【2010届高三化学140分突破精品资料】第7讲：确定有机物分子结构的一般方法

2010届高三化学140分突破精品资料第7讲
确定有机物分子结构的一般方法
【知能整合】
1． 有机物分子结构的确定——化学方法
由于有机化合物中存在同分异构现象，除少数的分子式只对应一种结构外，一般一种分子式对应有多种结构。我们常从以下两方面确定其结构：
(1)根据有机物的特殊反应，确定物质分子中的官能团，从而进一步确定其结构。常见有机物中，能使酸性高锰酸钾溶液褪色的烃类物质有烯烃、炔烃、苯的同系物；能与溴水产生白色沉淀有机物是苯酚；能发生与银氨溶液或新制Cu(OH)2反应的物质有醛类、甲酸、甲酸某酯、葡萄糖、麦芽糖等；能与碳酸钠反应产生气体的有机物是羧酸。
(2) 有机物实验式的确定
①实验式(又叫最简式)是表示化合物分子所含各元素的原子数目最简单整数比的式子。
②若有机物分子中 w(C)＝a%、w(H)＝b%、w(O)＝c%，则：N(C) : N(H) : N(O)＝，即可得到实验式。实验式也可以通过燃烧产物的物质的量等方法确定。确定实验式前必须先确定元素的组成，如某有机物完全燃烧的产物只有 CO2 和 H2O，则其组成元素可能为C、H 或 C、H、O；若燃烧产物 CO2 中的碳元素的质量和燃烧产物 H2O 中氢元素的质量之和等于原有机物的质量时，则原有机物组成中不含O元素。
(3)确定有机物分子式和结构式的过程可简单归纳如下：
2． 有机物分子结构的确定——物理方法(波谱法)
化学方法以官能团的特征反映为基础，鉴定出官能团，还要制备它的衍生物以进一步确认其结构。当化合物结构比较复杂时，往往要耗费大量时间。物理方法（波谱法）具有微量、快速、准确、信息量大等特点。(1)质谱——可快速、准确测定有机物的相对分子质量。(2)红外光谱——可以获得分子中含有何种化学键或官能团的信息。⑶核磁共振氢谱——可推知有机物分子中有几种不同类型的氢原子及它们的数目之比。
【典型例析】
例1：已知某有机物 A 的式量为 128。
(1)若 A 物质中只含有碳、氢、氧三种元素，且 A 分子中含有一个酯的结构，则 A 的分子式为__________，结构简式为____________(任写出一种)。
(2)若 A 物质中只含有碳、氢、氮三种元素，且 A 分子中氮原子数目最少，则 A 的分子式为__________，若 A 分子中有一个由氮原子和其他碳原子形成的六元环，则 A 的结构简式为__________(任写一种)。
变式训练：
某有机物仅含C、H、N三种元素，其相对分子质量不超过200，其中氮元素的质量分数为10.85％，下列关于该有机化合物的说法正确的是
A．可能是芳香烃 B．不可能是芳香族化合物
C．该物质的熔点较高 D．分子结构中可能只含有单键
例2：A是烃，B是烃的含氧衍生物，A、B均为常见的有机物。由等物质的量A和B组成的混合物0.05 mol在0.125 mol O2中恰好完全燃烧生成0.1 mol CO2和0.1 mol H2O。试回答下列问题：
⑴混合物中A、B的组合可能有_________种。
⑵另有一种组合的A和B，以任意比混合，且物质的量之和为a mol。①若耗氧量一定，则A、B的分子式分别是A_________，B_________，耗氧量为_________mol（用a表示）。②若生成的CO2和H2O的物质的量一定，则A、B的分子式分别是A_________，B_________。③若生成CO2的量为定值，则生成物H2O的质量范围为_________（用a表示）。
变式训练：
现有0.1 mol某有机物A在8.96 L O2中充分燃烧后，气体体积变为6.72 L，通过足量碱石灰吸收后剩余2.24 L(气体体积均在标准状况下测定)。
(1)燃烧后所得混合气体中CO2的物质的量为___________，2.24L剩余气体可能是________或___________；
