高三化学有机物分子式和结构式的确定.ppt

有机物分子式和结构式的确定 (十字交叉法),【命题趋势分析】 求各类有机物分子式及判断它们的结构在有机化学中占有举足轻重的地位，贯穿在有机化学的各章节中，应通过练习熟练掌握。 1.十字交叉法及在有机化学计算中的应用。 (1)“十字交叉法”的数学理论基础,(2)“十字交叉法”在有机化学计算中的应用,若a、b为两气体的相对分子质量，C为混合气体的平均相对分子质量，则xy为混合气体中两组成气体的体积比(或物质的量之比) 若a、b为气体分子式中某原子的数目，c为混合气体平均分子式中某原子数目，则xy为混合气体中两组分气体的体积比(或物质的量之比)。 (3)在有机化学的计算中，除“十字交叉法”外，还有代数法、差值数、守恒法、讨论法等等，必须灵活运用，具体问题具体解决。,2.确定有机物分子式的基本方法,确定烃及烃的衍生物的分子式的基本途径为：,【基础知识精讲】,1.有机物分子式和结构式的确定 (1)利用上述关系解题的主要思路是：首先要判断有机物中所含元素的种类，然后依据题目所给条件确定有机物分子中各元素的原子数目，从而得到分子式，最后由有机物的性质分析判断其结构式。 (2)实验式是表示化合物分子所含各元素的原子数目最简单整数比的式子。求化合物的实验式即是求该化合物分子中各元素原子的数目(N)之比。,(3)烃的含氧衍生物完全燃烧的化学方程式为：,CxHyOz+(x+y/4+z/2)O2 xCO2+y/2H2O CxHyOz(g)燃烧规律如下： y4-2z时，燃烧后，气体体积增大(100以上，下同)； y4-2z时，燃烧前后气体体积不变； y4-2z时，燃烧后气体体积减少(不合理)。 上式中若z0，即为烃燃烧的规律。,2.由实验式确定分子式的方法,(1)通常方法：必须已知化合物的相对分子质量Mr(A)，根据实验式的相对分子质量Mr (实)，求得含n个实验式：nMr(A)/Mr(实) ，即得分子式。 (2)特殊方法：某些特殊组成的实验式，在不知化合物相对分子质量时，也可根据组成特点确定其分子式。例如实验式为CH3的有机物，其分子式可表示为(CH3)n，仅当n2时，氢原子已达饱和，故其分子式为C2H6。同理，实验式为CH3O的有机物，当n2时，其分子式为C2H6O2。 (3)特殊方法：部分有机物的实验式中，氢原子已达到饱和，则该有机物的实验式即为分子式。例:实验式为CH4、CH3Cl、C2H6O、C4H10O3等有机物，其实验式即为分子式。,3.由分子式确定结构式的方法,(1)通过价键规律确定：某些有机物根据价键规律只存在一种结构，则直接可由分子式确定其结构式。例如C2H6，根据价键规律，只有一种结构：CH3CH3；又如CH4O，根据价键规律，只有一种结构：CH3OH。 (2)通过定性或定量实验确定：当一个分子式可能代表两种或两种以上具有不同结构的物质时，可利用该物质的特殊性质，通过定性或定量实验来确定其结构式。,【知识探究学习】,一、烃的衍生物分子式求解 根据烃的衍生物耗氧量与生成二氧化碳的体积关系，如何确立有机物的分子式是较难题，但如果找到内在本质，通过通式的确立来求解就会变得迎刃而解了。 例1 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11，求符合该条件的分子量最小的有机物的分子式。 解析 因为含氧衍生物完全燃烧时，C元素最终变为CO2，即如含有1molC而生成CO2时，必耗1molO2，因为题中耗O2与生成CO2为11，所以可把有机物中的H元素生成水时需的氧元素看成是来自于有机物本身。,例1 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11，求符合该条件的分子量最小的有机物的分子式。 解析 因为含氧衍生物完全燃烧时，C元素最终变为CO2，即如含有1molC而生成CO2时，必耗1molO2，因为题中耗O2与生成CO2为11，所以可把有机物中的H元素生成水时需的氧元素看成是来自于有机物本身。 故依题意，可设符合该条件的有机物的通式为： Cm(H2O)n 讨论：当m1,n1时，分子式为CH2O(甲醛)。 思考：当同温同压下耗O2与生成CO2体积比小于11时，如为34（32）时，求符合该条件的最简有机物分子式和结构简式。,例2 当耗O2与生成CO2的体积比为11，如为34时，求符合该条件的最简有机物的分子式和结构简式。 