高中化学必修选修有机物分子式和结构式的确定

有机物分子式和结构式的确定
—— 重点难点解析
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。

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［M r (A)］，根据实验式的相对分子质量
［M r (实)］，求得含n 个实验式：n ＝
)
()
(实r r M A M ，即得分子式。

(2) 特殊方法Ⅰ：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CH 3的有机物，其分子式可表示为(CH 3)n ，仅当n ＝2时，氢原子已达饱和，故其分子式为C 2H 6。

同理，实验式为CH 3O 的有机物，当n ＝2时，其分子式为C 2H 6O 2。

(3) 特殊方法Ⅱ：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。

例如实验式为CH 4、CH 3Cl 、C 2H 6O 、C 4H 10O 3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C 2H 6，根据价键规律，只有一种结构：CH 3—CH 3；又如CH 4O ，根据价键规律，只有一种结构：CH 3—OH 。

(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1∶1，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CO
2，即如含有1molC而生成CO
2
时，必
耗1molO
2，因为题中耗O
2
与生成CO
2
为1∶1，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：
C m (H
2
O)
n
讨论：当m＝1,n＝1时，分子式为CH
2
O(甲醛)。

例2 由例1拓展，当同温同压下耗O
2与生成CO
2
的体积比小于1∶1时，如为3∶4时，符
合该条件的最简有机物分子式和结构简式。

解析由例1中解析可知，由于消耗的氧小于产生CO
2
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CO
2
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：(C
x O
y
)
m
(H
2
O)
n
C x O
y
+(x- )O
2
→xCO
2
有＝，＝.
通式为：(C
2O)
m
(H
2
O)
n
.
讨论：当m＝1,n＝1时，分子式为C
2H
2
O
2
.
结构简式为：
例3 由例1拓展为：当耗O
2与生成CO
2
的体积比为>1∶1，如为3∶2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O
2体积大于生成CO
2
的体积，即需要的O
2
除用于生成CO
2
外，还用于与分子内
H元素反应生成H
2
O。

故可设该条件有机物的通式为：(C
x H
y
)
m
(H
2
O)
n
C x H
y
+(x+ )O
2
→xCO
2
+ H
2
O
＝得：＝.
通式为：(CH
2)
m
(H
2
O)
n
讨论：当m＝1,n＝1时，分子式为：CH
4
O
结构简式为：CH
3
OH。

练习： (1)某烃的衍生物完全燃烧生成CO
2和H
2
O，当耗O
2
与生成CO
2
的体积比为2∶3时，
符合该条件的最简单有机物的分子式和结构简式(C＝C＝C为不稳定结构)
(2)当耗O
2与生成CO
2
的体积比为4∶3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C
3H
4
O
4
结构简式：
(2)分子式C
3H
6
O结构简式为：CH
3
CH
2
CHO或CH
2
＝CH-CH
2
OH
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26.67gCO 2和8.18gH 2O 。

测得麻黄素中含氮8.48%，它的实验式为C x H y N z O w ，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)＝
g
0.104412
67.26⨯
×100%＝72.7 %; w(H)＝
g
0.1018218.8⨯
×100%＝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)＝12%7.72∶1%09.9∶14%48.8∶16%
73.9＝20∶45∶2∶2
麻黄素的分子式为C 20H 45N 2O 2。

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)。

则该饱和一元醇的分子式为_________。

解析 饱和一元醇的通式为C n H 2n+1OH ，该一元醇的摩尔质量为M(A)。

2C n H 2n+1OH+2Na →2C n H 2n+1ONa+H 2↑
2mol×M(A) 22.4L
0.16g 0.056L
g A M mol 16.0)(2⨯＝L
L
056.04.22，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+1＝32,n ＝1，故分子式为CH 3OH 。

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C n H 2n+1X ，饱和醇的通式为C n H 2n+2O x (x ＝2时为二元醇，x ＝3时为三元醇)。

例3 燃烧2mol 某有机物，生成4molCO 2和6molH 2O ，同时测知消耗5molO 2，推测该有机物的分子式为_________。

解析 设有机物的分子式为C x H y O z ，根据题意可写出燃烧方程式： 2C x H y O z +5O 2→4CO 2+6H 2O
根据质量守恒定律知：x ＝2,y ＝6,z ＝2。

故该有机物的分子式为C 2H 6O 2。

评注 本题属于根据燃烧方程式计算确定分子式的一类题目。