有机物分子式和结构式的确定 新课标 人教版

有机物分子式和结构式的确定

一、有机物分子式的确定

1．有机物组成元素的判断

一般来说，有机物完全燃烧后，各元素对应产物为：C→CO2，H→H2O，Cl→HCl。某有机物完全燃烧后若产物只有CO2和H2O，则其组成元素可能为C、H或C、H、O。欲判定该有机物中是否含氧元素，首先应求出产物CO2中碳元素的质量及H2O中氢元素的质量，然后将碳、氢元素的质量之和与原有机物质量比较，若两者相等，则原有机物的组成中不含氧；否则，原有机物的组成含氧。

2．实验式(最简式)和分子式的区别与联系

(1)最简式是表示化合物分子所含各元素的原子数目最简单整数比的式子。不能确切表明分子中的原子个数。

注意：

①最简式是一种表示物质组成的化学用语；

②无机物的最简式一般就是化学式；

③有机物的元素组成简单，种类繁多，具有同一最简式的物质往往不止一种；

④最简式相同的物质，所含各元素的质量分数是相同的，若相对分子质量不同，其分子式就不同。例如，苯(C6H6)和乙炔(C2H2)的最简式相同，均为CH，故它们所含C、H元素的质量分数是相同的。

(2)分子式是表示化合物分子所含元素的原子种类及数目的式子。

注意

①分子式是表示物质组成的化学用语；

②无机物的分子式一般就是化学式；

③由于有机物中存在同分异构现象，故分子式相同的有机物，其代表的物质可能有多种；

④分子式＝(最简式)n。即分子式是在实验式基础上扩大n倍， 。

3．确定分子式的方法

(1)实验式法 由各元素的质量分数→求各元素的原子个数之比(实验式)→相对分子质量→求分子式。

(2)物质的量关系法 由密度或其他条件→求摩尔质量→求1mol分子中所含各元素原子的物质的量→求分子式。

(3)化学方程式法 利用化学方程式求分子式。

(4)燃烧通式法 利用通式和相对分子质量求分子式。

由于x、y、z相对独立，借助通式进行计算，解出x、y、z，最后求出分子式。

[例1] 3.26g样品燃烧后，得到4.74gCO2和1.92gH2O，实验测得其相对分子质量为60，求该样品的实验式和分子式。 解：(1)求各元素的质量分数

样品 CO2 H2O

3.26g 4.74g 1.92g

（2）求样品分子中各元素原子的数目（N）之比

这个样品的实验式为CH2O。

（3）求分子式

通过实验测得其相对分子质量为60，这个样品的分子式=（实验式）n。

故这个样品的分子式为C2H4O2。

答：这个样品的实验式为CH2O，分子式为C2H4O2。

[例2] 实验测得某烃A中含碳85.7%，含氢14.3%。在标准状况下11.2L此化合物气体的质量为14g。求此烃的分子式。

解：

（1）求该化合物的摩尔质量

根据 得

（2）求1mol该物质中碳和氢原子的物质的量

即1mol该化合物中含2molC原子和4molH原子，故分子式为C2H4。

[例3] 6.0g某饱和一元醇跟足量的金属钠反应，让生成的氢气通过5g灼热的氧化铜，氧化铜固体的质量变成4.36g。这时氢气的利用率是80%。求该一元醇的分子。

解：设与CuO反应的氢气的物质的量为x

而这种一元醇反应后生成的氢气的物质的量为 。

饱和一元醇的通式为 ，该一元醇的摩尔质量为M（A）。

该一元醇的相对分子质量是60。根据这一元醇的通式，有下列等式： 则饱和一元醇的分子式是C2H6O。

[例4] 有机物A是烃的含氧衍生物，在同温同压下，A蒸气与乙醇蒸气的相对密度是2。1.38gA完全燃烧后，若将燃烧的产物通过碱石灰，碱石灰的质量会增加3.06g；若将燃烧产物通过浓硫酸，浓硫酸的质量会增加1.08g；取4.6gA与足量的金属钠反应，生成的气体在标准状况下的体积为1.68L；A不与纯碱反应。通过计算确定A的分子式和结构简式。

解：燃烧产物通过碱石灰时，CO2气体和水蒸气吸收，被吸收的质量为3.06g；若通过浓硫酸时，水蒸气被吸收，被吸收的质量为1.08g。故CO2和水蒸气被吸收的物质的量分别为：

列方程解之得x=3 y=8

由题意知A与金属钠反应，不与Na2CO3反应，可知A含羟基不含羧基（—COOH）。 4.6gA所含物质的量为

4.6gA中取代的H的物质的量为 。

即1molA取代H的物质的量为3mol，可见1个A分子中含有3个羟基，故A为丙三醇，

结构简式为：

说明：由上述几种计算方法，可得出确定有机物分子式的基本途径：

二、有机物结构式的确定

1．物质的结构决定物质的性质，物质的性质又反映其结构特点。确定物质的结构，主要是利用物质所具有的特殊性来确定该物质所具有的特殊结构，即主要确定该物质的官能团。

2．以乙醇为例说明确定有机物结构式的一般步骤：

(1)根据乙醇的分子式写出它可能具有的同分异构体。

(2)做一定量乙醇与金属钠反应放出氢气体积的实验。

(3)利用测量数据，讨论乙醇的结构式是哪一种。

[例5] 为了测定乙醇的结构式，有人设计了用无水酒精与钠反应的实验装置和测定氢气体积的装置进行实验。可供选用的实验仪器如图所示。

请回答以下问题：

(1)测量氢气体积的正确装置是_________（填写编号）。

(2)装置中A部分的分液漏斗与蒸馏烧瓶之间连接的导管所起的作用是__________(填写编号)。 A．防止无水酒精挥发 B．保证实验装置不漏气 C．使无水酒精容易滴下

