确定有机物分子式的三个途径

■广西柳州市第二中学 黄 颖

有机物分子式求解方法较多,现归纳如下:

其中,ρ:标准状况下气体的密度;D:气体A对气体B的相对密度:混合气体的平均摩尔质量。

途径Ⅰ

若题目给出元素的质量分数、相对密度等,可以先求出相对分子质量,再确定分子中各元素的原子个数,求出分子式;也可先求出最简式,再根据相对分子质量,确定分子式。

此途径可分为“单位物质的量”法和最简式(实验式)法两种:

“单位物质的量”法:根据有机物的摩尔质量(或相对分子质量)和有机物中各元素的质量分数(或质量比),求算出1 mol 该有机物中各元素原子的物质的量,从而确定分子中的各原子个数,进而确定有机物的分子式。

最简式法(实验式法):先求出有机物中各元素原子个数比,然后根据该有机物的摩尔质量或相对原子质量求出分子式。

例1某化合物由碳、氢两种元素组成,其中碳的质量分数为85.7%,在标准状况下11.2 L该化合物气体的质量为14g。则该化合物的分子式为_____。

解析:①“单位物质的量”法:该化合物的摩尔质量28g·mol-1。

1mol该化合物中碳原子和氢原子的物质的量分别为:

故该化合物的分子式为C2H4。

②最简式(实验式)法:

该化合物的最简式为CH2,设分子式为(CH2)n,14n=28,n=2。因此烃的分子式为C2H4。

途径Ⅱ

若题目给出(或能计算出)相对分子质量的话可用商余法直接求得分子式。

商余法(只适用于烃的分子式的求解):设烃的相对分子质量为M。

例2①某烃相对分子质量为42,则其分子式为_____。

②相对分子质量为128的烃的分子式为_____。

解析:①=3余6,即C3H6。

途径Ⅲ

解方程式法:若题目给出燃烧产物的质量,可通过燃烧通式列方程式求出分子式。

燃烧通式:CxHy+(x+CxHyOz+

例31体积某烃的蒸气完全燃烧生成的CO2比水蒸气少1体积(在同温同压下测定),0.1 mol 该烃完全燃烧的产物被碱石灰吸收,碱石灰增重39g,该烃的分子式为____。

解析:设烃的分子式为CmHn,完全燃烧的反应为

依题意CO2比水蒸气少1体积,碱石灰增重39g为CO2和H2O的质量和,得方程组:

解得m=6,n=14。

因此该烃的分子式为C6H14。

守恒法:利用反应前后参加反应物质的各元素原子跟反应后生成物的各元素原子守恒,求出有机物的分子式。

例40.94g某有机物在纯氧中充分燃烧,可生成2.64gCO2,0.54gH2O,消耗2.24g O2。又知此有机物的相对分子质量为氢气的47倍,该有机物的分子式为_____。

解析:因为有机物的摩尔质量为47×2g·mol-1=94g·mol-1,所以0.94g该有机物的物质的量为0.01 mol。

又因2.64g CO2的物质的量为=0.06 mol,0.54gH2O的物质的量为=0.03 mol,2.24gO2的物质的量为=0.07 mol。

则1 mol该有机物燃烧消耗7 mol O2,生成6 mol CO2,3 mol H2O。

故该有机物中含C为6 mol,H为3 mol×2=6 mol,O为6 mol×2+3 mol×1-7 mol×2=1 mol。

因此该有机物的分子式为C6H6O。

区间法:根据有机物反应的某个量的上、下限值以及有关通式,列出不等式进行求解,从而确定分子式。

例5常温下,在密闭容器中混有2 mL气态烷烃和10 mL O2点火爆炸,除去其中的CO2和H2O,又在剩余物中加入5 mL O2,再进行一次爆炸,除得到CO2外,还剩余O2,试确定该烃的分子式:____。

解析:设烷烃的分子式为CnH2n+2,则2mL CnH2n+2完全燃烧时耗O2为(3n+1) mL。则有10<3n+1<10+5,即3

因为n为正整数,故n=4,即分子式为C4H10。

讨论法:当反应物的相对用量不确定或条件不足时,应根据有机物分子中的碳原子、氢原子要符合化合价组成原则,或某种特定性质要求,加上C、H原子数要为正整数,然后进行讨论来确定有机物的分子式。

