高三化学残基法

高三化学残基法

已知某类有机物完全燃烧生成的CO₂(或H₂O)与耗O₂量之比，如何确定这类有机物的通式？很难。残基法可化解这一难点。

●难点磁场

请试做下列题目，然后自我界定学习本篇是否需要。

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结构简式为____________；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____________________________________。

●案例探究

[例题]化合物CO、HCOOH和OHC—COOH(乙醛酸)分别燃烧时，消耗O₂和生成CO₂的体积比都是1∶2，后两者的分子可以看成是CO(H₂O)和(CO)₂(H₂O)，也就是说：只要分子式符合[(CO)_n(H₂O)_m](n和m均为正整数)的各有机物，它们燃烧时消耗O₂和生成CO₂的体积比总是1∶2。

现有一些只含C、H、O三种元素的有机物，它们燃烧时消耗O₂和生成的CO₂的体积比是3∶4。

(1)这些有机物中，相对分子质量最小的化合物的分子式是_____________。

(2)某两种碳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(a＜b)，则b－a必定是___________(填入一个数字)的整数倍。

(3)在这些有机物中有一种化合物，它含有两个羧基。取0.2625 g该化合物恰好能与25.0 ml　0.100 mol·Ｌ^－1NaOH(aq)完全中和。据此，结合必要的计算和推导，试给出该有机物的相对分子质量和分子式。

命题意图：主要考查学生统摄并应用有机物燃烧规律的解题能力。

知识依托：有机物的燃烧规律，摩尔质量的计算和化学式的确定方法。

错解分析：不能由题给信息，统摄出有机物的燃烧规律，造成本题无解。

解题思路：先求符合题意的有机物通式——用残基法，步骤如下：

第一步：由题意写出下面式子  ？＋3O₂4CO₂

第二步：根据质量守恒，反推出“？”代表的物质。C₄O₂＋3O₂4CO₂

第三步：将C₄O₂化为最简式表示(C₂O)₂＋3O₂4CO₂

第四步：将特殊化为一般，得符合题设条件的有机物通式的残基。

 (C₂O)_m＋O₂CO₂

第五步：由残基得通式，只须在残基后增加(H₂O)_n即可。

 (C₂O)_m·(H₂O)_n＋O₂CO₂＋nH₂O

(明确各步原理的同学，在具体使用残基法时，可只写出横线上式子，将其余省略，以提高解题速率)

可见，只要符合通式(C₂O)_m·(H₂O)_n的有机物，完全燃烧时消耗O₂和生成CO₂的物质的量比都是3∶4。

(1)当m=1，n=1时，有机物分子式为：C₂H₂O₂，其结构简式为：OHC—CHO (乙二醛)。这就是答案。

(2)由题意b－a=(C₂O)_m(H₂O)_n－(C₂O)_m(H₂O)_n′=18(n－n′)，n－n′为正整数，b－a必是18的整数倍。

(3)所求二元羧酸摩尔质量为：=210 g·mol^－1。

则：40m＋18n=210。

若分子只含2个碳(m=1)，分子式是HOOC—COOH，不符合(C₂O)_m(H₂O)_n通式，不合理。若m=2，(C₂O)₂式量为80，从210中扣除，余130。余下的数不是18的整数倍，所以也不合理。若m=3，(C₂O)₃式量是120，从210中扣除，余90。余下的数确实是18的整数倍。因此分子式中m=3，n=5是答案，即(C₂O)₃(H₂O)₅或C₆H₁₀O₈。这个式子是合理的。它有2个不饱和度用在羧基上，也可写出如下合理的结构简式：HOOC—(CHOH)₄—COOH，葡萄糖二酸，当然还可以写出很多其他同分异构体(不要求)。

答案：(1)C₂H₂O₂ (2)18　　 (3)210　 C₆H₁₀O₈

●锦囊妙计

遇到下列情形之一可用残基法：

1.如例题，根据有机物的燃烧求通式，然后解决其他问题。

2.由总化学式(或其式量)减去某些基团的化学式(或其式量)，得残基的化学式(或其式量)，进而可写出有机物的结构。

●歼灭难点训练

1.(★★★)某化合物分子式是C₈H₉NO₂，分子中有苯环，苯环上有三个取代基，其中之一是羧基，但并非二甲苯的硝化产物，试写出三个取代基互不相邻的有机物的结构简式：____________。

2.(★★★)某有机物A只含C、H、O三种元素，成环状结构，相对分子质量小于60.0，其中O元素的质量分数为36.3%。则A的结构简式为____________，名称为____________。

3.(★★★★)分子式与苯丙氨酸　　　　　　　 相同，且同时符合

下列两个条件：①有带有两个取代基的苯环②有一个硝基直接连在苯环上的异构体的数目是

A.3　　　　　　　　　　　　　　　B.5　　　　　　　　　　　　　　　C.6　　　　　　　　　　　　　　　D.10

4.(★★★★★)有机化合物A、B的分子式不同，它们可能含有C、H、O元素中的两种或三种。如果将A、B不论以何种比例混合，完全燃烧时消耗O₂和生成H₂O的物质的量之比总是1∶2。则：

(1)符合要求的A、B分子通式为：____________。

(2)若A为CH₂O₂，则相对分子质量最小的稳定存在的B的分子式是____________，结构简式是____________。

附：参考答案

难点磁场

提示：?＋5O₂4CO₂

C₄H₄＋5O₂4CO₂＋2H₂O

(CH) _m＋O₂mCO₂+H₂O

(CH)_m(H₂O)_n＋O₂mCO₂＋(＋n)H₂O

则此类有机物通式为：(CH)_m(H₂O)_n

烃的含氧有机物分子中H原子为偶数，所以当m=2，n=1时，C₂H₄O(CH₃CHO)为符合要求的相对分子质量最小的有机物。余易求。

答案：(CH)_m·(H₂O)_n，(m，n∈N)　　CH₃CHO　　　　C₄H₈O₂ HCOOCH₂CH₂CH₃、

HCOOCH(CH₃)₂、CH₃CH₂COOCH₃。

歼灭难点训练

1.提示：先求残基，进而由残基分解出2个取代基：

C₈H₉NO₂—COOH—C₆H₃==CH₅N==CH₃＋NH₂

答案：

2.提示：先求A的式量：由=1.36，知A分子中只含有1个O原子，则A的式量为M_r(A)==44.1。

再求A的残基：44.1－16.0=28.1=M_r(C₂H₄)，将O原子与残基相连，可得化学式。

　　

再求同分异构体：

丙基与硝基在苯环上有邻、间、对三种位置关系，丙基有2种，故其同分异构体为6。

答案：C

4.解析：由题意：？＋O₂2H₂O，H₄＋O₂2H₂O，H_m(CO₂)_n＋O₂H₂O＋nCO₂，(m、n为正整数)，所求通式为：H_m(CO₂)_n。

(2)A为CH₂O₂，即令通式H_m(CO₂)_n中m=2，n=1时可得。求相对分子质量最小的B须讨论：不论H_m(CO₂)_n分子中n为何数，m永远是偶数。

①m=4，n=1时，B为H₄CO₂，试写得CH₂(OH)₂，一个碳原子上连有2个羟基的物质不能稳定存在。

②m≥6，n=1时，无此物质是显然的。

③m=2，n=2时，B为H₂C₂O₄，其结构简式为HOOC—COOH(乙二酸)

答案：(1)C_nH_mO_2n　　　　(2)C₂H₂O₄HOOC—COOH。