第三节有机物分子式和结构式的确定的习题

第三节 有机物分子式和结构式的确定的习题 2005 年 3 月 16 日 有机物分子式的确定方法 1 直接法 直接计算出 1mol 气体中各元素原子的物质的量 即可推出分子式 如给出一定条 件下的密度 或相对密度 及各元素的质量比 或质量分数比 求算分子式的途径为 密度 或相对密度 摩尔质量 1mol 气体中各元素原子物质的量 分子式 2 最简式法 根据分子式为最简式的整数倍 因此利用相对分子质量及求得的最简式可确定其 分子式 如烃的最简式的求法为 C H 碳的质量分数 12 氢的质量分数 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 为烃的式量 3 余数法 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 若烃的类别不确定 CxHy 可用相对分子质量 M 除以 12 看商和余数 即 余 y 分子式为 CxHy 增减法 由一种烃的分子式 求另一种烃可能的分子式可采用增减法推断 即减少一个碳原 子必增加 12 个氢原子 反之 增加一个碳原子要减少 12 个氢原子 4 方程式法 利用燃烧的化学方程式进行计算推断 要抓住以下关键 气体体积的变化 气体压强的变化 气体密度的变化 混合物平均式量 同时可结合适当的方法 如平均值法 十字交叉法 讨论法等技巧 规律如下 1 当条件不足时 可利用已知条件列方程 进而解不定方程 结合烃 CxHy 中的 x y 为正 整数 烃的三态与碳原子数相关规律 特别是烃为气态时 x 4 及烃的通式和性质 运用讨 论法 可简捷地确定烃的分子式 2 当烃为混合物时 一般是设平均分子式 结合反应方程式和体积求出平均组成 利用平均 值的含义确定混合烃可能的分子式 有时也利用平均分子量来确定可能的组成 此时 采用十 字交叉法计算较为简捷 3 两混合烃 若平均分子量小于或等于 26 则该烃中必含甲烷 4 两混合气态烃 充分燃烧后 生成 CO2 气体的体积小于 2 倍原混合烃的体积 则原混合 烃中必有 CH4 若生成水的物质的量小于 2 倍原混合烃的物质的量 则原混合烃中必有 C2H2 5 气体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 若体积扩大 则原混合烃中的氢原子平均数大于 4 若体积缩小 则原混合烃中氢原子平 均数小于 4 必有 C2H2 温度在 100 以上 1 常温常压下 等质量的以下各烃分别在足量的 O2 充分燃烧 消耗 O2 最多的是 等物质 的量的下列各烃分别在足量 O2 中充分燃烧 消耗 O2 最多的是 A 甲烷 B 乙烯 C 丙炔 D 丁烷 2 1 01 105Pa 120 时 某气态烃在密闭容器中与过量 O2 混和点燃 完全反应后 保持温 度 压强不变 体积增大的是 A CH4 B C2H6 C C3H4 D C2H2 3 充分燃烧等物质的量的下列有机物 在相同条件下需要氧气最多的是 A C4H8O2 B C4H10 C C2H6O2 D C2H2 4 充分燃烧等质量的下列各组有机物 在相同条件下需 O2 的体积不完全相同的一组是 A 乙炔 苯 B 乙醇 甲醚 CH3 O CH3 C 丙炔 异丙苯 D 环丙烷 丙醇 5 某有机物在氧气中完全燃烧时 其蒸气与消耗的氧气及生成的二氧化碳在同温同压下的体积 比为 1 4 3 该有机物不可能是 A C3H4 B C3H8O2 C C3H6O D C3H6O2 6 一定量的某有机物完全燃烧后 将燃烧产物通过足量的石灰水 经过滤可得沉淀 10g 但称 量滤液时 其质量只比原石灰水减少 2 9g 则此有机物可能是 A 乙烯 B 乙二醇 C 乙醇 D 乙醚 7 经测定 C3H7OH 和 C6H12 组成的混合物中氧的质量分数为 8 则此混合物中氢的质量分 数是 A 78 B 22 C 14 D 13 8 某有机物含 C52 2 含 H13 