采用“等量代换方法”解答有机推断题

柴勇

摘要：通过对确定有机物的分子式或结构简式的推断题解题方法的分析，总结了“等量代换方法”解题中利用质量守恒进行等量代换、利用耗O2量相等进行等量代换、利用价键守恒进行等量代换等五种方法，并结合例题进行了深入细致的论述，这样既教给了学生解题的方法，又提高了学生的解题能力。

关键词：等量代换；质量守恒；价键守恒；组成元素

文章编号：1005–6629（2014）6–0063–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

等量代换是用一种量（或一种量的一部分）来代替和它相等的另一种量（或另一种量的一部分），“它是数学中一种基本的思想方法，也是代数思想方法的基础。近年来，学科融合成为各学科发展的大趋势，学科融合是指承认学科差异的基础上不断打破学科边界，促进学科间相互渗透、交叉的活动。学科融合既是学科发展的趋势，也是产生创新性成果的重要途径。采用“等量代换方法”解答有机推断题是数学学科和化学学科相互融合的重要体现，利用数学方法解答化学问题，会使化学问题变得非常简单。

1 利用质量守恒进行等量代换

例1 （2013山东枣庄高三模拟）某有机物的相对分子质量为58，根据下列条件回答问题：

（1）若该有机物只由碳氢组成，则可能的结构简式为 。

（2）若为含氧衍生物，且分子中含有-CH3，则可能的结构简式为 。

（3）若分子中无-CH3，又无-OH，但能发生银镜反应，则结构简式为 。

例4 （2011山东聊城摸底考试）某含氮有机物的化学式是C8H11N，将其分子中的氮原子换成碳原子，可得到一种芳香烃，推测其化学式为 ，若其一溴代物只有两种，则这种芳香烃的名称是 。

解析：根据有机物成键规律有如下关系式：N～CH，故按式N～CH进行等量代换，则有：C8H11N C9H12，因为其为芳香烃，所以分子中一定含有苯环，若其一溴代物只有两种，则这种芳香烃的名称是1，3，5-三甲苯。

答案：C9H12；1，3，5-三甲苯。

例5 （2013上海高考第九题，改编） 异构化可得到三元乙丙橡胶的第三单体 。 由A（C5H6）和B经Diels-Alder反应制得。Diels-Alder反应为共轭双烯与含有烯键或炔键的化合物相互作用生成六元环状化合物的反应，最简单的反应是

+ ‖ →

完成下列填空：

（1）Diels-Alder反应属于 反应（填反应类型）；A的结构简式为 。[2]

（2）若将三元乙丙橡胶的第三单体分子中的所有的只连有1个H原子的C原子（其他化学键连接碳、氧等别的原子）全部换成氮原子，得到一种含氮有机物，推测其分子量为 ，其化学式为 。

（3）若将三元乙丙橡胶的第三单体分子中的所有的连有2个H原子的C原子（其他化学键连接碳、氧等别的原子）全部换成氧原子，得到一种含氧有机物，推测其分子量为 ，其化学式为 。

（4）若将三元乙丙橡胶的第三单体分子中的所有的连有3个H原子的C原子（其他化学键连接碳、氧等别的原子）全部换成氯原子，得到一种含氯有机物，推测其分子量为 ，其化学式为 。

答案：（1）加成， ；（2）125，C4H7N5；（3）124；C7H8O2；（4）140.5；C8H9Cl

4 利用氢原子守恒进行等量代换

例6 （2012山东济南高二竞赛）写出燃烧后符合关系V（CO2）/V（H2O）=0.5的可能的有机物的结构简式。

解析：由V（CO2）/V（H2O）=0.5可知，有机化合物中C：H=1：4，符合此条件的烃只有CH4，根据关系式H～OH中氢原子相等进行等量代换，可得另一种符合条件的有机物为CH3OH。另外，符合条件的有机物还有CO（NH2）2。

