高二化学有机物的燃烧规律及分子式的确定苏教版知识精讲

高二化学高二化学有机物的燃烧规律及分子式的确定有机物的燃烧规律及分子式的确定苏教版苏教版 【本讲教育信息本讲教育信息】 一. 教学内容： 有机物的燃烧规律及分子式的确定 二. 教学目标 掌握有机物的燃烧规律及有关计算 三. 重点、难点 重点：有机物的燃烧规律及有关计算 难点：有机物的燃烧规律及有关计算 四. 知识分析 （一）绝大多数有机物都能燃烧，有机物完全燃烧后，各元素对应产物为：CCO2， HH2O，ClHCl。因此，我们可以根据有机物燃烧的产物分析判断该有机物的组成。 说明：说明： 某有机物完全燃烧后： 若产物只有 CO2和 H2O，则其组成元素可能为 C、H 或 C、H、O。 欲判定该有机物中是否含氧元素，首先求出 CO2中碳元素的质量及 H2O 中氢元素的质 量，然后将碳、氢元素的质量之和与原来有机物质量相比较，若两者相等，则原有机物的 组成中不含氧，否则，原有机物的组成中含氧。 生成的 CO2和 H2O 的关系有： （1）生成的 CO2和 H2O 的体积比为 11 的有：若为烃，则属于环烷烃或烯烃；若 为烃的衍生物，则为醛、酮、羧酸、酯、葡萄糖、果糖等。 （2）生成的 CO2和 H2O 的体积比为 12 的有：甲烷、甲醇和尿素等含一个碳原子 和四个氢原子的物质。 （3）生成的 CO2和 H2O 的体积比为 21 的有：分子中碳、氢原子数相同的物质，如： 乙炔、苯、苯乙烯、苯酚等。 （4）气态烃 CxHy与 O2混合后燃烧，恢复至原状态（温度大于 100）反应前后的气 体总体积的变化为： y4，总体积不变，V0 y4，总体积不变，Vy/41 （5）当不同的有机物的物质的量相同时， 此时有机物可写成：CxHy（H2O）n或CxOy（H2O）n的形式，耗氧只能由前一部分 CxHy 或 CxOy 完成，后面部分在燃烧过程中不耗氧。则 组成为 CxHy（H2O）n，每摩尔耗氧（x+y/4）mol； 组成为 CxOy（H2O）n的物质，每摩尔耗氧（xy/2）mol； 特例：组成符合 CxHy（H2O）n的物质中 CH2O 耗氧最少； 组成符合 CxOy（H2O）n的物质中，乙二醛耗氧最少。 （二）有机物完全燃烧时耗氧量的计算： 设烃及烃的衍生物的通式分别为：CxHy和 CxHyOz，则根据烃及烃的衍生物的燃烧反应 方程式，可得烃或烃的衍生物的完全燃烧时的耗氧量的计算方法： 烃为：（xy/4）；而烃的衍生物为：（xy/4z/2） 说明：说明： 1、质量相同的有机物，其含氢量（质量分数）越大，则耗氧量也就越大。 这是因为：每 4 克 H 就消耗 32 克氧气，而消耗同样的 32 克氧气，则需要消耗 12 克 的碳。 2、物质的量相同的有机物完全燃烧时， （xy/4z/2）的值越大，耗氧量越大。 这是因为：每摩尔的碳可消耗 1 摩尔的氧气，而消耗同样的 1 摩尔的氧气，则需要 2 摩尔的氢气。同时，在有些有机物中还存在氧原子，因此在考虑耗氧量时，还必须将原来 的有机物中存在的氧考虑进去。 3、当烃或烃的衍生物不完全燃烧时，则必须考虑不完全燃烧时碳的存在形式。如以 CO 和 CO2的形式同时存在。此时，可根据反应前后氧元素的元素守恒、原子守恒等规律加以 解题，而不能一味的根据（xy/4z/2）进行解答。 （三）质量之和不变的两种有机物的燃烧规律： A、B 两种有机物，不论以何种质量比进行混合，只要总质量保持一定，则完全燃烧 时耗氧量与生成的 CO2和 H2O 的量之间的关系 说明：说明： 1、若生成的 CO2量不变，则分二种情况：A、B 的相对分子质量相同时，两者必为同分 异构体；另一种情况是：A、B 的相对分子质量不同时，则两者中的碳元素的质量分数必 然相等，如：HCHO 与 CH3COOH；C16H34与 C16H18O 等 2、若生成的 H2O 的量不变，也分二种情况：A、B 的相对分子质量相同时，两者必为同 分异构体；第二种情况是：A、B 的相对分子质量不同时，则两者中的氢元素的质量分数 必然相等，如：C2H2与 C6H6、C8H8；C10H8与 C6H8O3等 3、若生成的 CO2和 H2O 的量不变，也分二种情况：A、B 的相对分子质量相同时，两者 必为同分异构体；第二种情况是：A、B 的相对分子质量不同时，则两者中的碳、氢元素 的质量分数必然相等，即两者具有相同的最简式如：CH2O 与 C2H4O2、C3H6O3、C6H12O6 等 （四）物质的量之和不变的两种有机物完全燃烧规律： A、B 两种有机物，不论以何种比例进行混合，只要总物质的量保持一定，则完全燃 烧时耗氧量与生成的 CO2和 H2O 的量之间的关系 说明：说明： 1、若 A、B 两者互为同分异构体时，相对分子质量相同，此时无论怎样混合，完全燃烧 后消耗的氧气和生成的 CO2和 H2O 的量都保持不变，这一点我们就不再考虑； 2、若生成的 CO2的物质的量不变：A、B 的相对分子质量不同时，则两者中的碳原子数 必然相等，如：C2H4与 C2H4O、C2H4O2等 3、若生成的 H2O 的物质的量不变：A、B 的相对分子质量不同时，则两者中的氢原子数 必然相等，如：CH4、CH4O、C2H4O、C2H4O2等 4、若生成的 CO2和 H2O 的量不变：A、B 的相对分子质量不同时，则两者中的碳、氢原 子数都相等，如：CH4、CH4O；C2H4、C2H4O、C2H4O2等 5、若消耗的氧气和生成的 CO2的量保持不变：A、B 的相对分子质量不同时，两者含碳 原子数必相等，分子中必相差 n 个 H2O，如：C2H4与 C2H6O。 6、若消耗的氧气和生成的 H2O 的量保持不变：A、B 的相对分子质量不同时，则两者含 氢原子数必相等，分子中必相差 n 个 CO2，如：CH4与 C2H4O2。 7、若在反应过程中消耗氧的物质的量保持不变：A、B 的相对分子质量不同时，若两者 含碳原子数相等，则分子中必相差 n 个 H2O，如：C2H4与 C2H6O。而当两者的氢原子数相 等时，则分子中必相差 n 个 CO2，如：CH4与 C2H4O2。 【典型例题典型例题】 例 1. （1997 年全国高考题）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 10L，下列各组混合烃中不符 合此条件的是（ ） A. CH4C2H4B. CH4C3H6 C. C2H4C3H4D. C2H2C3H6 解析：解析：两种气态烃以任意比例混合，反应前后气体体积不变，则混合烃的每种分子中 H 原子数均为 4，综上所述，可知答案为 B、D 答案：答案：B、D 例 2.（96 年上海高考题）一定量有机物充分燃烧后的产物通入足量石灰水中完全吸收， 经过滤得到沉淀 20g，滤液质量比原石灰水减少 5.8g。该有机物可能是（ ） A. 乙烯B. 乙二醇C. 乙醇D. 甲酸甲酯 解析：解析：选项中有机物均含 2 个 C 原子，因此解题关键是求出有机物中 C 和 H 原子个数 比。