求解有機混合物元素質量分數五法

田琪++林尤宏

有機混合物中通常含C、H、O三種元素，單從數學角度講，必須己知其中兩種元素的質量分數才能求出第三種元素的質量分數。但是，混合物中各物質的元素質量組成是一定的，所以從化學角度來挖掘隱藏在化學式中的信息，就可以從一種元素的質量分數求出另兩種元素的質量分數，甚至可直接求出三種元素的質量分數。現根據混合物的不同組成，分類歸納其求解方法。

一、最簡組成相同直接求解

若幾種有機物的最簡式相同，則C、H、O元素的質量比一定，可根據最簡式直接求出C、H、O的質量分數。

例1某一溫度下，將1g乙炔、5g苯乙烯依次溶于10g苯中，所得混合溶液中氫元素的質量分數為（）。

A.15.8%B.15.4%

C.7.9%D.7.7%

解析因為乙炔、苯、苯乙烯的最簡組成即實驗式都為“CH”，所以任意比混合各元素的質量分數不變

w（H）=（Ar（H）/Mr（CH））×100%

=113×100%

=7.7%

答案：D

鞏固練習1

把1 mol甲醛溶于2 mol冰醋酸之后，再加入3 g果糖所成混合物為M。另取1 L甲酸甲酯和3×1022個葡萄糖分子混合成為N的混合物。最后，取出7%的M和8%的N再進行混合，得混合物Q。求Q中碳元素的質量分數。

小結最簡組成（實驗式）相同的通常有以下幾類：

1.單烯烴、環烷烴：CH2

2.乙炔、苯、苯乙烯、立方烷（C8H8）：CH

3.甲醛、乙酸、甲酸甲酯、乳酸（C3H6O3）、葡萄糖（C6H12O6）：CH2O

二、兩元素成定比以一當二

若幾種有機物中的某兩種元素具有相同的比值，則運用此定比關系，即可求出各元素的質量分數。

例2有乙烯、乙醛和乙酸甲酯組成的混合物，取一定量進行分析，得知混合物中碳的質量分數為57.5%，求混合物中氧的質量分數。

解析它們的分子式分別為C2H4、C2H4O和C3H6O2 ， 其中碳和氫的質量比相同m（C）∶m（H）=6∶1

因為w（C）= 57.5%，

所以w（H）= 57.5%×16=9.6%

w（O）=1-57.5%-9.6%=32.9%

鞏固練習2

甲醛、乙醛、丙醛組成的混合物中氫元素的質量分數為9%，，則氧元素的質量分數是（）。

A.16%B.37%

C.48%D.無法計算

小結兩種元素成定比的通常有以下幾種類型：

1.單烯烴、環烷烴、醛、酮、酸、酯：（CH2）nOm

2.甲醛、乙酸、甲酸甲酯、葡萄糖、蔗糖、淀粉等：Cn（H2O）m

3.乙炔、苯、苯酚、乙二醛、乙二酸等：（CH）nOm

三、變換組成成定比各個擊破

幾種有機物分子中不存在定比形式，但經過分子式的變換，可化成定比形式，則可用此定比關系求解。

例3有苯、苯乙烯、甲醛和葡萄糖組成的混合物，經測定含碳元素質量分數為51.9%，則此混合物中，含氧的質量分數為（）。

A.48.1%B.8.65%

C.41.3%D.無法計算

解析將C6H6、C8H8、CH2O、 C6H12O6變換成（CH）6， （CH）8， （CH）（HO），（CH）6（HO）6 就可立即得出

w（CH）=51.9%×1312=56.2%

w（HO）=1-56.2%=43.8%

w（O）=43.8%×1617=41.3%

答案：C

鞏固練習3

由某單烯烴和乙醇、乙醚組成的混合物，測得含氧元素質量分數為21.6%，則此混合物中，含碳元素的質量分數為，含氫元素質量分數為。

小結可化成定比形式的通常有以下幾種類型：

1.烯、環烷烴

（CnH2n）+醇、醚（CmH2m+2O）：

（CH2）n，（CH2）m·H2O

2.乙炔+苯+醇或醚（CmH2m+2O）：

（CH）2，（CH）6，（CH）m·Hm+2O

3.乙炔+苯+醛或酮（CmH2mO）：

（CH）2，（CH）6，（CH）m·HmO

4.乙炔+苯+羧酸或酯（CmH2mO2）：

（CH）2，（CH）6，（CH）m·HmO2

5.乙炔+苯+葡萄糖（C6H12O6）：

（CH）2，（CH）6，（CH）6·（HO）6

四、某元素質量分數相同等量替換

若各組分分子式中某元素的原子個數相同，且相對分子質量相等，則各組分中該元素的質量分數也相等，亦等于混合物中該元素的質量分數。

例4甲苯和甘油組成的混合物中，若含碳的質量分數為60%，那么可推斷氫元素的質量分數為（）。

A.5%B.17.4%

C.8.7%D.無法計算

解析兩者化學式分別為C7H8和C3H8O3， 物質組成不符合定比形式，也不能通過變式化成定比，仔細分析發現C7H8比C3H8O3多4個碳原子少3個氧原子，相對分子質量恰好相等，都為92，且分子中都含有8個氫原子，所以氫元素的質量分數為：

8×192×100%= 8.7%

答案：C

鞏固練習4

尿素〔CO（NH2）2〕和乙酸組成的混合物中，若含氧的質量分數為40%，那么可推斷氫元素的質量分數是，碳元素的質量分數是。

小結觀察化學式判斷相對分子質量是否相等，可參考以下幾種替換形式：

C — 12H O — CH4 4C — 3O

O — NH2 CO — CH2CH2

五、兩種物質混合先確定物質的量之比

只有兩種物質組成的混合物，因各物質中元素的質量分數都一定，又已知某元素的平均質量分數，就可求出兩物質的物質的量之比，從而求出其它元素的質量分數。

例5已知由乙醇和乙酸組成的混合物中，氧的質量分數為42.1%，求含碳和氫的質量分數。

解析設混合物中C2H6O和C2H4O2的物質的量比為x∶y，依題意得

16x+16×2y46x+60y×100%=42.1%

解得x∶y=2∶1

w（C）=2×2×12+1×2×12

2×46+1×60×100%

=47.4%

w（H） = 1-42.1%-47.4%=10.5%

鞏固練習5

已知由苯酚和硝基苯組成的混合物中，碳的質量分數為66.4%， 求出含氮的質量分數為； 含氧的質量分數為。

鞏固練習答案：

1. 40%； 2. B ；

3. 64.9%， 13.5%；

4. 6.7% ，53.3%；

5. 6.5% ； 22.1%。

（收稿日期：2016-11-03）