答案：CH4、CH3OH、CO（NH2）2

例7 （2013浙江杭州期末）有机化合物A、B化学式不同，它们只可能含有碳、氢、氧元素中的两种或三种，如果A、B不论以何种比例混合，只要其物质的量之和不变，完全燃烧生成水的物质的量也不变。那么A、B组成必须满足的条件 。若A是甲烷，则符合上述条件的化合物B中，相对分子质量最小的是（化学式） 。

解析：由题意知A、B组成必须满足的条件含有相同数目的H原子。若A是甲烷，根据关系式H～OH中氢原子相等进行等量代换，可得另一种符合条件的有机物为CH3OH，由于对碳原子数目没有要求，结合氢原子数目对碳原子数目进行增加，可得C2H4、C3H4，再根据关系式H～OH中氢原子相等进行等量代换，可得C2H4O、C3H4O，在进行第二个H原子的等量代换可得C2H4O2、C3H4O2，依次类推……所以符合上述条件的化合物B中，相对分子质量最小的是（化学式）C2H4。

答案：含有相同数目的H原子；C2H4

5 利用组成元素的质量分数不变进行等量代换

例8 （2013山东滕州一调）某有机物的相对分子质量为134，取1 mol该有机物完全燃烧生成水7 mol，根据下列条件回答问题：

（1）若该有机物只含有碳、氢两种元素，则该有机物的分子式为 ，若该有机物为芳香烃，且苯环上只有一个取代基，则可能的结构有 种。

（2）若为含氧衍生物，则该有机物的化学式为

，1 mol该有机物完全燃烧消耗O2的物质的量是

。

解析：1 mol该有机物完全燃烧生成水7 mol，可知该有机物分子中含有14个H原子。若该有机物只含有碳、氢两种元素，则该有机物的分子式为C10H14，若该有机物为芳香烃，且苯环上只有一个取代基，则可能的结构有4种（4种不同的丁基分别连在苯环上）。根据4C～3O进行等量代换，C10H14 C6H14O3，1 mol该有机物完全燃烧消耗O2的物质的量是8 mol。

答案：（1）C10H14；4；（2）C6H14O3；8 mol

例9 （2012辽宁大连期末）A、B是式量不相等的两种有机物，无论A，B以何种比例混合，只需混合物的总质量不变，完全燃烧后，所产生的CO2的质量也不变，试写出两组符合上述情况的有机物的化学式和

， 和 ，并回答A、B应该满足什么条件： 。

解析：（1）最简式相同的两种有机物，混合物中各元素的质量分数不变，故有：①烃类：据（CH）n写出C2H2和C6H6；据（CH2）n写出C2H4和C3H6等。②烃的含氧衍生物类：根据（CH2O）n写出CH2O和C2H4O2；CH2O和C3H6O3；CH2O和C6H12O6等。（2）最简式不相同，但符合碳元素质量分数相等的组合。如：CH4中含碳为75%，将其式量扩大10倍，则含碳原子数为10，含碳仍为75%，其余（160-120=40）由H、O补齐，经讨论知C10H8O2符合条件。同理可推出CH4的其他组合有C9H20O，C8H16O，C7H12O等。另外，还可以推出C2H6和C12H20O（分子中碳的含量均为80%）等多组答案。

答案：C2H2和C6H6；C2H4和C3H6；CH2O和C2H4O2；CH2O和C3H6O3；CH2O和C6H12O6；C9H20O和C8H16O（答案合理即可）；A、B中碳元素质量分数相等

在研究确定有机物的分子式或结构简式的推断题时，巧妙运用“等量代换方法”，会使这类有机推断题变得简单易解。在教学中引导学生运用“等量代换方法”，可以提升学生的发散思维和抽象思维能力，同时也提高了学生的解题能力。

参考文献：

[1]毕于双.化学习题精做五步反思策略研究[J].化学教学，2013，（8）：57～58.

