烃可能的分子式。
[解析] 可设烃的分子式为CxHy,生成mmolCO2:有关反应为:
CyxH
y
(
x2
4
m2
)O2mCO
2
(xm)CO
y2
H2O 2CO+O2=2CO2
2CO2+2Na2O2=2Na2CO3+O2,2H2O+2Na2O2=4NaOH+O2↑
由反应分析Na2O2增重:mmolCO2被吸收增重为28m,而CO和H2O被吸收增重为
CO和H2的质量,故△ω=28m+28(x-m)+y=28x+y,可得不定方程:90≤28x+y≤118 讨论在气态中:①当x=3时,y≥6:②当x=4时,y≤6 此条件下符合的烃有:C3H6、C3H8、C4H4、C4H6。
m
y
又燃烧产物通过足量Na2O2产生O23mol,则有
22
3,且x>m,得不定方程:
x>6-y2
讨论在气态烃中:①当x=3时,y>6:②当x=4y>6
综合可得:只有x=3,y=8或x=4,y=6时,符合题意,即烃的分子式可能为C3H8或C4H6。
答案C3H8或C4H6
8.分子式变形法
练8 化合物CO、HCOOH和OHC—COOH(乙醛酸)分别燃烧时,消耗的O2和生成的CO2体积比都是1:2,后两者的分子式可以分别看成是CO(H2O)和(CO)2(H2O),也就是说,只要分子式符合(CO)n(H2O)m(n和m均为正整数)的各种有机物,它们燃烧时消耗的O2和生成的CO2体积比总是1:2。
现有—些只含C、H、O三种元素的有机物,它们燃烧时消耗的O2和生成的CO2体积比是3:4。
(1)这些有机均相对分子质量最小的化合物的分子式是_________。
(2)在这些有机物中有一种,它含有两个羧基,取0.625g该有机物恰好能跟25.00mL0.100mol·L-1NaOH溶液完全中和,由此可以计算得该化合物的相对分子质量应是________,并可推出其分子式应是________。
[解析] 设该有机物分子式的通式为(CxOy)n(H2O)m。本题中由于消耗的O2和生成的CO2体积比是3:4。
由CyxOy(x
2
)O2xCO2,得(x
y2
):x3:4,x:y2:1
故该类有机物的通式可表示为(C2O)n(H2O)m。
(1)这些有机物中,相对分子质量最小的化合物应满足m=1,n=1,其分子式是C2H2O2
(可为乙二醛)
(2)因含有两个羧基,0.625g
该有机物的物质的量为
0.025L0.100molL
1
2
0.00125mol
,该化合物的相对分子质量为210,40n+18m=210,由
于40n,210的个位数均为0,故m=5,则n=3,其分子式为C6H10O8(可为葡萄糖酸)
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