有机物分子式和结构式的确定

陈亚丽

一、确定有机物分子式

1. 直接法

密度（相对密度）→摩尔质量→1 mol物质中各元素原子物质的量→分子式

例1  某有机物6.4克完全燃烧生成8.8克CO2与0.4 mol H2O，无其它物质生成，经测定该化合物蒸汽与氢气的相对密度为16，求该化合物的分子式。

解析  （1）求6.4克有机物中各组成元素原子的物质的量：

n（C）=0.2 mol，n（H）=0.8 mol，n（O）=0.2 mol。

（2）求有机物的摩尔质量：

Mr（有机物）=16 g·mol-1×2=32 g·mol-1。

（3）求该有机物中各元素原子的个数：

n（有机物）=[6.4 g32 g·mol-1]=0.2 mol。

故N（C）=1，N（H）=[0.8mol0.2mol]=4，N（O）=[0.2mol0.2mol]=1。

即该有机物的分子式为：CH4O。

点拨  某有机物燃烧生成H2O和CO2，该有机物可能是烃也可能是烃的含氧衍生物，要根据题中的条件，抓住质量守恒或氧原子守恒来判断。

2. 实验式法

各元素原子个数比→实验式[摩尔质量]分子式

例2  在标准状况下，某气态烃150 mL的质量是0.5223 g，经测定该烃含碳92.3%，试求它的分子式。

解析  （1）求该烃的实验式：

该烃只含碳和氢，故该烃含氢量为7.7%。

N（C）∶N（H）=[92.3%12.]∶[7.7%1]=1∶1，该烃的实验式为CH。

（2）求该烃的摩尔质量：

Mr（烃）=[0.5223g0.150L]×22.4 L·mol-1=78 g·mol-1

（3）求该烃的分子式

设该烃的分子中含有n个CH，

n=[Mr（烃）Mr（CH）]=[78 g·mol-113 g·mol-1]=6，

故该烃的分子式为：C6H6。

点拨  某些特殊组成的实验式中，即使不知道化合物的摩尔质量，也可以根据其组成特点确定分子式。例如：实验式为CH4，分子式为CH4;实验式为CH3，分子式为C2H6。

3. 通式法

根据各类有机物的分子组成通式及各类有机物的化学反应通式，通过计算确定有机物的分子式。

例3  0.3 g某饱和一元醇与足量的金属钠充分反应，产生氢气56 mL（标准状况），求该饱和一元醇的分子式。

解析  饱和一元醇的通式为CnH2n+1OH，设该饱和一元醇的摩尔质量为M（A）。

由饱和一元醇与氢气反应的通式：

2CnH2n+1OH  +  2Na  →  2CnH2n+1ONa +  H2↑

2 mol×M（A）                         22.4 L

0.3 g                              0.056 L

[2mol×M（A）0.3 g]=[22.4 L0.056 L]

解得M（A）=60 g·mol-1。

由14n+1+16+1=60得，n=3。

该饱和一元醇的分子式为C3H8O。

点拨  各类有机物的通式应熟记。

烃燃烧的通式：CxHy+（[x+y4]）O2 → xCO2+[y2]H2O

烃的含氧衍生物燃烧的通式：

CxHyOz+（[x+y4]-[z2]）O2 → xCO2+[y2]H2O

4. 讨论法

题中未指明有机物的类别且数据不足时，通过讨论来确定有机物的分子式。

例4  某有机物的相对分子质量为58，该有机物在空气中燃烧只生成CO2和H2O，求该有机物的分子式。

解析  该有机物可能是烃或烃的含氧衍生物。

（1）若此有机物为烃，设分子式为CxHy，

则[12x+y=58]，[x=1]，[y=46]（不符合烃的分子组成，舍去）;同理[x=2]，[y=34];[x=3]，[y=22]均不符合烃的分子组成，应舍去;[x=4]，[y=10]符合烃的分子组成。

即该有机物的分子式为C4H10。

（2）若此有机物为烃的含氧衍生物，设分子式为CxHyOz，

则[12x+y+16z=58]。

若[z=1]，则[12x+y=42]。经讨论：[x=3]，[y=6]分子式为C3H6O。

若[z=2]，则[12x+y=26]。经讨论：[x=2]，[y=2]分子式为C2H2O2。

综上所述，此有机物的分子式可能是C4H10、 C3H6O、C2H2O2。

点拨  任意一种有机物的分子组成中，氢原子数不可能超过相应碳原子数的烷烃所结合的氢原子数。

5. 平均值法

利用平均摩尔质量或平均分子式，并抓住相关信息来确定有机物的分子式。

例5  两种饱和一元醛A和B的混合物共1.02 g，和足量的银氨溶液反应得到4.32 g Ag。若A分子比B分子多一个CH2原子团，求A 、B的分子式。

解析  依题意，A 、B的分子组成中各含一个醛基。

由关系式：—CHO～2Ag

A 、B的总物质的量为[4.32 g108 g·mol-1]×[12]=0.02 mol

A 、B的平均摩尔质量为[102 g0.02mol]=51 g·mol-1

因摩尔质量：HCHO～30 g·mol-1，CH3CHO～44 g·mol-1，CH3CH2CHO～58 g·mol-1，

且A 、B相差一个CH2，

所以A 为CH3CHO ，B为CH3CH2CHO。

即A的分子式 为C2H4O ，B的分子式为C3H6O。

点拨  平均值法往往用于两种或两种以上混合物中各组分的分子式的判断，需注意：①碳数小于2的烃只有甲烷，烃的含氧衍生物有甲醇和甲酸;②各类有机物中分子量最小的CH4～16、C2H4～28、C2H2～26、C6H6～78、CH3OH～32、HCHO～30、HCOOH～46。

二、确定有机物结构式

1. 价键规律法

某些有机物根据价键规律只存在一种结构，则可直接由分子式确定其结构式。

例如，分子式为C2H6，依据价键规律只能写出一种结构简式CH3—CH3;又如分子式为CH4O依据价键规律也只能写出一种结构简式CH3—OH。

2.定性或定量推测的方法

当一个分子式可能代表两种或两种以上具有不同结构的物质时，可利用该物质的特殊性质，通过定性或定量推测来确定其结构式。

例7  A 、B都是芳香族化合物，1 mol A 水解得到1 mol B和1 mol醋酸。A、B的相对分子质量都不超过200，完全燃烧都生成CO2和H2O，且B分子中碳和氢元素总的质量百分含量为62.5%。A溶液具有酸性，不能使FeCl3显色。

①A 、B相对分子质量之差为              。

②1个B分子中应该有               个氧原子。

③A的分子式是              。

④B可能的三种结构简式是                  。

解析  ①质量守恒：A+H2O→B+CH3COOH，A-B=C2H2O，即相对分子质量之差是42。②先定性推测：A有羧基，所以B也有羧基，且有从A（醋酸酯）水解释出的羟基，初步推测B至少含有3个氧原子。后定量确证：M（B）<158，可推出B中氧原子数n（O）<[158×34.8%16]=3.4。③M（B）=[16×334.8%]=138，结合B中含有苯环、羧基、羟基可推出B是羟基苯甲酸，分子式为C7H6O3，A是C9H8O4。

答案  ①42  ②3  ③C9H8O4

④[—COOH][—][OH][—COOH][—][OH][—COOH][—][OH]

点拨  （1）能使溴水褪色的有机物含碳碳双键、碳碳三键、酚羟基、醛基。（2）能使酸性高锰酸钾溶液褪色的有机物含碳碳双键、碳碳三键、苯的同系物、醇羟基、酚羟基、醛基。