(2)若A是烃，其化学式可能是_______或_______；若A是烃的衍生物，其化学式可能是_______或_______。
(3)若A由丁醛（C4H8O）与气体B等物质的量混合得到，则气体B的化学式为_______。
例3：胡椒酚A是植物挥发油中的一种成分。某研究性学习小组对其分子组成结构的研究中发现：A 的相对分子质量不超过150；A中C、O的质量分数分别为：w(C)＝80.60%，w(O)＝11.94%，完全燃烧后产物只有CO2和H2O。根据以上信息，填写下列内容：
(1)A的摩尔质量为 。
(2)光谱分析发现A中不含甲基(－CH3)，苯环上的一氯取代只有2种；1molA与足量溴水反应，最多消耗3molBr2。A的结构简式为 。
(3)A的一种同分异构体中，苯环上含有两个取代基，取代基位置与A相同，且能发生银镜反应。
①符合条件的A的同分异构体的结构简式 。
②上述A的一种同分异构体发生银镜反应的化学方程式 。
变式训练：
有机物A与乙酸无论以何种比例混合，只要质量一定，完全燃烧后产生的水的质量也一定，试回答：
(1)若A与乙酸相对分子质量相等，且既能发生银镜反应又能发生酯化反应，则A的结构简式为_____________。
(2)若A由四种元素形成的两种官能团组成，相对分子质量与乙酸相等，且分子中氢原子都不与碳原子相连，则A的结构简式为_____________。
(3)若A分子中C、H元素质量分数之和为86.67%，其余为O，且A的相对分子质量小于200，则A的分子式为___________。如果A分子每个碳原子都达到饱和，且能与金属钠反应产生氢气，则A的结构简式为________________________。
【当堂反馈】
1．1 mol仅含C、H、O三种元素的有机物A在稀硫酸中水解生成1 molB和1 molC。B分子中N(C)∶N(H)＝4∶5，135＜Mr(B)＜140；C与B分子中C原子数相同，且Mr(B)＝Mr(C)＋2。
(1)C的分子式为 ，A的摩尔质量为 ；
(2)B的分子具有高度对称性，苯环上的一氯取代物只有一种。B能与金属Na反应但不能与NaOH反应。写出B的结构简式 ；
(3)C有多种同分异构体，其中属于酯类的同分异构体有
_____________种；
(4)C分子中苯环上有两个取代基，且苯环上的一氯取代物有两种。写出A的结构简式 。
2．A、B、C都是含C、H、O、N四种元素的有机化合物。1molA隔绝空气经加热分解后得到1molB和1molCO2，且有机物的质量减少了29.53%，B是天然蛋白质水解的最终产物，经红外光谱分析得知，B分子结构中不含甲基，除-COOH外，还含有一个-OH。C属于硝酸酯类化合物，又是B的同分异构体。回答下列问题：
(1)A的相对分子质量是___________；
(2)B的结构简式是____________；
(3)C可能的几种结构简式是_______________________
_______________________________________________。
3．已知有机物分子中的烯键可发生臭氧分解反应，例如：R－CH＝CH－CH2OHR－CH＝O＋O＝CH－CH2OH。A的部分性质如下图所示：
试根据上述信息结合所学知识写出A的结构简式。
4．碳、氢、氧3种元素组成的有机物A，相对分子质量为102，含氢的质量分数为9.8%，分子中氢原子个数为氧的5倍。
(1)A的分子式是 。
(2)A有2个不同的含氧官能团，其名称是 。
(3)一定条件下，A与氢气反应生成B，B分子的结构可视为1个碳原子上连接2个甲基和另外2个结构相同的基团。
①A的结构简式是 。
②A不能发生的反应是(填写序号字母) 。
a．取代反应 b．消去反应
c．酯化反应 d．还原反应
(4)写出两个与A具有相同官能团、并带有支链的同分异构体的结构简式： 。
(5)A还有另一种酯类同分异构体，该异构体在酸性条件下水解，生成两种相对分子质量相同的化合物，其中一种的分子中有2个甲基，此反应的化学方程式是 。