沉淀 20 g 为 CaCO3，则有机物中含 C 原子为 0.2mol，由质量守恒得：m（CO2） +m（H2O）m（CaCO3）5.8g，44g/mol0.2 mol+m（H2O）20g5.8 g，m（H2O） 5.4g，n（H2O）0.3 mol。所以有机物中 n（C）n（H）0.2 mol（0.3 mol2） 26。对照选项为乙醇和乙二醇 答案：答案：B、C 例 3. （2001 年全国高考题）标准状况下 1.68L 无色可燃气体在足量氧气中完全燃烧。 若将产物通入足量澄清石灰水，得到的白色沉淀质量为 15.0g；若用足量碱石灰吸收燃烧产 物，增重 9.3g。 （1）计算燃烧产物中水的质量。 （2）若原气体是单一气体，通过计算推断 它的分子式。 （3）若原气体是两种等物质的量的气体的混合物，其中只有一种是烃，请写出它们的 分子式（只写出一组） 。 解析：解析：（1） m（CO2+H2O）9.3g m（H2O）9.3g6.6g2.7g （2） 分子中 CH12 所以该气体的分子式是 C2H4 （3）因为单一气体为 C2H4，现为等物质的量的两种气体之混合物，所以在 2 mol 混 合气体中，应含有 4molC 原子，8molH 原子，这两种气体可能是 C4H6和 H 或 C3H8和 CO，C3H6和 CH2O2等 答案：答案：（1）m（H2O）2.7g（2）分子式是 C2H4 （3）两种气体可能是 C4H6和 H 或 C3H8和 CO，C3H6和 CH2O2等 例 4. 只含碳、氢、氧的有机物，为便于研究其完全燃烧时，生成物与所需氧气的量的关 系，可用通式（CxHy）m（H2O）n 或（CxOy）m（H2O）n 表示它们。 （m、n、x、y 均为 正整数）例如，CH3OH、C2H5OH、C3H7OH 等物质可用通式（CH2）m（H2O）n 表示，其 m 分别为 1、2、3，n 均为 1。它们燃烧时所需的氧气和生成的 CO2的体积比均为 32。 （1）现有一类只含 C、H、O 的有机物，它们燃烧时所消耗的氧气和生成的 CO2的 体积比为 54（相同状况） ，按照上述要求，该化合物的通式可表示为_（最简 化的通式） 。 （2）写出这类化合物相对分子质量最小的物质的结构简式_。 （3）若某一有机物可用通式（CxHy）m（H2O）n 表示，则在相同条件下，该类化合 物完全燃烧时消耗的氧气体积为 V1和生成的 CO2的体积为 V2，则 V1V2必须满足的条件 是_ 解析：解析： 有机物燃烧 1 个 C 结合 2 个 O，2 个 H 结合 1 个 O，故可把有机物分子式变形为 （CxHy）m（CO2）n 或（CxOy）m（H2O）n 的形式，以简化计算。对（CH2） m（H2O）n 通式，物质完全燃烧时耗氧量与生成 CO2的体积比为 32，因此，对于（1） 和（2）应该用（CxHy）m（H2O）n 求解。 （1）由通式（CxHy）m（H2O）n， 可得（x+y/4）x54， 解之，xy11。故答案为（CH）m（H2O）n； （2）要使相对分子质量最小，则 mn1，得 CH3O，根据价键规律知，该式子不可 能是分子式，只能是最简式。