[2]教育部考试中心. 2013年全国普通高等学校招生统一考试（上海化学试卷）[J].化学教学，2013，（9）：64～68.endprint

摘要：通过对确定有机物的分子式或结构简式的推断题解题方法的分析，总结了“等量代换方法”解题中利用质量守恒进行等量代换、利用耗O2量相等进行等量代换、利用价键守恒进行等量代换等五种方法，并结合例题进行了深入细致的论述，这样既教给了学生解题的方法，又提高了学生的解题能力。

关键词：等量代换；质量守恒；价键守恒；组成元素

文章编号：1005–6629（2014）6–0063–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

等量代换是用一种量（或一种量的一部分）来代替和它相等的另一种量（或另一种量的一部分），“它是数学中一种基本的思想方法，也是代数思想方法的基础。近年来，学科融合成为各学科发展的大趋势，学科融合是指承认学科差异的基础上不断打破学科边界，促进学科间相互渗透、交叉的活动。学科融合既是学科发展的趋势，也是产生创新性成果的重要途径。采用“等量代换方法”解答有机推断题是数学学科和化学学科相互融合的重要体现，利用数学方法解答化学问题，会使化学问题变得非常简单。

1 利用质量守恒进行等量代换

例1 （2013山东枣庄高三模拟）某有机物的相对分子质量为58，根据下列条件回答问题：

（1）若该有机物只由碳氢组成，则可能的结构简式为 。

（2）若为含氧衍生物，且分子中含有-CH3，则可能的结构简式为 。

（3）若分子中无-CH3，又无-OH，但能发生银镜反应，则结构简式为 。

例4 （2011山东聊城摸底考试）某含氮有机物的化学式是C8H11N，将其分子中的氮原子换成碳原子，可得到一种芳香烃，推测其化学式为 ，若其一溴代物只有两种，则这种芳香烃的名称是 。

解析：根据有机物成键规律有如下关系式：N～CH，故按式N～CH进行等量代换，则有：C8H11N C9H12，因为其为芳香烃，所以分子中一定含有苯环，若其一溴代物只有两种，则这种芳香烃的名称是1，3，5-三甲苯。

答案：C9H12；1，3，5-三甲苯。

例5 （2013上海高考第九题，改编） 异构化可得到三元乙丙橡胶的第三单体 。 由A（C5H6）和B经Diels-Alder反应制得。Diels-Alder反应为共轭双烯与含有烯键或炔键的化合物相互作用生成六元环状化合物的反应，最简单的反应是

+ ‖ →

完成下列填空：

（1）Diels-Alder反应属于 反应（填反应类型）；A的结构简式为 。[2]

（2）若将三元乙丙橡胶的第三单体分子中的所有的只连有1个H原子的C原子（其他化学键连接碳、氧等别的原子）全部换成氮原子，得到一种含氮有机物，推测其分子量为 ，其化学式为 。

（3）若将三元乙丙橡胶的第三单体分子中的所有的连有2个H原子的C原子（其他化学键连接碳、氧等别的原子）全部换成氧原子，得到一种含氧有机物，推测其分子量为 ，其化学式为 。

（4）若将三元乙丙橡胶的第三单体分子中的所有的连有3个H原子的C原子（其他化学键连接碳、氧等别的原子）全部换成氯原子，得到一种含氯有机物，推测其分子量为 ，其化学式为 。

答案：（1）加成， ；（2）125，C4H7N5；（3）124；C7H8O2；（4）140.5；C8H9Cl

4 利用氢原子守恒进行等量代换

例6 （2012山东济南高二竞赛）写出燃烧后符合关系V（CO2）/V（H2O）=0.5的可能的有机物的结构简式。

解析：由V（CO2）/V（H2O）=0.5可知，有机化合物中C：H=1：4，符合此条件的烃只有CH4，根据关系式H～OH中氢原子相等进行等量代换，可得另一种符合条件的有机物为CH3OH。另外，符合条件的有机物还有CO（NH2）2。