0 该有机物 1g 与足量金属钠反应 标况下生成 0 243LH2 则该有机物的分子式为 A C2H6O B C2H4O2 C CH4O D C4H10O 9 某共价化合物含碳 氢 氮三种元素 已知其分子内的 4 个氮原子排列成内空的四面体结构 且每 2 个氮原子间都有 1 个碳原子 分子中无 C C C C C C 键 则此化合物的化学式是 A B C D 10 在一定条件下 由 A 和 B 两种有机物组成的气态混合物 无论 A B 的含量如何改变 安 全燃烧 10mL 时 消耗氧气的量也不改变 则这两种有机物可能是 A B C D 11 已知胰岛素中硫的质量分数为 3 4 胰岛素的相对分子质量为 5734 则每个胰岛素分子 所含的硫原子数为 12 某气态碳氢化合物中碳的质量分数为 85 7 1mol 该烃含电子 32mol 则化合物的分子 式为 13 吗啡是严格查禁的毒品 吗啡分子含 C71 58 H 6 67 N4 91 其余为 O 已知其相 对分子质量不超过 300 则吗啡的相对分子质量为 吗啡的分子式为 14 已知某碳氢化合物 A 的分子中 有 6 个碳原子 每个碳原子都以 3 个键长相等的等键分 别跟其他 3 个碳原子相连 形成 2 个 90 的碳 碳 碳键角和 1 个 60 的碳 碳 碳键角 根据 以上事实判断 1 A 的化学式为 2 分子中 填 有 或 无 碳碳双键 3 A 的结构可表示为 只要求画出碳架的空间结构 不要求写出 C H 的符号 参考答案 1 A D 2 B 3 B 4 D 5 D 6 BC 7 C 8 A 9 A 10 AD 11 6 12 C4H8 13 285 C17H19NO3 14 C6H6 无 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 1 x y 4 x 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 掌握确定有机物分子式的能力 是高考说明和大纲的基本要求 是高中学生必 须具备的能力之一 现通过实例来说明几种确定有机物分子式的思维方法 一 一 单位物质的量单位物质的量 法法 根据有机物的摩尔质量 分子量 和有机物中各元素的质量分数 推 算出 1 mol 有机物中各元素原子的物质的量 从而确定分子中各原子 个数 最后确定有机物分子式 二 最简式法二 最简式法 根据有机物各元素的质量分数求出分子组成中各元素的原子个数之比 最简式 然后结合该有机物的摩尔质量 或分子量 求有机物的 分子式 三 燃烧通式法三 燃烧通式法 根据有机物完全燃烧反应的通式及反应物和生成物的质量或物质的量 或体积关系利用原子个数守恒来求出 1 mol 有机物所含 C H O 原子 的物质的量从而求出分子式 如烃和烃的含氧衍生物的通式可设为 CxHyOz Z 0 为烃 燃烧通式为 CxHyOz x y 4 z 2 O2 xCO2 y 2H2O 四 平均值法四 平均值法 根据有机混合物中的平均碳原子数或氢原子数确定混合物的组成 平均值的特征为 C 小 C 大 H 小 H 大 五 商余通式法 适用于烃类分子式的求法 五 商余通式法 适用于烃类分子式的求法 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 的通式可以看出这些烃 类物质的分子中都有一个共同的部分为 CnH2n 这部分的式量为 14n 因此用烃的分子量除以 14 就可以得到分子所含碳原子数即 n 值 再根 据余数就可以求得烃的分子式 其规律为 Mr 14 能除尽 可推知为烯烃或环烷烃 Mr 14 余数为 2 可推知为烷烃 Mr 14 差 2 可推知二烯烃或炔烃 Mr 14 差 6 可推知为苯或苯的同系物 六 区间法六 区间法 根据有机物燃烧耗 O2 量的上下限值及有机物通式列出不等式进行求解 确定其分子式 七 讨论法七 讨论法 当反应物的相对用量不确定或条件不足时应根据有机物的状态或分子 