白素芳 穆玉鵬

(山東省博興縣第一中學(xué) 256500)

有機物分子式的確定，即確定有機物分子里所含元素的種類及各原子的數(shù)目.是有機物學(xué)習(xí)中最為重要的知識點之一.現(xiàn)通過實例把確定有機物分子式的十種思維方法列舉如下，供大家參考.

一、商余法

根據(jù)烴類的通式可以看出它們的分子中都有一個共同的部分為CnH2n，這部分的式量為14n，因此用烴的相對分子質(zhì)量除以14就可以得到分子所含碳原子數(shù)即n值，再根據(jù)余數(shù)就可以求得烴的分子式.

其規(guī)律為：

Mr/14能除盡，可推知為烯烴或環(huán)烷烴

Mr/14余數(shù)為2，可推知為烷烴

Mr/14差2可推知二烯烴或炔烴

Mr/14差6可推知為苯或苯的同系物

例1 某有機物A的相對分子質(zhì)量為128,

若A是烴,則它的分子式可能是____或____.

若A為烴的含氧衍生物(分子中含2個氧原子),分子式可為____.

解析128/14等于9，余數(shù)為2.若為烴類，分子式可能為烷烴C9H20或C10H8；若為烴的含氧衍生物且分子中含2個氧原子，相對分子質(zhì)量在烴的基礎(chǔ)上減去32即在C9H20的基礎(chǔ)上減去2個CH4，即得C7H12O2.

二、單位物質(zhì)的量法

根據(jù)題目中的已知條件，確定有機物的元素組成后，直接求出1mol該有機物中各元素原子的物質(zhì)的量，即可推算出分子式.若給出一定條件下該有機物氣體的密度(或相對密度)及各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，則求解分子式的基本途徑為：密度(或相對密度)→M→1mol有機物氣體中各元素原子的物質(zhì)的量→分子式.

例2 某化合物由碳、氫兩種元素組成，其中含碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85.7%，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積為11.2L，此化合物的質(zhì)量為14g，求此化合物的分子式.

解析此烴的摩爾質(zhì)量為

1 mol 此烴中碳原子和氫原子的物質(zhì)的量分別為：

n(C)=28g×85.7%÷12g/mol=2mol

n(H)=28g×14.3%÷1g/mol=4mol

所以1mol此烴中含2 mol C和4molH

即此烴的分子式為C2H4

三、最簡式法

根據(jù)有機物的分子式為最簡式的整數(shù)倍，利用其相對分子質(zhì)量及求得的最簡式便可確定其分子式.求解分子式的基本途徑為：由元素的種類和含量求出分子組成中各元素的原子個數(shù)之比(最簡式)，然后結(jié)合該有機物的摩爾質(zhì)量(或相對分子質(zhì)量)求有機物的分子式.

例3 某有機物組成中含碳54.5%, 含氫9.1%，其余為氧.又知其蒸氣在標(biāo)況下的密度為3.94g/L，試求其分子式.

解析有機物分子中C、H、O原子個數(shù)比：C∶H∶O=54.5%/12∶9.1%/1∶36.4%/16=2∶4∶1，即最簡式為C2H4O，設(shè)分子式為:(C2H4O)n.

又因為其摩爾質(zhì)量為：

22.4L/mol×3.94g/L=88g/mol

故其分子式為：C4H8O2

四、燃燒通式法

根據(jù)有機物完全燃燒反應(yīng)的通式及反應(yīng)物和生成物的質(zhì)量或物質(zhì)的量或體積關(guān)系利用原子個數(shù)守恒來求出1 mol有機物所含C、H、O原子的物質(zhì)的量從而求出分子式.如烴和烴的含氧衍生物的通式可設(shè)為CxHyOz(Z=0為烴)，燃燒通式為

例4 某有機物0.6g完全燃燒后生成448mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)CO2和0.36g水.已知該物質(zhì)的蒸氣對氫氣的相對密度為30,求有機物的分子式.

解析該有機物的分子量為

30×2=60

0.6g該有機物的物質(zhì)的量為

由原子個數(shù)守恒可知n(C)=n(CO2)=0.02mol，n(H)=2n(H2O)=0.04mol

0.6g該有機物中m(c)=M(C)×n(C) =12 g/mol×0.02mol =0.24g

m(H)=M(H)×n(H)=1 g/mol×0.04mol=0.04g

m(O)=0.6g-0.24g-0.04g=0.32g

0.01 mol 0.02 mol 0.02 mol

x=0.02 mol×1/0.01 mol=2

y=0.02 mol×4/0.01 mol=4

z=0.32g÷16g/mol÷0.01 mol =2

所以該有機物的分子式為C2H4O2

五、差量法

列舉差量，將“差量”看作化學(xué)方程式右端的一項，將已知差量與化學(xué)方程式中的對應(yīng)差量列成比例，其他解題步驟與按化學(xué)方程式列比例解題完全一樣.

