有机化学中的定量关系及应用.doc.doc

1、有机化学中的定量关系及应用有机化学的学习除了抓住有机物的官能团及有机物之间转化的定性关系外，还要善于发现有机化学中的定量关系，并能定性与定量相结合，将有利于学好有机化学。一、有机结构中的定量关系1用烃的相对分子质量除以 14（CH 2 的式量） ，看商数和余数。其中商数 A 为烃分子中碳原子的个数。2烯烃、环烷烃通式为，C、H 质量比为定值，C% 为定值：85.7% 。3所有烃中，C 的质量分数最小的 CH4 为（75%） ，其次为 C2H6（80%） 。4常温下为气态的烃，则 C 原子数一般小于等于 4。5所有烃中 C 原子数为 1 的只有 CH4，相对分子质量最小的也为 CH4，其次为 C

2、2H2（式量 26） 。6符合一定碳、氢之比的有机物（1）CH11 的有：乙炔、苯、苯乙烯、苯酚等；（2）CH12 的有：甲醛、乙酸、甲酸甲酯、葡萄糖、果糖、单烯烃、环烷烃等；（3）CH14 的有：甲烷、甲醇、尿素等。7不同有机物若式量相同，则：（1） 、若少 1 个碳原子，则增加 12 个氢原子。（2） 、若少 1 个碳原子，4 个氢原子，则增加 1 个氧原子。（3） 、若少 4 个碳原子，则增加 3 个氧原子。8互为同系物的有机物式量相差 14n，碳原子数相同的烷烃与饱和一元醛，饱和一元醇与饱和一元羧酸（或酯）式量相差 14。9常见的烃基结构：甲基、乙基均只有一种结构，丙基有 2 种结构，

3、丁基有 4 种结构，戊基有 8 种结构。10烃或烃的含氧衍生物中 H 原子数最多为 2n+2，若结构中有一个双键（包括碳氧双键）或一个环则少 2 个氢原子；若有一个碳碳三键则少 4 个氢；若有一个苯环则少 8 个氢。11饱和一元酸比饱和一元醇多 1 个碳原子时，两者的相对分子质量相等。12常见基团的式量：CH 3（15） ，CH 2（14） ，C 2H5（29） ，C 3H7（43） ，C 4H9（57） ，一价C 6H5（77） ，二价C 6H4（76） ，MCH2MCxHy =AM14余 2 为烷烃除尽 为烯烃或环烷烃差 2 为炔烃或二烯烃差 6 为苯或苯的同系物CHO（29） ，COOH

4、（45） ，OH（17） ，NH 2（16） 。例 1某有机物 A 的相对分子质量为 128，若 A 是烃，则它的分子式可能是_或_。解析：先假设 A 分子中含碳原子数最多，则 12812=10 余 8，得烃分子式为 C10H8；再用增减法，即减少一个碳原子必增加 12 个氢原子；反之，增加一个碳原子要减少 12 个氢原子。把一个碳原子换成 12 个氢原子，得C9H20。例2.完全燃烧一定量的乙烯与某烃的混合气体，测得其生成的气体质量为反应前质量的2.86倍，试通过计算确定该烷烃的分子式及它在混合气体中所占的物质的量分数。（气体质量在常温下测定）解析： 由m（CO 2）/m（烃）= 2 .86

5、，得混合烃中碳的质量分数为： （C）=m（C）/m（烃）= =2.86 =78%，CO烃(41)2则混合烃必含一种碳的质量分数小于78%的烃，而碳的质量分数小于78%的烃只有甲烷。设混合气体共lmol，其中CH 4为xmol， 由题意得： =2.86，x=0.818molo)1(2864x混合气体中CH 4的物质的量分数为81.80%。例3、A、B都是芳香族化合物，1molA水解得到1molB和1mol醋酸。A、B的相对分子质量都不超过200，完全燃烧都只生成CO 2和H 2O。且B分子中碳和氢元素总的质量分数为65.2%。A溶液具有酸性，不能使FeCl 3溶液显色。(1)A、B的相对分子质量

