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有机物分子式的确定,即确定有机物分子里所含元素的种类及各原子的数目,是有机物学习中最为重要的知识点之一。现通过实例把确定有机物分子式的思维方法列举如下,供大家参考。
一、商余法
根据烃类的通式可以看出它们的分子中都有一个共同的部分为,这部分的式量为14n,因此用烃的相对分子质量除以14就可以得到分子所含碳原子数即n值,再根据余数就可以求得烃的分子式。其规律为:
Mr/14能除尽,可推知为烯烃或环烷烃
Mr/14余数为2,可推知为烷烃
Mr/14差2可推知二烯烃或炔烃
Mr/14差6可推知为苯或苯的同系物
例1 某有机物A的相对分子质量为128,
若A是烃,则它的分子式可能是________或________。
若A为烃的含氧衍生物(分子中含2个氧原子),分子式可为________。
二、单位物质的量法
根据题目中的已知条件,确定有机物的元素组成后,直接求出1 mol该有机物中各元素原子的物质的量,即可推算出分子式。若给出一定条件下该有机物气体的密度(或相对密度)及各元素的质量分数,则求解分子式的基本途径为:密度(或相对密度)→M→1 mol有机物气体中各元素原子的物质的量→分子式。
例2 某化合物由碳、氢两种元素组成,其中含碳的质量分数为85.7%,在标准状况下体积为11.2L的此化合物质量为14 g,求此化合物的分子式。
n(C)=28 g×85.7%÷12 g/mol=2 mol
n(H)=28 g×14.3%÷1 g/mol=4 mol
所以1 mol此烃中含2 mol C和4 mol H,
即此烃的分子式为。
三、最简式法
根据有机物的分子式为最简式的整数倍,利用其相对分子质量及求得的最简式便可确定其分子式。求解分子式的基本途径为:由元素的种类和含量求出分子组成中各元素的原子个数之比(最简式),然后结合该有机物的摩尔质量(或相对分子质量)求有机物的分子式。
例3 某有机物组成中含碳54.5%,含氢9.1%,其余为氧。又知其蒸气在标准状况下的密度为3.94 g/L,试求其分子式。
解析 有机物分子中C、H、O原子个数比:
四、燃烧通式法
根据有机物完全燃烧反应的通式及反应物和生成物的质量或物质的量或体积关系,利用原子个数守恒求出1 mol有机物所含C、H、O的物质的量,从而求出分子式。如烃和烃的含氧衍生物的通式可设为(z=0为烃),燃烧通式为:
解析 该有机物的相对分子质量为:
30×2=60
0.6 g该有机物的物质的量为:
0.6 g该有机物中
m(C)=M(C)×n(C)
=12g/mol×0.02 mol
=0.24 g
m(H)=M(H)×n(H)
=1 g/mol×0.04 mol
=0.04 g
m(O)=0.6 g-0.24 g-0.04 g=0.32 g
x=0.02 mol×1/0.01 mol=2
y=0.02 mol ×4/0.01 mol=4
z=0.32g÷16 g/mol÷0.01 mol=2
所以该有机物的分子式为。
五、差量法
列举差量,将“差量”看作化学方程式右端的一项,将已知差量与化学方程式中的对应差量列成比例,其他解题步骤与按化学方程式列比例解题完全一样。
例5 标准状况下10 mL某气态烷烃跟80 mL过量的氧气混合,通入一个容积为90 mL的密闭容器中点火爆炸后,恢复到原状态,测得的压强为原来的55.56%。求烷烃的分子式。
解析 根据反应前后压强变化,通过差量法解题求有机物分子式
六、列方程组法
若已知有机物的元素组成,则可直接设1个分子中所含各元素原子的个数分别为x、y、z,即设出有机物的分子式。如有机物中含有C、H或CH、O元素的时候可以假设该有机物的分子式为CxHyOz,根据题设条件列方程组解得x、y、z,即可求出该有机物的分子式(当z=0该有机物不含氧元素)。
七、平均值法
当烃为混合物时,一般是设平均分子式,结合化学方程式及其他条件求出平均组成,利用平均值的含义确定混合烃可能的分子式。
另外,有时也利用平均相对分子质量来确定其可能的组成,若两混合气态烃,平均相对分子质量小于或等于26,则该烃中必含有甲烷。
八、区间法
根据有机物燃烧耗O2量的上下限值及有机物通式列出不等式,进行求解,确定其分子式。
九、讨论法
当反应物的相对用量不确定或条件不足时,应根据有机物的状态或分子式中碳原子或氢原子数为正整数等条件,来讨论有机物的分子式。
例9 吗啡是严格查禁的毒品,吗啡分子中含碳71.58%,氢6.67%,氮4.91%,其余为氧元素。已知吗啡相对分子质量不超过300,试求吗啡的分子式。
解析 该题初看起来条件不足无从下手,但仔细分析题意就会发现吗啡的相对分子质量不超过300,氮原子的百分含量最小,原子个数最少。根据有机物中原子个数为正整数的特点,不妨先没吗啡分子中氮原子数为1,由题意可知吗啡的相对分子质量为:14/4.91%=285<300,如果氮原子数大于1,很显然吗啡的相对分子质量会超过300,不符合题意。因此可以确定吗啡的相对分子质量为285,该分子中所含N、C、H、O个数分别为:
N(N)=1,
N(C)=285×71.58%÷12=17,
N(H)=285×6.67%÷1=19,
N(O)=285×16.84%÷16=3。
故吗啡的分子式为。
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