例析有机物分子式的确定

■河南省平顶山市第一中学 杨海龙

例析有机物分子式的确定

■河南省平顶山市第一中学 杨海龙

在确定有机物分子式时,我们通常是分析推断仅含C、H或C、H、O元素的化合物,遇到确定含C、H和其他元素如Cl(或F、Br、I)、S、N(或P)等的有机物分子式问题时,同学们常常容易出现错误。究其原因,大致有二:一是方法选择不当,二是心理素质不过关。下面剖析三道试题,期望能对同学们解答这类问题有所启示。

某固体物质A是隐形飞机上吸收微波的物质的主要成分。实验测得A的相对分子质量为204,分子中只含有三种元素。取4.08gA在6.72LO2(过量)中充分燃烧得到SO2、CO2、H2O(液态),气体体积减少0.448L。用足量的碱石灰吸收反应后的混合气体,气体体积又减少4.48L(所有气体体积均在标准状况下测定)。试确定A的分子式:____。

分析:根据“A在过量O2中充分燃烧得到三种产物”可知:A中所含元素肯定是C、H、S三种元素。由题设各物质的状态及题意“它完全燃烧后气体体积减少”,说明消耗的O2比生成的CO2和SO2的体积大,而CO2和SO2共4.48L,其消耗的O2的体积可知,再加上A的相对分子质量已知,则可列方程组求解。

设A的分子式为CxHySz,由CxHySz+及题意可知,4.08g即0.02molA完全燃烧,生成CO2和SO2共0.2mol,消耗O2为即1molA消耗11molO2,生成CO2和SO2共10mol。

依题意,有

则A的分子式为C6H4S4。

答案:C6H4S4

评注:本题是用列方程组的方法解答的,如何寻找化学方程式中的等量关系呢?本题便是价值较高的一个范例。在推断有机物分子式的试题中,由性质推断和由计算确定是两类主要的题型。前者侧重于定性思维,主要依据是官能团的性质;后者侧重于定量描述,常依据化学方程式,运用差量法、守恒法等进行确定。

气体A由C、H、F、S中的三种元素组成,将标准状况下2.80L气体A在过量的O2中完全燃烧后恢复到原状态,放出62.50kJ的热量。已知气体生成物通入过量的Ca(OH)2溶液后无剩余,得到17.38g沉淀。再取相同条件下的2.80L气体A装入一个薄膜袋中,袋和气体的总质量为4.50g (已知CaSO3、CaF2、CaCO3难溶于水,HF难电离)。

(1)根据上述数据计算,A的相对分子质量不会大于____,由此可知,组成A的三种元素为____,化学式为____。

(2)写出生成17.38g沉淀时,发生反应的离子方程式:____。

(3)薄膜袋的质量为____。

(4)写出该条件下A在O2中燃烧的热化学方程式:___。

分析:解题时要充分利用题给数据及条件。标准状况下2.80L气体A的物质的量为则该气体的 摩尔质量 小 于36g·mol-1(因为4.50g还包括薄膜袋的质量),即A的相对分子质量不会大于36。因为A由C、H、F、S中的三种元素组成,可推知其中必定不含有S元素,否则另外两种元素的相对原子质量之和小于(36-32)=4,与实际情况不符,即A由C、H、F三种元素组成。根据三种元素的相对原子质量大小进行推理分析:F的相对原子质量最大,为19,如果该气体分子中含一个F原子,另外两种元素的相对原子质量之和小于(36-19)=17,则还可能含且只能含一个碳原子,则氢原子数目可以根据价键情况推算为3,即气体A的化学式为CH3F。

答案:(1)36 C、H、F CH3F (2)CO2+ Ca2++2OH-==CaCO3↓+H2O,2HF+ Ca2++2OH-==CaF2↓+2H2O (3)0.25g

(4)2CH3F(g)+3O2(g)==2CO2(g)+ 2HF(g)+2H2O(l) ΔH=-1000kJ·mol-1

评注:本题应用极值法思想先确定有机物相对分子质量的大小范围,再根据其组成特点逐一推理,缩小范围以至最后确定有机物组成。该思想方法也是物质化学式推断中常用的一种方法,关键是对数据对象选择要恰当,本题解法值得同学们借鉴。

吗啡和海洛因是严格查禁的毒品。吗啡分子含各元素的质量分数:C为71.58%,H为6.67%,N为4.91%,其余为O。已知其相对分子质量不超过300。试求:

(1)吗啡的相对分子质量为____,吗啡的分子式为____。

(2)已知海洛因是吗啡的二乙酸酯,则海洛因的相对分子质量为____,分子式是____。

分析:当有机物涉及多种元素时,特别是含S、N(或P)等元素时,可采用探求法分析。如假设在吗啡分子中含有1个、2个或多个氮原子,再结合其相对分子质量不超过300,探索求得吗啡的相对分子质量。

(解法二)根据已知数据,可计算氧的质量分数为:1-71.58%-4.9l%-6.67%= 16.84%,则吗啡中C、H、N、O原子数最简整数比为C∶H∶N∶O=17∶19∶1∶3,其最简式为C17H19NO3,式量为12×17+1×19+ 14×1+16×3=285。因吗啡的相对分子质量不超过300,故吗啡的相对分子质量为最简式式量,即285,其分子式就是最简式C17H19NO3。

(2)因为海洛因是吗啡的二乙酸酯,据酯化反应的过程:CH3COOH+R—OH →CH3COOR+H2O,则每1分子CH3COOH参加酯化反应所生成的酯比原来的醇的相对分子质量增加60-18=42。由于海洛因是吗啡的二乙酸酯,则海洛因的相对分子质量比吗啡增加42×2=84,所以海洛因的相对分子质量为285+84=369。海洛因的分子组成比吗啡增加2(C2H4O2-H2O)= C4H4O2。故海洛因的分子式为:C17H19NO3+ C4H4O2=C21H23NO5。

答案:(1)285 C17H19NO3

(2)369 C21H23NO5

评注:探求法实质上是讨论法。本题选择氮原子进行探求是因为有机物中含C、H、O的原子数往往比较多,讨论较为烦琐,但含氮原子数一般较少,讨论起来比较方便。另外,第一问的第二种解题思路也是确定物质化学式常用的方法,但对于有机物来讲,当用此方法只能求得各元素的最简比时,可以结合有机物通式进一步判断或确定结果。

(责任编辑 谢启刚)