6、之差为 。(2)1个B分子中应该 个氧原子。(3)A的分子式是 。(4)B可能的三种结构简式是 。解析：由题意：A+H 2O B+CH 3COOH，则A、B的相对分子质量相差42。进一步可知B的相对分子质量不超过158，由B中氧的质量分数可知，一个B分子中含有的氧原子数不超过：158（10.652）/16=3.4 ，即小于等于3，再根据A的性质，可知B中应含一个COOH，一个OH，即有3个O原子。则B的相对分子质量为：163/（10.652）=138，COOH（式量45） ，OH（式量17） ，B中残基式是为76，恰为一个二价苯基（C 6H4） ，则A的分子式为C9H8O4，B的结构可能有：提

7、升练习：1某混合烃由两种气态烃组成，取2.24L混合气燃烧后，得 3.36LCO2和3.6g水，则关于混合烃的组成判断正确的是(气体体积均在标准状况下测定) （ ）A.一定含甲烷 B.一定有乙烷C.一定 是甲烷和乙烯的混合气体D.可能是甲烷和丙炔的混合气体2某芳香族有机物的分子式为 C8H6O2，它的分子（除苯环外不含其他环）中不可能有( )A. 两个羟基 B. 一个醛基 C. 两个醛基 D. 一个羧基3某有机物 X 能发生水解反应，水解产物为 Y 和 Z。同温同压下，相同质量的 Y 和 Z 的蒸气所占体积相同，化合物 X 可能是 （ ）A乙酸丙酯 B甲酸乙酯C乙酸甲酯 D乙酸乙酯4某烃 A，

8、分子量为 140，其中碳的质量分数为 0.857，A 分子中有两个碳原子不与氢直接相连。A 在一定条件下氧化只生成 G，G 能使石蕊试液变红。试写出：（1）A 的分子式 ；（2）化合物 A 和 G 的结构简式：A G ；（3）与 G 同类的同分异构体（含 G）可能有 种。5含有氨基(NH 2)的化合物通常能够与盐酸反应，生成盐酸盐。如：R-NH2+HClR-NH 2HCl(R 代表烷基、苯基等) 现有两种化合物 A 和 B，它们互为同分异构体。已知：它们都是对位二取代苯；它们的相对分子质量都是 137；A 既能被 NaOH 溶液中和，又可以跟盐酸成盐，但不能与FeCl3 溶液发生显色反应；B

9、既不能被 NaOH 溶液中和，也不能跟盐酸成盐；它们的组成元素只可能是 C、H、O、N、Cl 中的几种。 请按要求填空：（1）A 和 B 。（2）A 的结构简式是 ；B 的结构简式是 。答案：1.A、C 2.D3.A、B 4.(1)C10H20； (2)(CH3)3CCH=CHC(CH3)3、 (CH3)3CCOOH； (3)4 种。5.(1)C7H7NO2(或写成 C7H7O2N) ； （2） 二、有机反应中的定量关系1、不饱和烃与氢气或卤素加成时，碳碳双键与氢气或卤素单质的物质的量之比为 11；碳碳三键与氢气或卤素单质的物质的量之比为 12；一个苯环与氢气加成时，其物质的量之比为 13。醛

10、和酮中的碳氧化双键与氢气加成时的物质的量比为 11。注意：中学化学中一般不研究苯环与卤素的加成，羧基及酯基中碳氧双键与氢气的加成。2、烷烃或芳香烃与卤素的一卤代反应中，被取代的氢原子、卤素单质、生成的卤化氢之间的物质的量之比为 111。3、醇与金属钠反应时，醇羟基、反应的钠、生成的氢气之间的物质的量之比为 221，即 2 OH H 2。4、醛的银镜反应中，醛基与生成的银的物质的量之比为 12，即CHO 2Ag。5、醛与新制氢氧化铜反应中，醛基、消耗 Cu（OH） 2、生成的羧基、Cu2O 的物质的量之比为 1211，即CHO 2Cu（OH） 2。6、羧基、酚羟基具有与 NaOH 反应的物质的量

