有機(jī)物分子式的確定

白素芳 穆玉鵬

(山東省博興縣第一中學(xué) 256500)

有機(jī)物分子式的確定，即確定有機(jī)物分子里所含元素的種類及各原子的數(shù)目.是有機(jī)物學(xué)習(xí)中最為重要的知識(shí)點(diǎn)之一.現(xiàn)通過(guò)實(shí)例把確定有機(jī)物分子式的十種思維方法列舉如下，供大家參考.

一、商余法

根據(jù)烴類的通式可以看出它們的分子中都有一個(gè)共同的部分為CnH2n，這部分的式量為14n，因此用烴的相對(duì)分子質(zhì)量除以14就可以得到分子所含碳原子數(shù)即n值，再根據(jù)余數(shù)就可以求得烴的分子式.

其規(guī)律為：

Mr/14能除盡，可推知為烯烴或環(huán)烷烴

Mr/14余數(shù)為2，可推知為烷烴

Mr/14差2可推知二烯烴或炔烴

Mr/14差6可推知為苯或苯的同系物

例1 某有機(jī)物A的相對(duì)分子質(zhì)量為128,

若A是烴,則它的分子式可能是____或____.

若A為烴的含氧衍生物(分子中含2個(gè)氧原子),分子式可為____.

解析128/14等于9，余數(shù)為2.若為烴類，分子式可能為烷烴C9H20或C10H8；若為烴的含氧衍生物且分子中含2個(gè)氧原子，相對(duì)分子質(zhì)量在烴的基礎(chǔ)上減去32即在C9H20的基礎(chǔ)上減去2個(gè)CH4，即得C7H12O2.

二、單位物質(zhì)的量法

根據(jù)題目中的已知條件，確定有機(jī)物的元素組成后，直接求出1mol該有機(jī)物中各元素原子的物質(zhì)的量，即可推算出分子式.若給出一定條件下該有機(jī)物氣體的密度(或相對(duì)密度)及各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，則求解分子式的基本途徑為：密度(或相對(duì)密度)→M→1mol有機(jī)物氣體中各元素原子的物質(zhì)的量→分子式.

例2 某化合物由碳、氫兩種元素組成，其中含碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85.7%，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積為11.2L，此化合物的質(zhì)量為14g，求此化合物的分子式.

解析此烴的摩爾質(zhì)量為

1 mol 此烴中碳原子和氫原子的物質(zhì)的量分別為：

n(C)=28g×85.7%÷12g/mol=2mol

n(H)=28g×14.3%÷1g/mol=4mol

所以1mol此烴中含2 mol C和4molH

即此烴的分子式為C2H4

三、最簡(jiǎn)式法

根據(jù)有機(jī)物的分子式為最簡(jiǎn)式的整數(shù)倍，利用其相對(duì)分子質(zhì)量及求得的最簡(jiǎn)式便可確定其分子式.求解分子式的基本途徑為：由元素的種類和含量求出分子組成中各元素的原子個(gè)數(shù)之比(最簡(jiǎn)式)，然后結(jié)合該有機(jī)物的摩爾質(zhì)量(或相對(duì)分子質(zhì)量)求有機(jī)物的分子式.

例3 某有機(jī)物組成中含碳54.5%, 含氫9.1%，其余為氧.又知其蒸氣在標(biāo)況下的密度為3.94g/L，試求其分子式.

解析有機(jī)物分子中C、H、O原子個(gè)數(shù)比：C∶H∶O=54.5%/12∶9.1%/1∶36.4%/16=2∶4∶1，即最簡(jiǎn)式為C2H4O，設(shè)分子式為:(C2H4O)n.

