有机物分子式和结构式的确定方法

1 确定有机物分子式和结构式的分析思路和分析方法确定有机物分子式和结构式的分析思路和分析方法 一 确定有机物分子式和结构式的分析思路一 确定有机物分子式和结构式的分析思路 1 有机物组成元素的定性分析 通常通过充分燃烧有机物的方式来确定有机物的组成元素 即 有机物组成元素对应燃烧产物备注 CCO2 HH2O SSO2 该有机物可能含有氧元素 ClHCl NN2 2 有机物分子式和结构式的定量分析 相 对 分 子 量 分 子 式 结 构 简 式 通式法 质量分数法 最简式法 燃烧通式法 化学方程式法 比例法 商余法 特征性质 定性 定量判断 M 22 4 M MA DA 标况下气体密度 气体相对密度 DA 二 确定有机物分子式的分析方法二 确定有机物分子式的分析方法 1 通式法 通式法 常见有机物的分子通式常见有机物的分子通式 有机物烷烃烯烃炔烃 苯及其 同系物 醇酚醛羧酸 通式 CnH2n 2 n 1 CnH2n n 2 CnH2n 2 n 2 CnH2n 6 n 6 CnH2n 2O n 1 CnH2n 6O n 6 CnH2nO n 1 CnH2nO2 n 1 方法 方法 相对分子质量 n 碳原子数 分子式 分子通式 例题例题 1 某烷烃的相对分子质量为 44 则该烷烃的分子式为 2 解析 解析 烷烃的通式为 CnH2n 2 则其相对分子质量为 14n 2 44 n 3 故该烷 烃的分子式为 C3H8 2 质量分数法 质量分数法 方法 方法 相对分子质量C H O 等原子数 分子式 例题例题 2 某有机物样品 3g 充分燃烧后 得到 4 4g CO2 和 1 8g H2O 实验测得其相对 分子质量为 60 求该有机物的分子式 解析 解析 根据题意可判断该有机物分子中一定含有 C 和 H 元素 可能含有氧元素 样品 CO2 H2O 3g 4 4g 1 8g 则 m C gg2 1 44 12 4 4 m H gg2 0 18 2 8 1 根据质量守恒可判断该有机物分子中一定含有 O 元素 则该有机物分子中 C H O 元素的质量分数依次为 C 40 100 3 2 1 g g H 67 6 100 3 2 0 g g O 1 40 6 67 53 33 则该有机物的一个分子中含有的 C H O 原子数依次为 N C 2 12 4060 N H 4 1 67 6 60 N O 2 16 33 5360 故该有机物的分子式为 C2H4O2 3 最简式法 最简式法 方法 方法 质量分数 质量比原子数之比 最简式分子 3 式 最简式 n 分子式 有时可根据最简式和有机物的组成特点 H 原子饱和情况 直接确定分子式 如 最简式氢原子饱和情况分子式 CH3当 n 2 时 氢原子达到饱和C2H6 CH3O当 n 2 时 氢原子达到饱和C2H6O2 CH4氢原子已达到饱和CH4 CH3Cl氢原子已达到饱和 把 Cl 看作 H CH3Cl CH4O氢原子已达到饱和CH4O C2H6O氢原子已达到饱和C2H6O C4H10O3氢原子已达到饱和C4H10O3 例题 例题 如例题 2 该有机物分子中各元素原子的数目之比为 N C N H N O 12 40 1 67 6 16 33 53 1 2 1 故该有机物的最简式为 CH2O 则 12 1 2 16 n 60 n 2 则该有机物的分子式为 C2H4O2 4 燃烧通式法 燃烧通式法 方法 方法 燃烧通式 相对分子质量和燃烧产物质量分子式 烃 CxHy O2 CO2 H2O V 体积变化 4 y x x 2 y 烃的含氧衍生物 CxHyOm O2 CO2 H2O V 体积变化 24 my x x 2 y 例题 例题 如例题 2 设该有机物的分子式为 CxHyOm CxHyOm O2 