17有机物组成的分析与判断

1高考化学解题技巧与应试策略系列17策略17有机物组成的分析与判断金点子：组成有机物的元素虽然较少，但由于碳碳间可通过共价键连接，因而其物质种类较多。因此有关有机物组成的分析，必须依靠燃烧或其它的相关反应。解答此类试题，用到最多的方法是燃烧过程中方程式的差量计算，其次是守恒法。有关差量计算，特别要注意反应后生成水的状态。如：CxHy+(x+y/4)O2xCO2+y/2H2O(l)△V减小1(x+y/4)xy/2(1－y/4)CxHy+(x+y/4)O2xCO2+y/2H2O(g)△V增加1(x+y/4)xy/2(y/4－1)当方程式两边都是气体时，燃烧前后气体体积不变，得y=4。经典题：例题1：（1996年全国高考）某烃的一种同分异构体只能生成一种一氯代物,该烃的分子式可以是()A．C3H8B．C4H10C．C5H12D．C6H14方法：从有机结构中的等效氢分析。捷径：烃的一氯取代物只有一种，说明该烃具有高度对称的结构，如CH4，CH3—CH3，,，分析对照知答案为C。总结：有机结构中的等效氢，是从甲烷和乙烷的结构外推得到。即因甲烷和乙烷分子中的所有氢等同，故如果用甲基分别取代甲烷和乙烷分子中的所有氢原子，其一卤代物也只有一种，以此类推，可得无数个等效氢物质。例题2：（2001年全国高考）绿色化学提倡化工生产应提高原子利用率。原子利用率表示目标产物的质量与生成物总质量之比。在下列制备环氧乙烷的反应中，原子利用率最高的是（）2方法：从题意分析知，原子利用率最高，即反应物中的原子全部转变成所需的产物。捷径：原子利用率最高的是把所有的反应物全部转化为生成物。选项C符合题意。总结：解本题的关键是阅读明白题目所提供的信息。主要考查考生的阅读能力。例题3：（2001年全国高考）第28届国际地质大会提供的资料显示，海底有大量的天然气水合物，可满足人类1000年的能源需要。天然气水合物是一种晶体，晶体中平均每46个水分子构建成8个笼，每个笼可容纳一个CH4分子或1个游离H2O分子。根据上述信息，完成第1、2题：(1)下列关于天然气水合物中两种分子极性的描述正确的是（）A．两种都是极性分子B．两种都是非极性分子C．CH4是极性分子，H2O是非极性分子D．H2O是极性分子，CH4是非极性分子(2)若晶体中每8个笼只有6个容纳了CH4分子，另外2个笼被游离H2O分子填充，则天然气水合物的平均组成可表示为（）A．CH4·14H2OB．CH4·8H2OC．CH4·(23/3)H2OD．CH4·6H2O方法：采用结构比较和分子个数守恒分析。捷径：(1)可从水分子与甲烷分子的结构去分析得D。(2)可通过分子个数守恒，即将8个笼中的甲烷分子与水分子(包括构成笼的水分子)进行比较，即得答案为B。总结：此题为一新情境试题，看似复杂，其实简单。例题4：（1991年“三南”高考题）A，B是式量不相等的两种有机物，无论A，B以何种比例混合，只要混合物的总质量不变，完全燃烧后，所产生的二氧化碳的质量也不变。符合上述情况的两组有机化合物的化学式是_________和__________，_______和________；A，B满足的条件是_______。方法：A，B两种有机物式量不相等，无论A，B以何种比例混合，只要混合物的总质量不变，完全燃烧后产生的CO2的质量也不变。可推知A，B中含碳元素的质量分数相等，凡能满足这个条件的每一组化合物都是本题的答案。捷径：根据当两种物质的最简式相同时，它们所含各元素的原子个数比相同，混合物中各元素的质量分数不变。能写出多组化学式符合含碳元素的质量分数相等的要求。（1）烃类：据（CH）n，写出C2H2和C6H6；据（CH2）n写出C2H4和C3H6等。（2）烃的含氧衍生物类：据（CH2O）n写出CH2O和C2H4O2，CH2O和C3H6O3等。（3）糖类：当（CH2O）n中的n＝6时，写出CH2O和C6H12O6（葡萄糖）也是一组。3以上多组化学式均属同一类型——最简式相同。