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在分子式、结构式和展开式之间转换

同一个分子可以写成字母、写成链或画成图,题目还可能不打招呼就切换。

本页内容
  1. 主要有哪些表示法?
  2. 怎样一步步转换?
  3. 例题
  4. 要留意的错误
  5. 自我检测
  6. 接下来学什么

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:

  1. 数碳,包括每个基团中的碳(CH₃、CH₂、CH、COOH 中的 C)。
  2. 数氢,包括 -OH 和 -COOH 中的 H。
  3. 数氧。
  4. 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。

常见问题

分子式、结构式和展开式有什么区别?

分子式(如 C3H8)只给出每种原子的数目。结构式(如 CH3CH2CH3)把原子归组,显示它们怎样连接。展开式画出每个原子和每根键。每种形式比前一种含更多细节,所以可以由后往前简化,但只凭分子式不一定能还原出结构。

为什么一个分子式可以对应两种结构?

原子可以用不同方式连接。例如 C3H8O 既对应 propan-1-ol,也对应 propan-2-ol,它们是异构体。所以如果题目只给分子式,还必须给出官能团或名称等额外信息,你才能写出唯一结构。

这个课题中的实验式是什么?

实验式(empirical formula)是原子数目的最简整数比。C4H8 的实验式是 CH2,所有烯烃的实验式都是 CH2。实验式在哪里需要掌握,请在 Cambridge 官网查看最新的 0620 大纲,方法可参考你的计算单元。

更新于:

下一步

如果你能转换一个结构,下一个却出错,一对一的老师可以给你一连串新的转换题,找出总是失误的数数习惯。

一小时付费试听课,按所安排老师确认的收费,RM80 起。

补习由家长或监护人安排。用 WhatsApp 把这页发给他们,他们就可以替你咨询。

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