文档内容
1.2.2 有机物分子式与分子结构的确定
一、确定实验式—元素分析
通过定性、定量分析等过程，确定有机化合物的实验式（也称最简式）。
1. 元素定量分析的原理
2. 元素定量分析的方法步骤
【注】①实验式(最简式)与分子式的关系：分子式＝(最简式)。
n
②若有机物的实验式中，碳原子已达到饱和，则该物质的实验式与分子
式相同，如实验式为CH 、C H O的物质，则对应的分子式为CH 、C H O。
4 2 6 4 2 6
例1.已知由C、H、O元素组成的某化合物9.2 g完全燃烧后可以得到17.6 g
CO 和10.8 g H O，通过计算确定该化合物的分子式。(写出解题过程)
2 2
[解] n(C)＝＝0.4 mol，
1n(H)＝×2＝1.2 mol，
n(O)＝＝＝0.2 mol
故n(C)∶n(H)∶n(O)＝N(C)∶N(H)∶N(O)＝2∶6∶1
该化合物的实验式为C H O，分子式也为C H O。
2 6 2 6
答：该化合物的分子式为C H O。
2 6
二、确定分子式——质谱法
1．原理
2.质荷比
有机分子离子或碎片离子的相对质量与电荷的比值，即质荷比。
质谱图中质荷比的最大值等于该有机物的相对分子质量，与相对丰度无关。
质谱图：以质荷比为横坐标，以各类离子的相对丰度为纵坐标，根据记录
结果所建立的坐标图。如下图为某有机物的质谱图：
从图中可知，该有机物的相对分子质量为46，即质荷比最大的数据就是样品分
2子的相对分子质量。
3.分子式的确定
确定物质的实验式（最简式）和相对分子质量之后，可以进一步确定其分
子式。
依据：分子式是实验式的整数倍。
例2.测出苯的分子式为(CH) ，则M[(CH)] =78，求其分子式。
x x
[解]设苯的分子式为(CH) ，则M[(CH)] =78，即13x=78,得x=6。所以苯的
x x
分子式为C H 。
6 6
三、确定分子结构——波谱分析
1.确定有机化合物结构的方法
确定有机化合物结构的方法有化学方法和物理方法。化学方法以官能团
的特征反应为基础，确定出官能团；物理方法主要有红外光谱法、核磁共振氢
谱法。X射线衍射法等。
2.红外光谱
(1)原理：不同官能团或化学键吸收频率不同，在红外光谱图上将处于不同的位
置。
(2)作用：初步判断有机物中含有的官能团或化学键。
如分子式为 C H O 的有机物 A 有如下两种可能的结构：CH CH OH 或
2 6 3 2
CH OCH ，利用红外光谱来测定，分子中有 O—H或—OH可确定A的结构简
3 3
3式为CH CH OH。
3 2
3．核磁共振氢谱
(1)原理：处于不同化学环境中的氢原子因产生共振时吸收电磁波的频率不同，
相应的信号在谱图上出现的位置不同，具有不同的化学位移，而且吸收峰的面
积与氢原子数成正比。
(2)作用：测定有机物分子中氢原子的 类型和数目 。
(3)分析：吸收峰数目＝ 氢原子的 种类 ，吸收峰面积比＝ 氢原子个数比 。
例3. 分子式为C H O的有机物A的核磁共振氢谱如图，可知 A中有3 种不同
2 6
化学环境的氢原子且个数比为 3 ∶ 2 ∶ 1 ，可推知该有机物的结构应为
CH CH OH。
3 2
3．X射线衍射
(1)原理：X射线是一种波长很短的电磁波，它和晶体中的原子相互作用可以产
生衍射图。
(2)作用：可获得分子结构的有关数据，如键长、键角等，用于有机化合物晶体
结构的测定。
例4. 为测定某有机化合物A的结构，进行如下实验：
4第一步，分子式的确定。
(1)将有机物A置于氧气流中充分燃烧，实验测得：生成 5.4 g H O和8.8 g
2
CO ，消耗氧气6.72 L(标准状况下)，则该有机物的实验式是________。
2
(2)用质谱仪测定该有机化合物的相对分子质量，得到如图①所示质
谱图，则其相对分子质量为________，该物质的分子式是________。
第二步，结构简式的确定。
(3)根据价键理论，预测A的可能结构并写出结构简式：
_____________________________________________________。
(4)经测定，有机物 A 的核磁共振氢谱如图②所示，则 A 的结构简式为
_________________________________________________。
【解析】 (1)根据题意，n(H O)＝0.3 mol，则n(H)＝0.6 mol；n(CO )＝0.2
2 2
mol，则n(C)＝0.2 mol；根据氧原子守恒有 n(O)＝n(H O)＋2n(CO )－2n(O )＝
2 2 2
0.3 mol＋2×0.2 mol－2×＝0.1 mol，则该物质分子中各元素原子个数比
N(C)∶N(H)∶N(O)＝n(C)∶n(H)∶n(O)＝2∶6∶1，该有机物的实验式为C H O。(2)假设该
2 6
有机物的分子式为(C H O) ，由质谱图知其相对分子质量为46，
2 6 m
则46m＝46，即m＝1，故其分子式为C H O。(3)由A的分子式为C H O可知，
2 6 2 6
A为饱和有机化合物，可推测其结构为CH CH OH或CH OCH 。(4)分析A的
3 2 3 3
5核磁共振氢谱图可知：A有三种不同化学环境的氢原子，CH OCH 只有一种化
