高考化学确定有机物分子式的解题策略

高考化学确定有机物分子式的解题策略

确定有机物分子式的解题策略 ‎ ‎ 有机物分子式的求解是中学化学中的重要内容之一，也是高考中的热点之一。现介绍有机物分子确定的常见技巧和方法。‎ 一、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元素的质量分数，确定有机物的最简式，再依据有机物的分子量来确定分子式。‎ 例1．某有机物中含碳40%、氢6.7%、氧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=3 。即其分子式为C3H6O3 。‎ 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、C5H12O4等有机物，其最简式即为分子式。‎ 二、由通式确定分子式 烷烃通式为CnH2n+2,烯烃通式为CnH2n，炔烃通式为CnH2n-2，苯及同系物的通式为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(或分子量)再据通式写出分子式。‎ 例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之比为N(C)/ N (H) = 2∶5根据烃的通式，C、H原子个数有三种情况。(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>1/2 。题中N(C)/ N (H) = 2∶5，符合(1)则有n/(2n+2)=2/5，n=4，所以烃的分子式为C4H10‎ 三、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。‎ 例3．吗啡分子含C： 71.58% H： 6.67% N ：4.91% , 其余为氧，其相对分子质量不超过300。试确定其分子式。‎ 解析：由已知条件可知含氧为16.84%，观察可知含N量最少，据原子量可知，含N原子的个数最少，可设含n个N原子，则吗啡的分子量为14n/4.91% = 285n<300，即吗啡含有1个N，分子量为285。则吗啡分子中：‎ N(C)=17 N (H)=19 N (O)=3 吗啡的分子式为C17H19NO3‎ 四、商余法 ‎ MCH2‎ MCxHy ‎=‎ ‎=A……‎ M ‎14‎ 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 为苯或苯的同系物 ‎（1）用烃的相对分子质量除以14（CH2的式量），看商数和余数。‎ ‎ ‎ 其中商数A为烃分子中碳原子的个数。‎ ‎12‎ M 烃的类别不确定：可用相对分子质量M除以12，看商和余数。即 ‎= x……‎ ‎ 余y，分子式为CxHy。‎ 例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，即减少一个碳原子必增加12个氢原子；反之，增加一个碳原子要减少12个氢原子。把一个碳原子换成12个氢原子，得C9H20。‎ ‎（3）有时已知有机物耗氧量、电子数，均可根据（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7.5/1.5=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，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)‎ 五、燃烧方程式法 例5．10mL某种气态烃，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：本题根据烃燃烧时气体体积的变化，来确定烃的分子式。‎ CxHy＋(x+y/4)O2 → xCO2 + (y/2)H2O △V ‎1 （x+） x 1+‎ ‎10 10（x+） 60―35=25‎ ‎=，解得y=6‎ 又因烃完全燃烧，需氧气应过量或适量，则10（x+）≤50，即x≤3.5‎ 故选B、D。‎ 六、平均分子式法 例6.某混合烃由两种气态烃组成，取‎2.24L混合气燃烧后，得3.36LCO2和‎3.6g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.一定含甲烷 ‎ B.一定有乙烷 C.一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0.15mol CO2和0.2mol H2O，则混合烃的平均分子式为：C1.5H4。由C分析：其中必含碳原子小于1的烃，为甲烷，另一种烃的碳原子数大于4；由H分析：混合烃分子中平均H原子数为4，则另一种烃H原子数亦为4，可能为C2H4 、C3H4 、C4H4等。故选A、C。‎ 求混合烃的组成烃时，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。‎ ‎（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）两混合气态烃，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。‎ 七、解不定方程法 例7．若1摩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3摩氧气，且固体Na2O2增重范围为‎90克≤△W≤‎118克，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：CxHy＋(x/2+y/4+m/2)O2 → mCO2 +（x―m）CO2+ (y/2)H2O，2CO+O2=2CO2， 2CO2+2Na2O2 =2Na2CO3+O2，2H2O+2Na2O2 =4NaOH+O2。由反应分析Na2O2增重：mmol ‎ CO2被吸收增重为‎28m，而CO和H2O被吸收增重为CO和H2的质量，故△W =‎28m+28（x―m）+y=28x+y，可得不定方程：‎ ‎90≤28x+y≤118，‎ 讨论在气态中：①x=3时，y≥6；②x=4时，y≤6。‎ 此条件下符合的烃有：C3H6、C3H8、C4H4、C4H6。‎ 又燃烧产物通过足量Na2O2产生O23mol，则有=3，且x﹥m，得不定方程：x﹥（6―）‎ 讨论在气态烃中：①x=3时，y﹥6；②x=4时，y﹥4。‎ 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。‎ 八、分子式变形法 例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。‎ 现有一些只含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的体积比是3∶4。‎ ‎（1）这些有机物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‎0.2625g该有机物恰好能跟25.00mL、0.100mol/L的NaOH溶液完全中和，由此可以计算得知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：设该有机物的分子式通式为（CxOy）n（H2O）m。本题中由于消耗的O2和生成的CO2的体积比是3∶4。‎ 由CxOy +（x―）O2→xC O2，得（x―）∶x=3∶4，x∶y=2∶1。‎ 故该类有机物通式可表示为（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，‎0.2625g该有机物物质的量为0. ‎025L×0.100mol/L×=0.00125mol，该化合物的式量为210，40n+‎18m=210，由于‎40m、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）。‎ 九、数学综合法 例9．常温下,一种烷烃A和一种单烯烃B组成混和气体,A或B 分子最多只含有4个碳原子,且B分子的碳原子数比A分子的多.‎ ‎（1）将‎1升该混和气体充分燃烧,在同温同压下得到‎2.5升CO2气体.试推断原混和气体中A和B所有可能的组合及其体积比 ‎ (2)‎120℃‎时取‎1升该混和气体与‎9升氧气混和,充分燃烧后,当恢复到‎120℃‎和燃烧前的压强时,体积增大6.25%.试通过计算确定A和B的分子式.‎ 解析：本题需综合运用平均值法、讨论法、十字交叉法等多种方法。‎ ‎(1) 由题意可得混合烃的平均分子式为：C2.5Hy，又B分子的碳原子数比A分子的多可推断,混和气体只能由碳原子数小于2.5的烷烃(CH4和C2H6)和碳原子数大于2.5的烯烃(C3H6和C4H8)组成.它们有四种可能的组合，根据每一种组合中烷烃和烯烃的碳原子数及燃烧后生成的CO2体积,可确定A和B的体积比：‎ ‎①A：CH4 B：C3H6 ；VA∶VB=1∶3 ‎ ‎②A：CH4 B：C4H8 ；VA∶VB=1∶1 ‎ ‎③A：C2H6 B：C3H6 ；VA∶VB=1∶1 ‎ ‎④A：C2H6 B：C4H8 ；VA∶VB=3∶1 ‎ ‎（2）CxHy＋ (x+y/4)O2 → xCO2 + (y/2)H2O △V（ 增加）‎ ‎1 （x+） x ―1‎ ‎ ―1=（1+9）×6.25%，解得y=6.5‎ 在以上四种组合中，按平均值原理，只有②④按一定比例组合，平均氢原子数可能等于6.5。再用十字交叉法分析：组合②，平均碳原子数为2.5时，V（CH4）∶V（C4H8）=1∶1，平均氢原子数为时，V（CH4）∶V（C4H8）=3∶5，平均碳组合比不等于平均氢组合比，故不可能。同理分析 ④，按平均含碳、含氢组合，V（C2H6）∶V（C4H8）=3∶1，故A为C2H6，B为C4H8。‎ ‎ ‎