三步從確定有機物的分子結構

確定有機物的分子結構是有機化學學習的重要內容，要確定一種有機物的分子結構，首先要判斷有機物中所含元素的種類，然后依據題目所給的條件再確定有機物分子中各元素原子的數目，從而得到分子式，最后根據信息確定有機物的結構簡式。

一、推斷有機物的組成元素

方法精要：有機物常常含有碳、氫、氧、氮、鹵素、硫等元素，一般可以通過以下思路來確定有機物組成元素情況。

（1）對于含碳、氫或含碳、氫、氧的有機物，常常用燃燒法，可以根據質量（或物質的量）守恒進行分析和推導有機物中所含元素，特別是氧元素。有定性分析法和定量推算法。

（2）對于還可能含有的氮、鹵素、硫等元素，一般用實驗法進行分析，如含鹵原子的有機物，可以通過“水解→酸化→加硝酸銀溶液→觀察沉淀顏色”程序來確定鹵原子種類。

例1 某有機物2mol在氧氣中充分燃燒，消耗氧氣5mol，生成H₂O和CO₂各4mol，由此可得出的結論是（）。

A.該有機物不含氧元素

B.該有機物分子中含一個氧原子

C.該有機物分子中含二個氧原子

D.不能確定該有機物分子中含氧原子的數目

分析：根據題意，將“4mol H₂O和4molCO₂”中的氧元素的量折合成氧氣的量，為6mol;而有機物燃燒實際只消耗了5mol氧氣，說明有機物中有氧元素，且其物質的量為2mol，由此可得出的結論是該有機物分子中含一個氧原子。答案為B。

點撥：解答定量計算問題時，要合理運用推算方法，如根據有機物燃燒的反應方程式列式計算，應用質量守恒定律判斷，運用差量法或關系式法推算等，不能墨守成規。

二、確定有機物的分子式

方法精要：確定有機物的組成元素以后，可以按以下方法來確定有機物分子式。

利用上述關系解題時，要注意題給條件，題目條件不同，選用方法就應有所區別。

（1）實驗式法。

例2 某有機化合物由三種元素組成，其中碳、氫的質量分數分別為22.0%和4.59%。將該化合物在強堿水溶液中水解后先用硝酸酸化，再用AgNO₃溶液檢驗，結果生成淡黃色沉淀。又測得該化合物的相對分子質量為109，則該有機化合物的分子式為______。

點撥：運用實驗式法解題的基本思路為：元素的質量分數→最簡式→結合M_r確定分子式。或由M_r與元素的質量分數直接確定各原子的原子數目，進而確定分子式。

（2）方程式法。

例3 0.60g某飽和一元醇A，與足量的金屬鈉反應，生成氫氣112mL標準狀況），則該一元醇的分子式為______。一元醇的相對分子質量為60。

根據該一元醇的通式，有下列等式：12n+2n+1+16+1=60，解得：n=3。

故該一元醇的分子式是C₃H₈O。

點撥：運用方程式法解題的基本思路為：以有機物相關反應的化學方程式為依據，根據有機物在化學反應中量的關系列式計算，推求有機物的分子式。

（3）直接法。

點撥：根據已知條件（如氣體密度、相對密度、標準狀況下的體積等）直接求出1mol有機物中各原子的物質的量，即可確定有機物的分子式。

三、確定有機物的結構式

方法精要：有機物分子結構的確定方法：知道有機物分子式后，再用下列方法判斷其所含官能團、氫原子情況，進而確定其結構。

（1）物理方法。①利用紅外光譜法初步判斷有機物中含有的官能團或化學鍵。②利用核磁共振氫譜測定有機物分子中氫原子的類型和數目，氫原子的類型’一吸收峰數目，不同氫原子個數比一不同吸收峰面積比。

（2）化學方法。①根據價鍵規律，某些有機物只存在一種結構，可直接由分子式確定結構。②官能團的特征反應一定性實驗～確定有機物中可能存在的官能團。③通過定量實驗，確定有機物中的官能團及其數目。

例5 為測定某有機物A的結構，設計了如下實驗：①將2.3g該有機物完全燃燒，生成了0.1mol CO₂和2.7gH₂O;②用質譜儀實驗得質譜圖;③用核磁共振儀處理該化合物得核磁共振氫譜圖，圖中三個峰的面積比為1：2：3。試回答下列問題：

（1）有機物A的相對分子質量為______。

（2）有機物A的實驗式為______。

（3）根據A的實驗式______（填“能”或“不能”）確定A的分子式。

（4）A的分子式為______，結構簡式為______。

分析：質譜圖中最大質荷比即為有機物的相對分子質量，所以根據質譜圖可知A的相對分子質量為46。2.3gA完全燃燒生成0.1molCO₂和2.7g H₂O，則可計算出A的分子式為」（C₂H₆O）_n，即A的實驗式為C₂H₆O。由于H原子已經飽和，所以該實驗式就是其分子式。又根據核磁共振氫譜圖可知，A中有三種化學環境不同的H原子且數目之比為1：2：3，又因為A的通式符合飽和一元醇的通式，所以A的結構簡式為CH₃CH₂OH。

答案：（1）46（2）C₂H₆O（3）能（4）C₂H₆O CH₃CH₂OH

點撥：分析質譜圖、核磁共振氫譜圖、紅外光譜圖等圖像類問題時，先要弄清楚圖像中各信息（如數據、峰值等）的化學意義，再將之運用到對應問題的推導、解答中。

（責任編輯 謝啟剛）