式中碳原子或氢原子数为正整数等这些条件来讨论有机物的分子式 第第 5 5 讲讲 有机物分子式的确定有机物分子式的确定 考点点 考点点拨拨 在确定有机物化学式时要做到几个相结合 即课本知识 特别是典型反应 与信息给予 反应相结合 新旧联系 定性与定量相结合 正向思维与逆向思维相结合 最大限度挖掘题 给条件 特别是隐藏的信息 加强思维的灵活性 做到左右逢源 运用自如 智能整合 智能整合 1 有机物化学式的确定步骤可按如下路线进行 2 其中涉及以下方法 基本方法 物质的量比法 又称摩尔比法 燃烧规律法 商余法 平均分子式法 设 1 讨论法 分子组成通式法 等效转换法 官能团法 残基分析法 不饱和度法以及综合分析法等 3 在有机信息题中 有一种是 给方法 的信息迁移 给一种方法 是信息迁移题的走 向 1994 年高考科研测试题中出现 此方法又一次在 1996 年全国高考题计算题中运用 近年一直为人们所重视 该方法不仅适用于有机物分子式的计算 也适用于无机化合物化 学式的确定 解这类题 考生必须认真领会题中所给信息中的思想方法 理解这些方法对 考生来说并不是很容易 它要求考生有较强的思维能力和逻辑推理能力 因此考生在平时 练习中要多从思想方法上考虑 努力提高思维能力 认识题目的 神似 典例解析 典例解析 典型例题 典型例题 1 一定状况下 8gA 和 17gB 的混合物气体体积为 672mL 相同状况下 4g 和 14gB 的混合物气体体积为 448mL A B 可能是下列各组合中的 A 乙烯和乙炔 B 乙炔和苯 C 甲烷和甲醇 D 环己烷和 1 丁烯 典型例题 典型例题 2 2000 江苏预赛 碳碳双键与臭气反应 接着再用 Zn H2O 还原可得到羰 基化合物 某液态有机化合物 A 其蒸气对氢气的相对密度为 53 66 A 经元素分析得知含碳 88 82 含氢 11 18 2 164 克 A 与 6 392 克溴 溶在 CCl4中 能完全反应生成化合物 B 1molA 经臭气氧化再还原水解得 1mol 和 1mol 1 写出化合物 A 和 B 的各一种可能的结构简式 用键线式表示 2 写出有关反应方程式及必要的计算过程 思路分析 思路分析 1 2 A 的分子量 1 0079 2 53 66 108 17 分子中含碳原子数为 108 17 88 82 12 011 8 分子中含氢原子数为 108 17 11 18 1 0079 12 所以分子式为 C8H12 2 分 因为 2 164gA 相当于mol02 0 17 108 164 2 6 392gBr2相当于mol04 0 290 79 392 6 所以 A 分子中应有 2 个双键或一个叁键 还有一个不饱和度可能为一单环 又因为 A 臭氧化还原水解产物恰好为 1 7 个碳原子与 C8H12相应 又从产物之一有 3 个醛基 可知 A 分子中有两个双键 且定位如下 2Br2 CCl4 典型例题 典型例题 3 2004 南通二模 由 A B 两种物质组成的混合气体 其平均相对分子质量 随 A 的物质的量分数变化关系如 右图所示 1 A 的相对分子质量为 2 若测得混合气体中仅含两种元素 A B 都 是无机物时 化学式分别为 A B 都是有机物时 化学式分别为 3 某混合气由 A B 等体积混合而成 将其与适量氧气混 合 引燃后反应物均无剩余 将产物依次通过足量浓 H2SO4 减少的体积恰好等于消耗氧 气的体积 足量碱石灰 体积减半 又知通过浓 H2SO4与通过碱石灰所减少的气体体积 之比为 5 2 气体体积均在 105 和 1 01 105Pa 条件下测定的 据此确定混合气体的组 成 思路分析 思路分析 1 2 略 3 根据题意 混合气体平均相对分子质量为 37 水蒸气和 CO2的体积比为 5 2 产物中的 CO2和 CO 物质的量相等 设混合气体的平均组成为 CxHyOz 则有 CxHyOz y 2O2 x 2 CO2 x 2 CO y 2H2O z y x x 2 y 