■河南省平頂山市第一中學(xué) 楊海龍

例析有機(jī)物分子式的確定

■河南省平頂山市第一中學(xué) 楊海龍

在確定有機(jī)物分子式時(shí),我們通常是分析推斷僅含C、H或C、H、O元素的化合物,遇到確定含C、H和其他元素如Cl(或F、Br、I)、S、N(或P)等的有機(jī)物分子式問題時(shí),同學(xué)們常常容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。究其原因,大致有二:一是方法選擇不當(dāng),二是心理素質(zhì)不過關(guān)。下面剖析三道試題,期望能對同學(xué)們解答這類問題有所啟示。

某固體物質(zhì)A是隱形飛機(jī)上吸收微波的物質(zhì)的主要成分。實(shí)驗(yàn)測得A的相對分子質(zhì)量為204,分子中只含有三種元素。取4.08gA在6.72LO2(過量)中充分燃燒得到SO2、CO2、H2O(液態(tài)),氣體體積減少0.448L。用足量的堿石灰吸收反應(yīng)后的混合氣體,氣體體積又減少4.48L(所有氣體體積均在標(biāo)準(zhǔn)狀況下測定)。試確定A的分子式:____。

分析:根據(jù)“A在過量O2中充分燃燒得到三種產(chǎn)物”可知:A中所含元素肯定是C、H、S三種元素。由題設(shè)各物質(zhì)的狀態(tài)及題意“它完全燃燒后氣體體積減少”,說明消耗的O2比生成的CO2和SO2的體積大,而CO2和SO2共4.48L,其消耗的O2的體積可知,再加上A的相對分子質(zhì)量已知,則可列方程組求解。

設(shè)A的分子式為CxHySz,由CxHySz+及題意可知,4.08g即0.02molA完全燃燒,生成CO2和SO2共0.2mol,消耗O2為即1molA消耗11molO2,生成CO2和SO2共10mol。

依題意,有

則A的分子式為C6H4S4。

答案:C6H4S4

評注:本題是用列方程組的方法解答的,如何尋找化學(xué)方程式中的等量關(guān)系呢?本題便是價(jià)值較高的一個(gè)范例。在推斷有機(jī)物分子式的試題中,由性質(zhì)推斷和由計(jì)算確定是兩類主要的題型。前者側(cè)重于定性思維,主要依據(jù)是官能團(tuán)的性質(zhì);后者側(cè)重于定量描述,常依據(jù)化學(xué)方程式,運(yùn)用差量法、守恒法等進(jìn)行確定。

氣體A由C、H、F、S中的三種元素組成,將標(biāo)準(zhǔn)狀況下2.80L氣體A在過量的O2中完全燃燒后恢復(fù)到原狀態(tài),放出62.50kJ的熱量。已知?dú)怏w生成物通入過量的Ca(OH)2溶液后無剩余,得到17.38g沉淀。再取相同條件下的2.80L氣體A裝入一個(gè)薄膜袋中,袋和氣體的總質(zhì)量為4.50g (已知CaSO3、CaF2、CaCO3難溶于水,HF難電離)。

(1)根據(jù)上述數(shù)據(jù)計(jì)算,A的相對分子質(zhì)量不會大于____,由此可知,組成A的三種元素為____,化學(xué)式為____。

(2)寫出生成17.38g沉淀時(shí),發(fā)生反應(yīng)的離子方程式:____。

(3)薄膜袋的質(zhì)量為____。

(4)寫出該條件下A在O2中燃燒的熱化學(xué)方程式:___。

分析:解題時(shí)要充分利用題給數(shù)據(jù)及條件。標(biāo)準(zhǔn)狀況下2.80L氣體A的物質(zhì)的量為則該氣體的 摩爾質(zhì)量 小 于36g·mol-1(因?yàn)?.50g還包括薄膜袋的質(zhì)量),即A的相對分子質(zhì)量不會大于36。因?yàn)锳由C、H、F、S中的三種元素組成,可推知其中必定不含有S元素,否則另外兩種元素的相對原子質(zhì)量之和小于(36-32)=4,與實(shí)際情況不符,即A由C、H、F三種元素組成。根據(jù)三種元素的相對原子質(zhì)量大小進(jìn)行推理分析:F的相對原子質(zhì)量最大,為19,如果該氣體分子中含一個(gè)F原子,另外兩種元素的相對原子質(zhì)量之和小于(36-19)=17,則還可能含且只能含一個(gè)碳原子,則氫原子數(shù)目可以根據(jù)價(jià)鍵情況推算為3,即氣體A的化學(xué)式為CH3F。

