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一、最简式法
根据分子式为最简式的整数倍,利用相对分子质量及求得的最简式可确定其分子式。
1.求算相对分子质量:
(1)根据标准状况下气体密度[(ρ)]求算相对分子质量:[M]=22.4×[ρ];
(2)根据气体的相对密度求算相对分子质量:[M1=M2×d相对];
(3)根据某元素的质量分数求算相对分子质量:[个数×相对原子量质量分数]。
2.计算实验式(最简式)
(1)根据各元素的质量分数、质量比计算。
N(C)∶N(H)∶N(O)=[w(C)12]∶[w(H)1]∶[w(O)16]=a∶b∶c(最简整数比),最简式为CaHbOc;
(2)结合燃烧产物(CO2、H2O)和消耗氧气的量来计算。
(3)如果仅能计算出最简式,却不知道分子量,就需要讨论。
如:最简式为CH4O,则分子式也是CH4O;最简式为C2H5,则分子式为C4H10。
二、直接法
直接计算出1 mol气体中各元素原子的物质的量,即可推出分子式。
1.根据分子量和个元素的质量分数。例如:知道某有机物的分子量和含碳量,计算分子中碳原子数的方法为:[N(C)]=[M×w(C)%12]。
例1 某有机物含碳62.1%、氢10.3%、氧27.6%。它的蒸气密度是氢气的29倍。则这种有机物的分子式是 。
解析 方法一 因为N(C)∶N(H)∶N(O)
=[62.1%12]∶[10.3%1]∶[27.6%16]=3∶6∶1,
所以最简式为C3H6O。
又M=2×29=58;故分子式为C3H6O。
方法二 因为M=2×29=58,
则N(C)=[58×62.1%12]=3,
N(H)=[58×10.3%1]=6,
N(O)=[58×27.6%16]=1。
故分子式为C3H6O。
点拨 方法一计算麻烦,尤其是运算比例关系,很容易出错,一般不建议选择。方法二虽然运算量大,但是不容易出错,并且,先计算分子中C和O的数目,最后根据分子量计算H的数目,更方便。
2.根据一定量有机物燃烧后所得产物的物质的量,以及消耗氧气的物质的量,可以推算出1 mol有机物中C、H、O等原子的数目,即可推出分子式。
当条件不足时,可利用已知条件列方程,进而解不定方程,结合CxHyOz中的x、y、z为正整数,物质的三态与碳原子数相关规律(特别是烃为气态时,x≤4)及有机物的通式和性质,运用讨论法,可简捷地确定有机物的分子式。
三、商余法
1.对于烃CxHy,可用相对分子质量[M]除以12,看商和余数。
即[M12=x]余[y],分子式为CxHy。然后,减少1个碳原子,分子中相应增加12个氢原子,依次写出所有可能的分子式。
2.对于烃的衍生物,先从原子数较少的元素入手,确定O、N、X等原子的数目后。用商余法讨论剩余烃基的分子式。
例2 某溴代烃的分子量为161,则它的分子式为 。
解析 分子量为161,分子中只能有一个溴原子。设分子式为CxHyBr,则有12x+y=81。
当x=6,y=9,分子式为C6H9Br;
当x=5,y=21,H原子太多,不符合要求。
答案 C6H9Br
例3 分子量为106的某有机物燃烧只生成CO2和H2O,1 mol该有机物可以和足量的Na反应生成1.5 mol H2,与足量NaHCO3反应生成1 mol CO2,该有机物分子式为: ,如果同一个碳原子上不能连两个羟基,则结构简式为 。
解析 燃烧只生成CO2和H2O,说明是烃或烃的含氧衍生物。根据题意,可以判断分子中有2个—OH,1个—COOH。设分子式为CxHy(OH)2COOH,则12x+y+34+45=106,即12x+y=27。
由商余法可以判断,x=2,y=3。
分子式为C3H6O4。
结构简式为:CH2(OH)CH(OH)COOH。
答案 C3H6O4 CH2(OH)CH(OH)COOH
四、平均组成法
当烃为混合物时,一般设平均分子式,结合反应方程式和体积求出平均组成,再利用平均值的含义确定混合烃可能的分子式。
例4 常温下,可燃气体A和烯烃B组成混合气体。将1 mol该混合气体充分燃烧,在同温同压下得到2.5 mol CO2和2 mol H2O。试推断原混合气体中A和B所有可能的组合及其体积比。
解析 设平均分子式为C2.5H4On,烯烃B可能为C2H4,C3H6,C4H8。根据平均值规律有:
[A\&B\&n(A):n(B)\&C3H4\&C2H4\&1:1\&C4H4\&C2H4\&1:3\&C2H2\&C3H6\&1:1\&CO\&C4H8\&1:1\&]