(6)已知环氧氯丙烷可与乙二醇发生如下聚合反应：
n＋nOHCH2CH2OH
＋nHCl
B也能与环氧氯丙烷发生类似反应生成高聚物，该高聚物的结构简式是 。
5．充分燃烧一含碳、氢、氧的有机物，消耗O2和生成CO2的体积比为5∶4，则此类有机物最简化的通式可表示为____________；其中相对分子质量最小的物质的化学式为____________；这类有机物充分燃烧时生成CO2和H2O的物质的量之比为1∶1，且能发生水解反应的物质其分子式为____________，该有机物能发生水解反应的同分异构体结构简式有_______________________
_______________________________________________。
【课后巩固】
1．下列有机物的同系物中，完全燃烧产生的水和二氧化碳的物质的量之比恒定的是
①饱和一元醇，②饱和一元醛，③饱和一元羧酸，④饱和一元醇和饱和一元羧酸生成的酯，⑤乙炔的同系物，⑥苯的同系物。
A．②③　 B．①④
C．②③④ D．②③④⑤⑥
2．某气态化合物 X 含有 C、H、O 三种元素，现已知下列条件：① X 中碳元素的质量分数；② X 中氢元素的质量分数；③ X 在标准状况下的体积；④ X 气体对氢气的相对密度；⑤ X 的质量。欲确定该化合物的分子式时，所需的最少条件是
A．①②④ B．②③④ C．①③⑤ D．①②
3．由两种有机物组成的混合物，在一定温度和压强下完全汽化为气体。在相同的温度和压强下，只要混合气体的体积一定，那么无论混合物以何种比例混合，它在完全燃烧时所消耗的氧气体积也是一定的，符合这种情况不可能是
A．乙醇（C2H6O）和丙烯酸（C3H4O2）
B．苯（C6H6）和苯甲酸（C7H6O2）
C．丙醛（C3H6O）和甘油（C3H8O3）
D．丙酮（C3H6O）和丙二醇（C3H8O2）
4．烷烃分子可以看作由以下基团组合而成：－CH3、－CH2－、、。如某烷烃分子中同时存在这四种基团，则该烷烃最少含有的碳原子数应是
A．6 B．7 C．8 D．10
5．已知1 mol某烃X能与2 mol Cl2完全加成得到Y，1 mol Y能与4 mol Cl2完全取代得到Z，则X的结构简式可能是
A．CH2＝CH2 B．CH≡CH
C．CH≡CCH3 D．CH2＝CHCl
6．已知某有机物A的红外光谱和核磁共振氢谱如下图所示，下列说法中错误的是
A．由红外光谱可知，该有机物中至少含有三种不同的化学键
B．由核磁共振氢谱可知，该有机物分子中有三种不同的氢原子且个数比为1：2：3
C．仅由其核磁共振氢谱无法得知其分子中的氢原子总数
D．若A的化学式为C2H6O，则其结构简式为CH3－O－CH3
7．某醇和醛的混合物0.05 mol，能从足量的银氨溶液中还原出16.2 g银，已知该醇为饱和一元醇，该醛的组成符合CnH2nO，下列结论正确的是
A．此混合物中的醛一定是甲醛
B．此混合物中的醛、醇可以是任意比
C．此混合物中的醇、醛的物质的量之比是1∶1
D．此混合物中的醇、醛的物质的量之比是3∶1
8．某有机化合物仅由碳、氢、氧三种元素组成，其相对分子质量小于150，若已知其中氧的质量分数为50%，则分子中碳原子的个数最多为
A．4 B．5 C．6 D．7
9．已知丁烷在催化剂、加热、加压的条件下会以如下两种方式发生裂解：
①C4H10CH4＋C3H6
②C4H10C2H6＋C2H4
现有1 mol丁烷，其中有36％以方式①裂解，有24％以方式②裂解，还有40％没有裂解，则最终所得混合气体的平均摩尔质量是
A．36.25 g·mol－1 B．29 g·mol－1
C．14.5 g·mol－1 D．92.8 g·mol－1
10．现有分子式均为C3H6O2的四种有机物A、B、C、D，且分子中均含甲基，把它们分别进行下列实验以鉴别之，其实验记录如下：
NaOH溶液 银氨溶液 新制Cu(OH)2 金属钠
A 中和反应 —— 溶 解 产生氢气
B —— 有银镜 加热后有红色沉淀 产生氢气
