例析有機物分子式的確定

■河南省平頂山市第一中學 楊海龍

例析有機物分子式的確定

■河南省平頂山市第一中學 楊海龍

在確定有機物分子式時,我們通常是分析推斷僅含C、H或C、H、O元素的化合物,遇到確定含C、H和其他元素如Cl(或F、Br、I)、S、N(或P)等的有機物分子式問題時,同學們常常容易出現錯誤。究其原因,大致有二:一是方法選擇不當,二是心理素質不過關。下面剖析三道試題,期望能對同學們解答這類問題有所啟示。

某固體物質A是隱形飛機上吸收微波的物質的主要成分。實驗測得A的相對分子質量為204,分子中只含有三種元素。取4.08gA在6.72LO2(過量)中充分燃燒得到SO2、CO2、H2O(液態),氣體體積減少0.448L。用足量的堿石灰吸收反應后的混合氣體,氣體體積又減少4.48L(所有氣體體積均在標準狀況下測定)。試確定A的分子式:____。

分析:根據“A在過量O2中充分燃燒得到三種產物”可知:A中所含元素肯定是C、H、S三種元素。由題設各物質的狀態及題意“它完全燃燒后氣體體積減少”,說明消耗的O2比生成的CO2和SO2的體積大,而CO2和SO2共4.48L,其消耗的O2的體積可知,再加上A的相對分子質量已知,則可列方程組求解。

設A的分子式為CxHySz,由CxHySz+及題意可知,4.08g即0.02molA完全燃燒,生成CO2和SO2共0.2mol,消耗O2為即1molA消耗11molO2,生成CO2和SO2共10mol。

依題意,有

則A的分子式為C6H4S4。

答案:C6H4S4

評注:本題是用列方程組的方法解答的,如何尋找化學方程式中的等量關系呢?本題便是價值較高的一個范例。在推斷有機物分子式的試題中,由性質推斷和由計算確定是兩類主要的題型。前者側重于定性思維,主要依據是官能團的性質;后者側重于定量描述,常依據化學方程式,運用差量法、守恒法等進行確定。

氣體A由C、H、F、S中的三種元素組成,將標準狀況下2.80L氣體A在過量的O2中完全燃燒后恢復到原狀態,放出62.50kJ的熱量。已知氣體生成物通入過量的Ca(OH)2溶液后無剩余,得到17.38g沉淀。再取相同條件下的2.80L氣體A裝入一個薄膜袋中,袋和氣體的總質量為4.50g (已知CaSO3、CaF2、CaCO3難溶于水,HF難電離)。

(1)根據上述數據計算,A的相對分子質量不會大于____,由此可知,組成A的三種元素為____,化學式為____。

(2)寫出生成17.38g沉淀時,發生反應的離子方程式:____。

(3)薄膜袋的質量為____。

(4)寫出該條件下A在O2中燃燒的熱化學方程式:___。

分析:解題時要充分利用題給數據及條件。標準狀況下2.80L氣體A的物質的量為則該氣體的 摩爾質量 小 于36g·mol-1(因為4.50g還包括薄膜袋的質量),即A的相對分子質量不會大于36。因為A由C、H、F、S中的三種元素組成,可推知其中必定不含有S元素,否則另外兩種元素的相對原子質量之和小于(36-32)=4,與實際情況不符,即A由C、H、F三種元素組成。根據三種元素的相對原子質量大小進行推理分析:F的相對原子質量最大,為19,如果該氣體分子中含一個F原子,另外兩種元素的相對原子質量之和小于(36-19)=17,則還可能含且只能含一個碳原子,則氫原子數目可以根據價鍵情況推算為3,即氣體A的化學式為CH3F。

答案:(1)36 C、H、F CH3F (2)CO2+ Ca2++2OH-==CaCO3↓+H2O,2HF+ Ca2++2OH-==CaF2↓+2H2O (3)0.25g

(4)2CH3F(g)+3O2(g)==2CO2(g)+ 2HF(g)+2H2O(l) ΔH=-1000kJ·mol-1

評注:本題應用極值法思想先確定有機物相對分子質量的大小范圍,再根據其組成特點逐一推理,縮小范圍以至最后確定有機物組成。該思想方法也是物質化學式推斷中常用的一種方法,關鍵是對數據對象選擇要恰當,本題解法值得同學們借鑒。

嗎啡和海洛因是嚴格查禁的毒品。嗎啡分子含各元素的質量分數:C為71.58%,H為6.67%,N為4.91%,其余為O。已知其相對分子質量不超過300。試求:

(1)嗎啡的相對分子質量為____,嗎啡的分子式為____。

(2)已知海洛因是嗎啡的二乙酸酯,則海洛因的相對分子質量為____,分子式是____。

分析:當有機物涉及多種元素時,特別是含S、N(或P)等元素時,可采用探求法分析。如假設在嗎啡分子中含有1個、2個或多個氮原子,再結合其相對分子質量不超過300,探索求得嗎啡的相對分子質量。

(解法二)根據已知數據,可計算氧的質量分數為:1-71.58%-4.9l%-6.67%= 16.84%,則嗎啡中C、H、N、O原子數最簡整數比為C∶H∶N∶O=17∶19∶1∶3,其最簡式為C17H19NO3,式量為12×17+1×19+ 14×1+16×3=285。因嗎啡的相對分子質量不超過300,故嗎啡的相對分子質量為最簡式式量,即285,其分子式就是最簡式C17H19NO3。

(2)因為海洛因是嗎啡的二乙酸酯,據酯化反應的過程:CH3COOH+R—OH →CH3COOR+H2O,則每1分子CH3COOH參加酯化反應所生成的酯比原來的醇的相對分子質量增加60-18=42。由于海洛因是嗎啡的二乙酸酯,則海洛因的相對分子質量比嗎啡增加42×2=84,所以海洛因的相對分子質量為285+84=369。海洛因的分子組成比嗎啡增加2(C2H4O2-H2O)= C4H4O2。故海洛因的分子式為:C17H19NO3+ C4H4O2=C21H23NO5。

答案:(1)285 C17H19NO3

(2)369 C21H23NO5

評注:探求法實質上是討論法。本題選擇氮原子進行探求是因為有機物中含C、H、O的原子數往往比較多,討論較為煩瑣,但含氮原子數一般較少,討論起來比較方便。另外,第一問的第二種解題思路也是確定物質化學式常用的方法,但對于有機物來講,當用此方法只能求得各元素的最簡比時,可以結合有機物通式進一步判斷或確定結果。

(責任編輯 謝啟剛)