劉海民

摘要：有機(jī)化學(xué)中已知烴的式量確定烴的分子式常用商余法、上下限取值法、平均值法、差量法、討論法、守恒法和關(guān)系式法等，每種方法適用條件和優(yōu)缺點(diǎn)各不相同.

關(guān)鍵詞：烴?分子式?方法技巧

化學(xué)核心素養(yǎng)的五個(gè)要素，分別從化學(xué)學(xué)習(xí)活動(dòng)的“化學(xué)實(shí)踐”、“化學(xué)認(rèn)知”和“化學(xué)運(yùn)用”三個(gè)維度，全面系統(tǒng)地闡述高中化學(xué)學(xué)習(xí)所必須建立與發(fā)展的核心能力與品質(zhì)，整體性揭示化學(xué)學(xué)科的育人功能和育人價(jià)值.其中“證據(jù)推理和模型認(rèn)識(shí)”即要求充分推理后利用數(shù)學(xué)建模思維解決化學(xué)問(wèn)題.

中學(xué)階段對(duì)烴類分子式的確定，一般先要利用已知條件求出分子量，然后根據(jù)通式用商余法得出分子式或利用最簡(jiǎn)式相對(duì)式量和分子式相對(duì)式量的關(guān)系得出分子式.

商余法是根據(jù)任何一種烴的同系物，其通式均可寫為C??n?H???2n-x?（x=-2，0，2，4，6……），即x?為大于或等于-2的偶數(shù)，假設(shè)烴分子量為M，根據(jù)商余法有：M=?14n-x，則x=14n?-M，?n值即為烴分子中碳的個(gè)數(shù).當(dāng)x=-2?時(shí)為烷烴，分子式為C??n?H???2n+2?;當(dāng)x=0?時(shí)為烯烴或環(huán)烷烴，分子式為C??n?H???2n?;當(dāng)x=2?時(shí)為炔烴或二烯烴或環(huán)烯烴，分子式為C??n?H???2n-2??;當(dāng)?x=6?時(shí)為芳香烴，分子式為C??n?H???2n-6??……

上下限取值法是根據(jù)任何類型的烴分子中，H原子個(gè)數(shù)都不大于相同C原子數(shù)的烷烴分子中的H原子數(shù).已知烴的分子量為M，設(shè)分子式為C??x?H??y?，則：0

例1?求分子量為252的烴的分子式.

解：設(shè)分子式為C??x?H??y?.

則252-214≤?x?<25212，解得17.8≤?x?<21.

x=18?y=36??C??18?H??36

x=19?y=24??C??19?H??24

x=20?y=12??C??20?H??12

其中，分子式為C??20?H??12?的一種同分異構(gòu)體叫作苯并?a?芘，是一種強(qiáng)致癌物質(zhì)，存在于煙灰、燃燒

煙草的煙霧和內(nèi)燃機(jī)尾氣及燒焦的魚或肉中.

在科學(xué)研究和實(shí)際生產(chǎn)中氣體混合是常見(jiàn)情況，此類問(wèn)題的一般方法為：

1.平均值法確定混合氣體的成分（十字相乘法）;

2.差量法確定分子中的H數(shù)量.

例2?常溫下，由一種烷烴A和一種烯烴B組成的混合氣體1.0體積充分燃燒，得到1.5體積CO?2（同溫同壓下測(cè)定）.

（1）請(qǐng)通過(guò)計(jì)算推斷：混合氣體中A和B所有可能的組合及A與B的體積比.

（2）120℃時(shí)，取0.40L該混合氣體與1.60LO?2混合，充分燃燒后，恢復(fù)到原溫度和原壓強(qiáng)時(shí)，氣體體積變?yōu)?.05L.據(jù)此推斷，混合氣體中烯烴B的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式是.

分析：（1）1molA、B組成的混合氣體中平均含C 1.5mol，由此推出可能的組合，再利用十字相乘法確定體積比.

CH?4C?2H?41∶1

CH?4C?3H?63∶1

CH?4C?4H?85∶1

（2）C??x?H??y+（x+y4?）O?2→?x?CO?2+?y?2H?2O+ΔV

1?x+y4xy2y4-1

0.40.05

y?=4.5.