(3)实验前预先将小块钠在二甲苯中熔化成小钠珠，冷却后倒入烧瓶中，其目的是__________。

(4)已知无水酒精的密度为0.789g·cm—3，移取2.0mL酒精，反应完全后(钠过量)，收集390mL(视作标准状况)气体；则乙醇分子中能被钠取代出的氢原子数为_______，由此可确定乙醇的结构式为________而不是________。

(5)实验所测定的结果偏高，可能引起的原因是__________(填写编号)。

A．本实验在室温下进行

B．无水酒精中混有微量甲醇

C．无水酒精与钠的反应不够完全

[分析]这是一道将实验、计算、确定有机物分子结构相结合，兼有实验设计与实验原理的综合性实验题。解题中必须前后联系，分析题干与设问，尤其是设问(4)所创的情景、数据，即所取无水酒精的体积少(只有2.0mL)，使之充分与钠反应是本实验的关键；此外反应放出气体体积数较大(390mL)，因此问题(1)的答案显然只能是B。C在收集方法与无法确定体积上都是不可取的，D、E中E是明显的干扰项，滴定管测量体积精确，容易误选，实际上本实验因放出气体体积达390mL，又只需三位有效数字(密度数值限制)，而滴定管没有400mL的容量，中途续换将导致误差。问题(2)导管将分液漏斗液面上方压力与蒸馏烧瓶内压力一致，可以使无水乙醇容易流下。(3)二甲苯不参与反应，但与乙醇互溶可以增大无水酒精与钠的接触面，使之充分反应。

(4)

由于0.0343molC2H6O与适量Na完全反应可以生成0.390LH2，则1.00mol C2H6O与Na反应能生成11.37LH2，约为0.5molH2，也就是约为1molH。这就是说在1个C2H6O分子中，只有1个H可以被Na所置换，这说明C2H6O分子里的6个H中，有1个与其他5个是不同的。

答案：

(1)B

(2)C

(3)增大无水乙醇与钠的接触面积，使之充分反应。

（4）1；

（5）A、B。

[例6] 取3.40g只含羟基，不含其他官能团的液态饱和多元醇，置于5.00L氧气中，经点燃，醇完全燃烧。反应后气体体积减少0.56L。将气体经CaO吸收，体积又减少2.80L（所有体积均在标准状况下测定）。

（1）3.40g醇中C、H、O物质的量分别为：C________mol、H_______mol、O______mol；该醇中C、H、O的原子比之比为________。

（2）由以上比值能否确定该醇的分子式？________。其原因是________。

（3）如果将该多元醇的任意一个羟基换成一个卤原子，所得到的卤代物都只有一种，试写出该饱和多元醇的结构简式。 [分析]试题考核的内容分两部分：（1）问是计算题；（2）、（3）问是在计算的结果上推断有机化合物的分子式和结构简式。

题目给出的信息是发生燃烧反应的醇的质量和三种情况下气体的体积，必须在正确理解题目给出信息的含义后，经过多步运算才能求得醇分子中各原子数之比。

醇在氧气中完全燃烧生成CO2和H2O，在标况下醇和水都呈液态，醇中C原子燃烧生成CO2所耗用的O2的体积应该跟生成和CO2体积相等。题目中说反应后气体体积的减少，说明了5.00LO2中除了用于生成CO2外，还有0.56L用于生成H2O。但是必须注意生成的H2O中还有部分氧原子来自醇分子，所以不能根据0.56LO2来计算生成H2O的量。（这一步如果不加考虑则后面全盘皆错）。试题给出的另一信息是“将气体经CaO吸收，体积又减少2.80L”，这就暗示了燃烧后生成的CO2体积（因为H2O呈液态，其体积可以不予考虑）。据此可算出CO2的物质的量。

3.40g醇中C的物质的量为 ，醇分子中的H可以根据反应前后质量不变来计算，参与 反应的O2体积=0.56L+2.80L=3.36L，其质量为 ，

生成水的质量= ，3.4g醇中H的物质的量= ，

3.4g醇中O的物质的量= 。

所以，原子个数比

因此，该醇的最简式是C5H12O4。此式中H原子已经饱和，所以它本身就是分子式。此式可以写出许多结构不同的异构体，但题设除羟基外，没有其他官能团，所以它是一个四元醇。四个羟基必须分属四个碳原子，而且所处的位置又是等价的。只有C(CH2OH)4。无论哪一个羟基换成Cl原子，都只能得到ClCH2—C—(CH2OH)3。

答：

（1）0.125；0.30；0.1；5∶12∶4

（2）可以。因为该最简式中H原子个数已经饱和，所以最简式即分子式为C5H12O4。

（3）

[参考练习]

1、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 。求该烃的分子式。

2、某有机物6.2g完全燃烧后生成8.8gCO2和0.3molH2O，该有机物对H2的相对密度为31。