Question

今有X、Y、Z三种有机物（其相对分子质量均小于100），它们含碳、氢、氧、氮4种元素中的三种或四种．有一合作学习小组的同学拟确定它们的组成或结构．
（1）测定有机物相对分子质量所用的方法通常是

 

（填序号，下同．①红外光谱，②质谱，③氢核磁共振谱，④元素分析）；下列物质的氢核磁共振谱只有一个吸收峰的是

 

：

（①新戊烷，）
（2）X由C、H、O、N四种元素组成，ω（N）=18.67%，且X既能与盐酸反应又能与氢氧化钠溶液反应，则X可能的结构简式为：

 

．
（3）Y和Z的相对分子质量相等，它们完全燃烧时，只能生成CO₂、H₂O、N₂中的两种或三种．某同学取一定量的Y和Z的混合物，完全燃烧时在标准状况下的实验结果如下：

实验序号	混合物 质量	物质的量关系n（Y）/n（Z）	产物的量
			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

试根据实验结果，通过计算确定Y和Z的分子式．

 

．

Answer 1

考点：有机物的推断,有机物实验式和分子式的确定

专题：有机物分子组成通式的应用规律

分析：（1）测定有机物相对分子质量所用的方法通常是质谱；氢核磁共振谱只有一个吸收峰，分子中只含有1种H原子；
（2）X由C、H、O、N四种元素组成，ω（N）=18.67%，分子中N原子数目≤

100×18.67%

14

=1.3，故X分子中含有1个H原子，则其相对分子质量为

14

18.67%

=75，且X既能与盐酸反应又能与氢氧化钠溶液反应，则X含有-NH₂、-COOH，结合相对分子质量可知含有一个-COOH，取代1个-NH₂、1个-COOH后剩余基团式量为75-16-45=14，剩余基团为CH₂，进而确定X的结构简式；
（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的量与Z的含量成正比，可推知Z中含有N原子，Y中无N原子，由H₂的量不变，可知Y、Z分子中含H原子个数相等；
假设Y分子含有a个碳原子，Z分子中含有b的碳原子，3g混合物的物质的量为n，则：n×

2

5

×a+n×

3

5

×b=0.07，n×

3

5

×a+n×

2

5

×b=0.08，两式相比整理得a=2b，代入方程整理得nb=0.05，假设Y、Z相对分子质量为M，则

3

M

×b=0.05，整理得M=60b，由于Y、Z相对原子质量小于100，故b=1，则Y、Z相对原子质量为60，Y分子中碳原子数目为2，根据H元素守恒计算Y、Z分子中H原子数目，再根据相对分子质量计算Y分子中氧原子数目，进而确定Y的分子式；
由于Y、Z相对分子质量相等，故物质的量之比等于其质量之比，计算②中含有Z的质量，根据氮元素守恒计算Z的氮元素质量分数，结合相对分子质量计算Z分子中氮原子数目，进而计算氧原子数目，确定Z的分子式．

解答： 解：（1）测定有机物相对分子质量所用的方法通常是质谱；氢核磁共振谱只有一个吸收峰，分子中只含有1种H原子，①②④分子中H原子所处化学环境相同，只有1种氢原子，氢核磁共振谱只有一个吸收峰，故答案为：②；①②④；
（2）X由C、H、O、N四种元素组成，ω（N）=18.67%，分子中N原子数目≤

100×18.67%

14

=1.3，故X分子中含有1个H原子，则其相对分子质量为

14

18.67%

=75，且X既能与盐酸反应又能与氢氧化钠溶液反应，则X含有-NH₂、-COOH，结合相对分子质量可知含有一个-COOH，取代1个-NH₂、1个-COOH后剩余基团式量为75-16-45=14，剩余基团为CH₂，则X的结构简式为H₂NCH₂COOH，故答案为：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的量与Z的含量成正比，可推知Z中含有N原子，Y中无N原子，由H₂的量不变，可知Y、Z分子中含H原子个数相等，
假设Y分子含有a个碳原子，Z分子中含有b的碳原子，3g混合物的物质的量为n，则：n×

2

5

×a+n×

3

5

×b=0.07，n×

3

5

×a+n×

2

5

×b=0.08，两式相比整理得a=2b，代入方程整理得nb=0.05，假设Y、Z相对分子质量为M，则

3

M

×b=0.05，整理得M=60b，由于Y、Z相对原子质量小于100，故b=1，则Y、Z相对原子质量为60，Y分子中碳原子数目为2，则3g混合物物质的量为

3g

60g/mol

=0.05mol，反应生成水的物质的量为

1.8g

18g/mol

=0.1mol，由氢原子守恒知，Y、Z中含H原子个数均为：

0.1mol×2

0.05mol

=4，可推知Y分子中O原子数目为

60-12×2-4

16

=2，故Y分子式为C₂H₄O₂；
由②中数据可知，Y、Z的质量之比为3：2，故3g混合物中Z的质量为3g×

2

5

=1.2g，Z分子中氮元素质量分数为

0.02mol×28g/mol

1.2g

=

7

15

，Z分子中N原子数目为

60× 7 15

14

=2，Z分子中O原子数目=

60-12-4-14×2

16

=1，故Z的分子式为CH₄ON₂，
故答案为：Y为C₂H₄O₂、Z为CH₄ON₂．

点评：本题考查有机物推断，属于计算型推断，综合考查学生分析解决问题能力，难度较大．