答案:(1)36 C、H、F CH3F (2)CO2+ Ca2++2OH-==CaCO3↓+H2O,2HF+ Ca2++2OH-==CaF2↓+2H2O (3)0.25g

(4)2CH3F(g)+3O2(g)==2CO2(g)+ 2HF(g)+2H2O(l) ΔH=-1000kJ·mol-1

評注:本題應(yīng)用極值法思想先確定有機(jī)物相對分子質(zhì)量的大小范圍,再根據(jù)其組成特點(diǎn)逐一推理,縮小范圍以至最后確定有機(jī)物組成。該思想方法也是物質(zhì)化學(xué)式推斷中常用的一種方法,關(guān)鍵是對數(shù)據(jù)對象選擇要恰當(dāng),本題解法值得同學(xué)們借鑒。

嗎啡和海洛因是嚴(yán)格查禁的毒品。嗎啡分子含各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù):C為71.58%,H為6.67%,N為4.91%,其余為O。已知其相對分子質(zhì)量不超過300。試求:

(1)嗎啡的相對分子質(zhì)量為____,嗎啡的分子式為____。

(2)已知海洛因是嗎啡的二乙酸酯,則海洛因的相對分子質(zhì)量為____,分子式是____。

分析:當(dāng)有機(jī)物涉及多種元素時(shí),特別是含S、N(或P)等元素時(shí),可采用探求法分析。如假設(shè)在嗎啡分子中含有1個(gè)、2個(gè)或多個(gè)氮原子,再結(jié)合其相對分子質(zhì)量不超過300,探索求得嗎啡的相對分子質(zhì)量。

(解法二)根據(jù)已知數(shù)據(jù),可計(jì)算氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:1-71.58%-4.9l%-6.67%= 16.84%,則嗎啡中C、H、N、O原子數(shù)最簡整數(shù)比為C∶H∶N∶O=17∶19∶1∶3,其最簡式為C17H19NO3,式量為12×17+1×19+ 14×1+16×3=285。因嗎啡的相對分子質(zhì)量不超過300,故嗎啡的相對分子質(zhì)量為最簡式式量,即285,其分子式就是最簡式C17H19NO3。

(2)因?yàn)楹Ｂ逡蚴菃岱鹊亩宜狨?據(jù)酯化反應(yīng)的過程:CH3COOH+R—OH →CH3COOR+H2O,則每1分子CH3COOH參加酯化反應(yīng)所生成的酯比原來的醇的相對分子質(zhì)量增加60-18=42。由于海洛因是嗎啡的二乙酸酯,則海洛因的相對分子質(zhì)量比嗎啡增加42×2=84,所以海洛因的相對分子質(zhì)量為285+84=369。海洛因的分子組成比嗎啡增加2(C2H4O2-H2O)= C4H4O2。故海洛因的分子式為:C17H19NO3+ C4H4O2=C21H23NO5。

答案:(1)285 C17H19NO3

(2)369 C21H23NO5

評注:探求法實(shí)質(zhì)上是討論法。本題選擇氮原子進(jìn)行探求是因?yàn)橛袡C(jī)物中含C、H、O的原子數(shù)往往比較多,討論較為煩瑣,但含氮原子數(shù)一般較少,討論起來比較方便。另外,第一問的第二種解題思路也是確定物質(zhì)化學(xué)式常用的方法,但對于有機(jī)物來講,當(dāng)用此方法只能求得各元素的最簡比時(shí),可以結(jié)合有機(jī)物通式進(jìn)一步判斷或確定結(jié)果。

(責(zé)任編輯 謝啟剛)