確定有機物的分子式是歷年大學聯考熱點之一,經常在選擇題、填空題中出現,常見的方法有:
一、直接求算法
直接計算出1mol氣體中各元素原子的物質的量,推出分子式。步驟爲:密度(或相對密度)摩爾質量1mol氣體中各元素的原子個數分子式。
例1.0.1L某氣態烴完全燃燒,在相同條件下測得生成0.1LCO2和0.2L水蒸氣且標準狀況下其密度爲0.717g / L,該烴的分子式是:( )
A. CH4 B. C2H4 C. C2H2 D. C3H6
解析:由M=0.717g /L*22.4 L/mol=16 g/mol,可求N(C)= 0.1 L/0.1 L=1, N(H)= 0.2 L*2/0.1 L=4,即1mol該烴中含1mol C, 1mol H,則其分子式爲CH4,
二、最簡式法
通過有機物中各元素的質量分數或物質的量,確定有機物的最簡式(即各原子最簡整數比),再由烴的相對分子質量來確定分子式。
烴的最簡式的`求法爲:N(C):N(H)=(碳的質量分數/12):(氫的質量分數/1)=a:b(最簡整數比)。
例1.某氣態烴含碳85.7%,氫14.3%。標準狀況下,它的密度是1.875 g /L,則此烴的化學式是_______。
解析:由M=1.875g /L*22.4 L/mol=42g/mol, N(C):N(H)=( 85.7%/12):(14.3%/1)=1:2, 最簡式爲CH2,該烴的化學式可設爲(CH2)n,最簡式式量爲14,相對分子質量爲42,n=3,此烴爲C3H6。
練習:某烴完全燃燒後生成8.8gCO2和4.5g水。已知該烴的蒸氣對氫氣的相對密度爲29,則該烴的分子式爲_______。答案:C4H10
注意:某些特殊組成的最簡式,可直接確定其分子式。如最簡式爲CH4的烴中,氫原子數爲四,已經飽和,其最簡式就是分子式。
三、通式法
若已知烴的種類可直接設,烷烴設爲CnH2n+2, 烯烴設爲CnH2n,炔烴設爲CnH2n-2,苯及苯的同系物設爲CnH2n-6;若爲不確定分子則設爲CxHy.
例1.若1 mol某氣態烴CxHy完全燃燒,需用3 mol O2,則( )
A. x=2,y=2 B. x=2,y=4 C. x=3,y=6 D. x=3, y=8
解析:由烴的燃燒方程式CxHy+(x+y/4)O2xCO2+y/2H2O,依題意x+y/4=3,y=12-4x,代入驗證,符合選項爲x=2,y=4,選B。
四、商餘法
方法一:用烴的相對分子質量除以14,看商數和餘數。其中商數A爲烴分子中碳原子的個數
方法二:若烴的類別不確定,可用相對分子質量M
除以12,看商數和餘數。
例1. 某有機物A的相對分子質量爲128,若A是烴,則它的分子式可能是_______。
解析:用方法二做,128/12=108,則分子式爲C10H8,但也可能10個12中的一個12爲12個氫,則分子式爲 C9H20。因此,可能的分子式爲C10H8或C9H20。
五、平均值法
當烴爲混合物時,一般是設平均分子式,結合反應方程式及其他條件求出平均組成,利用平均值的含義確定混合烴可能的分子式.
例1. 20mL兩氣態烴組成的混合物,跟足量O2混合後完全燃燒,當產物通過濃H2SO4體積減少30mL,然後通過鹼石灰體積減少40mL(氣體體積均在同溫同壓下測得),問:這種混合物的組成可能有幾種?
解析:N(C)= 0.04 L/0.02 L=2, N(H)= 0.03 L*2/0.02 L=3,即該烴分子式爲C2H3。此烴中必含C2H2,其組成可能爲C2H2和C2H4或C2H2和C2H6。
另外,有時也利用平均相對分子質量來確定其可能的組成,此時,採用十字交叉法計算較爲簡捷。若兩混合氣態烴,平均相對分子質量小於或等於26,則該烴中必含有甲烷。
練習:兩種氣態烴的混合物,在標準狀況下其密度是1.16g /L,則關於此混合物的組成說法正確的是( )
A. 一定有甲烷
B. 一定有乙烷組成
C. 可能是甲烷和戊烷的混合物
D. 可能是乙烷和丙烷的混合物
答案:A.
六、差量法
利用燃燒的化學方程式,通過反應前後氣體體積的變化確定分子式。
例1. 室溫時,20mL某氣態烴與過量氧氣混合,完全燃燒後的產物通過濃硫酸,再恢復到室溫,氣體體積減少了50mL,剩餘氣體再通過苛性鈉溶液,體積減少了40mL。則該氣態烴的分子式。
解析:設氣態烴分子式爲CxHy
CxHy+(x+y/4)O2xCO2+y/2H2O 體積差
1x+y/4x 1+y/4
20mL 40mL 50mL
求得x=2,y=6,其分子式爲 C2H6。
練習:120℃時,1體積某烴和4體積O2混合,完全燃燒後,恢復到原來的溫度和壓強,體積不變,則該烴所含的碳原子數不可能是( )
A. 1 B. 2 C.3 D.4
答案: D
注意,溫度在100℃以上時,氣態混合烴與足量的氧氣充分燃燒後;若總體積保持不變,則原混合烴中的氫原子平均數爲4;若總體積增大,則原混合烴中的氫原子平均數大於4;若總體積減小,則原混合烴中的氫原子平均數小於4,必含有C2H2。烴類燃燒前後氣體總體積的變化與分子中的碳原子數無關,主要取決於烴分子中的氫原子數及水的狀態。