確定有機物分子式的幾種巧妙方法

華雪瑩

在學習有機化學的過程中，經常會遇到有機物分子式的確定問題.對于此類問題只要能夠靈活地運用所學的知識，便可快速、準確、巧妙地確定.下面舉例說明，希望學生能夠從中受到有益的啟示.

一、直接求分子式

此法是根據相對分子質量，直接求出1個有機物分子中所含各原子個數以確定其分子式.

例1減弱“溫室效應”的有效措施之一是大量地植樹造林.綠色植物在葉綠素存在下的光合作用是完成二氧化碳循環的重要一環，已知葉綠素的相對分子質量小于900，其分子中含C為73.8%（質量分數，下同）、含H為8.3%、含O為8.9%，其余為Mg.試確定葉綠素的化學式.

解析鎂元素的質量分數為1-73.8%-8.3%-6.3%-8.9%=2.7%，因為鎂的質量分數最小，但相對原子質量卻最大，所以葉綠素分子中鎂原子個數最少.因為900×2.7%=24.3，所以1個葉綠素分子中只有1個鎂原子，即Mr（葉綠素）= 242.7%=889，所以1個葉綠素分子中所含碳原子個數為889×73.8%12=55；同理求出1個葉綠素分子中所含H、O、N原子的個數依次為74、5、4.故葉綠素的化學式為C55H74O5N4Mg.

二從最簡式入手求分子式

例2某化合物由碳、氫兩種元素組成，其中含碳的質量分數為85.7%，在標準狀況下11.2 L此化合物氣體的質量為14 g，求此化合物的分子式.

解析由此化合物在標準狀況下11.2 L，質量為14 g，求得此烴的分子量為28，C與H的個數之比為：85.7%12：14.3%1=1∶2，所以此烴的最簡式為CH2，分子式為（CH2）n，則有12n+2n=28，解之得n=2，故此烴的分子式為C2H4.

三、先求實驗式再求分子式

此法是根據題給條件求出實驗式，再結合相對分子質量或有機物的結構特點，進而確定其分子式.

例3A是一種含碳、氫、氧三種元素的有機化合物，已知A中碳的質量分數為44.1%，氫的質量分數為8.82%.A只含一種官能團，且每個碳原子上最多只連一個官能團，與乙酸發生酯化反應，但不能在相鄰碳原子上發生消去反應.請寫出A的分子式.

解析A中氧元素的質量分數為1-44.1%-8.82% = 47.08%，N（C）∶N（H）∶N（O）=（44.1%÷12）∶（8.82÷1）∶（47.08÷16）=5∶12∶4，所以A的實驗式為C5H12O4，因為實驗式中H原子已達飽和，所以A的分子式為C5H12O4.

四、列方程組求分子式

此法是先設有機物的分子式為CxHy或CxHyOz，或根據題目分析出符合條件的物質的分子通式，再通過燃燒方程式或其它方程式列出關于x、y、z的方程組，進而求出分子式.

例4將含C、H、O的有機物3.24mg裝入元素分析裝置，通入足量的O2使它完全燃燒，將生成的氣體依次通過盛氯化鈣的管A和盛堿石灰的管B，測得A管質量增加了2.16 mg，B管質量增加了9.24 mg.已知該有機物的相對分子質量為108，試確定該化合物的分子式.

解析設該化合物的分子式為CxHyOz，根據

CxHyOz+＼[（4x+y-2z）/4＼]O2點燃xCO2+y/2H2O

10844x9y

3.24mg9.24mg2.16mg

則有1083.24=44x9.24=9y2.1612x+y+16z=108，

解之得：x=7，y=8，z=1，

所以該化合物的分子式為C7H8O.

五、利用除法運算求分子式

例5有兩種烴A，B，其相對分子質量都是128，其中A易升華，試確定A、B的分子式.

解析因為A、B都為烴，用128除以14（即“CH2”的式量）商9余2，故其中一種烴的分子式為C9H20；用128除以12商10余8，故另一種烴的分子式為C10H8.又因為A容易升華為氣體，所以A的分子式為C10H8，B的分子式為C9H20.

六、利用假設法求分子式

此法是根據題意對所給有機物的分子式進行大膽假設，再代入題目進行驗證.

例6某一元羧酸A，含碳的質量分數為50.0%，氫氣、溴、溴化氫都可以與A發生加成反應，試確定A的分子式.

解析因A是一元羧酸，則A的結構中含1個-COOH，A能與氫氣、溴、溴化氫發生加成反應，故A分子中含有碳碳不飽和鍵.含碳碳不飽和鍵的最簡單滿足上述條件的化合物為丙烯酸和丙炔酸，經驗證只有丙烯酸中含碳質量分數為50%，所以A為丙烯酸，分子式為C3H4O2.

七、采用討論的方法求分子式

例7有機物A是烴或烴的含氧衍生物，其分子中碳原子數少于5，取0.05 mol A在0.2 mol O2中燃燒，在101℃和1.01×105Pa的條件下，將生成的混合氣體依次通過足量的無水CaCl2和足量的堿石灰吸收，減少的氣體體積比為2∶1，剩余氣體在標準狀況下體積為2.24 L，試確定A可能的分子式.

解析經分析可知剩余氣體可能是O2或CO.

（1）若剩余氣體為O2，則有機物分子式中碳氫原子個數比一定是1∶4，其組成符合（CH4）xOy，通過計算驗證x只能為1，只有CH4符合要求.

（2）若剩余氣體為CO，則有機物的組成符合

C2（CH4）xOy，其燃燒方程式為：

C2（CH4）xOy+4O2點燃

2CO+xCO2+2xH2O，

根據O守恒，有y=4x-6.

若x=1，y=-2，無解；若x=2，y=2，分子式為C4H8O2；若x≥3，則碳原子數不少于5，不合題設條件.故A的分子式只可能為CH4或C4H8O2.

八、利用原子守恒求分子式

例8嗎啡和海洛因都是嚴查禁止的毒品，嗎啡分子中含C為71.58%，含H為6.67%，含N為4.91%，其余為O.已知其相對分子質量不超過300，又知海洛因是嗎啡的二乙酸酯，試確定嗎啡和海洛因的分子式.

解析嗎啡中氧元素的質量分數為1-71.58%-6.67%-4.91%=16.84%，經對比可知嗎啡中含氮原子個數最少.因為300×4.19%=

14.73，所以一個嗎啡分子中只有一個氮原子.Mr（嗎啡）=144.91%=285，利用直接法可求出嗎啡的分子式為C17H19O3N.因為

嗎啡+2CH3COOH→海洛因+2H2O

根據原子守恒，求出海洛因的分子式為

C21H23O5N.

九、利用部分求整體

例9某片狀有機含氮化合物，在水中溶解度不大（100 g水中溶解不到3 g），但卻溶于鹽酸或氫氧化鈉溶液.其分子量在120～150之間.經元素分析知道，它含氧質量分數為43.5%.試推測該有機物的分子式和相對分子質量.

解析因為120

（收稿日期：2016-10-22）