确定有机物分子式和结构式的分析思路和分析方法
贵州王昭华
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一、确定有机物分子式和结构式的分析思路
1、有机物组成元素的定性分析
通常通过充分燃烧有机物的方式来确定有机物的组成元素,即:
2、有机物分子式和结构式的定量分析
二、确定有机物分子式的分析方法
1、通式法
⑴常见有机物的分子通式
⑵方法: 相对分子质量 n (碳原子数) 分子式
分子通式
例题1:某烷烃的相对分子质量为44,则该烷烃的分子式为 。 解析:烷烃的通式为C n H 2n+2 ,则其相对分子质量为:14n + 2 = 44 ,n = 3 ,故该烷烃的分子式为:C 3H 8
2、质量分数法
方法:相对分子质量C 、H 、O 等原子数
分子式
例题2:某有机物样品3g 充分燃烧后,得到4.4g CO 2 和1.8g H 2O ,实验测得其相对分子质量为60,求该有机物的分子式。
解析:根据题意可判断该有机物分子中一定含有C 和H 元素,可能含有氧元素。 样品 CO 2 H 2O 3g 4.4g 1.8g 则:m(C) = g g 2.14412
4.4=?
m(H) = g g 2.018
2
8.1=?
根据质量守恒可判断该有机物分子中一定含有O 元素,则该有机物分子中C 、H 、O 元素的质量分数依次为:
ω(C) =
%40%10032.1=?g
g
ω(H) =
%67.6%10032.0=?g
g
ω(O) = 1 - 40% - % = %
则该有机物的一个分子中含有的C 、H 、O 原子数依次为:
N(C) =
212
%
4060=?
N(H) =
41
%
67.660≈? N(O) =
216
%
33.5360≈? 故该有机物的分子式为C 2H 4O 2 。
3、最简式法
方法:质量分数、质量比原子数之比 → 最简式分子式
(最简式)n = 分子式
有时可根据最简式和有机物的组成特点(H 原子饱和情况)直接确定分子式,如:
例题:如例题2 ,该有机物分子中各元素原子的数目之比为: N(C) ∶N(H) ∶N(O) =
12%40∶1%67.6∶16
%
33.53 ≈ 1∶2∶1
故该有机物的最简式为:CH 2O ,则:(12 + 1×2 + 16)× n = 60 ,n = 2 则该有机物的分子式为:C 2H 4O 2 。 4、燃烧通式法
方法:燃烧通式、相对分子质量和燃烧产物质量
分子式
烃: C x H y + (4y x +
)O 2 → x CO 2 + 2y
H 2O △V (体积变化) 烃的含氧衍生物: C x H y O m + (24m y x -+)O 2 → x CO 2 + 2
y
H 2O △V (体积变化)
例题:如例题2,设该有机物的分子式为:C x H y O m
C x H y O m + (24m y x -+
)O 2 → x CO 2 + 2
y H 2O 60 44x 18×2
y
3g 4.4g 1.8g
g
y g x g 8.194.444360==
x = 2 ,y = 4
又12x + y + 16m = 60 ,则:m = 2 故该有机物的分子式为:C 2H 4O 2 。 5、化学方程式法
方法:有机物分子通式和化学方程式
分子式
例题3:某饱和一元醇A 0.16g 与足量的金属钠充分反应,产生56 mL 氢气(标准状况),求该一元醇的分子式。
解析:设该饱和一元醇的分子式为:C n H 2n+2O ,则
2C n H 2n+2O + 2Na
2C n H 2n+1ONa + H 2↑
2×(14n + 18)g 22.4L
0.16g 0.056L
L
L
g g n 056.04.2216.0)1814(2=+?
1=n 故该饱和一元醇的分子式为:CH 4O 。 6、比例法
方法:n(有机物A)∶n(C)∶n(H)∶n(O)…… = 1∶x ∶y ∶z ……
例题:如例题2,样品 CO 2 H 2O O(样品中的氧原子) 3g 4.4g 1.8g 3g -1.2g -0.2g = 1.6g 则,n(A)∶n(C)∶n(H)∶n(O) =
mol g g /603∶mol g g /444.4∶2/188.1?mol g g ∶mol
g g
/166.1
= ∶∶∶ = 1∶2∶4∶2
则该有机物的分子式为:C 2H 4O 2 。 7、商余法
方法:将烃的相对分子质量(或者将有机物的相对分子质量减去官能团的相对分子质量
后的差值),除以14(即CH 2的相对质量),则最大的商为烃或烃基中含CH 2原子团的个数,余数为氢原子数(若余数为正数,则加氢原子数;若余数为负数,则减氢原子数)。
即:M r ÷ 14 = n (商) …… m (余数) ,如:
若n ≥6 ,并且烃为不饱和烃时,每减少1个碳原子,烃分子相应增加12个氢原子,直到烃为饱和烃为止;反之,当烃为饱和烃时,每增加1个碳原子,烃分子相应减少12个氢原子。
例题4:某烃的相对分子质量为128,则该烃的分子式为 。 解析:
故该烃的通式为 22+n n H C ,分子式为209H C 。当增加1个碳原子时,相应减少12个氢原子,则分子式为810H C 。
则该烃的分子式为209H C 或810H C 。 三、确定有机物结构式的分析方法
1、根据价键规律确定
某些有机物根据价键规律只存在一种结构,则直接由分子式便可确定该有机物的结构简
式。例如分子式为C 2H 6 ,根据价键规律,其结构简式只能为CH 3CH 3 ;分子式为CH 4O ,根据价键规律,其结构简式只能为CH 3OH 。
2、根据同分异构体的限定条件确定
例如,分子式为C 5H 12的烷烃,其一氯代物只有一种,则该烃的结构简式只能为:
3、根据定性实验确定 方法:实验 特征性质
官能团种类、数目和位置 结构简式
4、根据特征信息
红外光谱法和核磁共振氢谱法确定
例如核磁共振技术是利用核磁共振谱来测定有机化合物的结构,最有实用价值的就是氢谱,常用HNMR 表示,如,乙醚分子中有两种等效氢原子,其HNMR 谱中有两个共振峰,两个共振峰的强度之比为3∶2 ;乙醇分子中有三种等效氢原子,其HNMR 谱中有三个共振峰,三个共振峰的强度之比为3∶2∶1 。
信息特征:①共振峰的强度比刚好为各种等效氢原子的总数之比;
②根据强度比可求出各种等效氢原子.....原子团...的个数,即1023=+x x (乙醚分子中的氢原子总数)。则2=x ,即乙醚分子中有2个CH 2和2个CH 3 。
例题5:根据上述信息,C 4H 10的HNMR 谱有两种,其两个共振峰的强度之比为9∶1,则该烷烃的结构简式为 。
解析:因1019=+,则结合烷烃的结构特点,该烷烃分子中有1个CH 原子团和3个 CH 3原子团 ,故该烷烃分子的结构简式为: 。