有机物分子式的确定

一.有机物组成元素的判断

一般来说,有机物在O2或空气中完全燃烧,各元素对应的

产物是:C→,H→,S→SO2,N→N2等。

烃、烃的含氧衍生物,在氧气中完全燃烧,都生成且仅生

成CO2之间碳质量守恒,有机物和

H2O之间氢质量守恒。即有机物完全燃烧后若产物仅为

CO2和H2O,则其组成元素可能为有机物中是否含氧元素的求算方法,燃烧前后C、H质量守

恒,可根据产物CO2和H2O中含C、H的质量计算出有机物中C、H的总质量。若m(有机物(C)+m(H),则有机物中只

含 两种元素;若m(有机物) m(C)+m(H),则有机物中含C、H、 三种元素,m(O)=m(有机物)-m(C)-m(H)。

二、有机物分子式的确定

1、根据最简式和分子量确定分子式

例1:某有机物中含碳40%、氢6.7%、氧53.3%,且其分子量为90,求其分子式。 例2:某烃中碳和氢的质量比是24∶5,该烃在标准状况下的密度是2.59g/L,写出该烃的分子式。

注意:(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的在机物,其分子式可表示为(CH3)n ,仅当n=2时,氢原子已达饱和,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、C4H10O3等有机物,其最简式即为分子式。

常见最简式相同的有机物

① (CH)n

C2H2、 、 -CH=CH2 等 ② (CH2O)n

CH2O、C2H4O2、C3H6O3、C6H12O6 等 ③ (CH2)n

烯烃、环烷烃

④ (C2H4O)n

C2H4O、C4H8O2

2、商余法确定分子式

①M/12得整数商和余数,商为可能的最大碳原子数,余数为 最小的H原子数。

② 若H原子个数未达到饱和,则将碳原子数依次减少一个,每减少1个碳原子即增加12个H原子,直到分子中H原子数达到饱和。

例:相对分子量为128的烃的分子式是什么?

则128/14=9……2,则此烃则此烃含9个CH2和2个H,其分子式为C9H20、C10H8

3、根据化学方程式确定分子式

(1)当烃为混合物时,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。有时也利用平均分子量来确定可能的组成,此时,采用十字交叉法计算较为简捷。

例 有A、B两种气态烃组成的混合气体,对H2的相对密度为17.常温常压下,取这种混合气体10 mL与80 mL O2(过量)混合,当完全燃烧后恢复到原状态,测得气体的体积为70 mL.

求(1)混合气体的平均组成;

(2)两种烃的可能组成及体积比.

x=2.5.

平均组成为 C2.5H4.由此可知一定含有炔烃.

可能的组合及体积比为:

【例1】有机物A和B无论以何种比例混合,组成中所含原子核

外电子总数均不变。

(1)若A是分子中含8个氢原子的烃,B是分子中含3个碳原

子的烃的含氧衍生物。写出两组符合下述条件的有机物的分

子式:

①相对分子质量之差为②相对分子质量相等:A C7H8 B C3H8O3

(2)若A是分子中含有4个碳原子的烃,B是饱和链烃的一元

含氮衍生物,则A的分子式为 C4H10 B的分子式为 C3H9N

符合B的分子式的同分异构体有 种。

解析:本题是一道开放性试题,解题时要紧紧抓住A与B电子数相等这一主线,灵活运用等量代换思想,由A变式过渡到B。(1)设A的分子式为CxH8,B的分子式为C3HyOz。A与B电子数相等,相对分子质量相差2,注意观察C和O的电子数之差和相对原子质量之差,如表所示:

①若A为C4H8,则B为C3H6O(用O替换CH2,既是等电子代

换又是相对分子质量之差为2)。若A为C8H8,则B可以用3个

氧原子代替4个碳原子(等电、等质代换),再用1个氧原子替

换1个亚甲基(—CH2),那么B的分子式为C3H6O4。②若选

定A为C7H8,根据电子总数相等,相对分子质量相等,即4个

碳原子换为3个氧原子,即B为C3H8O3。

(2)设A为C4Hx,将A分子中的CH用N替换(等电子代换)可

得B。由于B是饱和链烃的一元含氮衍生物,可推知相应的A为

C4H10,B为C3H9N,B的同分异构体有4种。

变式练习

1.有机物A可视为是烃B分子中的所有氢原子被烃C分子中最简

单的烃基取代而得到的。且已知:

①A遇Br2的CCl4溶液不褪色,其一氯代物只有一种。

②一定量的B完全燃烧,产物中n(CO2):n(H2O) =2∶1,且

26

③烃C为饱和链烃,通常情况下呈气态,其同分异构体不超过

2种,而二溴代物有3种。

试回答下列问题:

(1)烃B的最简式为 CH 分子式为 C4H4

(2)烃C的3种二溴代物的结构简式

(3)A的分子式为 C8H12

解析:由②可知,B的最简式为CH,又烃中氢为偶数,且

26

可知烃C为异丁烷,因为只有异丁烷的二溴代物有3种。最简单的烃

基为甲基(—CH3),取代B中的四个氢原子,则A为C4(CH3)4,分子式为C8H12

(2)两混合烃,若平均分子量小于或等于26,则该烃中必含甲烷。

3)(温度在100℃以上)气体混合烃与足量的氧气充分燃烧后,若总体积保持不变,则原混合烃中的氢原子平均数为4;若体积扩大,则原混合烃中的氢原子平均数大于4;若体积缩小,则原混合烃中氢原子平均数小于4,必有C2H2。

根据混合链烃完全燃烧生成的nCO2和nH2O的多少来判断混合烃的可能组成.

(1)当nH2O>nCO2时,一定会有烷烃,也可能有烯烃、炔烃.

可能组合及各类烃的关系:

2)当nH2O=nCO2,其可能的组合为

① 均为烯烃

(3) 当nCO2>nH2O可能组合,则一定有炔烃.

思考:以上的各种关系如何推出?

提示:设烷烃含x mol,烯烃含 y mol,炔烃 z mol.

每一种烃燃烧生成的nH2O-nCO2=△ni

CnH2n+2 ~ nCO2+(n+1)H2O △n1

1 1

x x

CnH2n ~ nCO2+nH2O △n2

1 0

y 0

CnH2n-2 ~ nCO2+(n-1)H2O △n3

1 -1

z -z

(1)若组成为烷烃和烯烃的混合物

总:nH2O- nCO2=△n1+△n2=x=n烷

(2)若组成为烷烃和炔烃的混合物

总:nH2O- nCO2=△n1+△n3=x-z=n烷-n炔

其它同理可得.

例 充分燃烧3L甲烷、乙烯、乙炔组成的混合物气体,生成7LCO2和4.82g水(气体体积为S.T.P测定),则原混合物气体中甲烷、乙烯、乙炔的体积比可能是( )

A.1:1:1 B.1:2:3 C.3:2:1 D.3:1:2

∵ nCO2>nH2O

∴ n烷<n炔

要得正确答案:B.

3、运用等效原理推断有机物的分子组成

进行等量代换确定出同式量其他烃或烃的衍生物的化学式:

(1)1个C原子可代替12个H原子;

(2)1个O原子可代替16个H原子或1个“CH4”基团;

(3)1个N原子可代替14个H原子或1个“CH2”基团,注意H原子数要保持偶数。 例:某有机物分子中含有40个电子,它燃烧时只生成等体积的CO2和H2O(g),该有机物

若为烃,分子式为______________________

若为烃的衍生物,分子式为______________

解析:①先求出烃的分子式. 根据题意,生成的CO2和H2O(g)体积相等,可设该烃分子式为(CH2)n,而CH2含8e.故为C5H10.

②推断烃的含氧衍生物

一个O原子含8e,正好相当于CH2所含电子数(等效原理)

即O~CH2

故可用一个O代替一个CH2进行变换

若已知有机物的式量、耗氧量、电子数,均可据CH2的式量(14)、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7.5/1.5=5,则此烃分子含5个CH2,其分子式为C5H10,由等量变换(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42/8=5……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。

例:常温有A、B两份混和气体,A是烷烃R与足量O2的混合气体;B是烷烃R与炔烃Q及足量O2的混合气体,各取2.24升A、B引燃,充分燃烧后气体总体积A仍为2.24升,B为2.38升.(同温同压且t>100℃)

求:①烷烃R和炔烃Q的分子式

②2.24升B中,R所允许最大值.

解 ∵ A燃烧前后△Vg=0且t>100℃

∴ 烷烃R中H原子数为4,可推出R一定为CH4.

又B燃烧V后-V前=△Vg>0,设B的平均组成为CxHy.则y>4

Q的通式为 CnH2n-2.

∵ Q为气态(常温). ∴ n≤4而y>4.

即 2n-2>4. n>3

∴ Q只能为 C4H6.

设C4H6为xL,CH4为yL.C4H6完全燃烧耗O2 zL.

2C4H6+11O2 → 8CO2+6H2O(g) △Vg

2 11 1

x z 2.38-2.24

x=0.28L z=1.54L

CH4 ~ 2O2

y 2y

3y≤2.24-0.28-1.54=0.42

y≤0.14L

答:(1)R为CH4. Q为C4H6.

(2)2.24LB中,R所允许的最大值为0.14L.


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