C 水解反应 有银镜 加热后有红色沉淀 ——
D 水解反应 —— —— ——
则A、B、C、D的结构简式分别为：
A ，B ，C ，D 。
11．烯烃通过臭氧化并经锌和水处理得到醛或酮，例如：
1 mol某烃A通过臭氧化并经锌和水处理后只得到 和各1 mol。
(1)观察题中给出的方程式可知：烃分子中每有一个双键，则产物中会有_______个羰基（），产物与烃分子中原子个数相等的元素有______________。
(2)A分子中有______个双键，A的分子式是__________。
(3)已知可以简写为，其中线表示化学键，线的端点、折点或交点表示碳原子，碳原子剩余的化合价用氢原子补足。写出A所有可能的结构简式。
_______________________________________________________________________________________________。
12．有机物A、B、C都是仅含有C、H、O三种元素的羧酸酯，它们的水解产物分子中全都含有苯环。A的水解混合液不能与氯化铁溶液发生显色反应，B和C的水解混合液分别都能使氯化铁溶液显紫色。A的相对分子质量是其同系物中最小的。
(1)A的相对分子质量是________，其结构简式为___________；
(2)B的相对分子质量比A少14，则B的结构简式为________；
(3)C的相对分子质量和A相等，则C的可能结构有________（填数字）种，写出其中的一种结构简式_____________。
13．有A、B、C均是由碳、氢、氧三种元素组成的有机物，它们的相对分子质量相等，但碳原子数依次减少一个。已知
①2.6g液态A在3.92L（标准状况，下同）氧气中，经点燃后两者均确好完全反应得到2.8L二氧化碳和液态水。
②A不能发生消去反应，但能与C发生缩聚生成聚酯D
③B的溶液显酸性，分子中无甲基，一定条件下分子内部可脱水生成环状物E。完成下列问题
(1)A是一个1984年推放进市场的塑晶材料，白天光照后能吸收太阳能，夜间能释放出来，A的结构简式为： 。
(2)B分子内脱去一个水分子形成环状的化合物E，E的结构式为： 。
(3)A与C可形成缩聚物D，D的结构简式为 。
14．碳、氢、氧、氮是构成生命物质最主要的四种元素，请根据所给条件，回答下列问题：
(1)写出由上述四种元素组成的可用作炸药的三种有机物的名称。
①___________，②___________，③____________。
(2)写出符合下列要求的有机物的名称。
①由上述四种元素中的两种组成的天然高分子的结构简式（任写一种物质）_______________。
②由上述四种元素中的三种组成的天然高分子的分子式（任写一种物质）_______________。
(3)A、B、C、D四种化合物均含上述四种元素，且都属于盐。其中A、B、C三种化合物中都只含有一个碳原子，A和B的阴离子带一个单位负电荷，但A的阴离子比B的阴离子少一个氧原子；C和D的阴离子带两个单位负电荷，D中含两个碳原子。请写出A、B、C、D的化学式：
A为__________、B为____________、C为___________、D为____________。
(4)E、F两种共价化合物，它们均含上述四种元素，且互为同分异构体；它们的一个分子中都含有两个碳原子，E可发生缩聚反应，F分子中含40个电子，则E、F的结构简式为：E为__________、F为___________。
15．现有A、B两种链状饱和一元醇的混合物0.3 mol，其质量为13.8 g。已知A和B碳原子数均不大于4，且A(1)混合物中A可能的分子式________________；B可能的分子式____________。
(2)若n(A)∶n(B)=1∶1时，A的名称_________，B的名称_________。
(3)若n(A)∶n(B)≠1∶1时，A的结构简式为__________，B的结构简式为__________。则n(A)∶n(B)=________。