例5 標(biāo)準(zhǔn)狀況下10毫升某氣態(tài)烷烴跟80毫升過量的氧氣混合, 通入一個容積為90毫升的密閉容器中點火爆炸后, 恢復(fù)到原狀態(tài), 測得的壓強為原來的55.56%.求烷烴的分子式？

解析根據(jù)反應(yīng)前后壓強變化, 通過差量法解題求有機物分子式

1mol

10mol

(10 + 80)·(1-55.56%)(mol)

六、列方程組法

若已知有機物的元素組成，則可直接設(shè)1個分子中所含各元素原子的個數(shù)分別為x、y、z，即設(shè)出有機物的分子式.如有機物中含有C、H或C、H、O元素的時候可以假設(shè)該有機物的分子式為CxHyOz，根據(jù)題設(shè)條件列方程組解得x、y、z，即可求出該有機物的分子式(當(dāng)z=0的時候該有機物不含氧，否則含有氧元素).

例6 0.2 mol某有機物和0.4 mol O2在密閉容器中燃燒后的產(chǎn)物為CO、CO2和H2O(g)，產(chǎn)物通過濃硫酸后，濃硫酸增重10.8 g，再通過灼熱的CuO，充分反應(yīng)后，CuO的質(zhì)量減輕3.2 g，最后剩余氣體通過堿石灰被完全吸收，堿石灰的質(zhì)量增加17.6 g.試求該有機物的分子式.

于是設(shè)該有機物的分子式為CxHyOz，根據(jù)C、H、O原子守恒，可以列出以下方程組：

0.2zmol+0.4 mol×2

所以x=2,y=6,z=2.

即該有機物的分子式為CxHyOz.

七、十字交叉法

十字交叉法是進行二組分混和物平均量與組分量計算的一種簡便方法.凡可按M1n1+M2n2=(n1+n2)計算的問題，均可用十字交叉法進行計算，式中，表示混和物的某平均量，M1、M2則表示兩組分對應(yīng)的量.如表示平均分子量，M1、M2則表示兩組分各自的分子量，n1、n2表示兩組分在混和物中所占的份額，n1∶n2表示兩組分物質(zhì)的量之比.

例7 相同狀況下9升甲烷與6升某烯烴混合, 所得混合氣體的密度等于相同條件下氧氣的密度, 計算該烯烴的分子式.

Mr(CH4)=16 烯烴Mr =14n

(CnH2n)

八、平均值法

當(dāng)烴為混合物時,一般是設(shè)平均分子式,結(jié)合反應(yīng)方程式及其他條件求出平均組成,利用平均值的含義確定混合烴可能的分子式.

例8 20mL兩氣態(tài)烴組成的混合物，跟足量O2混合后完全燃燒，當(dāng)產(chǎn)物通過濃H2SO4體積減少30mL，然后通過堿石灰體積減少40mL(氣體體積均在同溫同壓下測得)，問：這種混合物的組成可能有幾種?

解析n(C)=0.04 L/0.02 L=2,n(H)=0.03 L×2/0.02 L=3,即該烴分子式為C2H3.此烴中必含C2H2，其組成可能為C2H2和C2H4或C2H2和C2H6.

另外，有時也利用平均相對分子質(zhì)量來確定其可能的組成，若兩混合氣態(tài)烴，平均相對分子質(zhì)量小于或等于26，則該烴中必含有甲烷.

九、區(qū)間法

根據(jù)有機物燃燒耗O2量的上下限值及有機物通式列出不等式進行求解確定其分子式.

例9 常溫下，在密閉容器中混有2mL氣態(tài)烷烴和13mL O2，點燃爆炸，生成的只是氣態(tài)產(chǎn)物，除去CO2和H2O后，又在剩余物中加入6mL O2，再進行爆炸重新得到的也只是氣態(tài)產(chǎn)物，除得到CO2外，還剩余O2，試確定該烴的分子式.

解析設(shè)烷烴的分子式為CnH2n+2，1mL完全燃燒時耗O2為(3n+1)/2mL,2mL完全燃燒時耗O2為(3n+1)mL.由題意可知13<3n+1<13+6，即4

十、討論法

當(dāng)反應(yīng)物的相對用量不確定或條件不足時應(yīng)根據(jù)有機物的狀態(tài)或分子式中碳原子或氫原子數(shù)為正整數(shù)等這些條件來討論有機物的分子式.

例10 嗎啡是嚴(yán)格查禁的毒品，嗎啡分子中含碳71.58%，氫6.67%，氮4.91%，其余為氧元素.已知嗎啡相對分子質(zhì)量不超過300，試求嗎啡的分子式

解析該題初看起來條件不足無從下手，但仔細分析題意就會發(fā)現(xiàn)嗎啡的分子量不超過300，氮原子的百分含量最小，原子個數(shù)最少.根據(jù)有機物中原子個數(shù)為正整數(shù)的特點，不妨先設(shè)嗎啡分子中氮原子數(shù)為1，由題意可知嗎啡的分子量為：14/4.91%=285<300，如果氮原子數(shù)大于1，很顯然嗎啡的分子量會超過300不符合題意.因此可以確定嗎啡的分子量為285，該分子中所含N、C、H、O個數(shù)分別為：N(N)=1，N(C)=285×71.58%÷12=17，N(H)=285×6.67%÷1=19，N(O)=285×16.84%÷16=3.故嗎啡的分子式為C17H19NO3.

參考文獻：

[1]魏華平.有機物分子式的確定方法[J].數(shù)理化學(xué)習(xí)(高中版), 2013(3).