1.某种有机物8.8 g完全燃烧后,得到22 g CO2、10.8 g H2O,则此有机物的最简式为( )
A. C5H10O B. C5H12O
C. C5H12O2 D. C4H10O
2.0.5 mol某有机物燃烧,生成22 g CO2、9 g H2O,消耗氧气16 g,则该有机物的分子式为( )
A. C2H4 B. CH2O2 C. CH2O D. C2H4O2
3.标准状况下等物质的量的可燃气体A和B混合,共1.68 L,在足量氧气中完全燃烧。若将产物通入足量的澄清石灰水,得到15.0 g的白色沉淀质量;若用足量的碱石灰吸收燃烧产物,增重9.3 g。则该气体不可能是( )
A. 甲烷、丙烯 B. 丁炔、氢气
C. C3H8、CO D. 甲醛、丙烯
4.某有机物完全燃烧只生成CO2和H2O,其物质的量之比为2∶3,则下列说法中正确的是( )
A. 此有机物一定含有C、H、O三种原子
B. 此有机物的分子中C、H原子个数比一定为1∶3
C. 此有机物一定是乙烷
D. 不能确定此有机物中是否含有O原子
5.常温常压下,50 mL三种气态烃的混合物与足量的氧气混合点燃爆炸,恢复到原来状况时,体积共缩小100 mL。则三种烃可能是( )
A. CH4、C2H4、C3H4 B. C2H6、C3H6、C4H6
C. CH4、C2H6、C3H8 D. C2H2、C2H4、C2H6
6.由C、H、O三种元素组成的有机物,每个分子由12个原子组成,各原子核内的质子数之和为34,完全燃烧2 mol该有机物生成CO2和H2O时,需9 mol O2,则该有机物的分子式为 。写出其可能有的各种结构简式并命名: 。
7.取3.40 g只含烃基、不含其它官能团的液态饱和多元醇,置于5.00 L氧气中,经点燃,醇完全燃烧,反应后气体体积减少0.56 L,将气体通过CaO,体积又减少2.80 L(所有体积均在标准状况下测定)。
(1)该醇中C、H、O的原子数之比为 。
(2)由以上比值 (填“能”或“不能”)确定该醇的化学式,其原因是 。
(3)如果将该多元醇的任意一个羟基换成一个卤原子,所得到的卤代物只有一种,试写出该饱和多元醇的结构简式 。
8.某烃的含氧衍生物完全燃烧生成二氧化碳和水,已知同温同压下耗氧气与生成二氧化碳的体积比为1:1,求符合该条件的相对分子量最少的有机物的分子式。
9.某有机化合物A仅由碳、氢、氧三种元素组成,其相对分子质量小于150。
(1)若氧的质量分数为50%,则分子中碳原子的个数最多为 ,A可能的分子式为 。
(2)若A为一元羧酸,其中碳的质量分数为50%,可以和氢气,溴,溴化氢加成,则A的分子式为 ,结构简式为
10.0.1 mol某有机物A,完全燃烧只生成标况下的4.48 L CO2和5.4 g水。
(1)如果耗氧量为0.35 mol,A的结构简式为 ;
(2)如果耗氧量小于0.35 mol,A可能的结构简式为 。
(3)有无可能耗氧量大于0.35 mol? ,原因是
11.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的分子量都不超过200,完全燃烧只生成CO2和H2O。且B分子中碳和氢元素总的质量分数为65.2%。A溶液具有酸性,不能使FeCl3溶液显色。
(1)A、B分子量之差为 。
(2)1个B分子中应该有 个氧原子。
(3)A的分子式是 。
(4)B可能的三种结构简式为 。
12.某有机化合物A的相对分子质量(分子量)大于110,小于150。经分析得知,其中碳和氢的质量分数之和为52.24%,其余为氧。
(1)该化合物分子中含有 个氧原子。
(2)该化合物的相对分子质量(分子量)是 。
(3)该化合物的化学式(分子式)是 。
(4)该化合物分子中最多含 个[—C—] [O]官能团。
1.B 2.C 3.A 4.BD 5.AD
6.C3H8O CH3CH2CH2OH,正丙醇;CH3CH2(OH)CH3,异丙醇;CH3OCH2CH3,甲乙醚
7.(1)5:12:4 (2)能,分子中5个C最多有12个H,故分子式为C5H12O4(3)C(CH2OH)4
8.CH2O
9.(1)5,C5H4O4或CH4O
(2)C3H4O2,CH2=CHCOOH
10.(1)CH3CH3
(2)CH3CH2OH;CH2(OH)CH2(OH)
(3)不可能,当A为烃时消耗氧气最多,为0.35 mol
11.(1)42 (2)3 (3)C9H8O4
(4) [—COOH][—OH], [—COOH][OH] , [COOH] [OH]