CO2 H2O 24 my x x 2 y 60 44 18 x 2 y 3g 4 4g 1 8g g y g x g8 1 9 4 4 44 3 60 4 2 4xy 又 12 16 60 则 2xymm 故该有机物的分子式为 C2H4O2 5 化学方程式法 化学方程式法 方法 方法 有机物分子通式和化学方程式 分子式 例题例题 3 某饱和一元醇 A 0 16g 与足量的金属钠充分反应 产生 56 mL 氢气 标准状 况 求该一元醇的分子式 解析 解析 设该饱和一元醇的分子式为 CnH2n 2O 则 2CnH2n 2O 2Na 2CnH2n 1ONa H2 2 14n 18 g 22 4L 0 16g 0 056L L L g gn 056 0 4 22 16 0 1814 2 1 n 故该饱和一元醇的分子式为 CH4O 6 比例法 比例法 方法 方法 n 有机物 A n C n H n O 1 xyz 例题 例题 如例题 2 样品 CO2 H2O O 样品中的氧原子 3g 4 4g 1 8g 3g 1 2g 0 2g 1 6g 则 n A n C n H n O molg g 60 3 molg g 44 4 4 2 18 8 1 molg g molg g 16 6 1 0 05mol 0 1mol 0 2mol 0 1mol 1 2 4 2 则该有机物的分子式为 C2H4O2 7 商余法 商余法 方法 方法 将烃的相对分子质量 或者将有机物的相对分子质量减去官能团的相对分子质 5 量后的差值 除以 14 即 CH2的相对质量 则最大的商为烃或烃基中含 CH2原子团的个 数 余数为氢原子数 若余数为正数 则加氢原子数 若余数为负数 则减氢原子数 即 Mr 14 商 余数 如 nm 烃或烃基通式相对分子质量商 n余数 m 烷烃 22 nnH C214 nn2 烷烃基 12 nnH C114 nn 1 烯烃或环烷烃 nnH C 2 n14n 0 烯烃基或环烷烃基 12 nnH C114 nn 1 炔烃或二烯烃 22 nnH C214 nn 2 炔烃基或二烯烃基 32 nnH C314 nn 3 苯或苯的同系物 62 nnH C614 nn 6 苯或苯的同系物的烃基 72 nnH C714 nn 7 若 6 并且烃为不饱和烃时 每减少 1 个碳原子 烃分子相应增加 12 个氢原子 n 直到烃为饱和烃为止 反之 当烃为饱和烃时 每增加 1 个碳原子 烃分子相应减少 12 个 氢原子 例题例题 4 某烃的相对分子质量为 128 则该烃的分子式为 解析 解析 故该烃的通式为 分子式为 当增加 1 个碳原子时 相应减少 12 22 nnH C 209H C 个氢原子 则分子式为 810H C 则该烃的分子式为或 209H C 810H C 8 区间法 极限法 区间法 极限法 典例典例 6 常温下 在密闭容器中混有 2 mL 气态烷烃和 10 mL O2点火爆炸 生成的只是 气态产物 除去其中的 CO2和 H2O 又在剩余物中加入 5 mL O2 再进行一次爆炸 重新 6 得到的只是气态产物 除得到 CO2外 还剩余 O2 试确定该烃的分子式 9 讨论法 讨论法 典例典例 7 25 某气态烃与 O2混合 在密闭容器中点燃爆炸后又恢复至 25 此时容器 内压强为原来的一半 再经 NaOH 溶液处理 容器几乎成为真空 该烃的分子式可能为 A C2H4 B C2H6 C C3H6 D C3H8 在通常状况下 37 0g 由两种气态烷烃组成的混合物完全燃烧消耗 4 25molO2 则此混 合物可能的组合是 10 根据分子的平均组成及分子组成的通式确定分子式根据分子的平均组成及分子组成的通式确定分子式 典例典例 8 150 时 1L 混合烃与 9L 氧气混合 在密闭容器内充分燃烧 