还应有一类，虽最简式不同，但符合含碳元素质量分数相等的组合，如：CH4中含C75%，将其式量扩大10倍，则含C原子数为10，含C仍为75%，其余（160—120）=40应由H，O补充，故可以得到C10H8O2，由此得出CH4和C10H8O2为一组。若要写出CH4与C9的组合，据C占75%，可知其余部分占25%，25%为75%的1/3，C9为12×9=108，108/3=36，这36应由H、O补齐，推知H为20，O为16，即得到C9H20O（饱和一元醇）。同理可以推出C8H16O，C7H12O等。另外还可以推出C2H6和C12H20O等多组答案，不再赘述，故：A，B化合物化学式为C2H2和C6H6（或C2H4和C3H6，CH2O和C2H4O2，CH2O和C3H6O3等）一组，另一组为CH4和C10H8O2（或CH4和C9H20O，CH4和C8H16O，CH4和C7H12O，C2H6和C12H20O等），A，B应满足的条件是化学式中碳的质量分数相等。总结：不要写出CH3COOH和HCOOCH3这样的组合，因为二者的式量相同，不是本题的答案。例题5：（1995年全国高考）有机化合物A、B分子式不同,它们只可能含碳、氢、氧元素中的两种或三种。如果将A、B不论以何种比例混和,只要其物质的量之和不变,完全燃烧时所消耗的氧气和生成的水的物质的量也不变。那么，A、B组成必须满足的条件是。若A是甲烷,则符合上述条件的化合物B中,分子量最小的是(写出分子式),并写出分子量最小的含有甲基(－CH3)的B的2种同分异构体结构简式。方法：从燃烧结果，通过组成分析。捷径：由题意直接可得出A、B中含H原子数一定相同。若二者都为烃，设A为CnHa，B为CmHa，则二者n与m不等时耗氧量一定不同，所以可推论出A、B中或一为烃，一为含氧化合物或二者中都含氧。又有机物燃烧1mol碳原子，这样保证二者耗氧气量相同。即相差n个碳原子；同时要相差2n个氧原子。若A为CH4，则B一定含O原子，按上述结论B分子量最小时应比CH4多1个碳原子、2个氧原子即C2H4O2，其同分异构体结构简式为CH3COOH,HCOOCH3。总结：本题难度较大。需要有扎实的有机物燃烧的基础知识，以及严密的逻辑推理能力。我们从众多有机物燃烧的练习题中归纳出如下的规律：（1）若两种有机物物质的量之和相等，不管这两种有机物如何混合，其生成水量不变，那么，两种有机物分子中含H原子数必相等，如果含C原子数相等，则生成的CO2的量也不变。（2）如果燃烧消耗的氧气相同，则在一有机物的分子式（设用R代表）基础上变成R（H2O）m或R（CO2）n。新形成的有机物必然和原有机物充分燃烧时耗氧量相等。（物质的量不变）。例题6：（1997年全国高考）A、B都是芳香族化合物,1molA水解得到1molB和1mol醋酸。A、B的分子量都不超过200,完全燃烧都只生成CO2和H2O。且B分子中碳和氢元素总的质量百分含量为65.2%(即质量分数为0.652)。A溶液具有酸性,不能使FeCl3溶液显色。(1)A、B分子量之差为_______________。(2)1个B分子中应该有_______________个氧原子。(3)A的分子式是_______________。(4)B可能的三种结构简式是：___________、____________、____________。方法：利用守恒法分析获解。捷径：（1）因为A+H2O→B+CH3COOH，A、B分子量之差等于60—18=424（2）因A溶液具有酸性，不能使FeCl3溶液显色，所以A必有—COOH，因而B中也含有—COOH，且还有从A（醋酸某酯）水解而产生的—OH，初步推测B中至少含有3个氧原子。设B分子中有3个氧原子，含氧量为34.8%，B的分子量为=138，A的分子量为138+42=180小于200，符合题意（若B中含氧原子数大于3时，A的分子量超过200）。