2019版高中化学第三章有机合成及其应用合成高分子化合物第2节有机化合物结构的测定第1课时学案鲁科版选修5

1 第1课时 有机化合物分子式的确定

[学习目标定位] 通过对典型实例的分析，初步学会测定有机化合物元素含量、相对分子质量的一般方法，并能据其确定有机化合物的分子式。

一、有机化合物元素组成的确定

1．鉴定有机物中含有哪些元素(定性分析)

(1)将某有机物在O2中充分燃烧后，各元素对应的燃烧产物：C→CO2；H→H2O；S→SO2。

(2)若将有机物完全燃烧，生成物只有H2O(使无水CuSO4变蓝)和CO2(使澄清石灰水变浑浊)，则该有机物中一定含有的元素是C、H，可能含有的元素是O。

(3)判断是否含氧元素，可先求出产物CO2和H2O中C、H两元素的质量和，再与有机物的质量比较，若两者相等，则说明原有机物中不含氧元素，否则有机物中含氧元素。

2．确定有机物中各元素的质量分数(定量分析)

(1)碳、氢元素质量分数的测定——燃烧分析法

(2)氮元素质量分数的测定

样品―――→CO2气流CuO催化N2――→测定N2的体积――→计算氮元素的质量分数

(3)卤素质量分数的测定

样品――――――――――→Ⅰ.NaOH溶液Ⅱ.稀硝酸、AgNO3溶液AgX――→计算卤素的质量分数

(4)氧元素质量分数的计算

氧元素的质量分数＝100%－其他元素质量分数之和。

例1 某化合物6.4 g在氧气中完全燃烧只生成8.8 g CO2和7.2 g H2O。下列说法正确的是( )

A．该化合物仅含碳、氢两种元素

B．该化合物中碳、氢原子个数比为1∶2

C．无法确定该化合物中是否含氧元素

D．该化合物中一定含氧元素

答案 D 2 解析 n(CO2)＝8.8 g44 g·mol－1＝0.2 mol

m(C)＝0.2 mol×12 g·mol－1＝2.4 g

n(H2O)＝7.2 g18 g·mol－1＝0.4 mol

m(H)＝0.4 mol×2×1 g·mol－1＝0.8 g

m(C)＋m(H)＝2.4 g＋0.8 g＝3.2 g＜6.4 g

所以该化合物中含氧元素n(O)＝6.4 g－3.2 g16 g·mol－1＝0.2 mol

所以n(C)∶n(H)∶n(O)＝0.2∶0.8∶0.2＝1∶4∶1。

【考点】 有机物分子式的确定

【题点】 有机物组成元素的分析及应用

规律总结 完全燃烧只生成H2O和CO2的有机物不一定含有氧元素，可根据氧原子守恒判断有机物中是否含有氧元素。

二、有机物分子式的确定

1．有机物相对分子质量的确定方法

(1)根据标准状况下气体的密度ρ，计算该气体的相对分子质量Mr＝22.4ρ(限于标准状况下)。

(2)A、B两种气体的相对密度为D，计算气体的相对分子质量Mr(A)＝D·Mr(B)。

(3)A、B两种气体组成的混合气体中，它们的体积分数分别为w(A)、w(B)，该混合气体的平均相对分子质量Mr＝Mr(A)·w(A)＋Mr(B)·w(B)。

(4)质谱法可以测定有机物的相对分子质量，在质谱图中，一般最大的质荷比就是有机物的相对分子质量。

2．有机物分子式的确定方法

(1)直接法

①由题意求算出1 mol有机化合物中各元素原子的物质的量，从而确定各原子的个数，即可推出分子式。

②利用相对分子质量及各元素质量分数求算出1分子有机物中各元素的原子个数，从而确定分子式。

例如：燃烧某有机物A 1.50 g，生成1.12 L(标准状况)CO2和0.05 mol H2O。该有机物的蒸气对空气的相对密度是1.04，求该有机物的分子式________。