例625 ℃某气态烃与O2混合,在密闭容器中点燃爆炸后又恢复至25 ℃,此时容器内压强为原来的一半,再经NaOH溶液处理,容器内压强几乎为0。该烃的分子式可能为( )。

A.C2H4B.C2H6

C.C3H6D.C3H8

解析:设该烃的分子式为CxHy,则CxHyH2O。

由题意可知,烃和O2的物质的量之和应为CO2的物质的量的2倍,即1+(x+)=2x,得x=1+。

讨论:当y=4时,x=2;当y=6时,x=2.5不合题意;当y=8时,x=3。

故正确答案为A、D。

【对应练习】

1.某烃类化合物A的相对分子质量为84,含有碳碳双键,分子中只含有一种类型的氢。A的结构简式为_____。

2.已知化合物A中各元素的质量分数分别为C 37.5%,H 4.2%,O 58.3%。0.01 mol A在空气中充分燃烧需要消耗氧气1.01 L(标准状况),则A的分子式是____。

3.某含苯环的化合物A,其相对分子质量为104,碳的质量分数为92.3%。A的分子式为_____。

4.烃基烯基醚(含一个氧原子)A的相对分子质量为176,分子中的碳氢原子之比为3∶4,A的分子式为____。

5.A为一元羧酸,8.8gA与足量NaHCO3的溶液反应生成2.24 L CO2(标准状况下),A的分子式为_____。

6.A是芳香化合物,相对分子质量为180,其碳的质量分数为60.0%,氢的质量分数为4.4%,其余为氧,则A的分子式是____。

7.芳香烃A的相对原子质量在100～110之间,1 mol A充分燃烧可生成72g水,A的化学名称是_____。

8.一元醇A中氧的质量分数为21.6%,则A的分子式为_____。

答案与提示:

1.(CH3)2C═C (CH3)2提示:因为A的相对分子质量为84,84÷12=7,余数为0,得到分子式C7,一个C可以换12个H,又因为A中含有碳碳双键,故A为含6个碳的烯烃C6H12。又因为A只有一种类型的氢,A应为(CH3)2C═C (CH3)2。

2.C6H8O7提示:由化合物A中各元素的质量分数可确定其实验式,C∶H∶O=≈6∶8∶7,故A的实验式为C6H8O7。0.01 mol A在空气中充分燃烧消耗氧气1.01 L(标准状况),即0.045 mol;若其分子式为(C6H8O7)n,由燃烧通式知,解得n=1,故分子式为C6H8O7。

3.C8H8提示:A中的碳原子数为≈8,除碳外余数为8,只能是氢,分子式为C8H8。

4.C12H16O 提示:由信息知A中含有一个氧原子,所以C、H的总的相对原子质量=176-16=160,=13余4,最多含有13个碳原子,即C13H4,一个碳原子换12个H原子,即C12H16,符合C、H原子数目之比为3∶4,所以A的分子式为C12H16O。

5.C4H8O2提示:因为是一元羧酸,故与碳酸氢钠按1∶1反应生成CO2,可判断8.8g A的物质的量就是0.1 mol,故A的相对分子质量88,由CxHy—COOH可知CxHy的摩尔质量为88-45=43,=3余7,得C3H7—COOH,A是C4H8O2。

6.C9H8O4提示:A的相对分子质量为180,碳的质量分数为60.0%,氢的质量分数为4.4%,A中的碳原子数为9,氢原子数为≈8,氧原子数为≈4,A的分子式为C9H8O4。

7.苯乙烯 提示:1 mol A～72g H2O～4 mol H2O,A中含有8个H,因此可以设A为CxH8,则M(CxH8)∈(100,110),M(Cx)∈(92,102),x∈(7.7,8.5),这个区间只有8是整数。因此A是C8H8,名称是苯乙烯。

8.C4H10O 提示:设分子式为CxHyO,相对分子质量为M,则有=21.6%,M(CxHyO)=74,M(CxHy)=74-16=58。=4余10,所以该醇为C4H10O。