（3）由B分子中含有苯环和三个氧原子及分子量等于138可推出其分子式为C7H6O3，B为羟基苯甲酸，有三种不同的结构式。由M(C7H6O3)+M(CH3COOH)—M(H2O)推得A的分子组成为C9H8O4。说明B的分子式求解：因为B中含有苯环，其C原子数一定大于或等于6。设C原子数6，则H原子数=138—12×6—3×16=18，由于H原子数太多不符合含有苯环的结构的题意；若C原子数为7，则H原子数=138—12×7—3×16=6，所以分子式为C7H6O3，显而易见，C原子数一定不等于8，否则H原子就变成负数了。总结：本题的难点是第二小题，如果缺乏逻辑推理的能力，很难顺利解出此题。例题7：（2001年全国高考）标准状况下1.68L无色可燃气体在足量氧气中完全燃烧。若将产物通入足量澄清石灰水，得到的白色沉淀质量为15.0g；若用足量碱石灰吸收燃烧产物，增重9.3g。（l）计算燃烧产物中水的质量。（2）若原气体是单一气体，通过计算推断它的分子式。（3）若原气体是两种等物质的量的气体的混合物，其中只有一种是烃，请写出它们的分子式（只要求写出一组）。方法：根据燃烧后的CO2和H2O，通过守恒法确定其组成。捷径：（1）m(CO2)=15.0g×44g·mol-1/100g·mol-1=6.6gm(CO2+H2O)=9.3g，m(H2O)=9.3g-6.6g=2.7g（2）n(CO2)=6.6g/44g·mol-1=0.15mol，n(H2O)=2.7g/18g·mol-1=0.15mol。分子中C:H=1:2，n(无色可燃气体)=1.68L/22.4L·mol-1=0.075mol分子中C原子数=0.15mol/0.075mol=2，分子中氢原子数=2×2=4所以该气体的分子式是C2H4。（3）因为单一气体为C2H4，现为等物质的量的两种气体的混合物，所以在2mol气体中，应含有4molC原子和8molH原子，这两种气体是C4H6和H2，或C3H8和CO，C3H6和CH2O等。总结：第(3)问是此题的难点，如能根据等物质的量推出，在2mol气体中，含有4molC原子和8molH原子，即可方便快速获得结果。金钥匙：例题1：等物质的量的下列有机物完全燃烧，需相同状况下的O2体积最小的是()A．C2H6B．C2H5OHC．CH3CHOD．C2H4方法：该题的解法有多种。常用的方法是根据化学方程式确定耗氧量，也可根据化学式(设为CxHyOz)确定耗氧量为(x+-)，还可通过拆分法求解。捷径：根据题意，将各选项物质分别变换如下：5C2H6→2C+6H，C2H5OH→2C+4H+H2O；CH3CHO→2C+2H+H2O，C2H4→2C+4H，比较拆分的组成，就可得C选项需O2体积最小。总结：当有多种解法时，应选择最简捷、最方便的求算方法。例题2：已知乙酸丁酯和丙酸的混合物中氧元素质量分数为30%，则氢元素的质量分数为()A．40%B．30%C．10%D．20%方法：两种有机物均由C、H、O三种元素组成，含氧30%，则含碳氢共70%，而CH3COOC4H9和CH3CH2COOH中，碳氢质量比均为12﹕2，即6﹕1，以此将70%按C、H质量比拆分即可。捷径：有机混合物中含氧30%，则含碳氢共70%，而CH3COOC4H9和CH3CH2COOH中，碳氢质量比均为12﹕2，即6﹕1。故氢的质量分数为70%×1/7=10%。答案为C。总结：此题如果一味思进，则需根据题给氧元素的质量分数求出其质量比，再求出氢元素的质量分数，真是繁不堪言，而如果退后一步思考，关系一旦找正确就能化繁为简。解此题的技巧是找出乙酸丁酯与丙酸分子中的碳氢比是相同的。例题3：甲醛、乙醛、乙酸和α-羟基丙醛组成的混合物中，测知氢元素的质量百分含量为9%，则其中氧元素的质量百分含量是（）A．16%B．37%C．48%D．无法计算方法：乍一看好象缺条件，易选D，但仔细分析其组成：HCHO，CH3CHO，CH3COOH，CH3CH（OH）CHO恰当变形为CH2O，（CH2）2O，（CH2）2O2，（CH