11、之比为 11。注意：酯基及卤代烃水解后生成的酸，也可与 NaOH 溶液反应，故酯基（或一卤代烃）与 NaOH 的物质的量之比为 11；若酯水解后另一产物为酚，则酚羟基与还能消耗 NaOH。7、酚与浓溴水反应时，在酚羟基的邻、对位发生取代，若其邻、对位均有氢，则酚羟基与 Br2 的物质的量之比为 13。8、当醇被氧化生成醛时后，一个羟基氧化后式量减少 2；醛被氧化生成羧酸后，一个醛基加氧化后变为羧基，式量增加 16。如：CH3CH2OH CH3CHO CH3COOH H O（式量 46） （式量 44） （式量 60）即有一个CH 2OH 最终氧化为COOH 式量增大 14。9、酯化反应中的规律

12、：（1）当一元羧酸与一元醇完全酯化时，羧酸、醇、酯三者之间有如下关系：碳原子数：N（酯）= N（酸）+N（醇） ；、氢原子数：N （酯）=N （酸）+N（醇）2；、相对分子质量关系： M（酯）= M（酸）+ M（醇）M（水） 。（2）、由反应 CH3COOH（式量 60）+C2H5OH（式量 46） CH 3COOC2H5（式量 88）+H2O（式量 18）分析：、当一元醇与乙酸发生酯化反应生成酯后，酯的式量比一元醇的式量增加 42，进一步可推导出，n 元醇与乙酸发生酯化反应 ，酯的式量比 n 元醇的式量增加 42n。、当一元 羧酸与乙醇发生酯化反应生成酯后，酯的式量比一元羧酸的式量增加 28

13、，同理可推导出，n 元羧酸与乙醇发生酯化反 应， 酯的式量比 n 元羧酸的式量增加 28n。例 1.中草药秦皮中含有的七叶树内酯 (碳氢原子未画出，每个折点表示一个碳原子)，具有抗菌作用。若1mol 七叶树内酯，分别与 浓溴水和 NaOH 溶液完全反 OOH应，则消耗的 Br2 和 NaOH 的物质的量分别为( )A.3mol ，2mol B.3mol ，4mol C.2mol ，3mol D.4mol B，4mol 解析：本题要求学生在理解酚和酯的结构及其性质的基础上，将获取的有关规律迁移到题目所指定的有机物中。由于学生在课本中学习的是一元酚和普通酯，而题设物质却是一种既可以看成二元酚，又可

14、看成酯(内酯)且含有双键的复杂有机物，所以本题在考查相关知识点的同时，也在一定程度上考查学生思维的灵活性、广阔性和创造性。仔细观察该有机物的结构简式并结合已有知识，不难得知：1mol 七叶树内酯可与3mol Br2 相作用，其中 2mol Br2 用于酚羟基的邻位氢的取代 (注：对位无氢可取代)，1mol 用于酯环上双键的加成，其反应原理为： ，当 1mol 七叶树内酯与 NaOH 反应时，需 4mol NaOH，其中 3mol NaOH 与酚羟基(包括水解后生成 的)作用，1mol NaOH 与水解后产生的羧基发生中和反应， 选 B。例2.已知：现有只含C 、H、O的化合物AF,有关它们的某