2010届高三化学140分突破精品资料第7讲
参考答案
例1：思路点拨：本题是通过奇偶法确定有机物的分子式，奇偶数法是利用数字间的奇、偶性规律，探讨试题答案的一种巧解方法。下列问题的解决过程中，可能用到奇偶数法：①某些化学方程式的配平；②化合物的分子式与原子序数的推定；③化学反应中化合价的升降数值；④化合价与分子式的关系；⑤有机分子中 H 等原子的个数。
疑难辨析：没有掌握C、H、O、N原子的成键规律而无法确定(2)中含氮有机物中氮原子数而导致无法求解。
解题过程：(1)含有一个酯键的 A 的分子式为 C7H12O2 ，其结构有多种，如：CH2=CHCH2COOCH2CH2CH3等。(2)A 式量 128 是偶数，决定了 A 分子中氮原子数目是偶数，因为当 A 分子中氮原子数目是奇数时，不论氮原子存在于硝基还是氨基中，A 式量都是奇数。则 A 分子中最少含有 2 个氮原子，A 分子式可为 C7H16N2，其结构简式有多种，如：等。
变式训练：
答案：D
解析：该有机物的相对分子质量不超过200，因此可确定该有机物的相对分子质量为129，因此分子式可以是C8H17NH2，相当于一个烷烃基连接一个氨基，因此选项D正确，利用等效转换法（1C~12H），分子式也可以是C9H7N，所以可以构建成一个芳香族化合物，选项B错。由于分子中含有C、H、N三种元素，因此不能称为芳香烃。该有机物属于分子晶体，熔点低。
例2：思路点拨：本题通过平均值法确定有机物的分子式，根据有机混合物中各成分所含的共同元素，求出某元素或各元素的平均组成，再运用平均值进行计算、推理(如十字交叉法)，使复杂问题简单化。
疑难辨析：本题求解时应先求出有机物的平均分子式，然后通过有序思维求解，否则容易漏解。
解题过程：(1)由A和B的混合物0.05 mol燃烧生成0.1 mol CO2和0.1 mol H2O以及耗氧量，可知A和B的混合物平均组成分子式为C2H4O。由于A为烃，B为烃的含氧衍生物，且A和B为等物质的量，根据平均值含义(如A与B中碳原子数确定，有两种可能：一种情况是两者碳原子数均为2；另一情况是一种碳原子数大于2，一种碳原子数小于2)，A、B的组合可能有五种。
一 二 三 四 五
A CH4 C2H2 C2H4 C2H6 C3H6
B C3H4O2 C2H6O2 C2H4O2 C2H2O2 CH2O2
(2)根据题意，A和B以任意比混合。①耗氧量一定，则A和B耗氧能力相同，即A为C2H2，B为C2H6O2〔C2H2（H2O）2〕，耗氧量为2.5 a mol。②生成CO2和H2O的物质的量一定，则A、B两物质中C、H原子数分别相同，即A为C2H4、B为C2H4O2。③生成CO2的量为定值，即A和B中碳原子数相同，都为2，氢原子数最少为2，最多为6，即生成水：a mol＜n(H2O)＜3a mol，即18a g＜m(H2O)＜54 a g。答案：(1)五 (2)①C2H2 C2H6O2 2.5a ②C2H4 C2H4O2 ③18a g＜m(H2O)＜54a g
变式训练：
答案：(1)0.2 mol O2 CO (2)C2H4 C3H6 C2H6O C3H8O (3)H2 C2H6
解析：由于是在标准状况，碱石灰吸收的4.48 L气体是CO2，燃烧后剩余的6.72 L可能是CO2与O2，也可能是CO2与CO。若燃烧后剩余气体是CO2与O2，则A是C2H4或C2H6O（C2H4·H2O），或平均分子组成为C2H5O0.5；若燃烧后剩余气体是CO2与CO，则A是C3H6或C3H8O（C3H6·H2O），或平均分子组成为C3H7O0.5。若平均分子组成为C2H5O0.5，则可能是C4H8O与 H2等物质的量混合；若平均分子组成为C3H7O0.5，则可能是C4H8O与C2H6等物质的量混合。
