高三化学有机化学的简单计算知识精讲 人教版

高三化学有机化学的简单计算知识精讲一. 本周教学内容： 有机化学的简单计算 1. 烃类化合物碳元素含量规律： 通式为CnH2n的烯烃或环烷烃，碳元素的质量分数为一定值： 通式为CnH2n+2的烷烃，碳元素质量分数为： 随着碳原子数递增，碳的质量分数逐渐增大，极值接近85.7%。CH4是含碳量最小的烃。 通式为CnH2n-2的炔烃或二烯烃和通式为CnH2n-6的苯及同系物，随分子中碳原子数的递增，碳的质量分数降低，极值亦接近85.7%；C2H2和C6H6是含碳量最高的烃。 2. 有机物完全燃烧耗氧量的判断 （1）相同物质的量的烃（CxHy）完全燃烧时： （2）相同物质的量的烃的衍生物（CxHyOz）完全燃烧时： （3）相同质量的烃及烃的衍生物完全燃烧： 氢元素质量分数大的物质耗氧量大。 原因：C+O2=CO2；2H2+O2=2H2O 12g 32g 4g 32g 同样消耗32g氧气，需用碳12g，氢气4g。 3. 烃燃烧时生成CO2与H2O的体积比较： 4. 最简式相同的有机物燃烧： 最简式相同的有机物不论以任何比例混合，只要混合物的质量一定，完全燃烧生成的水和CO2的量也分别一定，反应时的耗氧量也一定。常见最简式相同的有机物有： 最简式 有机物 CH：C2H2、C6H6、C8H8（苯乙烯、立方烷） CH2：单烯烃和环烷烃 CH2O：HCHO、CH3COOH、HCOOCH3、C6H12O6等 C2H4O：CH3CHO、C4H8O2的羧酸和酯 C6H10O5：淀粉、纤维素。 5. 混合物的总质量与燃烧产物的质量之间的关系： 有机混合物中，若各组分中碳的质量分数相同，则它们以任意比例混合，只要总质量一定，完全燃烧生成CO2的质量是一定值。同样，若各组分中氢的质量分数相同，完全燃烧生成水的质量也是一个定值。 6. 烃完全燃烧前后体积变化情况： （若气态烃与氧燃烧，并假定气体体积是在相同状况下测得）。 （1）若生成的水为液态，则燃烧后，气体总体积一定减少，且减少的体积为原烃体 （2）若生成的水为气态，则： 倍。 若y=4，燃烧后，气体总体积不变； 7. 求算有机物式量（摩尔质量）的方法： （3）根据相对密度：MA=DMB （A%、B%、C%为A、B、C气体在混合气中的体积分数）。 （6）根据化学方程式有关计算求烃的式量。 8. 求有机物分子式 （1）根据式量，计算在一个分子中各元素的原子个数，确定分子式。 （2）根据式量，通过最简式，确定分子式。 （3）只有式量无其它数据和条件时，可应用碳数法确定烃的分子式。 设烃的式量为M，则 但若有稠环芳烃时，可用M/12，求出碳原子数，以防遗漏。 （4）根据方程式计算确定 （5）根据混合物的平均式量，推算混合物中有机物分子式。 （6）根据混合物分子的平均组成，确定分子式 9. 有关不饱和度的概念及计算 不饱和度也叫缺氢指数用表示。化学式为CxHy的烃，若y2x+2，则该烃及该烃的烃基就具有一定的不饱和度。 化学式为CxHy的烃的不饱和度的计算式为：（2x+2-y）2。 【疑难解析】 例1. 吗啡和海洛因都是严格查禁的毒品。吗啡分子含C 71.58%、H 6.67%、N 4.91%、其余为O。已知其分子量不超过300。试求：（1）吗啡的相对分子量；（2）吗啡的分子式。已知海洛因是吗啡的二乙酸酯。试求：（1）海洛因的相对分子质量；（2）海洛因的分子式。 答：吗啡的相对分子质量是_，分子式是_。 海洛因的相对分子质量是_，分子式是_。 分析：（1）先求吗啡分子中含N原子数。 再根据所给分子中含C、H、O的质量分数，求出吗啡分子式为C17H19NO3。 （2）海洛因是吗啡的二乙酸酯，分子式应为C17H19O3N+2C2H4O2-2H2O=C21H23O5N，相对分子质量为285+260-218=369，或根据分子式计算亦可。 例2. 1993年报导的合成烃中，有一种烃A为C1134H1146，其分子中含有三种结构单元（IIII）： 化学式为CnHm的烃，若m2n+2，则该烃及该烃的烃基就有一定的不饱和度（也叫缺元中（I）的不饱和度为4，（II）的不饱和度为2，（III）的不饱和度为0。试求： （1）A分子上述结构单元（I）、（II）、（III）各多少个？ （2）若另一种烃B的化学式为C1398H1278，则其不饱和度为多少？ 分析：（1）设（I）、（II）、（III）结构单元的个数分别为x、y、z。 则由C原子数、H原子数、不饱和度可分别列出以下3个方程式： （2）根据不饱和度的计算式可得 答案：（1）A分子中含结构单元（I）、（II）、（III）各94个、93个、96个 （2）烃B的不饱和度为760。【典型例题】 例3. 两种气态烃以任意比例混合，在105时1L该混合烃与9L氧气混合，充分燃烧后恢复到原状态，所得气体体积仍是10 L。下列各组混合烃中不符合此条件的是（ ） A. CH4 C2H4 B. CH4 C3H6 C. C2H4 C3H4 D. C2H2 C3H6 分析：设烃的分子式为CxHy，则有 因此，氢原子数为4的烃可以符合题意：C2H2与C3H6只有当两者以物质的量1：1混合时才可达到平均氢原子为4的条件，但不是任意比例，故不合题意。 答案：B、D 例4. 两种气态烃组成的混合气体0.1 mol，完全燃烧得0.16 mol CO2和3.6 g水，下列说法正确的是：混合气体中（ ） A. 一定有甲烷 B. 一定是甲烷和乙烯 C. 一定没有乙烷 D. 一定有乙炔 分析：0.1 mol气体混合烃完全燃烧得0.16 mol CO2和3.6 g水，则1 mol此气态混合烃平均含碳量为1.6，平均含氢量为4。即 根据平均值思想碳原子数小于1.6的只有CH4，另一气态烃为碳原子数大于1.6，氢原子数为4的烃，可能是C2H4，亦也能为C3H4，但决不会是乙烷。 答案：A、C【模拟试题】 1. 下列混合气体比乙烯含碳量高的是（ ） A. CH4和C3H6 B. C2H6和C4H8 C. C2H2和C3H6 D. C2H4和C4H8 2. 等质量的下列烃分别完全燃烧，消耗氧气最少的是（ ） A. 甲苯 B. 乙烯 C. 苯 D. 甲烷 3. 1摩气态烃的混合物中含40 g碳，6 g氢，则混合物可能由下列哪两种烃组成（ ） A. C2H6、C3H6 B. CH4、C4H8 C. C2H6、C4H6 D. C2H4、C4H6 4. 时，1 L气态烃在3.5 L O2中完全充分燃烧后恢复到原条件时，气体体积为4.5 L，则该烃不可能是（ ） A. CH4 B. C2H4 C. C3H4 D. C2H6 5. 完全燃烧相等“物质的量”的某种有机物A和乙醇，所用的氧气的量相等。此时乙醇反应生成的水是A反应生成水的1.5倍。但A生成的二氧化碳的量，又是乙醇生成二氧化碳的1.5倍，则此有机物A是下列的（ ） A. CH3CH2CHO B. CH3OCH2CH3 C. D. 6. 一定量的某有机物完全燃烧后，将燃烧产物通过足量的石灰水，经过滤可得沉淀10 g，但称量滤液时，其质量只减少2.9 g，则此有机物可能是（ ） A. 乙烯 B. 乙烷 C. 丙酸甲酯 D. 乙醇 7. 经测定由C3H8O和C6H12组成的混合物中，氧元素的质量分数为8%，则此混合物中氢元素的质量分数为（ ） A. 78% B. 22% C. 14% D. 13% 8. 