答案：CH4、CH3OH、CO（NH2）2

例7 （2013浙江杭州期末）有机化合物A、B化学式不同，它们只可能含有碳、氢、氧元素中的两种或三种，如果A、B不论以何种比例混合，只要其物质的量之和不变，完全燃烧生成水的物质的量也不变。那么A、B组成必须满足的条件 。若A是甲烷，则符合上述条件的化合物B中，相对分子质量最小的是（化学式） 。

解析：由题意知A、B组成必须满足的条件含有相同数目的H原子。若A是甲烷，根据关系式H～OH中氢原子相等进行等量代换，可得另一种符合条件的有机物为CH3OH，由于对碳原子数目没有要求，结合氢原子数目对碳原子数目进行增加，可得C2H4、C3H4，再根据关系式H～OH中氢原子相等进行等量代换，可得C2H4O、C3H4O，在进行第二个H原子的等量代换可得C2H4O2、C3H4O2，依次类推……所以符合上述条件的化合物B中，相对分子质量最小的是（化学式）C2H4。

答案：含有相同数目的H原子；C2H4

5 利用组成元素的质量分数不变进行等量代换

例8 （2013山东滕州一调）某有机物的相对分子质量为134，取1 mol该有机物完全燃烧生成水7 mol，根据下列条件回答问题：

（1）若该有机物只含有碳、氢两种元素，则该有机物的分子式为 ，若该有机物为芳香烃，且苯环上只有一个取代基，则可能的结构有 种。

（2）若为含氧衍生物，则该有机物的化学式为

，1 mol该有机物完全燃烧消耗O2的物质的量是

。

解析：1 mol该有机物完全燃烧生成水7 mol，可知该有机物分子中含有14个H原子。若该有机物只含有碳、氢两种元素，则该有机物的分子式为C10H14，若该有机物为芳香烃，且苯环上只有一个取代基，则可能的结构有4种（4种不同的丁基分别连在苯环上）。根据4C～3O进行等量代换，C10H14 C6H14O3，1 mol该有机物完全燃烧消耗O2的物质的量是8 mol。

答案：（1）C10H14；4；（2）C6H14O3；8 mol

例9 （2012辽宁大连期末）A、B是式量不相等的两种有机物，无论A，B以何种比例混合，只需混合物的总质量不变，完全燃烧后，所产生的CO2的质量也不变，试写出两组符合上述情况的有机物的化学式和

， 和 ，并回答A、B应该满足什么条件： 。

解析：（1）最简式相同的两种有机物，混合物中各元素的质量分数不变，故有：①烃类：据（CH）n写出C2H2和C6H6；据（CH2）n写出C2H4和C3H6等。②烃的含氧衍生物类：根据（CH2O）n写出CH2O和C2H4O2；CH2O和C3H6O3；CH2O和C6H12O6等。（2）最简式不相同，但符合碳元素质量分数相等的组合。如：CH4中含碳为75%，将其式量扩大10倍，则含碳原子数为10，含碳仍为75%，其余（160-120=40）由H、O补齐，经讨论知C10H8O2符合条件。同理可推出CH4的其他组合有C9H20O，C8H16O，C7H12O等。另外，还可以推出C2H6和C12H20O（分子中碳的含量均为80%）等多组答案。

答案：C2H2和C6H6；C2H4和C3H6；CH2O和C2H4O2；CH2O和C3H6O3；CH2O和C6H12O6；C9H20O和C8H16O（答案合理即可）；A、B中碳元素质量分数相等

在研究确定有机物的分子式或结构简式的推断题时，巧妙运用“等量代换方法”，会使这类有机推断题变得简单易解。在教学中引导学生运用“等量代换方法”，可以提升学生的发散思维和抽象思维能力，同时也提高了学生的解题能力。

参考文献：

[1]毕于双.化学习题精做五步反思策略研究[J].化学教学，2013，（8）：57～58.