15、些信息,已注明在下面的方框内。(1)在化合物AF 中有酯的结构的化合物是(填字母代号) 。(2)把化合物A 和F的结构简式分别填入下列方框中。解析：（1）根据信息可知，在乙酸、乙酸酐存在时，酯化羟基，而在乙醇、硫酸存在时，酯化羧基，故含有酯的结构的化合物为B、C、E 、F。 （2）据所给信息,可以看出：乙醇和乙酸起酯化反应后,其分子量增加了42,由C与D分子量相差84,可以确定 A中有两个OH，并且不连在同一个C原子上，则D中亦含有两个 OH和至少一个COOH，故D中“残基”式量为：10617245=27，则“残基”为“C 2H3”，故D中含一个COOH，A中无COOH ，A中有两个OH，一个

16、CHO，两个OH不能连在同一个C上，可知A 为CH2OH（CHOH）CHO。答案：(1)B 、C、E、F(2)1.白藜芦醇 广泛存在于食物（例如桑椹、花生、尤其是葡萄）中，它可能具有抗癌性。能够跟 1 摩尔该化合物起反应的 Br2 或 H2 的最大用量分别是 ( )A、1mol 1 mol B、3.5 mol 7 molC、3.5 mol 6 mol D、6 mol 7 mol2A、B、C 、D 都是含碳、氢、氧的单官能团化合物，A 水解得 B 和C，B 氧化可以得到 C 或 D，D 氧化也得到 C。若 M（X ）表示 X 的摩尔质量，则下式中正确的是 （ ）A.M(A)=M(B)+M(C)

17、B.2M （D）= M（B）+M(C)C.M（B）4,燃烧前后体积增大,V= 1 4y 若 y4,燃烧前后体积减少,V=1 例 1.两种气态烃以任意比例混合,在 105时 1 L 该混合烃与 9 L 氧气混合,充分燃烧后恢复到原状态,所得气体体积仍是 10 L.下列各组混合烃中不符合此条件的是 ( )A.CH4、C 2H4 B.CH4、C 3H6 C.C2H4、C 3H4 D.C2H2、C 3H6解析：因混合烃燃烧前后气体体积不变，则混合烃平均组成中 H 原子数为 4，又因以任意比混合，故每种气态分子中 H 原子数均为 4，故选 B、D。2 .气态烃(C xHy)完全燃烧后恢复到常温常压时气体

18、体积的变化直接用烃类物质燃烧的通式通过差量法确定,气体体积总是减小,减小值为(1+ ),也y只与 H 原子数有关。3.液态有机物(大多数烃的衍生物及碳原子数大于 4 的烃)的燃烧,如果燃烧后水为液态,则燃烧前后气体体积的变化为：氢原子的耗氧量减去有机物本身提供的氧原子数的 。214、有机物（设其分子式为 CxHyOz，下同） ，完全燃烧产物为 CO2和 H2O ，故可采用从燃烧产物逆向思考是解决此类题的有效方法。如：若 CO2的体积比 H2O 少 1，则 y=2x+2，为烷烃、饱和醇、醚等；若 CO2的体积等于 H2O 的体积，则 y=2x，为烯烃、环烷烃、饱和一元醛、酸、酯等；若 CO2的体

19、积比 H2O 多 1，则 y=2x-2，炔烃、二烯烃等；若 CO2的体积比 H2O 多 3，则 y=2x-6，为苯及其同系物。5、有机物的物质的量一定时： 比较判断耗氧量的方法步聚：烃类根据分子中碳、氢原子个数求（x+）的值， （x+ ）的值越大，耗氧量越多。也可以按 1 个碳原子与 4 个氢4y4y原子的耗氧量相当转换成碳或氢原子个数相同后再进行比较即可。若属于烃的含氧衍生物，先将分子中的氧原子结合氢或碳改写成 H2O 或 CO2的形式，即将含氧衍生物改写为 CxHy(H2O)n或 CxHy(CO2)m或 CxHy(H2O)n(CO2)m形式,再按比较 CxHy的耗氧量。6、有机物的质量一定