答案 CH2O

解析 有机物的相对分子质量是1.04×29≈30，

有机物的物质的量为1.50 g30 g·mol－1＝0.05 mol， 3 有机物分子中含有：

N(C)＝1.12 L22.4 L·mol－1×0.05 mol＝1，

N(H)＝0.05 mol×20.05 mol＝2，

N(O)＝30－12×1－1×216＝1。

故该有机物分子式为CH2O。

(2)实验式法

先利用有机物中各元素的质量分数求出有机物的最简式，再结合有机物的相对分子质量求得分子式。

例如：

实验测得某碳氢化合物A中，含碳80%，含氢20%，求该化合物的实验式________。又测得该化合物的相对分子质量是30，求该化合物的分子式________。

答案 CH3 C2H6

解析 n(C)∶n(H)＝80%12∶20%1＝1∶3，该化合物的实验式是CH3。

方法一：设该化合物分子中含有n个CH3，则

n＝MrAMrCH3＝3015＝2；故该化合物的分子式是C2H6。

方法二：A分子式中各元素原子的数目：

n(C)＝30×80%12＝2 n(H)＝30×20%1＝6

故该化合物A的分子式是C2H6。

(3)化学方程式法

利用燃烧反应的化学方程式，由题给条件并依据下列燃烧通式所得CO2和H2O的量求解x、y、z。

①CxHy＋(x＋y4)O2――→点燃xCO2＋y2H2O。

②CxHyOz＋(x＋y4－z2)O2――→点燃xCO2＋y2H2O。

例如：

某有机化合物仅由碳、氢、氧三种元素组成，经测定其相对分子质量为90。取该有机物样品1.8 g，在纯氧中完全燃烧，将产物先后通过浓硫酸和碱石灰，两者分别增重1.08 g和2.64 g。试求该有机物的分子式__________。

答案 C3H6O3 4 解析 设有机物的分子式为CxHyOz

CxHyOz＋(x＋y4－z2)O2――→点燃xCO2＋y2H2O

90 g 44x g 9y g

1.8 g 2.64 g 1.08 g

90 g∶1.8 g＝44x g∶2.64 g x＝3

90 g∶1.8 g＝9y g∶1.08 g y＝6

z＝90－3×12－6×116＝3

有机物的分子式为C3H6O3。

1．确定有机化合物分子式的一般途径

2．确定有机物分子式的其他方法

(1)利用各类有机物的分子式通式和相对分子质量确定

类别 通式 相对分子质量

烷烃

CnH2n＋2 Mr＝14n＋2(n≥1)

环烷烃、烯烃 CnH2n Mr＝14n(烯烃n≥2，环烷烃n≥3)

二烯烃，炔烃 CnH2n－2 Mr＝14n－2(炔烃n≥2)

苯及苯的同系物 CnH2n－6 Mr＝14n－6(n≥6)

饱和醇 CnH2n＋2Ox Mr＝14n＋2＋16x

饱和一元醛 CnH2nO Mr＝14n＋16

饱和一元羧酸及酯 CnH2nO2 Mr＝14n＋32

(2)商余法(只适用于烃)

Mr14＝n…＋2(烷烃)，Mr14＝n(烯烃、环烷烃)，

Mr14＝n…－2(炔烃、二烯烃)，Mr14＝n…－6(苯或苯的同系物)。

5 例2 某卤代烃的蒸气对同温、同压下H2的相对密度是54.5。取5.45 g的该卤代烃与足量NaOH溶液作用后，再加入过量的稀HNO3酸化至溶液显酸性，最后加入过量的AgNO3溶液可生成9.40 g浅黄色沉淀，则此卤代烃是( )

A．CH3Cl B．CH3CH2Cl

C．CH3CH2Br D．

答案 C

解析 Mr(卤代烃)＝54.5×2＝109，n(卤代烃)＝5.45 g109 g·mol－1＝0.05 mol，n(AgBr)＝9.4 g188 g·mol－1＝0.05 mol，因此该卤代烃是一溴代烃，故分子式为RBr，Mr(R—)＝109－80＝29，即R—为CH3CH2—。