化学式不同的两种有机物A、B，它们只由碳、氢、氧元素中两种或三种组成。A和B不论以何种比例混合，只要其物质的量之和不变，完全燃烧时所消耗氧气和生成的水的物质的量也不变。下列叙述正确的是（ ） A. A和B的最简式相同 B. A和B分子中含氢原子数相等，若相差n个碳原子时，必同时相差2n个氧原子 C. A和B可以都是烃，也可以都是烃的含氧衍生物 D. A和B分子组成中含碳原子数一定相等 9. 将0.1 mol有机物与0.6 mol O2充入密闭容器中引燃，将反应后的气体（无有机物和氧气）通过浓硫酸、灼热的氧化铜和碱石灰，发现氧化铜减轻4.8 g，碱石灰增重22 g，该有机物可能是（ ） A. C6H12 B. C5H12 C. C5H10 D. C5H10O 10. 10 mL某种气态烃，在50 mL氧气里充分燃烧，得到液态水和体积为35 mL的混合气体（所有气体体积都是在同温同压下测定的），则该气态烃可能是_。 A. 甲烷 B. 乙烷 C. 丙烷 D. 丙烯 11. 有机化合物A、B分子式不同，它只可能含碳、氢、氧元素中的两种或三种，如果将A、B不论以何种比例混合，只要其物质的量之和不变，完全燃烧时所消耗的氧气和生成的水的物质的量也不变，那么，A、B组成必须满足的条件是_。若A是甲烷，则符合上述条件的化合物B中，分子量最小的是（写出分子式）_，并写出分子量最小的含有甲基（）的B的2种同分异构体结构简式：_。 12. 充分燃烧含C、H、O的有机物，消耗O2和生成CO2的体积比为5：4（同温同压） （1）按照上述要求写出该类化合物最简化的通式为_。 （2）写出该类有机物中分子量最小的物质的结构简式_。 （3）若此类化合物充分燃烧时生成CO2和H2O的物质的量之比为1：1，且能发生水解的物质的分子式为_，该物质发生水解的同分异构体有_种。其结构简式分别为_。参考答案 1. C 分析：根据烃类化合物碳元素含量的规律： D中含C量与C2H4相同，A、B中CH4、C2H6含C量均小于乙烯，C中C2H2含C量高于C2H4。 2. C 分析：等质量的烃分别完全燃烧时，氢的质量分数越大的烃，耗氧量越大。因此，首先需判断各烃中氢元素的质量分数。可将上述四种物质改写成：不难看出，氢的质量分数最小的是CH即C6H6. 3. C 4. CD 5. C 6. BD 分析： 44g 100g 56g 4.4g 10g 5.6g 根据上述分析，析出10g沉淀后，滤液质量应减少5.6g，现只减少2.9g，说明有机物燃烧产生的水进入滤液，使滤液质量减少了2.7g。2.7g即为水的质量。由CO2和H2O的质量可进一步推知有机物中碳、氢原子个数比为2：3。 7. C 8. B 9. C 10. BD 11. 分析：考虑本题必须满足的条件时，可采用两种方法： （1）利用数学关系： 含C、H的有机物，无论含氧与否，在空气中完全燃烧均生成CO2和水，根据“有机物A、B的物质的量之和不变，且生成水的物质的量也不变”，这一信息可判断：A、B两化合物分子中氢原子的物质的量一定相等，即两种分子中的氢原子数相等。 设A、B分子式分别为：和，它们完全燃烧消耗O2的物质的量分别为： 和 根据题给信息可列如下方程式 解得： 这表明A、B两分子每差一个碳原子，必然同时相差2个氧原子，则每相差n个碳原子必然相差2n个氧原子（n为正整数）。 根据上述条件，当A是CH4时，相对分子质量最小的B应比CH4多1个碳原子和2个氧原子，B的分子式应为C2H4O2，含有CH3的两种同分异构体分别为CH3COOH和HCOOCH3。 （2）思维分析法： A、B分子中氢原子数相等，燃烧时所需的氧原子数也相等。当它们组成上相