又因?yàn)槠淠栙|(zhì)量為：

22.4L/mol×3.94g/L=88g/mol

故其分子式為：C4H8O2

四、燃燒通式法

根據(jù)有機(jī)物完全燃燒反應(yīng)的通式及反應(yīng)物和生成物的質(zhì)量或物質(zhì)的量或體積關(guān)系利用原子個(gè)數(shù)守恒來(lái)求出1 mol有機(jī)物所含C、H、O原子的物質(zhì)的量從而求出分子式.如烴和烴的含氧衍生物的通式可設(shè)為CxHyOz(Z=0為烴)，燃燒通式為

例4 某有機(jī)物0.6g完全燃燒后生成448mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)CO2和0.36g水.已知該物質(zhì)的蒸氣對(duì)氫氣的相對(duì)密度為30,求有機(jī)物的分子式.

解析該有機(jī)物的分子量為

30×2=60

0.6g該有機(jī)物的物質(zhì)的量為

由原子個(gè)數(shù)守恒可知n(C)=n(CO2)=0.02mol，n(H)=2n(H2O)=0.04mol

0.6g該有機(jī)物中m(c)=M(C)×n(C) =12 g/mol×0.02mol =0.24g

m(H)=M(H)×n(H)=1 g/mol×0.04mol=0.04g

m(O)=0.6g-0.24g-0.04g=0.32g

0.01 mol 0.02 mol 0.02 mol

x=0.02 mol×1/0.01 mol=2

y=0.02 mol×4/0.01 mol=4

z=0.32g÷16g/mol÷0.01 mol =2

所以該有機(jī)物的分子式為C2H4O2

五、差量法

列舉差量，將“差量”看作化學(xué)方程式右端的一項(xiàng)，將已知差量與化學(xué)方程式中的對(duì)應(yīng)差量列成比例，其他解題步驟與按化學(xué)方程式列比例解題完全一樣.

例5 標(biāo)準(zhǔn)狀況下10毫升某氣態(tài)烷烴跟80毫升過(guò)量的氧氣混合, 通入一個(gè)容積為90毫升的密閉容器中點(diǎn)火爆炸后, 恢復(fù)到原狀態(tài), 測(cè)得的壓強(qiáng)為原來(lái)的55.56%.求烷烴的分子式？

解析根據(jù)反應(yīng)前后壓強(qiáng)變化, 通過(guò)差量法解題求有機(jī)物分子式

1mol

10mol

(10 + 80)·(1-55.56%)(mol)

六、列方程組法

若已知有機(jī)物的元素組成，則可直接設(shè)1個(gè)分子中所含各元素原子的個(gè)數(shù)分別為x、y、z，即設(shè)出有機(jī)物的分子式.如有機(jī)物中含有C、H或C、H、O元素的時(shí)候可以假設(shè)該有機(jī)物的分子式為CxHyOz，根據(jù)題設(shè)條件列方程組解得x、y、z，即可求出該有機(jī)物的分子式(當(dāng)z=0的時(shí)候該有機(jī)物不含氧，否則含有氧元素).

例6 0.2 mol某有機(jī)物和0.4 mol O2在密閉容器中燃燒后的產(chǎn)物為CO、CO2和H2O(g)，產(chǎn)物通過(guò)濃硫酸后，濃硫酸增重10.8 g，再通過(guò)灼熱的CuO，充分反應(yīng)后，CuO的質(zhì)量減輕3.2 g，最后剩余氣體通過(guò)堿石灰被完全吸收，堿石灰的質(zhì)量增加17.6 g.試求該有機(jī)物的分子式.

于是設(shè)該有機(jī)物的分子式為CxHyOz，根據(jù)C、H、O原子守恒，可以列出以下方程組：

0.2zmol+0.4 mol×2

所以x=2,y=6,z=2.

即該有機(jī)物的分子式為CxHyOz.

七、十字交叉法

十字交叉法是進(jìn)行二組分混和物平均量與組分量計(jì)算的一種簡(jiǎn)便方法.凡可按M1n1+M2n2=(n1+n2)計(jì)算的問(wèn)題，均可用十字交叉法進(jìn)行計(jì)算，式中，表示混和物的某平均量，M1、M2則表示兩組分對(duì)應(yīng)的量.如表示平均分子量，M1、M2則表示兩組分各自的分子量，n1、n2表示兩組分在混和物中所占的份額，n1∶n2表示兩組分物質(zhì)的量之比.

