高中化学:写有机物通式的几种常用方法

一、等差法
题目给出了同一类物质的结构简式,在组成上看构成了等差数列。在求通式时关键是通过相邻两物质结构简式的比较,找出系差,再根据等差数列的通项公式

求出这一类物质的通式,教材中所涉及有机物的通式大多数可以用此方法求得。

例1:有一系列有机物按以下顺序排列:
①该系列有机物的组成通式是_____________,第25个物质的分子式为____________。
②该系列有机物含碳的质量分数最大值为______________。
解析:①观察结构简式,发现上述有机物构成等差数列,系差为“

”,首项为

,根据等差数列通项公式

可知,第n个有机物的分子式为

。当

时,该有机物的分子式为

②该系列有机物含碳的质量分数:
根据极限法可知:
二、等比法
与等差法一样,题目也给出了一类特殊结构的烷烃,从分子式的组成来看,氢原子数构成了等比数列,解题时关键是比较相邻两物质的结构简式,找出公比,再根据等比数列通项公式

求出这一类物质氢原子的通式,再根据烷烃的通式

求出碳原子的通式,从而得出该类烷烃的通式。

例2:只有一种一卤代物的烷烃,其分子结构有“球形A”和“椭圆形B”两类,它们的组成有一定的规律。A类以甲烷(

)为起始物,然后将甲烷分子中所有氢原子用甲基取代得

,再将

中的所有氢原子用甲基取代得

,再将

中的所有氢原子用甲基取代得

,如此循环得一系列物质;B类以乙烷(

)为起始物,按同样规律循环也得一系列物质。

①写出碳原子数在10以内,只有一种一卤代物的烷烃的结构简式:_____________;
②A类物质的通式是___________;B类物质的通式是___________。
③A类物质与B类物质之间是否存在同分异构体?___________(填“有”或“无”)为什么?___________
解析:依题意,A类:

】……;

B类:

】……。

①一卤代物只有一种结构,则结构中所有氢原子等效,且碳原子数在10以内,这样的烷烃有

②根据A类的分子式可知,氢原子构成等比数列,公比为3,首项为4,根据等比数列通项公式

可知,第n个分子的氢原子数为

,因A类物质仍为烷烃,符合通式

,则有

,得

,故A类物质的通式为

。同理可得B类第n个分子的氢原子数为

,B类物质的通式为

③不存在同分异构体,因为A类分子的碳原子数等于

为奇数,B类分子的碳原子数等于

为偶数,所以不可能有相等的碳原子数,故不存在同分异构体。

三、取代法
以同碳原子数的烷烃为母体,视某一类物质是在烷烃基础上引入新官能团而成。分析官能团结构特征,可以分为两类:(1)在饱和烃基础上减氢,一般存在一个C=C键、C=O键或碳环减2个氢原子,存在一个

键减4个氢原子,存在一个苯环减8个氢原子,教材中烯烃、炔烃、苯的同系物及醛都可用此法求得通式;2. 在饱和烃基础上通过单键引入氧原子、氮原子、卤原子等,按此要求,氧原子只能插在“C-C”或“C-H”之间,引入氮原子(

),将

变为“-NH-”(因为二价基团可认为只插入单键之间而不取代氢原子),引入卤原子(-X)相当于取代了氢原子,如教材中卤代烃和醇的通式都可用此法求得。对于教材中的饱和一元羧酸、醋可结合上述两类情况而得到相应的通式。

例3:①由2个碳原子、1个氧原子、1个氮原子和若干个氢原子组成的共价化合物中,氢原子数最多为_____________。
②若某共价化合物只含有C、N、H三种元素,且以n(C)、n(N)分别表示分子中C和N的原子数目,则H的原子数目最多等于_____________。
③若某共价化合物只含有C、N、H、O四种元素,且以n(C)、n(N)、n(O)分别表示分子中C、N、O的原子数目,则氢原子数目最多等于_____________。
解析:①的题意可知,该化合物中没有不饱和键,联想到烷烃

,再根据上述分析第2类情况插入氮原子、氧原子,通式为

,故氢原子数最多为7个。同理可得②、③的通式分别为

,因此第②、③小题最多的氢原子数为

四、等价变形法
烃、烃的含氧衍生物燃烧时,其耗氧量、生成的二氧化碳、水的多少与分子中碳、氢原子的个数有关。利用等价变形法将烃的含氧衍生物变形为耗氧部分与非耗氧部分,则可简化计算与推断。一般可变为如下三种类型的通式:

型、

型、

型。

例4:某类烃的含氧衍生物完全燃烧时,消耗的氧气和生成二氧化碳的体积比为1∶2(同温同压下)。对这类有机物的判断错误的是( )
A. 含相同碳原子数的各化合物,其相对分子质量之差为18的正整数倍
B. 含相同氢原子数的各化合物,其相对分子质量之差为28的正整数倍
C. 相对分子质量最小的化合物分子式为

D. 相对分子质量最小的化合物分子式为

解析:有机物燃烧时,一个碳原子耗一个氧分子同时生成一个二氧化碳分子,从消耗氧气体积与生成二氧化碳体积之比为1∶2,可看出耗氧部分只有碳原子,故其通式属

型。依据已知条件可列式如下:

,解得

,所以这类物质的通式为

。故答案为D项。

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