Question

18．为测定某有机物A的结构，进行如下实验．
[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9.0g H₂O和17.6g CO₂，消耗氧气13.44L（标准状况下）．则该物质的最简式是C₄H₁₀O，能否据此确定该有机物的分子式（若能则写出其分子式，若不能请说明理由）C₄H₁₀O
（2）根据价键理论，预测A可能的结构7种（不考虑立体异构）．
[结构式的确定]
（3）经测定，有机物A分子内有2种不同环境的氢原子，且A能与金属钠反应放出气体，则A的结构简式为C（CH₃）₃OH．
[性质实验]
（4）A在一定条件下脱水可生成B，B可发生加聚反应生成C，请写出A转化为B的化学反应方程式：C（CH₃）₃OH$→_{△}^{浓硫酸}$C（CH₃）₂=CH₂↑+H₂O．
（5）体育比赛中当运动员肌肉扭伤时，队医随即用氯乙烷（沸点为12.27℃）对受伤部位进行局部冷冻麻醉．请选用B的某同系物和其他试剂及合适的方法制备氯乙烷，要求原子利用率为100%，写出制备反应方程式：CH₂=CH₂+HCl$\stackrel{催化剂}{→}$CH₃CH₂Cl．

Answer 1

分析 （1）根据元素守恒可判断有机化合物中一定含有C和H两种元素，根据生成17.6g的二氧化碳中C元素质量即为化合物中所含C元素质量、生成9.0g的水中H元素质量即为化合物中所含H元素质量，对氧元素的确定要根据二氧化碳和水中的氧元素质量之和与氧气中氧元素的质量来分析，若前者大，则有机化合物有氧元素，两者相等，则有机化合物没有有氧元素，然后求出各自的物质的量，计算该物质中各元素的原子个数比；根据碳、氢、氧的价键数判断能否据此确定该有机物的分子式；
（2）有机物A的分子式为C₄H₁₀O，可能为醚，也可能为醇，若为醚，根据可能的烃基进行组合判断同分异构体，若为醇，先书写丁基-C₄H₉异构，丁基异构数目等于丁醇的异构体数目；
（3）A能与金属钠反应放出气体，为醇，有机物A分子内有2种不同环境的氢原子，为两种氢原子，据此书写A的结构简式；
（4）醇在浓硫酸加热的条件下反应可以得到烯，烯烃可发生加聚反应；
（5）加成反应的原子利用率是100%，乙烯可以和氯化氢发生加成反应生成氯乙烷．

解答 解：（1）n（CO₂）=$\frac{17.6g}{44g/mol}$=0.4 mol，n（H₂O）=$\frac{9.0g}{18g/mol}$=0.5 mol，反应中消耗O₂的物质的量n（O₂）=$\frac{13.44L}{22.4L/mol}$=0.6mol，
则有机物中氧原子物质的量 n（O）=0.4 mol×2+0.5 mol×1-0.6mol×2=0.1mol，所以该物质中C、H、O原子的个数比为0.4 mol：（0.5mol×2）：0.1mol=4：10：1最简式为C₄H₁₀O，碳为四价，氢为1价，氧为二价，氢的最大饱和键数为2n+2（n为碳数），C₄H₁₀O中氢数已经饱和，所以能否据此确定该有机物的分子式为C₄H₁₀O，
故答案为：C₄H₁₀O；C₄H₁₀O；
（2）有机物A的分子式为C₄H₁₀O，可能为醚，也可能为醇．
若为醚，可以是CH₃OCH₂CH₂CH₃、CH₃OCH（CH₃）₂、CH₃CH₂OCH₂CH₃，
若为醇，一定属于饱和一元醇，
丁基-C₄H₉可能的结构有：-CH₂CH₂CH₂CH₃、-CH（CH₃）CH₂CH₃、-CH₂CH（CH₃）₂、-C（CH₃）₃，丁基异构数目等于丁醇的异构体数目，则丁醇的可能结构有4种，分别为：CH₃CH₂CH₂CH₂OH、CH₃CH₂CH（CH₃）OH、（CH₃）₂CHCH₂OH、C（CH₃）₃OH，
故符合条件的同分异构体共有7种，
故答案为：7；
（3）A能与金属钠反应放出气体，为醇，有机物A分子内有2种不同环境的氢原子，为两种氢原子，符合条件的醇为C（CH₃）₃OH，
故答案为：C（CH₃）₃OH；
（4）C（CH₃）₃OH在浓硫酸的作用下发生消去反应，反应为：C（CH₃）₃OH$→_{△}^{浓硫酸}$C（CH₃）₂=CH₂↑+H₂O，

故答案为：C（CH₃）₃OH$→_{△}^{浓硫酸}$C（CH₃）₂=CH₂↑+H₂O；
（5）用乙烯制备氯乙烷的原理：CH₂=CH₂+HCl$\stackrel{催化剂}{→}$CH₃CH₂Cl，
故答案为：CH₂=CH₂+HCl$\stackrel{催化剂}{→}$CH₃CH₂Cl．

点评 本题主要考查了分子式的确定和分子结构的确定，注意物质的性质以及分子式的确定方法是解题关键，题目难度中等．