要在公式表示之间转换,就仔细数原子,并记住成键规则。结构式把各元素的数目相加,就成了分子式;分子式要变回结构,则题目还必须告诉你家族或官能团。
这一课为有机家族与命名收尾,用到画出键合正确的小分子和化学式与方程式中的知识。
主要有哪些表示法?
以同一个分子 propan-1-ol 为例,常用四种形式:
| 形式 | 显示内容 | propan-1-ol |
|---|---|---|
| 分子式 | 各原子数目 | C₃H₈O |
| 结构式 | 沿链归组的原子 | CH₃CH₂CH₂OH |
| 展开式 | 画出每个原子和键 | 见下图 |
| 名称 | 家族与链长 | propan-1-ol |
H H H
| | |
H - C - C - C - O - H
| | |
H H H
通式也对应起来:烷烃 CₙH₂ₙ₊₂,烯烃 CₙH₂ₙ。所需的具体形式和详细程度取决于你所考年份的大纲,请在 Cambridge 官网核对。
怎样一步步转换?
结构式转分子式:
- 数碳,包括每个基团中的碳(CH₃、CH₂、CH、COOH 中的 C)。
- 数氢,包括 -OH 和 -COOH 中的 H。
- 数氧。
- 写出公式,顺序为 C、H、O。
分子式转结构式: 利用题目给的家族或名称,排出碳链,接上官能团,再检查每个碳是否有四个键。
例题
把 CH₃CH₂CH₂OH 转成分子式,再写出丁酸(butanoic acid)的结构式并求它的分子式。
第 1 部分。 碳:CH₃、CH₂、CH₂ 共 3 个。氢:3 + 2 + 2 + 1(-OH 中的 H)= 8。氧:1。分子式是 C₃H₈O。
第 2 部分。 丁酸有四个碳,末端是 -COOH,所以羧基碳是第四个碳。其余三个碳构成 CH₃CH₂CH₂,结构式是 CH₃CH₂CH₂COOH。
数分子式。
碳:3 + 1 = 4。氢:3 + 2 + 2 + 1 = 8。
氧:2。所以丁酸是 C₄H₈O₂。
用成键规则检查。链中 CH₃CH₂CH₂ 有 3 个碳,再加羧基碳,每个碳都有四个键,所以没有遗漏。
要留意的错误
最常见的错误,是漏掉 -OH 或 -COOH 里的氢,或者数错括号里的基团。
错误答案: CH₃CH(CH₃)CH₃ 是 C₄H₉。
学生数成 3 + 3 + 3 = 9 个氢,漏掉了中间 CH 上的那个 H。
纠正:逐个基团写出数目。CH₃ 得 3,CH 得 1,括号里的 CH₃ 得 3,最后的 CH₃ 得 3,共 10,所以分子式是 C₄H₁₀。再做个合理性检查:四个碳的饱和烃必然是 C₄H₁₀,因为 2n + 2 = 10。
自我检测
1. 写出 CH₃COOH 的分子式。
查看答案
碳:CH₃ 有 1 个,COOH 有 1 个,共 2 个。氢:3 + 1 = 4。氧:2。分子式是 C₂H₄O₂。
2. 写出 but-1-ene(四个碳的烯烃,双键在前两个碳之间)的结构式和分子式。
查看答案
结构式:CH₂=CHCH₂CH₃。氢:2 + 1 + 2 + 3 = 8。分子式是 C₄H₈,符合 n = 4 时的 CₙH₂ₙ。
3. 一个分子的分子式是 C₃H₈O。仅凭这个分子式能写出唯一的结构吗?说明理由。
查看答案
不能。C₃H₈O 对应不止一种结构,包括 propan-1-ol 和 propan-2-ol,它们是异构体。你需要名称或 -OH 所在位置等额外信息才能选定一个。
接下来学什么
现在你已有整个单元的工具。用有机家族与命名练习题把它们一起检测,然后继续学习有机反应。公式要进入计算时,物质的量与方程式比例辅导器会很有用。
能转换一个公式、但在长题中准确度下降的学生,常能从一对一线上化学补习中受益,老师可以一步步检查你的数数过程。