20、时：（1）烃类(C xHy)完全燃烧的耗氧量与 成正比x（2）燃烧时耗氧量相同，则两者的关系为：（1）同分异构体 或 （2）最简式相同例 3.相同物质的量的下列有机物，充分燃烧，消耗氧气量相同的是 ( )AC 3H4和 C2H6 BC 3H6和 C3H8OCC 3H6O2和 C3H8O DC 3H8O 和 C4H6O2解析：A 中 C3H4的耗氧量相当于 C2H8,B、C、D 中的 C3H8O 可改写为C3H6(H2O),C 中的 C3H6O2可改为 C3H2(H2O)2,D 中的 C4H6O2可改为C3H6(CO2),故选 B、D。例 4.有机物 A、B 只可能烃或烃的含氧衍生物,等物质的量

21、的 A 和 B 完全燃烧时,消耗氧气的量相等,则 A 和 B 的分子量相差不可能为(n 为正整数) ( )A.8n B.14n C.18n D.44n解析: A 中的一个碳原子被 B 中的四个氢原子代替,A 和 B 的分子量相差8 的倍数,即 A. 如果 A 和 B 的分子组成相差若干个 H2O 或 CO2 ,耗氧量也不变，即分别对应 C 和 D。故选 B。例 5.在下列烃中，（1）等物质的量完全燃烧耗氧量最大的是（ ），（2）等质量完全燃烧耗氧量最大的是（ ）A.C3H8 B.C4H6 C.C2H2 D.CH4解析：由规律，（1）比较（x+ ）大小，依次为 5、5.5、2.5、2，选yB；（

22、2）比较 大小，依次为：8/3、6/4、1、4，选 D。 xy例 6.下列各组有机物完全燃烧时耗氧量不相同的是 ( )A50g 乙醇和 50g 甲醚 B10g 乙炔和 10g 苯C200g 甲醛和 200g 乙酸 D100g 甲烷和 100g 乙烷解析：A 中的乙醇和甲醚互为同分异构体，B、C 中两组物质的最简式相同，所以答案为 D。1、混合物的总物质的量一定（1）若生成的 CO2为定值，则要求混合物中各组分化学式中 C 原子数应相同，如 C2H6、C 2H4和 C2H6O。（2）若生成的 H2O 为定值，则要求混合物中各组分化学式中 H 原子数应相同，如 C2H6、C 4H6和 C2H6O2

23、。（3）若耗氧量为定值，要求各组分耗氧量相同，如 C2H4、C 2H6O 等，一般通式如 CxHy和 CxHy(H2O)m(CO2） n。2、混合物总质量一定（1）若生成的 CO2为定值，则要求各组分的 C%相等，有两种情况：最简式相同，如 C2H2和 C6H6，HCHO 和 CH3COOH，通式为 CnH2n的烃。最简式不同，如 CH4与 C8H16O、C 9H20O 及 C10H8O2等，此类有机物的特征是，C%不变，将 H 质量与 O 质量进行等量代换，即16HO，如 CH4 C8H32（8CH 4） C8H16O（2）若生成的 H2O 为定值，则要求各组分的 H%相等，有两种情况：最简

24、式相同，如 C2H2和 C6H6，HCHO 和 CH3COOH，通式为 CnH2n的烃。最简式不同，如 C7H8和 C3H8O3，处理方法同上（3）若耗氧量为定值，则要求 C%、H%都相同，即有机物的最简式相同。例 9.分别取等质量的甲烷和 A（某饱和一元醇）、B(某饱和一元醛),若它们完全燃烧,分别生成了物质的量相同的 CO2 .则:（1）A 的分子式为_;B 的分子式为_。（2）写出符合上述要求时，CH 4和 A、B 的分子组成必须满足的条件是_（以 n 表示碳原子数，m 表示氧原子数，只写通式）。解析：A、B、C 中的碳的质量分数与甲烷中相同， （1）中CH4C nH4nC nH2n+2

