高中化学难点38 残基法

难点38 残基法
已知某类有机物完全燃烧生成的CO 2(或H 2O)与耗O 2量之比，如何确定这类有机物的通式？很难。

残基法可化解这一难点。

●难点磁场
请试做下列题目，然后自我界定学习本篇是否需要。

充分燃烧一含碳、氢、氧的有机物，消耗O 2和生成CO 2的体积比为5∶4，则此类有机物最简化的通式可表示为____________；其中相对分子质量最小的物质的结构简式为____________；这类有机物充分燃烧时生成CO 2和H 2O 的物质的量之比为1∶1，且能发生水解反应的物质其分子式为____________，该有机物能发生水解反应的同分异构体结构简式有____________________________________。

●案例探究
[例题]化合物CO 、HCOOH 和OHC —COOH(乙醛酸)分别燃烧时，消耗O 2和生成CO 2的体积比都是1∶2，后两者的分子可以看成是CO(H 2O)和(CO)2(H 2O)，也就是说：只要分子式符合[(CO)n (H 2O)m ](n 和m 均为正整数)的各有机物，它们燃烧时消耗O 2和生成CO 2的体积比总是1∶2。

现有一些只含C 、H 、O 三种元素的有机物，它们燃烧时消耗O 2和生成的CO 2的体积比是3∶4。

(1)这些有机物中，相对分子质量最小的化合物的分子式是_____________。

(2)某两种碳原子数相同的上述有机物，若它们的相对分子质量分别为a 和b (a ＜b )，则b －a 必定是___________(填入一个数字)的整数倍。

(3)在这些有机物中有一种化合物，它含有两个羧基。

取0.2625 g 该化合物恰好能与25.0 ml
0.100 mol ·Ｌ－1 NaOH(aq)完全中和。

据此，结合必要的计算和推导，试给出该有机物的相对分子质量和分子式。

命题意图：主要考查学生统摄并应用有机物燃烧规律的解题能力。

知识依托：有机物的燃烧规律，摩尔质量的计算和化学式的确定方法。

错解分析：不能由题给信息，统摄出有机物的燃烧规律，造成本题无解。

解题思路：先求符合题意的有机物通式——用残基法，步骤如下：
第一步：由题意写出下面式子 ？＋3O 2−→−4CO 2
第二步：根据质量守恒，反推出“？”代表的物质。

C 4O 2＋3O 2−→−4CO 2 第三步：将C 4O 2化为最简式表示(C 2O)2＋3O 2−→−4CO 2
第四步：将特殊化为一般，得符合题设条件的有机物通式的残基。

(C 2O)m ＋23m
O 2−→−24m
CO 2
第五步：由残基得通式，只须在残基后增加(H 2O)n 即可。

(C 2O)m ·(H 2O)n ＋23m
O 2−→−24m
CO 2＋n H 2O
(明确各步原理的同学，在具体使用残基法时，可只写出横线上式子，将其余省略，以提高解题速率)
可见，只要符合通式(C 2O)m ·(H 2O)n 的有机物，完全燃烧时消耗O 2和生成CO 2的物质
的量比都是3∶4。

(1)当m =1，n =1时，有机物分子式为：C 2H 2O 2，其结构简式为：OHC —CHO (乙二醛)。

这就是答案。

(2)由题意b －a =(C 2O)m (H 2O)n －(C 2O)m (H 2O)n ′=18(n －n ′)，n －n ′为正整数，b －a 必是18的整数倍。

(3)所求二元羧酸摩尔质量为：21
L mol 0.1000.0250g
0.26251⨯⋅⨯-=210 g ·mol －1。

则：40m ＋18n =210。

若分子只含2个碳(m =1)，分子式是HOOC —COOH ，不符合(C 2O)m (H 2O)n 通式，不合理。

若m =2，(C 2O)2式量为80，从210中扣除，余130。

余下的数不是18的整数倍，所以也不合理。

若m =3，(C 2O)3式量是120，从210中扣除，余90。

余下的数确实是18的整数倍。

因此分子式中m =3，n =5是答案，即(C 2O)3(H 2O)5或C 6H 10O 8。

这个式子是合理的。

它有2个不饱和度用在羧基上，也可写出如下合理的结构简式：HOOC —(CHOH)4—COOH ，葡萄糖二酸，当然还可以写出很多其他同分异构体(不要求)。

答案：(1)C 2H 2O 2 (2)18 (3)210 C 6H 10O 8
●锦囊妙计
遇到下列情形之一可用残基法：
1.如例题，根据有机物的燃烧求通式，然后解决其他问题。