12.(1)4 (2)134 (3)C5H10O4 (4)1
根据分子式为最简式的整数倍,利用相对分子质量及求得的最简式可确定其分子式。
1.求算相对分子质量:
(1)根据标准状况下气体密度[(ρ)]求算相对分子质量:[M]=22.4×[ρ];
(2)根据气体的相对密度求算相对分子质量:[M1=M2×d相对];
(3)根据某元素的质量分数求算相对分子质量:[个数×相对原子量质量分数]。
2.计算实验式(最简式)
(1)根据各元素的质量分数、质量比计算。
N(C)∶N(H)∶N(O)=[w(C)12]∶[w(H)1]∶[w(O)16]=a∶b∶c(最简整数比),最简式为CaHbOc;
(2)结合燃烧产物(CO2、H2O)和消耗氧气的量来计算。
(3)如果仅能计算出最简式,却不知道分子量,就需要讨论。
如:最简式为CH4O,则分子式也是CH4O;最简式为C2H5,则分子式为C4H10。
二、直接法
直接计算出1 mol气体中各元素原子的物质的量,即可推出分子式。
1.根据分子量和个元素的质量分数。例如:知道某有机物的分子量和含碳量,计算分子中碳原子数的方法为:[N(C)]=[M×w(C)%12]。
例1 某有机物含碳62.1%、氢10.3%、氧27.6%。它的蒸气密度是氢气的29倍。则这种有机物的分子式是 。
解析 方法一 因为N(C)∶N(H)∶N(O)
=[62.1%12]∶[10.3%1]∶[27.6%16]=3∶6∶1,
所以最简式为C3H6O。
又M=2×29=58;故分子式为C3H6O。
方法二 因为M=2×29=58,
则N(C)=[58×62.1%12]=3,
N(H)=[58×10.3%1]=6,
N(O)=[58×27.6%16]=1。
故分子式为C3H6O。
点拨 方法一计算麻烦,尤其是运算比例关系,很容易出错,一般不建议选择。方法二虽然运算量大,但是不容易出错,并且,先计算分子中C和O的数目,最后根据分子量计算H的数目,更方便。
2.根据一定量有机物燃烧后所得产物的物质的量,以及消耗氧气的物质的量,可以推算出1 mol有机物中C、H、O等原子的数目,即可推出分子式。
当条件不足时,可利用已知条件列方程,进而解不定方程,结合CxHyOz中的x、y、z为正整数,物质的三态与碳原子数相关规律(特别是烃为气态时,x≤4)及有机物的通式和性质,运用讨论法,可简捷地确定有机物的分子式。
三、商余法
1.对于烃CxHy,可用相对分子质量[M]除以12,看商和余数。
即[M12=x]余[y],分子式为CxHy。然后,减少1个碳原子,分子中相应增加12个氢原子,依次写出所有可能的分子式。
2.对于烃的衍生物,先从原子数较少的元素入手,确定O、N、X等原子的数目后。用商余法讨论剩余烃基的分子式。
例2 某溴代烃的分子量为161,则它的分子式为 。
解析 分子量为161,分子中只能有一个溴原子。设分子式为CxHyBr,则有12x+y=81。
当x=6,y=9,分子式为C6H9Br;
当x=5,y=21,H原子太多,不符合要求。
答案 C6H9Br
例3 分子量为106的某有机物燃烧只生成CO2和H2O,1 mol该有机物可以和足量的Na反应生成1.5 mol H2,与足量NaHCO3反应生成1 mol CO2,该有机物分子式为: ,如果同一个碳原子上不能连两个羟基,则结构简式为 。
解析 燃烧只生成CO2和H2O,说明是烃或烃的含氧衍生物。根据题意,可以判断分子中有2个—OH,1个—COOH。设分子式为CxHy(OH)2COOH,则12x+y+34+45=106,即12x+y=27。
由商余法可以判断,x=2,y=3。
分子式为C3H6O4。
结构简式为:CH2(OH)CH(OH)COOH。
答案 C3H6O4 CH2(OH)CH(OH)COOH
四、平均组成法
当烃为混合物时,一般设平均分子式,结合反应方程式和体积求出平均组成,再利用平均值的含义确定混合烃可能的分子式。
例4 常温下,可燃气体A和烯烃B组成混合气体。将1 mol该混合气体充分燃烧,在同温同压下得到2.5 mol CO2和2 mol H2O。试推断原混合气体中A和B所有可能的组合及其体积比。
解析 设平均分子式为C2.5H4On,烯烃B可能为C2H4,C3H6,C4H8。根据平均值规律有:
[A\&B\&n(A):n(B)\&C3H4\&C2H4\&1:1\&C4H4\&C2H4\&1:3\&C2H2\&C3H6\&1:1\&CO\&C4H8\&1:1\&]
1.某种有机物8.8 g完全燃烧后,得到22 g CO2、10.8 g H2O,则此有机物的最简式为( )