符合平均含H為4.5的可能組合有：CH?4和C?3H?6或CH?4和C?4H?8.

利用十字相乘法確定組成：若為CH?4和C?3H?6 ，則體積比為3∶1;若為CH?4和C?4H?8，則體積比為7∶1.綜合C的分配要求，則CH?4和C?3H?6為本題答案.

討論法是一種發(fā)現(xiàn)思維的方法，解計(jì)算題時(shí)，若題設(shè)條件充分，則可直接建數(shù)學(xué)模型通過(guò)計(jì)算求解;若題設(shè)條件不充分，則需采用討論的方法推理后，再建立數(shù)學(xué)模型，即可以順利求解.

例3?在30mL量筒中充滿NO?2和O?2的混合氣體，倒立于水中使氣體充分反應(yīng)，最后剩余5mL氣體，則原混合氣體中氧氣的體積是多少毫升？

此題討論解析知最后5mL氣體可能是O?2，也可能是NO.

解法1：

最后剩余5mL氣體可能是O?2，也可能是NO.若是NO，則說(shuō)明NO?2過(guò)量15mL.

設(shè)30mL原混合氣中含NO?2、O?2的體積分別為?x、y.

4NO?2+O?2+2H?2O4HNO?3

剩余5mL氣體為氧氣時(shí)，氧氣的體積是10mL;

剩余5mL氣體為NO時(shí)，即發(fā)生該反應(yīng)時(shí)剩余NO?2過(guò)量15mL，反應(yīng)的總氣體為15mL，則氧氣體體積是3mL.

解法2：

設(shè)原混合氣中氧氣的體積為?y?mL.

（1）設(shè)O?2過(guò)量：根據(jù)4NO?2+O?2+2H?2O4HNO?3，則O?2得電子數(shù)等于NO?2失電子數(shù).

（y-5）×4=（30-y）×1

解得?y?=10（mL）.

（2）若NO?2過(guò)量：

4NO?2+O?2+2H?2O4HNO?3

4yy

3NO?2+H?2O2HNO?3+NO

因?yàn)樵谌?（30-y）?mLNO?2中，有5mLNO?2得電子轉(zhuǎn)變?yōu)镹O，其余?（30-y-5）?mLNO?2都失電子轉(zhuǎn)變?yōu)镠NO?3.O?2得電子數(shù)+（NO?2→NO）時(shí)得電子數(shù)等于（NO?2→HNO?3）時(shí)失電子數(shù)，?4y+5×2=（30-y-5）?×1解得?y=3?（mL）.

解法2根據(jù)得失電子守恒，凡氧化還原反應(yīng)，一般均可利用電子得失守恒法進(jìn)行計(jì)算，巧妙利用阿伏加德羅定律轉(zhuǎn)化信息，將體積數(shù)轉(zhuǎn)化為物質(zhì)的量簡(jiǎn)化計(jì)算.無(wú)論解法1還是解法2，由于題給條件不充分，均需結(jié)合討論法進(jìn)行求算.

以上介紹了一些化學(xué)計(jì)算的方法技巧.化學(xué)計(jì)算題雖然沒(méi)有一成不變的方法模式，但從解決化學(xué)問(wèn)題的基本步驟看，應(yīng)建立一定的基本思維模式：“題示信息+基礎(chǔ)知識(shí)+邏輯思維”來(lái)鍛煉提高解題的基本能力，深化基礎(chǔ)，活化思維，優(yōu)化素質(zhì)，保證做一定的課內(nèi)練習(xí)和課外練習(xí)題，通過(guò)應(yīng)用更好地鞏固知識(shí)、掌握知識(shí)，檢驗(yàn)學(xué)習(xí)中的不足，使自己取得更好成績(jī)，摘取智慧的果實(shí).

化學(xué)計(jì)算的基本步驟總結(jié)歸納如下：

（1）認(rèn)真審題，挖掘題示信息.

（2）靈活組合，運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí).

（3）充分思維，形成解題思路.

（4）選擇方法，正確將題解出.