有機(jī)物分子式和結(jié)構(gòu)式的確定

(十字交叉法)【命題趨勢分析】求各類有機(jī)物分子式及判斷它們的結(jié)構(gòu)在有機(jī)化學(xué)中占有舉足輕重的地位，貫穿在有機(jī)化學(xué)的各章節(jié)中，應(yīng)通過練習(xí)熟練掌握。1.十字交叉法及在有機(jī)化學(xué)計(jì)算中的應(yīng)用。(1)“十字交叉法”的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)

(2)“十字交叉法”在有機(jī)化學(xué)計(jì)算中的應(yīng)用①若a、b為兩氣體的相對分子質(zhì)量，C為混合氣體的平均相對分子質(zhì)量，則x∶y為混合氣體中兩組成氣體的體積比(或物質(zhì)的量之比)②若a、b為氣體分子式中某原子的數(shù)目，c為混合氣體平均分子式中某原子數(shù)目，則x∶y為混合氣體中兩組分氣體的體積比(或物質(zhì)的量之比)。

(3)在有機(jī)化學(xué)的計(jì)算中，除“十字交叉法”外，還有代數(shù)法、差值數(shù)、守恒法、討論法等等，必須靈活運(yùn)用，具體問題具體解決。

2.確定有機(jī)物分子式的基本方法

確定烴及烴的衍生物的分子式的基本途徑為：【基礎(chǔ)知識精講】1.有機(jī)物分子式和結(jié)構(gòu)式的確定(1)利用上述關(guān)系解題的主要思路是：首先要判斷有機(jī)物中所含元素的種類，然后依據(jù)題目所給條件確定有機(jī)物分子中各元素的原子數(shù)目，從而得到分子式，最后由有機(jī)物的性質(zhì)分析判斷其結(jié)構(gòu)式。(2)實(shí)驗(yàn)式是表示化合物分子所含各元素的原子數(shù)目最簡單整數(shù)比的式子。求化合物的實(shí)驗(yàn)式即是求該化合物分子中各元素原子的數(shù)目(N)之比。(3)烴的含氧衍生物完全燃燒的化學(xué)方程式為：CxHyOz+(x+y/4+z/2)O2→xCO2+y/2H2O

CxHyOz(g)燃燒規(guī)律如下：y>4-2z時，燃燒后，氣體體積增大(100℃以上，下同)；y＝4-2z時，燃燒前后氣體體積不變；y<4-2z時，燃燒后氣體體積減少(不合理)。上式中若z＝0，即為烴燃燒的規(guī)律。2.由實(shí)驗(yàn)式確定分子式的方法(1)通常方法：必須已知化合物的相對分子質(zhì)量［Mr(A)］，根據(jù)實(shí)驗(yàn)式的相對分子質(zhì)量［Mr

(實(shí))］，求得含n個實(shí)驗(yàn)式：n＝Mr(A)/Mr(實(shí))，即得分子式。(2)特殊方法Ⅰ：某些特殊組成的實(shí)驗(yàn)式，在不知化合物相對分子質(zhì)量時，也可根據(jù)組成特點(diǎn)確定其分子式。例如實(shí)驗(yàn)式為CH3的有機(jī)物，其分子式可表示為(CH3)n，僅當(dāng)n＝2時，氫原子已達(dá)飽和，故其分子式為C2H6。同理，實(shí)驗(yàn)式為CH3O的有機(jī)物，當(dāng)n＝2時，其分子式為C2H6O2。(3)特殊方法Ⅱ：部分有機(jī)物的實(shí)驗(yàn)式中，氫原子已達(dá)到飽和，則該有機(jī)物的實(shí)驗(yàn)式即為分子式。例:實(shí)驗(yàn)式為CH4、CH3Cl、C2H6O、C4H10O3等有機(jī)物，其實(shí)驗(yàn)式即為分子式。3.由分子式確定結(jié)構(gòu)式的方法(1)通過價鍵規(guī)律確定：某些有機(jī)物根據(jù)價鍵規(guī)律只存在一種結(jié)構(gòu)，則直接可由分子式確定其結(jié)構(gòu)式。例如C2H6，根據(jù)價鍵規(guī)律，只有一種結(jié)構(gòu)：CH3—CH3；又如CH4O，根據(jù)價鍵規(guī)律，只有一種結(jié)構(gòu)：CH3—OH。(2)通過定性或定量實(shí)驗(yàn)確定：當(dāng)一個分子式可能代表兩種或兩種以上具有不同結(jié)構(gòu)的物質(zhì)時，可利用該物質(zhì)的特殊性質(zhì)，通過定性或定量實(shí)驗(yàn)來確定其結(jié)構(gòu)式?！局R探究學(xué)習(xí)】一、烴的衍生物分子式求解根據(jù)烴的衍生物耗氧量與生成二氧化碳的體積關(guān)系，如何確立有機(jī)物的分子式是較難題，但如果找到內(nèi)在本質(zhì)，通過通式的確立來求解就會變得迎刃而解了。例1