A. C5H10O B. C5H12O
C. C5H12O2 D. C4H10O
2.0.5 mol某有机物燃烧,生成22 g CO2、9 g H2O,消耗氧气16 g,则该有机物的分子式为( )
A. C2H4 B. CH2O2 C. CH2O D. C2H4O2
3.标准状况下等物质的量的可燃气体A和B混合,共1.68 L,在足量氧气中完全燃烧。若将产物通入足量的澄清石灰水,得到15.0 g的白色沉淀质量;若用足量的碱石灰吸收燃烧产物,增重9.3 g。则该气体不可能是( )
A. 甲烷、丙烯 B. 丁炔、氢气
C. C3H8、CO D. 甲醛、丙烯
4.某有机物完全燃烧只生成CO2和H2O,其物质的量之比为2∶3,则下列说法中正确的是( )
A. 此有机物一定含有C、H、O三种原子
B. 此有机物的分子中C、H原子个数比一定为1∶3
C. 此有机物一定是乙烷
D. 不能确定此有机物中是否含有O原子
5.常温常压下,50 mL三种气态烃的混合物与足量的氧气混合点燃爆炸,恢复到原来状况时,体积共缩小100 mL。则三种烃可能是( )
A. CH4、C2H4、C3H4 B. C2H6、C3H6、C4H6
C. CH4、C2H6、C3H8 D. C2H2、C2H4、C2H6
6.由C、H、O三种元素组成的有机物,每个分子由12个原子组成,各原子核内的质子数之和为34,完全燃烧2 mol该有机物生成CO2和H2O时,需9 mol O2,则该有机物的分子式为 。写出其可能有的各种结构简式并命名: 。
7.取3.40 g只含烃基、不含其它官能团的液态饱和多元醇,置于5.00 L氧气中,经点燃,醇完全燃烧,反应后气体体积减少0.56 L,将气体通过CaO,体积又减少2.80 L(所有体积均在标准状况下测定)。
(1)该醇中C、H、O的原子数之比为 。
(2)由以上比值 (填“能”或“不能”)确定该醇的化学式,其原因是 。
(3)如果将该多元醇的任意一个羟基换成一个卤原子,所得到的卤代物只有一种,试写出该饱和多元醇的结构简式 。
8.某烃的含氧衍生物完全燃烧生成二氧化碳和水,已知同温同压下耗氧气与生成二氧化碳的体积比为1:1,求符合该条件的相对分子量最少的有机物的分子式。
9.某有机化合物A仅由碳、氢、氧三种元素组成,其相对分子质量小于150。
(1)若氧的质量分数为50%,则分子中碳原子的个数最多为 ,A可能的分子式为 。
(2)若A为一元羧酸,其中碳的质量分数为50%,可以和氢气,溴,溴化氢加成,则A的分子式为 ,结构简式为
10.0.1 mol某有机物A,完全燃烧只生成标况下的4.48 L CO2和5.4 g水。
(1)如果耗氧量为0.35 mol,A的结构简式为 ;
(2)如果耗氧量小于0.35 mol,A可能的结构简式为 。
(3)有无可能耗氧量大于0.35 mol? ,原因是
11.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的分子量都不超过200,完全燃烧只生成CO2和H2O。且B分子中碳和氢元素总的质量分数为65.2%。A溶液具有酸性,不能使FeCl3溶液显色。
(1)A、B分子量之差为 。
(2)1个B分子中应该有 个氧原子。
(3)A的分子式是 。
(4)B可能的三种结构简式为 。
12.某有机化合物A的相对分子质量(分子量)大于110,小于150。经分析得知,其中碳和氢的质量分数之和为52.24%,其余为氧。
(1)该化合物分子中含有 个氧原子。
(2)该化合物的相对分子质量(分子量)是 。
(3)该化合物的化学式(分子式)是 。
(4)该化合物分子中最多含 个[—C—] [O]官能团。
1.B 2.C 3.A 4.BD 5.AD
6.C3H8O CH3CH2CH2OH,正丙醇;CH3CH2(OH)CH3,异丙醇;CH3OCH2CH3,甲乙醚
7.(1)5:12:4 (2)能,分子中5个C最多有12个H,故分子式为C5H12O4(3)C(CH2OH)4
8.CH2O
9.(1)5,C5H4O4或CH4O
(2)C3H4O2,CH2=CHCOOH
10.(1)CH3CH3
(2)CH3CH2OH;CH2(OH)CH2(OH)
(3)不可能,当A为烃时消耗氧气最多,为0.35 mol
11.(1)42 (2)3 (3)C9H8O4
(4) [—COOH][—OH], [—COOH][OH] , [COOH] [OH]
12.(1)4 (2)134 (3)C5H10O4 (4)1