3 3
学环境的氢原子，故A的结构简式为CH CH OH。
3 2
【答案】 (1)C H O (2)46 C H O (3)CH CH OH(或 CH —O—CH )
2 6 2 6 3 2 3 3
(4)CH CH OH
3 2
【拓展】确定有机物分子式的其它方法
1．确定分子式的方法
(1)根据有机物中各元素的质量分数，求出有机物的实验式，再根据有机物
的相对分子质量确定分子式。
(2)根据有机物的摩尔质量和各元素的质量分数，求出1 mol 该有机物中各
元素原子的物质的量，从而确定出该有机物的分子式。
(3)根据有机物燃烧时消耗 O 的量及产物的量，求出有机物的实验式，再通
2
过计算确定出有机物的分子式 。
(4)化学方程式法
利用有机反应中反应物、生成物之间“量”的关系求分子式的方法。在有
机化学中，常利用有机物燃烧等方程式对分子式进行求解。常用的化学方程式
有：
C H ＋(x＋)O ――→xCO ＋H O；
x y 2 2 2
C H O＋(x＋－)O ――→xCO ＋H O。
x y z 2 2 2
(5)余数法
用烃的相对分子质量除以14，看商数和余数。
＝＝A……
其中商数A为烃中的碳原子数，此法适用于具有特定通式的烃(如烷烃、烯
烃、炔烃、苯和苯的同系物等)。
2．有机物分子结构的确定(物理方法)
6练习1．某有机物质量为8.80 g，完全燃烧后得到CO 22.0 g、H O 10.8 g，
2 2
该有机物的蒸气密度是相同状况下H 密度的44倍，则该有机物的分子式为 (
2
)
A．C H O B．C H
5 6 5 12
C．C H O D．C H O
5 12 2 5 12
答案 D [该有机物的蒸气密度是相同条件下氢气密度的44倍，则该有机
物的相对分子质量为2×44＝88,8.80 g有机物的物质的量为＝0.1 mol,22.0 g CO
2
的物质的量为＝0.5 mol,10.8 g水的物质的量为＝0.6 mol，故1个分子中C原子
数目为＝5，H原子数目为＝12，分子中C、H的相对原子质量之和为12×5＋
12＝72，故 1 个该有机物分子中还含 1 个氧原子，则该有机物的分子式为
C H O，故选D。]
5 12
练习2．已知某有机物A的红外光谱和核磁共振氢谱如图所示，下列说法中错
误的是( )
7A．由红外光谱可知，该有机物中至少有三种不同的化学键
B．由核磁共振氢谱可知，该有机物分子中有三种不同化学环境的氢原子
C．仅由A的核磁共振氢谱无法得知其分子中的氢原子总数
D．若A的化学式为C H O，则其结构简式为CH —O—CH
2 6 3 3
答案 D
解析 红外光谱图中给出的化学键有 C—H、O—H和C—O三种，A正确；核
磁共振氢谱图中峰的个数即代表氢的种类，B正确；核磁共振氢谱峰的面积表
示氢的数目比，在没有明确化学式的情况下，无法得知氢原子总数，C正确；
若A为CH —O—CH ，则无O—H，与所给红外光谱图不符，且其核磁共振氢
3 3
谱图应只有1个峰，与核磁共振氢谱图不符，D错误。
练习3.下列能够获得有机物所含官能团信息的方法是( )
A．红外光谱 B．质谱法
C．色谱法 D．核磁共振氢谱
答案 A
练习4．符合下面核磁共振氢谱图的有机物是( )
A．CH COOCH CH
3 2 3
8B．CH ==CHCH CH
2 2 3
C．
D．
答案 A
解析 A中物质有3种不同化学环境的氢原子，个数之比为 2∶3∶3；B中物质
有4种不同化学环境的氢原子，个数比为2∶1∶2∶3；C中物质有4种不同化
学环境的氢原子，个数比为 3∶2∶2∶1；D中物质有3种不同化学环境的氢原
子，个数比为3∶1∶1。核磁共振氢谱图中有3种不同化学环境的氢原子，再由
氢原子个数(吸收强度)之比可知A项符合。
练习5.有机物A常用于食品行业，已知9.0 g A在足量O 中充分燃烧，将生
2
成的混合气体依次通过足量的浓硫酸和碱石灰，分别增重5.4 g和13.2 g，经检
验剩余气体为O 。
2
(1)A分子的质谱图如图所示，从图中可知其相对分子质量是________，则
A的分子式是________。
(2)A能与NaHCO 溶液发生反应，A一定含有的官能团名称是________。
3
(3)A分子的核磁共振氢谱有4个峰，峰面积之比是1∶1∶1∶3，则A的结
构简式是_________________________________________。
解析 (1)根据图示可知其相对分子质量等于其最大质荷比，即其相对分子
质量为90；9.0 g A的物质的量为0.1 mol，在足量O 中充分燃烧，气体产物依
2
9次通过足量的浓硫酸和碱石灰，增重分别为水蒸气和 CO 的质量，即n(H O)＝
2 2
0.3 mol，n(CO )＝0.3 mol，则该有机物中含 N(H)＝×2＝6，N(C)＝＝3，则
2
N(O)＝＝3，即有机物A的分子式为C H6O 。(2)A能和碳酸氢钠溶液反应，说
3 3
明A中一定含有的官能团为羧基。(3)A分子的核磁共振氢谱有4组峰，峰面积
之比是1∶1∶1∶3，说明A中含1个—OH、1个—COOH、1个 和1
个—CH ，即A的结构简式为 。
3
答案 (1)90 C H O (2)羧基
3 6 3
(3)
10