当恢复到 150 时 容器内的压强增大 8 则该混合烃的组成是 体积比 A 甲烷 乙烷 1 1 B 丙烷 乙烷 1 4 C 乙烯 丁烷 1 4 D 乙烯 丁烯 1 4 注 判断混合烃组成时 可借助以下几条规律迅速确定混合烃的组成 平均相对分子质量小于或等于 26 的混合烃中一定有 CH4 在温度高于 100 的环境下 烃燃烧体积变大 混合烃的平均分子式中 H 数目大于 4 烃燃烧体积不变 混合烃的平均分子式中 H 数目等于 4 烃燃烧体积变小 混合烃的平均分子式中 H 数目小于 4 且一定含有 C2H2 若平均分子式中 1 n C 2 一定有 CH4 2 n H 4 一定有 C2H2 三 确定有机物结构式的分析方法三 确定有机物结构式的分析方法 1 根据价键规律确定 根据价键规律确定 某些有机物根据价键规律只存在一种结构 则直接由分子式便可确定该有机物的结构 简式 例如分子式为 C2H6 根据价键规律 其结构简式只能为 CH3CH3 分子式为 CH4O 根据价键规律 其结构简式只能为 CH3OH 2 根据同分异构体的限定条件确定 根据同分异构体的限定条件确定 例如 分子式为 C5H12的烷烃 其一氯代物只有一种 则该烃的结构简式只能为 7 3 根据定性实验确定 根据定性实验确定 方法 方法 实验 特征性质 官能团种类 数目和位置 结构简式 有机物分子式特征性质结构简式 能使紫色石蕊试液变红CH3COOH 能发生酯化反应 又能发生银镜反应HOCH2CHO 例如有机物 C2H4O2 能发生银镜反应 又能发生水解反应HCOOCH3 4 根据特征信息 根据特征信息红外光谱法和核磁共振氢谱法确定红外光谱法和核磁共振氢谱法确定 例如核磁共振技术是利用核磁共振谱来测定有机化合物的结构 最有实用价值的就是 氢谱 常用 HNMR 表示 如 乙醚分子中有两种等效氢原子 其 HNMR 谱中有两个共振 峰 两个共振峰的强度之比为 3 2 乙醇分子中有三种等效氢原子 其 HNMR 谱中有三 个共振峰 三个共振峰的强度之比为 3 2 1 信息特征 共振峰的强度比刚好为各种等效氢原子的总数之比 根据强度比可求出各种等效氢原子原子团的个数 即 乙1023 xx 醚分子中的氢原子总数 则 即乙醚分子中有 2 个 CH2和 2 个2 x CH3 例题例题 5 根据上述信息 C4H10的 HNMR 谱有两种 其两个共振峰的强度之比为 9 1 则该烷烃的结构简式为 解析 解析 因 则结合烷烃的结构特点 该烷烃分子中有 1 个 CH 原子团和 3 个1019 CH3原子团 故该烷烃分子的结构简式为 典例典例 9 9 某有机化合物 A 经李比希法测得其中含碳为 72 0 含氢为 6 67 其余为氧 现用下列方法测定该有机化合物的相对分子质量和分子结构 方法一 用质谱法分析得知 A 的相对分子质量为 150 方法二 核磁共振仪测出 A 的核磁共振氢谱有 5 个峰 其面积之比为 l 2 2 2 3 如下图 A 所示 方法三 利用红外光谱仪测得 A 分子的红外光谱如下图 B 所示 8 请填空 1 A 的分子式为 2 A 的分子中含一个甲基的依据是 a A 的相对分子质量 b A 的分子式 c A 的核磁共振氢谱图 d A 分子的红外光谱图 3 A 的结构简式为 4 A 的芳香类同分异构体有多种 其中符合下列条件 分子结构中只含一个官能团 分子结构中含有一个甲基 苯环上只有一个取代基 则该类 A 的同分异构体共有 种 例 6 化学上常用燃烧法确定有机物的组成 如图所示装置是用燃烧法确定烃或烃的含氧氧 衍生物分子式的常用装置 这种方法是在电炉加热时用纯氧氧化管内样品 根据产物的质 量确定有机物的组成 回答下列问题 1 A 中发生反应的化学方程式为 2 B 装置的作用是 燃烧管 C 中 CuO