某烴的含氧衍生物完全燃燒生成二氧化碳和水，已知同溫同壓下耗氧氣與生成二氧化碳的體積比為1∶1，求符合該條件的分子量最小的有機(jī)物的分子式。解析

因?yàn)楹跹苌锿耆紵龝r，C元素最終變?yōu)镃O2，即如含有1molC而生成CO2時，必耗1molO2，因?yàn)轭}中耗O2與生成CO2為1∶1，所以可把有機(jī)物中的H元素生成水時需的氧元素看成是來自于有機(jī)物本身。例1

某烴的含氧衍生物完全燃燒生成二氧化碳和水，已知同溫同壓下耗氧氣與生成二氧化碳的體積比為1∶1，求符合該條件的分子量最小的有機(jī)物的分子式。解析

因?yàn)楹跹苌锿耆紵龝r，C元素最終變?yōu)镃O2，即如含有1molC而生成CO2時，必耗1molO2，因?yàn)轭}中耗O2與生成CO2為1∶1，所以可把有機(jī)物中的H元素生成水時需的氧元素看成是來自于有機(jī)物本身。故依題意，可設(shè)符合該條件的有機(jī)物的通式為：Cm(H2O)n討論：當(dāng)m＝1,n＝1時，分子式為CH2O(甲醛)。思考：當(dāng)同溫同壓下耗O2與生成CO2體積比小于1∶1時，如為3∶4（3∶2）時，求符合該條件的最簡有機(jī)物分子式和結(jié)構(gòu)簡式。

例2

當(dāng)耗O2與生成CO2的體積比為＜1∶1，如為3∶4時，求符合該條件的最簡有機(jī)物的分子式和結(jié)構(gòu)簡式。解析

由例1中解析可知，由于消耗的氧小于產(chǎn)生CO2時所需要的氧，可知該衍生物中，除了H元素生成水時需要的氧來自于本身以外，C元素生成CO2需要的氧元素一部分亦來自于分子內(nèi)。故設(shè)該有機(jī)物的通式為：(CxOy)m(H2O)nCxOy

+(x-y/2)O2→xCO2有(x-y/2):2＝3:4，x:y＝2:1.通式為：(C2O)m(H2O)n.討論：當(dāng)m＝1,n＝1時，分子式為C2H2O2.結(jié)構(gòu)簡式為：

例3

當(dāng)耗O2與生成CO2的體積比為>1∶1，如為3∶2時，求符合該條件的最簡有機(jī)物的分子式和結(jié)構(gòu)簡式。解析

:由于耗O2體積大于生成CO2的體積，即需要的O2除用于生成CO2外，還用于與分子內(nèi)H元素反應(yīng)生成H2O。故可設(shè)該條件有機(jī)物的通式為：(CxOy)m(H2O)nCxOy

+(x+y/4)O2→xCO2+y/2H2O(x+y/4):x=3:2得：x:y=1:2通式為：(CH2)m(H2O)n討論：當(dāng)m＝1,n＝1時，分子式為：CH4O結(jié)構(gòu)簡式為：CH3OH。練習(xí)：(1)某烴的衍生物完全燃燒生成CO2和H2O，當(dāng)耗O2與生成CO2的體積比為2∶3時，符合該條件的最簡單有機(jī)物的分子式和結(jié)構(gòu)簡式(C＝C＝C為不穩(wěn)定結(jié)構(gòu))(2)當(dāng)耗O2與生成CO2的體積比為4∶3時，求符合該條件的最簡單的有機(jī)物分子式和結(jié)構(gòu)簡式。答案：(1)分子式C3H4O4結(jié)構(gòu)簡式：(2)分子式C3H6O結(jié)構(gòu)簡式為：

CH3CH2CHO或CH2＝CH-CH2OH二、從有機(jī)物分子式(或分子通式)判斷有機(jī)物結(jié)構(gòu)的規(guī)律

高中教材中所學(xué)的有機(jī)物，它們的分子通式與結(jié)構(gòu)類別的對應(yīng)關(guān)系如下面的框圖：從框圖對應(yīng)關(guān)系可得出如下規(guī)律：有機(jī)物分子里的氫原子以烷烴(或飽和醇)為充分飽和結(jié)構(gòu)(只含C—C、C—H、C—O等單鍵)的參照體。①每少2個H，就可以有一個“C═C”或“C═O”或成一個單鍵碳環(huán)；②每少4個H，就可以有一個“C≡C”；③每少8個H，就可以有一個“苯環(huán)”。烴的含氧衍生物中，氧原子數(shù)的多少并不影響以氫原子數(shù)為依據(jù)來判斷有機(jī)結(jié)構(gòu)特征。例如飽和多元醇(像乙二醇、丙三醇)都可以用通式CnH2n+2Ox來表示，分子中只含各種單鍵。例1

某芳香族化合物的分子式為C8H8O4，它與Na、NaOH、NaHCO3反應(yīng)的物質(zhì)的量之比依次為1∶3，1∶2，1∶1，且苯環(huán)上的一溴代物有4種，寫出它可能的一種結(jié)構(gòu)簡式。解析

