浅谈有机物分子式求解的几种方法

求算有机物的分子式, 是学习有机化学的重要基础知识和基本技能。求有机物分子式的途径有很多, 总体来讲, 首先要判断有机物中所含元素的种类, 然后依据题目所给的条件确定有机物分子中各元素的原子数目, 从而确定有机物的分子式。下面笔者根据多年的教学就有机物分子式的求解总结出几种常用的方法。

1 实验式法 (即最简式法)

根据有机物的分子式为最简式的整数倍, 利用其相对分子质量及求得的最简式便可确定其分子式。如烃的最简式求法为:C:H= (碳的质量分数或碳的质量比/12) : (氢的质量分数或氢的质量比/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为烃的相对分子质量。

例1:某含C、H、O三元素的有机物, 其C、H、O的质量比为6:1:8, 该有机物蒸汽的密度是相同条件下的H2密度的30倍, 求该有机物的分子式。

【解析】该有机物中的C、H、O原子个数比为:6/12:1/1:8/16=1:2:1

故其实验式为CH2O, 设其分子式为 (CH2O) n, 根据题意得:

12n+2n+6n=30×2 n=2。则该有机物的分子式为C2H4O2。

2 直接法

根据有机物的摩尔质量 (或相对分子质量) 和该有机物中各元素的质量分数 (或质量之比) 直接计算出1mol该有机物中各元素原子的物质的量, 从而确定分子中的各原子个数来确定有机物的分子式。

例2:某化合物由碳、氢两种元素组成, 其中含碳的质量分数为85.7%, 在标准状况下11.2 L此化合物气体的质量为14g。求此化合物的分子式。

【解析】此烃的摩尔质量为:

1 mol此烃中碳原子和氢原子的物质的量分别为:

故此烃的分子式为C2H4。

3 守恒法

利用反应前后参加反应物质的各元素原子跟反应后生成物的各元素原子守恒, 求出有机物的分子式。

例3:0.94 g某有机物在纯氧中充分燃烧, 可生成CO22.64g, H2O 0.54 g, 消耗O22.24 g。又知此有机物的式量为氢气的47倍, 求该有机物的分子式。

【解析】因为有机物的摩尔质量为:

所以0.94 g该有机物的物质的量为0.01 mol。

又因2.64 g CO2即2.64 g/44 g·mol-1=0.06 mol

则1 mol该有机物燃烧消耗O27 mol, 生成CO26 mol, H2O 3 mol。

故该有机物中含C:6 mol H:3 mol×2=6 mol O:6 mol×2+3 mol×1-7 mol×2=1 mol。

因此该有机物的分子式为C6H6O。

4 燃烧方程式法

烃的含氧衍生物完全燃烧的化学方程式为:

例4:某烃的蒸气完全燃烧生成的CO2比水蒸气少1体积 (在同温同压下测定) , 0.1 mol该烃完全燃烧的产物被碱石灰吸收, 碱石灰增重39 g, 求该烃的分子式。

【解析】设烃的分子式为CmHn, 完全燃烧的反应为:CmHn+ (m+n/4) O2→m CO2+n/2 H2O

依题意 (1) CO2比水蒸气少1体积, (2) 碱石灰增重39g为CO2和H2O的质量和。得方程组

解得:m=6, n=14。因此该烃的分子式为C6H14

5 商余法 (只适用于烃的分子式的求法)

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) 分子中都有一个共同部分, 这部分的相对分子质量为14n。因此用烃的相对分子质量除以14就可以得到分子所含的碳原子数n的值, 再根据余数就可以求出烃的分子式。其规律为:

(1) M/14能除尽, 可推知为烯烃或环烷烃, 其商为碳原子数。

(2) M/14余数为2, 可推知为烷烃, 其商为碳原子数, 氢原子数为2n+2。

(3) M/14差2能除尽, 可推知为炔烃或二烯烃, 其商为碳原子数。

(4) M/14差6能除尽, 可推知为苯或苯的同系物, 其商为碳原子数。

(5) 对含多个苯环的烃可用M/12法。

a.M/12得整数商和余数, 商为可能的最大碳原子数, 余数为最小的氢原子数。

b.M/12的余数为0或碳原子数≥6时, 将碳原子数依次减少一个即增加12个氢原子, 直到饱和为止。

例5:写出相对分子质量为128的烃的分子式。

【解析】用M/14法:128/14=9……2, 则为烷烃C9H20;

用M/12法:128/12=10……8, 则烃分子式为C10H8, 为萘。

有机物分子式的确定是有机化学计算的主要内容, 方法不一, 要结合实际, 灵活处理。方能收到最好的效果。