解析 由例1中解析可知，由于消耗的氧小于产生CO2时所需要的氧，可知该衍生物中，除了H元素生成水时需要的氧来自于本身以外，C元素生成CO2需要的氧元素一部分亦来自于分子内。 故设该有机物的通式为：(CxOy)m(H2O)n CxOy +(x-y/2)O2 xCO2 有(x-y/2):2 3:4，x:y2:1 . 通式为：(C2O)m(H2O)n. 讨论：当m1,n1时，分子式为C2H2O2. 结构简式为：,例3 当耗O2与生成CO2的体积比为11，如为32时，求符合该条件的最简有机物的分子式和结构简式。 解析 :由于耗O2体积大于生成CO2的体积，即需要的O2除用于生成CO2外，还用于与分子内H元素反应生成H2O。 故可设该条件有机物的通式为：(CxOy)m(H2O)n CxOy +(x+y/4)O2 xCO2 + y/2H2O (x+y/4):x=3:2 得：x:y=1:2 通式为：(CH2)m(H2O)n 讨论：当m1,n1时，分子式为：CH4O 结构简式为：CH3OH。,练习： (1)某烃的衍生物完全燃烧生成CO2和H2O，当耗O2与生成CO2的体积比为23时，符合该条件的最简单有机物的分子式和结构简式(CCC为不稳定结构) (2)当耗O2与生成CO2的体积比为43时，求符合该条件的最简单的有机物分子式和结构简式。 答案：(1)分子式C3H4O4结构简式： (2)分子式C3H6O结构简式为： CH3CH2CHO 或 CH2CH-CH2OH,二、从有机物分子式(或分子通式)判断有机物结构的规律 高中教材中所学的有机物，它们的分子通式与结构类别的对应关系如下面的框图：,从框图对应关系可得出如下规律：有机物分子里的氢原子以烷烃(或饱和醇)为充分饱和结构(只含CC、CH、CO等单键)的参照体。 每少2个H，就可以有一个“CC”或“CO”或成一个单键碳环； 每少4个H，就可以有一个“CC”； 每少8个H，就可以有一个“苯环”。 烃的含氧衍生物中，氧原子数的多少并不影响以氢原子数为依据来判断有机结构特征。例如饱和多元醇(像乙二醇、丙三醇)都可以用通式CnH2n+2Ox来表示，分子中只含各种单键。,例1 某芳香族化合物的分子式为C8H8O4，它与Na、NaOH、NaHCO3反应的物质的量之比依次为13，12，11，且苯环上的一溴代物有4种，写出它可能的一种结构简式。 解析 首先应从分子式入手，该化合物分子式离充分饱和结构还差10个H原子，每少8个H有一个苯环，该化合物应只有一个苯环，苯环的支链上还有一个“CC/或一个CO”。再由它与Na、NaOH、NaHCO3反应的关系可推出它的分子结构特征：一个苯环、一个羰基(CO)、一个醇羟基、一个酚羟基，而且苯环上应有4个氢原子可供溴原子取代，所以应为,典型例题,例1 1924年我国药物学家从中药麻黄中提取了麻黄素，并证明麻黄素具有平喘作用。将10.0g麻黄素完全燃烧可得26.67gCO2和8.18gH2O。测得麻黄素中含氮8.48%，它的实验式为CxHyNzOw，已知其实验式即为分子式，则麻黄素的分子式为_。 解析 先求C、H、O的质量分数： w(C) (26.6712/44)/10.0100%72.7%; w(H) (8.182/18)/10.0100%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%/149.73%,/16 204522。 麻黄素的分子式为C20H45N2O2。 评注 本题属于根据燃烧产物的质量、元素的质量分数确定实验式的一类题目。,例2 :某0.16g饱和一元醇与足量的金属钠充分反应，产生56mL氢气(标准状况)。求该饱和一元醇的分子式。,解析:饱和一元醇的通式为CnH2n+1OH，该一元醇的摩尔质量为M(A)。 2CnH2n+1OH +2Na CnH2n+1ONa +H2 2molM(A) 22.4L 0.16g 0.056L 解得：M(A)32g/mol。 该一元醇的相对分子质量为32，根据该一元醇的通式，有下列等式：12n+2n+1+16+132,n1，故分子式为CH3OH。 评注 本题属于运用有机物的通式计算确定分子式的一类题目。掌握各类有机物的通式很有必要：如饱和一卤代烃的通式为CnH2n+1x ，饱和醇的通式为CnH2n+2Ox(x2时为二元醇，x3时为三元醇)。,例3 燃烧2mol某有机物，生成4molCO2和6molH2O，同时测知消耗