现令 m2、n1 尝试，得 C2H4O2，即 CH3CHO； （3）V1V2（x+y/2）x（2x+y）2x 答案：答案：（1） （CH）m（H2O）n （2）CH3CHO； （3）V1V2（2x+y）2x 【模拟试题模拟试题】 1、等质量的下列烃完全燃烧时消耗氧气的量最多的是（ ） A. CH4B. C2H4C. C2H6D. C6H6 2、120时，1 体积某烃和 4 体积 O2混合，完全燃烧后恢复到原来的温度和压强，体积 不变，该烃分子式中所含碳原子数不可能是（ ） A. 1B. 2C. 3D. 4 3、两种气态烃组成的混合气体 0.1mol，完全燃烧得 0.16molCO2和 3.6g 水混合物，则原 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 4、取一定质量的下列各组混合物完全燃烧，产生的 CO2的量与混合物中各物质的质量 比无关的是（ ） A. 苯和乙炔B. 乙烷和丙烷C. 乙烯和乙醛D. 乙酸和葡萄糖 5、a mL 三种气态烃的混合物与足量氧气混合点燃爆炸后，恢复到原来的状态（常温、 常压） ，体积共缩小 2a mL，则这三种烃可能是（ ） A. CH4、C2H4、C3H4B. C2H6、C3H6、C4H6 C. CH4、C2H6、C3H8D. C2H4、C2H2、CH4 6、m mol C2H2和 n molH2在密闭容器中反应，当其达到平衡时，生成 p mol 的 C2H4，将 平衡混合气体完全燃烧生成 CO2和 H2O，所需氧气的物质的量为：（ ） A. （3mn）molB. （2.5m0.5np）mol C. （3mn2p）molD. （2.5m0.5n）mol 7、下列各组混合物的总物质的量不变时，各组分以任意比混合后充分燃烧，消耗氧气的 量不变的是（ ） A. 乙烯、乙醇和乙醛B. 乙炔、乙醛和乙二醇 C. 甲烷、甲醇和乙酸D. 乙烷、丙酸和甘油 8、燃烧 0.2mol 某有机物，得到 0.4molCO2和 0.6molH2O，由此可得出的结论是：（ ） A. 该有机物含有 2 个碳原子、6 个氢原子和 1 个氧原子 B. 该有机物中碳元素和氢元素的原子个数比为 3：1 C. 该有机物中含有 2 个 CO2和 3 个 H2O D. 该有机物中碳、氢的原子个数比为 1：3，不能确定其是否含有氧原子 9、A、B 是相对分子质量不相等的两种有机物，无论以何种比例混合只要总质量不变， 完全燃烧后产生 H2O 的质量也不变。 （1）试写出两组符合上述情况的有机物的分子式_。 （2）并回答应满足的条件是_。 10、10mL 某气态烃在 50mL 氧气中充分燃烧，得到液态水和体积为 35mL 的混合气体 （气体体积均在同温同压下测得） ，该气态烃可能是什么烃？11、燃烧某液态烃 10.25 克， 产生 16.8LCO2（标状）和 11.25 克 H2O。此烃的蒸气对氢气的相对密度为 41，求此烃的分 子式，并说明该烃是哪类物质。若 1mol 该烃在催化剂存在时最多可以和 1molH2发生加成 反应，反应后得到一种产物，该产物的一卤代烃只有一种，试推断该烃的名称及结构简式。 12、取 3.4 克只含羟基，不含其他官能团的液态饱和多元醇，置于 5.00L 氧气中经点燃， 醇充分燃烧，反应后气体的体积减少 0.56L。将气体经生石灰吸收，体积又减少 2.80L（所 有气体体积都是在标准状况下测定） 。 （1）3.4 克醇中 C、H、O、的物质的量分别为：Cmol；Hmol；Omol。该醇中 C、H、O 的原子数之比为。 （2）由此比值能否确定该醇的分子式？其原因是什么？ （3）如果将该多元醇的任意一个羟基换成一个卤原子，所得的卤代物都只有一种， 试写出该饱和多元醇的结构简式。 13、化合物 CO、HCOOH 和 OHCCOOH（乙醛酸）分别燃烧时，消耗的氧气和生成 的 CO2的体积比都是 1：2。后两者的分子式可以分别看成是（CO） （H2O）和