例7 相同狀況下9升甲烷與6升某烯烴混合, 所得混合氣體的密度等于相同條件下氧氣的密度, 計(jì)算該烯烴的分子式.

Mr(CH4)=16 烯烴Mr =14n

(CnH2n)

八、平均值法

當(dāng)烴為混合物時(shí),一般是設(shè)平均分子式,結(jié)合反應(yīng)方程式及其他條件求出平均組成,利用平均值的含義確定混合烴可能的分子式.

例8 20mL兩氣態(tài)烴組成的混合物，跟足量O2混合后完全燃燒，當(dāng)產(chǎn)物通過(guò)濃H2SO4體積減少30mL，然后通過(guò)堿石灰體積減少40mL(氣體體積均在同溫同壓下測(cè)得)，問(wèn)：這種混合物的組成可能有幾種?

解析n(C)=0.04 L/0.02 L=2,n(H)=0.03 L×2/0.02 L=3,即該烴分子式為C2H3.此烴中必含C2H2，其組成可能為C2H2和C2H4或C2H2和C2H6.

另外，有時(shí)也利用平均相對(duì)分子質(zhì)量來(lái)確定其可能的組成，若兩混合氣態(tài)烴，平均相對(duì)分子質(zhì)量小于或等于26，則該烴中必含有甲烷.

九、區(qū)間法

根據(jù)有機(jī)物燃燒耗O2量的上下限值及有機(jī)物通式列出不等式進(jìn)行求解確定其分子式.

例9 常溫下，在密閉容器中混有2mL氣態(tài)烷烴和13mL O2，點(diǎn)燃爆炸，生成的只是氣態(tài)產(chǎn)物，除去CO2和H2O后，又在剩余物中加入6mL O2，再進(jìn)行爆炸重新得到的也只是氣態(tài)產(chǎn)物，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+2，1mL完全燃燒時(shí)耗O2為(3n+1)/2mL,2mL完全燃燒時(shí)耗O2為(3n+1)mL.由題意可知13<3n+1<13+6，即4

十、討論法

當(dāng)反應(yīng)物的相對(duì)用量不確定或條件不足時(shí)應(yīng)根據(jù)有機(jī)物的狀態(tài)或分子式中碳原子或氫原子數(shù)為正整數(shù)等這些條件來(lái)討論有機(jī)物的分子式.

例10 嗎啡是嚴(yán)格查禁的毒品，嗎啡分子中含碳71.58%，氫6.67%，氮4.91%，其余為氧元素.已知嗎啡相對(duì)分子質(zhì)量不超過(guò)300，試求嗎啡的分子式

解析該題初看起來(lái)?xiàng)l件不足無(wú)從下手，但仔細(xì)分析題意就會(huì)發(fā)現(xiàn)嗎啡的分子量不超過(guò)300，氮原子的百分含量最小，原子個(gè)數(shù)最少.根據(jù)有機(jī)物中原子個(gè)數(shù)為正整數(shù)的特點(diǎn)，不妨先設(shè)嗎啡分子中氮原子數(shù)為1，由題意可知嗎啡的分子量為：14/4.91%=285<300，如果氮原子數(shù)大于1，很顯然嗎啡的分子量會(huì)超過(guò)300不符合題意.因此可以確定嗎啡的分子量為285，該分子中所含N、C、H、O個(gè)數(shù)分別為：N(N)=1，N(C)=285×71.58%÷12=17，N(H)=285×6.67%÷1=19，N(O)=285×16.84%÷16=3.故嗎啡的分子式為C17H19NO3.

參考文獻(xiàn)：

[1]魏華平.有機(jī)物分子式的確定方法[J].數(shù)理化學(xué)習(xí)(高中版), 2013(3).