Question

今有X、Y、Z三種有機物（其相對分子質量均小于100），它們含碳、氫、氧、氮4種元素中的三種或四種．有一合作學習小組的同學擬確定它們的組成或結構．
（1）測定有機物相對分子質量所用的方法通常是

 

（填序號，下同．①紅外光譜，②質譜，③氫核磁共振譜，④元素分析）；下列物質的氫核磁共振譜只有一個吸收峰的是

 

：

（①新戊烷，）
（2）X由C、H、O、N四種元素組成，ω（N）=18.67%，且X既能與鹽酸反應又能與氫氧化鈉溶液反應，則X可能的結構簡式為：

 

．
（3）Y和Z的相對分子質量相等，它們完全燃燒時，只能生成CO₂、H₂O、N₂中的兩種或三種．某同學取一定量的Y和Z的混合物，完全燃燒時在標準狀況下的實驗結果如下：

實驗序號	混合物 質量	物質的量關系n（Y）/n（Z）	產物的量
			m（CO2）/g	m（H2O）/g	V（N2）/mL
①	3g	2：3	3.08	1.8	672
②	3g	3：2	3.52	1.8	448

試根據實驗結果，通過計算確定Y和Z的分子式．

 

．

Answer 1

考點：有機物的推斷,有機物實驗式和分子式的確定

專題：有機物分子組成通式的應用規(guī)律

分析：（1）測定有機物相對分子質量所用的方法通常是質譜；氫核磁共振譜只有一個吸收峰，分子中只含有1種H原子；
（2）X由C、H、O、N四種元素組成，ω（N）=18.67%，分子中N原子數目≤

100×18.67%

14

=1.3，故X分子中含有1個H原子，則其相對分子質量為

14

18.67%

=75，且X既能與鹽酸反應又能與氫氧化鈉溶液反應，則X含有-NH₂、-COOH，結合相對分子質量可知含有一個-COOH，取代1個-NH₂、1個-COOH后剩余基團式量為75-16-45=14，剩余基團為CH₂，進而確定X的結構簡式；
（3）①中n（CO₂）=

3.08g

44g/mol

=0.07 mol，n（N₂）=

0.672L

22.4L/mol

=0.03 mol；②中n（CO₂）=

3.52g

44g/mol

=0.08 mol，n（N₂）=

0.448L

22.4L/mol

=0.02 mol，N₂的量與Z的含量成正比，可推知Z中含有N原子，Y中無N原子，由H₂的量不變，可知Y、Z分子中含H原子個數相等；
假設Y分子含有a個碳原子，Z分子中含有b的碳原子，3g混合物的物質的量為n，則：n×

2

5

×a+n×

3

5

×b=0.07，n×

3

5

×a+n×

2

5

×b=0.08，兩式相比整理得a=2b，代入方程整理得nb=0.05，假設Y、Z相對分子質量為M，則

3

M

×b=0.05，整理得M=60b，由于Y、Z相對原子質量小于100，故b=1，則Y、Z相對原子質量為60，Y分子中碳原子數目為2，根據H元素守恒計算Y、Z分子中H原子數目，再根據相對分子質量計算Y分子中氧原子數目，進而確定Y的分子式；
由于Y、Z相對分子質量相等，故物質的量之比等于其質量之比，計算②中含有Z的質量，根據氮元素守恒計算Z的氮元素質量分數，結合相對分子質量計算Z分子中氮原子數目，進而計算氧原子數目，確定Z的分子式．

解答： 解：（1）測定有機物相對分子質量所用的方法通常是質譜；氫核磁共振譜只有一個吸收峰，分子中只含有1種H原子，①②④分子中H原子所處化學環(huán)境相同，只有1種氫原子，氫核磁共振譜只有一個吸收峰，故答案為：②；①②④；
（2）X由C、H、O、N四種元素組成，ω（N）=18.67%，分子中N原子數目≤

100×18.67%

14

=1.3，故X分子中含有1個H原子，則其相對分子質量為

14

18.67%

=75，且X既能與鹽酸反應又能與氫氧化鈉溶液反應，則X含有-NH₂、-COOH，結合相對分子質量可知含有一個-COOH，取代1個-NH₂、1個-COOH后剩余基團式量為75-16-45=14，剩余基團為CH₂，則X的結構簡式為H₂NCH₂COOH，故答案為：H₂NCH₂COOH；
（3）①中n（CO₂）=

3.08g

44g/mol

=0.07 mol，n（N₂）=

0.672L

22.4L/mol

=0.03 mol；②中n（CO₂）=

3.52g

44g/mol

=0.08 mol，n（N₂）=

0.448L

22.4L/mol

=0.02 mol，N₂的量與Z的含量成正比，可推知Z中含有N原子，Y中無N原子，由H₂的量不變，可知Y、Z分子中含H原子個數相等，
假設Y分子含有a個碳原子，Z分子中含有b的碳原子，3g混合物的物質的量為n，則：n×

2

5

×a+n×

3

5

×b=0.07，n×

3

5

×a+n×

2

5

×b=0.08，兩式相比整理得a=2b，代入方程整理得nb=0.05，假設Y、Z相對分子質量為M，則

3

M

×b=0.05，整理得M=60b，由于Y、Z相對原子質量小于100，故b=1，則Y、Z相對原子質量為60，Y分子中碳原子數目為2，則3g混合物物質的量為

3g

60g/mol

=0.05mol，反應生成水的物質的量為

1.8g

18g/mol

=0.1mol，由氫原子守恒知，Y、Z中含H原子個數均為：

0.1mol×2

0.05mol

=4，可推知Y分子中O原子數目為

60-12×2-4

16

=2，故Y分子式為C₂H₄O₂；
由②中數據可知，Y、Z的質量之比為3：2，故3g混合物中Z的質量為3g×

2

5

=1.2g，Z分子中氮元素質量分數為

0.02mol×28g/mol

1.2g

=

7

15

，Z分子中N原子數目為

60× 7 15

14

=2，Z分子中O原子數目=

60-12-4-14×2

16

=1，故Z的分子式為CH₄ON₂，
故答案為：Y為C₂H₄O₂、Z為CH₄ON₂．

點評：本題考查有機物推斷，屬于計算型推斷，綜合考查學生分析解決問題能力，難度較大．