例3：思路点拨：一般由物质的质量分数和式量确定物质的化学式，再由物质的性质确定物质的结构这类题型的处理方法通常是选择式量较大，百分含量相对较小的那种元素进行分析，结合题目条件求出对应物质的式量，然后再由质量分数求出对应的化学式。
疑难辨析：不能熟练求出有机物的化学式从而无法通过有机物的性质确定有机物的结构简式。
解题过程：由题意知胡椒酚中至少含有一个羟基，A的摩尔质量M=16n/11.94%，由于M≤150，可知n只能取1，解得M=134g/mol，A中含有的碳原子数为134×80.60%/12=9，氢原子数为134×(1-80.60%-11.94%)/1=10，因此A的化学式为C9H10O。A分子的不饱和度数为5，含有一个苯环，不饱和度为4，说明A中含有一个碳碳双键，且A中不含甲基，因此双键在末端，A中苯环上的一氯取代只有2种，说明酚羟基和烃基在对位上，从而可确定胡椒酚A的结构简式为。
答案：(1)134g/mol (2) (3)①
② +2Ag[(NH3)2]OH → +2Ag↓+3NH3+H2O
变式训练：
答案：(1)HO－CH2CHO (2) CO(NH2)2 (3)C8H8O
解析：据题意有机物A与乙酸无论以何种比例混合，只要质量一定，完全燃烧后产生的水的质量也一定，得出有机物A中氢的质量分数与乙酸中含氢量相同。(1)A与乙酸相对分子质量相等，可考虑A是乙酸的同分异构体，根据A的性质可确定A中既含有醛基又含有羟基，因此A为HO－CH2CHO。(2)A由四种元素形成的两种官能团组成，首先想到A中可能含有N原子，由于A分子中氢原子都不与碳原子相连，得出A中必有N原子，H原子和N原子相连形成氨基，由于A的相对分子质量与乙酸相等，采用等效变换，N~CH2~(O-2H)，可得A为CO(NH2)2(尿素)，经检验A中含氢量和乙酸中含氢量相同。(3) A的摩尔质量M=16n/(1-86.67%)，由于M＜200，可知n只能取1，解得M=120g/mol，A中含有的氢原子数为120×1/15=8，碳原子数为120×[86.67%-(1/15)]/12=8，因此A的化学式为C8H8O，结合A的性质可知A中含有羟基，由于A分子每个碳原子都达到饱和，因此可考虑A相当于立方烷中的一个氢原子被羟基取代所得。
【当堂反馈】
1．(1)C8H8O2 256g/mol (2) HOCH2——CH2OH (3)5 (4)CH3——COOCH2——CH2OH
2．(1)149 (2)HOCH2CH(NH2)COOH (3)CH3CH2CH2ONO2或(CH3)2CHONO2
3．A的结构简式为
4．(1)C5H10O2 (2)羟基 醛基 (3)① ②b (4)、、、、、、(其中的任意二个)。
(5)CH3COOCH(CH3)2＋H2OCH3COOH＋HOCH(CH3)2。(6)。
5．(CH)m·(H2O)n，(m，n∈N) C2H4O C4H8O2 HCOOCH2CH2CH3、HCOOCH(CH3)2、CH3CH2COOCH3。
【课后巩固】
1．C 2．A 3．C 4．C 5．C 6．D 7．AD 8．B 9．A 10．A．CH3CH2COOH B．CH3CHOHCHO C．HCOOCH2CH3 D．CH3COOCH3 11．(1)2 碳和氢 (2)C8H12 2 (3)
12．(1)212 —COOCH2— (2)—COO— (3)7种 (其余合理答案均正确)
13．(1)HOCH2C(CH3)2CH2OH (2) (3)
14．(1)①T.N.T ②硝化甘油 ③纤维素硝酸酯 (2)①聚异戊二烯 ②纤维素或淀粉
(3)A．HCOONH4 B．NH4HCO3 C．(NH4)2CO3 D．(NH4)2C2O4
(4)E．NH2CH2COOH F．CH3CH2NO2或CH3CH2ONO
15．(1)CH4O C3H8O或C4H10O (2)甲醇 1—丙醇或2—丙醇
(3)CH3OH CH3CH2CH2CH2OH、CH3CH2CH(OH)CH3、(CH3)2CHCH2OH、(CH3)3COH 1∶2
CH2CH3
COONH4
CH2CH3
CHO