求解有机混合物元素质量分数五法

田琪++林尤宏

有机混合物中通常含C、H、O三种元素，单从数学角度讲，必须己知其中两种元素的质量分数才能求出第三种元素的质量分数。但是，混合物中各物质的元素质量组成是一定的，所以从化学角度来挖掘隐藏在化学式中的信息，就可以从一种元素的质量分数求出另两种元素的质量分数，甚至可直接求出三种元素的质量分数。现根据混合物的不同组成，分类归纳其求解方法。

一、最简组成相同直接求解

若几种有机物的最简式相同，则C、H、O元素的质量比一定，可根据最简式直接求出C、H、O的质量分数。

例1某一温度下，将1g乙炔、5g苯乙烯依次溶于10g苯中，所得混合溶液中氢元素的質量分数为（）。

A.15.8%B.15.4%

C.7.9%D.7.7%

解析因为乙炔、苯、苯乙烯的最简组成即实验式都为“CH”，所以任意比混合各元素的质量分数不变

w（H）=（Ar（H）/Mr（CH））×100%

=113×100%

=7.7%

答案：D

巩固练习1

把1 mol甲醛溶于2 mol冰醋酸之后，再加入3 g果糖所成混合物为M。另取1 L甲酸甲酯和3×1022个葡萄糖分子混合成为N的混合物。最后，取出7%的M和8%的N再进行混合，得混合物Q。求Q中碳元素的质量分数。

小结最简组成（实验式）相同的通常有以下几类：

1.单烯烃、环烷烃：CH2

2.乙炔、苯、苯乙烯、立方烷（C8H8）：CH

3.甲醛、乙酸、甲酸甲酯、乳酸（C3H6O3）、葡萄糖（C6H12O6）：CH2O

二、两元素成定比以一当二

若几种有机物中的某两种元素具有相同的比值，则运用此定比关系，即可求出各元素的质量分数。

例2有乙烯、乙醛和乙酸甲酯组成的混合物，取一定量进行分析，得知混合物中碳的质量分数为57.5%，求混合物中氧的质量分数。

解析它们的分子式分别为C2H4、C2H4O和C3H6O2 ， 其中碳和氢的质量比相同m（C）∶m（H）=6∶1

因为w（C）= 57.5%，

所以w（H）= 57.5%×16=9.6%

w（O）=1-57.5%-9.6%=32.9%

巩固练习2

甲醛、乙醛、丙醛组成的混合物中氢元素的质量分数为9%，，则氧元素的质量分数是（）。

A.16%B.37%

C.48%D.无法计算

小结两种元素成定比的通常有以下几种类型：

1.单烯烃、环烷烃、醛、酮、酸、酯：（CH2）nOm

2.甲醛、乙酸、甲酸甲酯、葡萄糖、蔗糖、淀粉等：Cn（H2O）m

3.乙炔、苯、苯酚、乙二醛、乙二酸等：（CH）nOm

三、变换组成成定比各个击破

几种有机物分子中不存在定比形式，但经过分子式的变换，可化成定比形式，则可用此定比关系求解。

例3有苯、苯乙烯、甲醛和葡萄糖组成的混合物，经测定含碳元素质量分数为51.9%，则此混合物中，含氧的质量分数为（）。

A.48.1%B.8.65%

C.41.3%D.无法计算

解析将C6H6、C8H8、CH2O、 C6H12O6变换成（CH）6， （CH）8， （CH）（HO），（CH）6（HO）6 就可立即得出

w（CH）=51.9%×1312=56.2%

w（HO）=1-56.2%=43.8%

w（O）=43.8%×1617=41.3%

答案：C

巩固练习3

由某单烯烃和乙醇、乙醚组成的混合物，测得含氧元素质量分数为21.6%，则此混合物中，含碳元素的质量分数为，含氢元素质量分数为。

小结可化成定比形式的通常有以下几种类型：

1.烯、环烷烃

（CnH2n）+醇、醚（CmH2m+2O）：

（CH2）n，（CH2）m·H2O

2.乙炔+苯+醇或醚（CmH2m+2O）：

（CH）2，（CH）6，（CH）m·Hm+2O

3.乙炔+苯+醛或酮（CmH2mO）：

（CH）2，（CH）6，（CH）m·HmO

4.乙炔+苯+羧酸或酯（CmH2mO2）：

（CH）2，（CH）6，（CH）m·HmO2

5.乙炔+苯+葡萄糖（C6H12O6）：

（CH）2，（CH）6，（CH）6·（HO）6

四、某元素质量分数相同等量替换

若各组分分子式中某元素的原子个数相同，且相对分子质量相等，则各组分中该元素的质量分数也相等，亦等于混合物中该元素的质量分数。

例4甲苯和甘油组成的混合物中，若含碳的质量分数为60%，那么可推断氢元素的质量分数为（）。

A.5%B.17.4%

C.8.7%D.无法计算

解析两者化学式分别为C7H8和C3H8O3， 物质组成不符合定比形式，也不能通过变式化成定比，仔细分析发现C7H8比C3H8O3多4个碳原子少3个氧原子，相对分子质量恰好相等，都为92，且分子中都含有8个氢原子，所以氢元素的质量分数为：

8×192×100%= 8.7%

答案：C

巩固练习4

尿素〔CO（NH2）2〕和乙酸组成的混合物中，若含氧的质量分数为40%，那么可推断氢元素的质量分数是，碳元素的质量分数是。

小结观察化学式判断相对分子质量是否相等，可参考以下几种替换形式：

C — 12H O — CH4 4C — 3O

O — NH2 CO — CH2CH2

五、两种物质混合先确定物质的量之比

只有两种物质组成的混合物，因各物质中元素的质量分数都一定，又已知某元素的平均质量分数，就可求出两物质的物质的量之比，从而求出其它元素的质量分数。

例5已知由乙醇和乙酸组成的混合物中，氧的质量分数为42.1%，求含碳和氢的质量分数。

解析设混合物中C2H6O和C2H4O2的物质的量比为x∶y，依题意得

16x+16×2y46x+60y×100%=42.1%

解得x∶y=2∶1

w（C）=2×2×12+1×2×12

2×46+1×60×100%

=47.4%

w（H） = 1-42.1%-47.4%=10.5%

巩固练习5

已知由苯酚和硝基苯组成的混合物中，碳的质量分数为66.4%， 求出含氮的质量分数为； 含氧的质量分数为。

巩固练习答案：

1. 40%； 2. B ；

3. 64.9%， 13.5%；

4. 6.7% ，53.3%；

5. 6.5% ； 22.1%。

（收稿日期：2016-11-03）