高中化学有机物分子式的确定方法例谈思维导图

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2023-04-20

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高中化学

有机物分子式的确定方法

确定有机物的分子式是历年高考热点之一，经常在选择题、填空题中出现，常见的方法有：一、直接求算法直接计算出1mol气体中各元

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思维导图大纲

确定有机物的分子式是历年高考热点之一，经常在选择题、填空题中出现，常见的方法有：

一、直接求算法

直接计算出1mol气体中各元素原子的物质的量，推出分子式。步骤为：密度(或相对密度)→摩尔质量→1mol气体中各元素的原子个数→分子式。

例1.0.1L某气态烃完全燃烧，在相同条件下测得生成0.1LCO2和0.2L水蒸气且标准状况下其密度为0.717g / L,该烃的分子式是：( )

A. CH4 B. C2H4 C. C2H2 D. C3H6

解析:由M=0.717g /L*22.4 L/mol=16 g/mol,可求N(C)= 0.1 L/0.1 L=1, N(H)= 0.2 L*2/0.1 L=4,即1mol该烃中含1mol C, 1mol H,则其分子式为CH4,

二、最简式法

通过有机物中各元素的质量分数或物质的量，确定有机物的最简式(即各原子最简整数比)，再由烃的相对分子质量来确定分子式。

烃的最简式的求法为：N(C):N(H)=(碳的质量分数/12):(氢的质量分数/1)=a:b(最简整数比)。

例1.某气态烃含碳85.7%，氢14.3%。标准状况下，它的密度是1.875 g /L，则此烃的化学式是_______。

解析：由M=1.875g /L*22.4 L/mol=42g/mol, N(C):N(H)=( 85.7%/12):(14.3%/1)=1:2, 最简式为CH2，该烃的化学式可设为(CH2)n，最简式式量为14，相对分子质量为42，n=3,此烃为C3H6。

练习：某烃完全燃烧后生成8.8gCO2和4.5g水。已知该烃的蒸气对氢气的相对密度为29，则该烃的分子式为_______。答案：C4H10

注意:某些特殊组成的最简式,可直接确定其分子式。如最简式为CH4的烃中，氢原子数为四,已经饱和，其最简式就是分子式。

三、通式法

若已知烃的种类可直接设，烷烃设为CnH2n+2, 烯烃设为CnH2n,炔烃设为CnH2n-2,苯及苯的同系物设为CnH2n-6;若为不确定分子则设为CxHy.

例1.若1 mol某气态烃CxHy完全燃烧，需用3 mol O2，则( )

A. x=2,y=2 B. x=2,y=4 C. x=3,y=6 D. x=3, y=8

解析：由烃的燃烧方程式CxHy+(x+y/4)O2→xCO2+y/2H2O，依题意x+y/4=3，y=12-4x，代入验证，符合选项为x=2,y=4，选B。

四、商余法

方法一：用烃的相对分子质量除以14，看商数和余数。其中商数A为烃分子中碳原子的个数

方法二：若烃的类别不确定，可用相对分子质量M

除以12，看商数和余数。

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_______。

解析：用方法二做，128/12=10……8，则分子式为C10H8，但也可能10个12中的一个12为12个氢，则分子式为 C9H20。因此，可能的分子式为C10H8或C9H20。

五、平均值法

当烃为混合物时,一般是设平均分子式,结合反应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.

例1. 20mL两气态烃组成的混合物，跟足量O2混合后完全燃烧，当产物通过浓H2SO4体积减少30mL，然后通过碱石灰体积减少40mL(气体体积均在同温同压下测得)，问：这种混合物的组成可能有几种?

解析：N(C)= 0.04 L/0.02 L=2, N(H)= 0.03 L*2/0.02 L=3,即该烃分子式为C2H3。此烃中必含C2H2，其组成可能为C2H2和C2H4或C2H2和C2H6。

另外，有时也利用平均相对分子质量来确定其可能的组成，此时，采用十字交叉法计算较为简捷。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。

练习：两种气态烃的混合物，在标准状况下其密度是1.16g /L，则关于此混合物的组成说法正确的是( )

A. 一定有甲烷

B. 一定有乙烷组成

C. 可能是甲烷和戊烷的混合物

D. 可能是乙烷和丙烷的混合物

答案：A.

六、差量法

利用燃烧的化学方程式，通过反应前后气体体积的变化确定分子式。

例1. 室温时，20mL某气态烃与过量氧气混合，完全燃烧后的产物通过浓硫酸，再恢复到室温，气体体积减少了50mL，剩余气体再通过苛性钠溶液，体积减少了40mL。则该气态烃的分子式。

解析：设气态烃分子式为CxHy

CxHy+(x+y/4)O2→xCO2+y/2H2O 体积差

1x+y/4x 1+y/4

20mL 40mL 50mL

求得x=2,y=6，其分子式为 C2H6。

练习：120℃时，1体积某烃和4体积O2混合，完全燃烧后，恢复到原来的温度和压强，体积不变，则该烃所含的碳原子数不可能是( )

A. 1 B. 2 C.3 D.4

答案: D

注意，温度在100℃以上时，气态混合烃与足量的氧气充分燃烧后;若总体积保持不变，则原混合烃中的氢原子平均数为4;若总体积增大，则原混合烃中的氢原子平均数大于4;若总体积减小，则原混合烃中的氢原子平均数小于4，必含有C2H2。烃类燃烧前后气体总体积的变化与分子中的碳原子数无关，主要取决于烃分子中的氢原子数及水的状态。

小结：对于确定烃分子式的题目，要注意分析题目所给条件，再选择适当的方法。

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