规律总结 确定有机化合物分子式的关键

首先要知道该物质的组成元素、各元素质量分数，必要时还要测定其相对分子质量。

【考点】 有机物分子式的确定

【题点】 有机物组成元素分析及分子式的确定

例3 (2017·广东清远三中高二月考)有机物A由碳、氢、氧三种元素组成。现取3 g A与4.48 L(标准状况)氧气在密闭容器中充分燃烧，生成二氧化碳、一氧化碳和水蒸气(假设反应物没有剩余)。将反应生成的气体依次通过浓硫酸和碱石灰充分吸收，浓硫酸增重3.6 g，碱石灰增重4.4 g，剩余气体体积为1.12 L(标准状况)。回答下列问题：

(1)3 g A燃烧后生成物的物质的量分别为n(H2O)＝________，n(CO2)＝________，n(CO)＝________。

(2)通过计算确定A的分子式。

(3)写出A的所有可能的结构简式。

答案 (1)0.2 mol 0.1 mol 0.05 mol

(2)3 g A中，n(H)＝2n(H2O)＝2×0.2 mol＝0.4 mol，n(C)＝n(CO2)＋n(CO)＝0.1 mol＋0.05

mol＝0.15 mol，n(O)＝2n(CO2)＋n(CO)＋n(H2O)－2n(O2)＝2×0.1 mol＋0.05 mol＋0.2 mol－2×0.2 mol＝0.05 mol，所以n(C)∶n(H)∶n(O)＝0.15 mol∶0.4 mol∶0.05 mol＝3∶8∶1，所以A的最简式为C3H8O，由于达到结合H原子的最大数目，所以最简式就是该物质的分子式，即该物质的分子式为C3H8O。

(3)CH3CH2CH2OH、CH3CH(OH)CH3、CH3CH2OCH3

规律总结 实验式的特殊应用

(1)已知某些特殊组成的实验式，在未告知有机物相对分子质量时，也可根据组成特点确定其分子式。例如：实验式为CH3的有机物，其分子可表示为(CH3)n，仅当n＝2时，氢原子已 6 达到饱和，故其分子式为C2H6。同理，实验式为CH3O的有机物，当n＝2时，其分子式为C2H6O2。

(2)部分有机物的实验式中，氢原子已达到饱和，则该有机物的实验式即为分子式。例如，实验式为CH4、CH3Cl、C2H6O等的有机物，其实验式即为分子式。

【考点】 有机物分子式的确定

【题点】 有机物分子式的确定

1．(2017·福建莆田一中高二月考)某有机物在氧气中充分燃烧，生成的水蒸气和CO2的物质的量比为1∶1, 由此可得出的结论是( )

A．分子中碳、氢原子个数比为2∶1

B．该有机物分子中C、H、O个数比为1∶2∶3

C．有机物中必定含氧

D．无法判断有机物中是否含有氧元素

答案 D

解析 水蒸气和CO2的物质的量之比为1∶1，根据原子守恒可知，有机物分子中碳、氢原子个数比为1∶2，A错误；有机物的相对分子质量未给出，无法判断有机物中是否含有氧元素，B、C错误，D正确。

【考点】 有机物分子式的确定

【题点】 有机物组成元素的分析及其应用——实验式

2．(2017·吉林德惠实验中学高二月考)A是一种含碳、氢、氧三种元素的有机化合物。已知：A中碳的质量分数为44.1%，氢的质量分数为8.82%，那么A的实验式是( )

A．C5H12O4 B．C5H12O3

C．C4H10O4 D．C5H10O4

答案 A

解析 N(C)∶N(H)∶N(O)＝44.1%12∶8.82%1∶100%－44.1%－8.82%16≈5∶12∶4，所以实验式为C5H12O4。

【考点】 有机物分子式的确定

【题点】 有机物组成元素的分析及应用——实验式

3．将0.1 mol某有机物与0.3 mol O2混合，于密闭反应器中用电火花点火，将燃烧产物通入过量的澄清石灰水中，可得到沉淀20.0 g，溶液质量减少5.8 g；剩余气体继续通过灼热的CuO，可以使CuO质量减少1.6 g，由此可知该有机物的分子式为( )