2 12x y 16z 37 y 2 x 2 5 2 得 x 2 y 5 z 0 5 所以混合气体的平均分子式为 C2H5O0 5 结合 A B 的相对分子质量为 44 和 30 可推得此混合气体可能为 C3H8和 CH2O 或 C2H4O 和 C2H6 参考答案参考答案 1 44 2 N2O NO C3H8 C2H6 3 C3H8和 CH2O 或 C2H4O 和 C2H6 典型例题典型例题 4 2002 年春季高考 1 由 2 个 C 原子 1 个 O 原子 1 个 N 原子和若干 个 H 原子组成的共价化合物 H 的原子数目最多为个 试写出其中一例的结 构简式 2 若某共价化合物分子只含有 C N H 三种元素 且以 n C 和 n N 分别表示 C 和 N 的原子数目 则 H 原子数目最多等于 3 若某共价化合物分子中只含有 C N O H 四种元素 且以 n C n N 和 n O 分别 表示 C N 和 O 的原子数目 则 H 原子数目最多等于 思路分析 思路分析 由于 O 原子能以两个价键 O 形式插入分子中 所以这不会影响 H 原 子数目 同理 N 原子可形成 NH 插入分子链中 显然分子中每增加一个 N 原子 H 原子即 增多 1 个 所以分子中出现 n N 个 N 原子 H 原子数目最多为 2n C n N 2 该题还可以用不饱和度的知识来解 令 1 N C 0 即有 n H 2n C n N 2 2 NHNN 参考答案参考答案 1 7 2 2n C n N 2 3 2n C n N 2 典型例题 典型例题 5 2004 南通四县联考 有机物的结构式中 四价的碳原子以一个 两个 三 个或四个单键分别连接一 二 三或四个其它碳原子时 被分别称为伯 仲 叔或季碳原 子 若其数目分别 a b c d 用表示 1 对烷烃 除甲烷外 下列说法正确的是 A a 的数目与 b 的数目的大小无关 B c 增加 1 a 就会增加 3 C d 增加 1 a 就会增加 2 D b 增加 1 a 就会增加 2 2 若某烷烃分子中 b c d 1 则满足此条件的该分子的结构可能有 种 写出其 中一种的名称 3 用 6 个叔碳原子和 6 个伯碳原子 其余为氢原子 建造饱和烃的结构式可能的形式有 种 不考虑顺反异构和光学异构 请列出其中几种 不少于五种 4 只用 8 个叔碳原子 其余的为氢原子建造一个不含烯 炔键的烃的结构简式 思路分析 思路分析 根据氢原子必有 3a 2b c 2 a b c d 2 即 a c 2d 2 故 1 中 A C 正确 余略 参考答案 参考答案 1 AC 2 3 2 2 3 三甲基戊烷 或 2 3 3 三甲基戊烷或 2 2 4 三甲基戊烷 3 9 略 4 立方烷等合理的均可 知能训练 知能训练 5 由苯乙烯 和羟基乙酸乙酯 OH 2 CH 32CH COOCH 组成的混合物中 若碳元素的质量分数为 70 那么氢元素的质量分数约为 A 4 6 B 7 7 C 15 6 D 无法计算 6 毒品一直影响社会安定 吗啡与海洛因都是被严格查禁的毒品 已知吗啡的分子式是 C17H19NO3 海洛因是吗啡的二乙酸酯 则海洛因的分子式是 A C21H23NO3 B C21H22NO5 C C21H23NO5 D C21H27NO7 9 两种有机物以一定比例混合 一定条件下在 aLO2 足量 中燃烧 充分反应后恢复到原状 态 再通过足量 Na2O2层 得到气体仍是 aL 下列混合有机物中可能符合此条件的是 A CH4 C2H4 B CH3OH CH3COOH C C2H6 HCHO D HCOOH CH3COOCH3 11 燃烧某一类有机物 消耗氧气与所生成的二氧化碳的物质的量相等 则 1 该类有机物符合的通式为 2 该类有机物中式量最小的 A 是 填化学式 A 能与 填试剂 名称 反应 生成银白色金属 3 符合条件的物质 B 式量为 A 的三倍 能够发生分子内酯化反应 分子内有一个 甲基 其结构简式为 物质 B 还可以发