25、O，得 4n=2n+2+16，n=9，故 A 为 C9H20O，同理，B 为C8H16O；（2）的通式推导抓住每少 16 个氢原子增加一个氧原子即可，即CnH4n-16mOm.例 10.下列各组混合物中，不论二者以什么比例混合，只要总质量一定，完全燃烧时生成 CO2的质量不为定值的是 （ ）A甲烷、辛醛 B乙炔、苯乙烯C甲醛、甲酸甲酯 D苯、甲苯解析：混合物总质量一定，不论按什么比例混合，完全燃烧后生成 CO2的质量保持不变，要求混合物中各组分含碳的质量分数相同。B、C 中的两组物质的最简式相同，碳的质量分数相同，A 中碳的质量分数也相同，故选 D。例 8化合物 CO、HCOOH 和 OHCC

26、OOH（乙醛酸）分别燃烧时，消耗的 O2 和生成的的 CO2 体积比都是 12，后两者的分子式可以分别看成是CO（H 2O）和（CO） 2（H 2O） ，也就是说，只要分子式符合（CO）n（H 2O） m（ n 和 m 均为正整数）的各种有机物，它们燃烧时消耗的 O2 和生成的 CO2 体积比总是 12。现有一些只含 C、H、O 三种元素的有机物，它们燃烧时消耗的 O2 和生成的 CO2 的体积比是 34。（1）这些有机物相对分子质量最小的化合物的分子式是 。（2）某两种 C 原子数相同的上述有机物，若它们的相对分子质量分别为a 和 b（ab） ，则 b-a 必定是 的整数倍（填入一最大数字）

27、 。（3）在这些有机物中有一种，它含有两个羧基，取 0.2625g 该有机物恰好能跟 25.00mL、0.100mol/L 的 NaOH 溶液完全中和，由此可以计算得知该化合物的相对分子质量应是 ，并可推出其分子式应是 。解析：由规律可知，A、B 应满足分子中 H 原子数相同，且增加 n 个 C，同时应增加 2n 个 O；若 A 为甲烷，则 B 应满足 CH4（CO 2） n，分子量最小 n取 1，则 B 为 C2H4O2，结构简式可 CH3COOH 或 HCOOCH3。解析：设该有机物的分子式通式为（C xOy） n（H 2O） m。本题中由于消耗的 O2 和生成的 CO2 的体积比是 34

28、。由 CxOy +（x ）O 2xC O 2，得（x ）x=34，xy=21。故该类有机物通式可表示为（C 2O） n（H 2O） m。（1）这些有机物中，相对分子质量最小的化合物应满足 m=1、n=1，其分子式是 C2H2O2（可为乙二醛） 。(2)根据通式，式量应相差 H2O 的式量的整数倍，为 18。（3）因含有两个羧基，0.2625g 该有机物物质的量为 0. 025L0.100mol/L =0.00125mol，该化合物的式量为1210，40n+18m=210，由于 40m、210 的个位数均为 0，故 m=5，则 n=3，其分子式为 C6H10O8（可为葡萄糖酸） 。7、任取两种烃

29、混和点燃，如果生成 CO2 的物质的量大于生成水的物质的量，则两种烃的组合不可能是（ ）A、烷、烷 B、烷、炔 C、烯、炔 D、烯、烯7、AD 9、 由两种有机物组成的混合物，在一定的温度和压强下完全气化为气体在相同的温度和压强下，只要混合气体体积一定，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，符合这种情况的可能是 （ ）A乙醇和乙酸 B乙醛和甲醇 C丙醇和甘油 D丙醛和丙二醇D12、下列各组物质，两种物质以任何比例相混合并充分燃烧，生成 H2O 和CO2 的物质的量之比始终相等的是( ) 甲醇和乙醛 乙烷和乙烯 乙炔和苯 乙酸和葡萄糖 乙醇和甲醚 丙醛和丙烯酸 苯酚和苯二酚A、 B、 C、 D、