有机物分子式确定的计算方法

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有机物分子式的确定,即是确定有机物分子里所含元素的种类及各原子的数目。有机物分子式的确定是有机物学习中,最为重要的知识点之一。关于确定有机物分子式的计算题目,也是有机物计算题目当中的重要考题之一。那么,如何确定有机物的分子式呢?总体来讲,先得确定有机物的组成元素,然后再确定各原子的数目从而确定有机物的分子式。下面笔者重点介绍一下在确定有机物分子式的计算当中的一些具体计算方法。


1、确定元素的组成

一般来说,有机物完全燃烧后,各元素对应的产物为C→CO2,H→H2O。若有机物完全燃烧后的产物只有CO2和H2O,则其组成的元素可能为C、H或C、H、O。欲判断该有机物是否含有氧元素,首先应求出产物中CO2中的碳元素质量及H2O中的氢元素的质量,然后将这两种元素的质量相加,再和原有机物的质量进行比较,若相等,则原有机物中不含氧元素,若不相等则原有机物中必定含有氧元素。

2、确定分子式

在确定有机物的组成元素之后,接下来根据题目条件来最终确定这几种元素构成的物质的分子式。在确定分子式进行计算的时候,通常可以采用以下几种计算方法。

  

1 实验式法(即最简式法)

  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。如烃的最简式求法为: C:H =(碳的质量分数或碳的质量比/12):(氢的质量分数或氢的质量比/1)= a:b(最简整数比)

  最简式为CaHb,则分子式为(CaHb)n,n=M/(12a+b),其中M为烃的相对分子质量。

  例1:某含C、H、O三元素的有机物,其C、H、O的质量比为6:1:8,该有机物蒸汽的密度是相同条件下的H2密度的30倍,求该有机物的分子式。

   【解析】该有机物中的C、H、O原子个数比为:6/12:1/1:8/16=1:2:1

   故其实验式为CH2O,设其分子式为(CH2O)n,根据题意得:

  12n+2n+6n=30×2n=2。则该有机物的分子式为C2H4O2。

 

 2 直接法

  根据有机物的摩尔质量(或相对分子质量)和该有机物中各元素的质量分数(或质量之比)直接计算出1mol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来确定有机物的分子式。

   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11.2 L此化合物气体的质量为14g。求此化合物的分子式。

   【解析】此烃的摩尔质量为:

   M=14 g÷11.2 L/22.4 L・mol-1=28 g/mol

   1 mol此烃中碳原子和氢原子的物质的量分别为:

   n(C)=(1 mol×28 g・mol-1×85.7%)÷12 g/mol = 2 mol

   n(H)=(1 mol×28 g・mol-1×14.3%)÷1 g/mo l = 4 mol

   故此烃的分子式为C2H4。

  3 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3:0.94 g某有机物在纯氧中充分燃烧,可生成CO2 2.64 g,H2O 0.54 g,消耗O2 2.24 g。又知此有机物的式量为氢气的47倍,求该有机物的分子式。

   【解析】因为有机物的摩尔质量为:

   47×2 g/mol=94 g/mol

   所以0.94 g该有机物的物质的量为0.01 mol。

   又因2.64 g CO2 即2.64 g/44 g・mol-1 = 0.06 mol

   0.54 g H2O 即0.54 g/18 g・mol-1= 0.03 mol

   2.24 g O2 即2.24 g/32 g・mol-1 = 0.07 mol

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

   故该有机物中含C:6 molH:3 mol×2=6 molO:6 mol×2+ 3 mol×1-7 mol×2 =1 mol。

  因此该有机物的分子式为C6H6O。

 

 4 燃烧方程式法

  烃的含氧衍生物完全燃烧的化学方程式为:

  CxHyOz + (x+y/4-z/2 ) O2xCO2+ y/2 H2O 上式中若z=0,即为烃燃烧的通式。

  例4: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39 g,求该烃的分子式。

   【解析】设烃的分子式为CmHn,完全燃烧的反应为:CmHn+(m+n/4)O2→m CO2+n/2 H2O

   依题意①CO2比水蒸气少1体积,②碱石灰增重39g为CO2和H2O的质量和。得方程组

   n/2 �m =1

   0.1m×44+0.1×n/2×18=39

   解得:m=6,n=14。因此该烃的分子式为C6H14

  

5 商余法(只适用于烃的分子式的求法)

   根据烷烃(CnH2n+2)、烯烃和环烷烃(CnH2n)、炔烃和二烯烃(CnH2n-2)、苯和苯的同系物(CnH2n-6)分子中都有一个共同部分,这部分的相对分子质量为14n。因此用烃的相对分子质量除以14就可以得到分子所含的碳原子数n的值,再根据余数就可以求出烃的分子式。其规律为:

   ①M/14能除尽,可推知为烯烃或环烷烃,其商为碳原子数。

   ②M/14余数为2,可推知为烷烃,其商为碳原子数, 氢原子数为2n+2。

   ③M/14差2能除尽,可推知为炔烃或二烯烃,其商为碳原子数。

   ④M/14差6能除尽,可推知为苯或苯的同系物,其商为碳原子数。

   ⑤对含多个苯环的烃可用M/12法。

   a. M/12得整数商和余数,商为可能的最大碳原子数,余数为最小的氢原子数。

   b. M/12的余数为0或碳原子数≥6时,将碳原子数依次减少一个即增加12个氢原子,直到饱和为止。

   例5:写出相对分子质量为128的烃的分子式。

   【解析】用M/14法:128/14=9……2,则为烷烃C9H20;

   用M/12法:128/12=10……8,则烃分子式为C10H8,为萘。

   有机物分子式的确定是有机化学计算的主要内容,方法不一,要结合实际,灵活处理。方能收到最好的效果。