[2]教育部考试中心. 2013年全国普通高等学校招生统一考试（上海化学试卷）[J].化学教学，2013，（9）：64～68.endprint

摘要：通过对确定有机物的分子式或结构简式的推断题解题方法的分析，总结了“等量代换方法”解题中利用质量守恒进行等量代换、利用耗O2量相等进行等量代换、利用价键守恒进行等量代换等五种方法，并结合例题进行了深入细致的论述，这样既教给了学生解题的方法，又提高了学生的解题能力。

关键词：等量代换；质量守恒；价键守恒；组成元素

文章编号：1005–6629（2014）6–0063–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

等量代换是用一种量（或一种量的一部分）来代替和它相等的另一种量（或另一种量的一部分），“它是数学中一种基本的思想方法，也是代数思想方法的基础。近年来，学科融合成为各学科发展的大趋势，学科融合是指承认学科差异的基础上不断打破学科边界，促进学科间相互渗透、交叉的活动。学科融合既是学科发展的趋势，也是产生创新性成果的重要途径。采用“等量代换方法”解答有机推断题是数学学科和化学学科相互融合的重要体现，利用数学方法解答化学问题，会使化学问题变得非常简单。

1 利用质量守恒进行等量代换

例1 （2013山东枣庄高三模拟）某有机物的相对分子质量为58，根据下列条件回答问题：

（1）若该有机物只由碳氢组成，则可能的结构简式为 。

（2）若为含氧衍生物，且分子中含有-CH3，则可能的结构简式为 。

（3）若分子中无-CH3，又无-OH，但能发生银镜反应，则结构简式为 。

例4 （2011山东聊城摸底考试）某含氮有机物的化学式是C8H11N，将其分子中的氮原子换成碳原子，可得到一种芳香烃，推测其化学式为 ，若其一溴代物只有两种，则这种芳香烃的名称是 。

解析：根据有机物成键规律有如下关系式：N～CH，故按式N～CH进行等量代换，则有：C8H11N C9H12，因为其为芳香烃，所以分子中一定含有苯环，若其一溴代物只有两种，则这种芳香烃的名称是1，3，5-三甲苯。

答案：C9H12；1，3，5-三甲苯。

例5 （2013上海高考第九题，改编） 异构化可得到三元乙丙橡胶的第三单体 。 由A（C5H6）和B经Diels-Alder反应制得。Diels-Alder反应为共轭双烯与含有烯键或炔键的化合物相互作用生成六元环状化合物的反应，最简单的反应是

+ ‖ →

完成下列填空：

（1）Diels-Alder反应属于 反应（填反应类型）；A的结构简式为 。[2]

（2）若将三元乙丙橡胶的第三单体分子中的所有的只连有1个H原子的C原子（其他化学键连接碳、氧等别的原子）全部换成氮原子，得到一种含氮有机物，推测其分子量为 ，其化学式为 。

（3）若将三元乙丙橡胶的第三单体分子中的所有的连有2个H原子的C原子（其他化学键连接碳、氧等别的原子）全部换成氧原子，得到一种含氧有机物，推测其分子量为 ，其化学式为 。

（4）若将三元乙丙橡胶的第三单体分子中的所有的连有3个H原子的C原子（其他化学键连接碳、氧等别的原子）全部换成氯原子，得到一种含氯有机物，推测其分子量为 ，其化学式为 。

答案：（1）加成， ；（2）125，C4H7N5；（3）124；C7H8O2；（4）140.5；C8H9Cl

4 利用氢原子守恒进行等量代换

例6 （2012山东济南高二竞赛）写出燃烧后符合关系V（CO2）/V（H2O）=0.5的可能的有机物的结构简式。

解析：由V（CO2）/V（H2O）=0.5可知，有机化合物中C：H=1：4，符合此条件的烃只有CH4，根据关系式H～OH中氢原子相等进行等量代换，可得另一种符合条件的有机物为CH3OH。另外，符合条件的有机物还有CO（NH2）2。

