例谈有机化合物的推断
近年来化学高考有机化合物推断的题目涉及知识点多、综合性强,需要一定的推理和计算能力。这种题目灵活多样,有多种类型,能有效地考查考生运用有机化学的基础知识进行分析、推理、判断和综合的逻辑思维能力及自学、分析解决问题的能力。解答这类题目的关键必须根据有机物的性质、相互衍生关系、有机物的组成以及题中所给的其他信息,经过分析、推理甚至计算从而作出正确的判断。下面从四个方面来谈有机化合物的推断:
一、根据有机物的性质推断
例1:化学式为C8H10O的化合物A具有如下性质:
①A+Na→慢慢产生气泡
②A+RCOOH■ 有香味的产物
③A■ 苯甲酸
④其催化脱氢产物不能发生银镜反应
⑤脱水反应的产物,经聚合反应中可制得一种塑料制品(它是目前主要的“白色污染”源之一)。
试回答:(1)根据上述信息,对该化合物的结构可作出的判断是__________(多选扣分)
A、苯环上直接连有羟基 B、肯定有醇羟基
C、苯环侧链末端有甲基 D、肯定是芳香烃
(2)化合物A的结构简式_____。
(3)A和金属钠反应的化学方程式_____。
分析:性质①说明化合物A有羟基;性质②A能与羧酸发生酯化反应,说明A有醇羟基;性质③说明A有苯环结构并且苯环上只有一个侧链;性质④A脱氢(即发生氧化反应)生成的羰基不是醛,不在链端,所以A中羟基在碳链中间,链端有甲基;性质⑤说明A有脱水产物(即消去反应产物)是不饱和的,可以聚合生成高分子化合物。结合A的化学式C8H10O对化合物A的结构可作出的判断是B、C。 答案:(1)B、C
(2)
(3)2 +2Na
→2 +H2↑
评注:做此类题要认真全面审题,牢记有机物的结构决定物质的性质,有机物的性质反映有机物的结构。根据性质推断有机物的常用技巧和方法有:
1、根据官能团的特征性质进行推理判断。
如:能发生银镜反应的有机物含有“-CHO”;能与Na2CO3溶液反应产生CO2的有机物含有“-COOH”等。
2、根据有机物之间的相互衍生关系进行综合分析加以推断。
(1)烯烃、卤代烃和醇的三角关系,即它们之间的相互转化关系。
(2)醛既可以加氢得到醇,也可以氧化得到羧酸,还可以自身加成得羟基醛(增长碳链)。
(3)“酯化反应”的扩展
①一元羧酸与一元醇反应只生成普通酯。
②二元羧酸与二元醇反应既可生成普通酯,又可生成环状酯,还可生成高聚酯。
3、根据有机物的性质和相关数据推知官能团的个数。
如关系式:RCHO~2Ag~Cu2O 2ROH~H2 ; 2RCOOH~CO32-~CO2
4、根据反应产物推知官能团的位置。
如醇能氧化为醛或羧酸,则醇分子中应含有结构“-CH2OH”;由消去反应的产物可确定“-OH”或“-X”的位置。
二、基本计算法
基本计算法推断有机物分子式和结构式的基本思路:
由组成元素百分含量■分子式■可能的结构式■ 结构式
例2:已知某有机物有如下性质:1、不和碳酸钠反应;2、它的蒸气对氢气的相对密度为46.0;3、取1.84g此有机物与过量的金属钠完全作用后,生成气体672毫升(标准状况);4、一定量的此有机物完全燃烧后,产生的气体依次通过浓硫酸和碱石灰,使两者的质量分别增加36.0g和66.0g。试求此有机物的结构简式。
分析:根据题意有:1、不和碳酸钠反应,说明不含羧基; 2、它的蒸气对氢气的相对密度为46.0,说明摩尔质量为92g/mol;3、取1.84g此有机物与过量的金属钠完全作用后,生成气体672毫升(标准状况),也就是说0.02摩尔该物质能与钠反应得到0.03摩尔氢气;4、定量的此有机物完全燃烧后,产生的气体依次通过浓硫酸和碱石灰,使两者的质量分别增加36.0g(2摩尔水)和66.0g(1.5摩尔二氧化碳),说明该有机物中C:H个数比为1.5:4=3:8。根据摩尔质量为92g/mol,可推知有3个碳原子,8个氢原子,另外还有3个氧原子,即该物质为丙三醇(符合1.84g此有机物与过量的金属钠完全作用后,生成气体672毫升),结构简式为CH2OH-CH(OH)-CH2OH。
三、最简式法
根据分子式为最简式的整数倍,因此利用相对分子质量及求得的最简式可确定其分子式。如烃的最简式的求法为:最简式为CaHb,则分子式为(CaHb)n
C:H=■:■=a:b(最简整数比)
n=M/(12a+b) (M为烃的相对分子质量,12a+ b为最简式的式量)
例3:某气态烃含碳85.7%,氢14.3%。标准状况下,它的密度是1.875 g /L,则此烃的化学式是_______。
分析:M=1.875g /L·22.4 L/mol=42g/mol,C:H(个数比)=( 85.7%/12):(14.3%/1)=1:2,最简式为CH2,该烃的化学式可设为(CH2)n,最简式式量为14,相对分子质量为42,n=3,此烃为C3H6。
四、有机物燃烧通式法
有机物燃烧的通式为:
CxHy+[x+■]O2+■H2O
CxHyOx+[x+■-■]O2?坂xCO2+■H■O
例4: 1体积某有机物蒸气恰好与4体积氧气反应,反应后混合气体的密度减少1/6(体积都在1、150 ℃和1.01×105Pa时测得),则此有机物的分子式是( )。
A、C3H8 B、C3H8O2 C、C2H6O D、C3H6O
分析:根据通式x+■ -■=4符合此关系的为B、D两项,又根据反应后气体的密度减少1/6,即必须满足反应后体积是反应前体积的6/5倍,C3H6O+4O2■ 3CO2+3H2O,D项符合条件。
评注:利用有机物燃烧通式,必须抓住以下关键:①气体体积变化;②气体压强变化;③气体密度变化;④混合物平均相对分子质量等,同时可结合差量法、平均值法、十字交叉法、讨论法等技巧来求得有机物的分子式。
综上所述,推断有机物分子式和结构式的一般程序:①根据化学变化,明确反应类型;②C、H等元素的质量;③C、H等元素的质量之比 ;④C、H等元素的质量分数;⑤确定最简式;⑥结合相对分子质量推出分子式;⑦结合有机物性质推出其结构式。常用的推断方法有:性质推断法、基本计算法、最简式法、通式法,此外还有商余法、平均值法、差量法等。总之,掌握各种有机化学反应原理,熟练运用计算是解这类题目的关键。
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