2.由总化学式(或其式量)减去某些基团的化学式(或其式量)，得残基的化学式(或其式量)，进而可写出有机物的结构。

●歼灭难点训练
1.(★★★)某化合物分子式是C 8H 9NO 2，分子中有苯环，苯环上有三个取代基，其中之一是羧基，但并非二甲苯的硝化产物，试写出三个取代基互不相邻的有机物的结构简式：____________。

2.(★★★)某有机物A 只含C 、H 、O 三种元素，成环状结构，相对分子质量小于60.0，其中O 元素的质量分数为36.3%。

则A 的结构简式为____________，名称为____________。

3.(★★★★)分子式与苯丙氨酸 相同，且同时符合
下列两个条件：①有带有两个取代基的苯环②有一个硝基直接连在苯环上的异构体的数目是
A.3
B.5
C.6
D.10
4.(★★★★★)有机化合物A 、B 的分子式不同，它们可能含有C 、H 、O 元素中的两种或三种。

如果将A 、B 不论以何种比例混合，完全燃烧时消耗O 2和生成H 2O 的物质的量之比总是1∶2。

则：
(1)符合要求的A 、B 分子通式为：____________。

(2)若A 为CH 2O 2，则相对分子质量最小的稳定存在的B 的分子式是____________，结构简式是____________。

附：参考答案
难点磁场
提示：?＋5O 2−→−4CO 2
C 4H 4＋5O 2−→−4CO 2＋2H 2O
(CH) m ＋45m
O 2−→−m CO 2+
2m H 2O (CH)m (H 2O)n ＋45m
O 2−→−m CO 2＋(2m ＋n )H 2O
则此类有机物通式为：(CH)m (H 2O)n
烃的含氧有机物分子中H 原子为偶数，所以当m =2，n =1时，C 2H 4O(CH 3CHO)为符合要求的相对分子质量最小的有机物。

余易求。

答案：(CH)m ·(H 2O)n ，(m ，n ∈N) CH 3CHO
C 4H 8O 2 HCOOCH 2CH 2CH 3、
HCOOCH(CH 3)2、CH 3CH 2COOCH 3。

歼灭难点训练
1.提示：先求残基，进而由残基分解出2个取代基：
C 8H 9NO 2—COOH —C 6H 3==CH 5N==CH 3＋NH 2
答案：
2.提示：先求A 的式量：由
0.16%3.360.60⨯=1.36，知A 分子中只含有1个O 原子，则A 的式量为M r (A)=%3.360
.16=44.1。

再求A 的残基：44.1－16.0=28.1=M r (C 2H 4)，将O 原子与残基相连，可得化学式。

再求同分异构体：
丙基与硝基在苯环上有邻、间、对三种位置关系，丙基有2种，故其同分异构体为6。

答案：C
4.解析：由题意：？＋O 2−→−
2H 2O ，H 4＋O 2−→−2H 2O ，H m (CO 2)n ＋
4m
O 2−→−2m
H 2O ＋n CO 2，(m 、n 为正整数)，所求通式为：H m (CO 2)n 。

(2)A 为CH 2O 2，即令通式H m (CO 2)n 中m =2，n =1时可得。

求相对分子质量最小的B 须讨论：不论H m (CO 2)n 分子中n 为何数，m 永远是偶数。

①m =4，n =1时，B 为H 4CO 2，试写得CH 2(OH)2，一个碳原子上连有2个羟基的物质不能稳定存在。

②m ≥6，n =1时，无此物质是显然的。

③m =2，n =2时，B 为H 2C 2O 4，其结构简式为HOOC —COOH(乙二酸) 答案：(1)C n H m O 2n (2)C 2H 2O 4 HOOC —COOH 。