答案：CH4、CH3OH、CO（NH2）2

例7 （2013浙江杭州期末）有机化合物A、B化学式不同，它们只可能含有碳、氢、氧元素中的两种或三种，如果A、B不论以何种比例混合，只要其物质的量之和不变，完全燃烧生成水的物质的量也不变。那么A、B组成必须满足的条件 。若A是甲烷，则符合上述条件的化合物B中，相对分子质量最小的是（化学式） 。

解析：由题意知A、B组成必须满足的条件含有相同数目的H原子。若A是甲烷，根据关系式H～OH中氢原子相等进行等量代换，可得另一种符合条件的有机物为CH3OH，由于对碳原子数目没有要求，结合氢原子数目对碳原子数目进行增加，可得C2H4、C3H4，再根据关系式H～OH中氢原子相等进行等量代换，可得C2H4O、C3H4O，在进行第二个H原子的等量代换可得C2H4O2、C3H4O2，依次类推……所以符合上述条件的化合物B中，相对分子质量最小的是（化学式）C2H4。

答案：含有相同数目的H原子；C2H4

5 利用组成元素的质量分数不变进行等量代换

例8 （2013山东滕州一调）某有机物的相对分子质量为134，取1 mol该有机物完全燃烧生成水7 mol，根据下列条件回答问题：

（1）若该有机物只含有碳、氢两种元素，则该有机物的分子式为 ，若该有机物为芳香烃，且苯环上只有一个取代基，则可能的结构有 种。

（2）若为含氧衍生物，则该有机物的化学式为

，1 mol该有机物完全燃烧消耗O2的物质的量是

。

解析：1 mol该有机物完全燃烧生成水7 mol，可知该有机物分子中含有14个H原子。若该有机物只含有碳、氢两种元素，则该有机物的分子式为C10H14，若该有机物为芳香烃，且苯环上只有一个取代基，则可能的结构有4种（4种不同的丁基分别连在苯环上）。根据4C～3O进行等量代换，C10H14 C6H14O3，1 mol该有机物完全燃烧消耗O2的物质的量是8 mol。

答案：（1）C10H14；4；（2）C6H14O3；8 mol

例9 （2012辽宁大连期末）A、B是式量不相等的两种有机物，无论A，B以何种比例混合，只需混合物的总质量不变，完全燃烧后，所产生的CO2的质量也不变，试写出两组符合上述情况的有机物的化学式和

， 和 ，并回答A、B应该满足什么条件： 。

解析：（1）最简式相同的两种有机物，混合物中各元素的质量分数不变，故有：①烃类：据（CH）n写出C2H2和C6H6；据（CH2）n写出C2H4和C3H6等。②烃的含氧衍生物类：根据（CH2O）n写出CH2O和C2H4O2；CH2O和C3H6O3；CH2O和C6H12O6等。（2）最简式不相同，但符合碳元素质量分数相等的组合。如：CH4中含碳为75%，将其式量扩大10倍，则含碳原子数为10，含碳仍为75%，其余（160-120=40）由H、O补齐，经讨论知C10H8O2符合条件。同理可推出CH4的其他组合有C9H20O，C8H16O，C7H12O等。另外，还可以推出C2H6和C12H20O（分子中碳的含量均为80%）等多组答案。

答案：C2H2和C6H6；C2H4和C3H6；CH2O和C2H4O2；CH2O和C3H6O3；CH2O和C6H12O6；C9H20O和C8H16O（答案合理即可）；A、B中碳元素质量分数相等

在研究确定有机物的分子式或结构简式的推断题时，巧妙运用“等量代换方法”，会使这类有机推断题变得简单易解。在教学中引导学生运用“等量代换方法”，可以提升学生的发散思维和抽象思维能力，同时也提高了学生的解题能力。

参考文献：

[1]毕于双.化学习题精做五步反思策略研究[J].化学教学，2013，（8）：57～58.

[2]教育部考试中心. 2013年全国普通高等学校招生统一考试（上海化学试卷）[J].化学教学，2013，（9）：64～68.endprint