首先應(yīng)從分子式入手，該化合物分子式離充分飽和結(jié)構(gòu)還差10個H原子，每少8個H有一個苯環(huán)，該化合物應(yīng)只有一個苯環(huán)，苯環(huán)的支鏈上還有一個“C＝C/或一個C＝O”。再由它與Na、NaOH、NaHCO3反應(yīng)的關(guān)系可推出它的分子結(jié)構(gòu)特征：一個苯環(huán)、一個羰基(C＝O)、一個醇羥基、一個酚羥基，而且苯環(huán)上應(yīng)有4個氫原子可供溴原子取代，所以應(yīng)為典型例題例1

1924年我國藥物學(xué)家從中藥麻黃中提取了麻黃素，并證明麻黃素具有平喘作用。將10.0g麻黃素完全燃燒可得26.67gCO2和8.18gH2O。測得麻黃素中含氮8.48%，它的實(shí)驗(yàn)式為CxHyNzOw，已知其實(shí)驗(yàn)式即為分子式，則麻黃素的分子式為_________。解析

先求C、H、O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：w(C)＝(26.67×12/44)/10.0×100%＝72.7%;w(H)＝(8.18×2/18)/10.0×100%＝9.09%;w(O)＝1-w(C)-w(H)-w(N)＝1-72.7%-9.09%-8.48%＝9.73%,故N(C)∶N(H)∶N(N)∶N(O)

＝72.7%/12∶9.09%/1∶8.48%/14∶9.73%,/16

＝20∶45∶2∶2。麻黃素的分子式為C20H45N2O2。評注

本題屬于根據(jù)燃燒產(chǎn)物的質(zhì)量、元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)確定實(shí)驗(yàn)式的一類題目。例2

:某0.16g飽和一元醇與足量的金屬鈉充分反應(yīng)，產(chǎn)生56mL氫氣(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。求該飽和一元醇的分子式。解析:飽和一元醇的通式為CnH2n+1OH，該一元醇的摩爾質(zhì)量為M(A)。

2CnH2n+1OH+2Na→CnH2n+1ONa+H2↑

2mol×M(A)

22.4L

0.16g

0.056L解得：M(A)＝32g/mol。該一元醇的相對分子質(zhì)量為32，根據(jù)該一元醇的通式，有下列等式：12n+2n+1+16+1＝32,n＝1，故分子式為CH3OH。評注

本題屬于運(yùn)用有機(jī)物的通式計(jì)算確定分子式的一類題目。掌握各類有機(jī)物的通式很有必要：如飽和一鹵代烴的通式為CnH2n+1x

，飽和醇的通式為CnH2n+2Ox(x＝2時為二元醇，x＝3時為三元醇)。例3

燃燒2mol某有機(jī)物，生成4molCO2和6molH2O，同時測知消耗5molO2，推測該有機(jī)物的分子式為______。解析

設(shè)有機(jī)物的分子式為CxHyOz，根據(jù)題意可寫出燃燒方程式：2CxHyOz+5O2→4CO2+6H2O根據(jù)質(zhì)量守恒定律知：x＝2,y＝6,z＝2。故該有機(jī)物的分子式為C2H2O2。評注

本題屬于根據(jù)燃燒方程式計(jì)算確定分子式的一類題目。；/二手混泥土泵車jbh13lcf華死罪了?！钡A軟軟道。七王爺知道這話是真的，望向外頭大雪，遺憾吟哦：“下雪天留客，天留我不留……”扭頭酸酸道，“我走了，你就清閑了，是不是？”蝶宵華無辜的攤攤手?！扒彘e了，你就跟蘇明遠(yuǎn)有時間呆一起了，是不是！”七王爺一句緊似一句。蝶宵華別開頭，索性回答都不回答他了。兩個狐貍似的小僮，還在旁邊陪笑，但笑容已經(jīng)有點(diǎn)僵。他們年紀(jì)雖然還小，經(jīng)歷的事情已經(jīng)不少了，知道有些大爺是受不得氣，一點(diǎn)點(diǎn)氣都受不得的。別看寵愛你的時候，怎么把你摟在懷里，撫挲不夠，你只要敢別開頭，他說不定會擰著你的腮幫子把你脖子扭過來，“啪”的再一個大耳刮子把你打出去。七王爺確實(shí)已經(jīng)靠近蝶宵華，手指頭也彎起來，像是要抓蝶宵華腮幫子的樣子。他看起來力氣不小。蝶宵華眼里，閃出一點(diǎn)淚光。七王爺“卟嗵”就跪了下去，跪在蝶宵華腿邊，手掌彎起來扒住蝶宵華的膝蓋，抬著頭，小狗狗似的吭哧道：“我知道我認(rèn)識你太晚了，可是、可是——”“可是王爺您是真心的，”蝶宵華垂著睫毛，“像王爺這樣懂得憐恤人的，已經(jīng)很少很少了?！逼咄鯛敿鼻袉枺骸疤K明遠(yuǎn)也不如我？”大雪還在飛，蝶宵華眼里