高中化学人教版必修第二册2026版步步高学习提升课时5 烃的燃烧规律及烃分子中原子共线

提升课时5烃的燃烧规律及烃分子中原子共线、共面的判断学习目标1.掌握烃的燃烧规律及应用。2.能根据烃分子中碳原子的成键特点分析原子共线、共面问题。一、烃的燃烧规律及应用问题1等质量的CH4、C2H4、C2H6三种物质完全燃烧时,生成二氧化碳最多的是哪一种?提示CH4、C2H4、C2H6中的C、H原子数之比依次为1∶4、1∶2、1∶3,所以C元素质量分数C2H4>C2H6>CH4,等质量烃完全燃烧,烃中C元素质量分数越大,生成二氧化碳的质量越大,所以C2H4生成二氧化碳最多。问题2等物质的量的CH4、C2H4、C2H6三种物质完全燃烧时,消耗氧气物质的量最多的是哪一种?提示根据燃烧通式CxHy+(x+y4)O2xCO2+y2H2O可知,1mol烃完全燃烧时,消耗氧气的物质的量为(x+y4)mol,则C2H问题3在120℃、1.01×105Pa时,有两种气态烃和足量的氧气混合点燃,相同条件下测得反应前后气体体积没有发生变化,这两种气体可能是什么气体?提示在120℃、1.01×105Pa时,烃燃烧生成的水是气态,设烃的平均组成为CxHy,燃烧方程式为CxHy+(x+y4)O2xCO2+y2H2O,燃烧反应前后气体体积没有变化,则反应前后气体的化学计量数之和相等,故1+x+y4=x+y2,解得y=4,即H原子数目为4,即温度≥100℃条件下,当烃分子中含有4个氢原子时,该烃完全燃烧前后气体体积不变。故符合要求的气态烃可能为CH4、C2H4、CH【探究归纳】1.烃(CxHy)的燃烧通式CxHy+(x+y4)O2xCO2+y2H2O(配平化学方程式)2.等物质的量(体积相同)的烃(CxHy)完全燃烧规律(1)耗氧量多少取决于x+y4的值,x+y4越大(2)生成CO2的量的多少取决于x的值,x的值越大,生成CO2越多。(3)生成水的量的多少取决于y2的值,y2的值越大3.等质量的不同烃完全燃烧时的耗氧规律氢元素的质量分数越大,消耗O2越多,产生的H2O越多;反之碳元素的质量分数越大,消耗O2越少,产生的CO2则越多。等质量的烃完全燃烧时,消耗氧气的量取决于CxHy中yx的值,此值越大,4.最简式相同的烃燃烧时的规律最简式相同的烃不论以何种比例混合,只要混合物总质量一定,完全燃烧后生成的CO2和H2O及耗氧量一定。5.烃完全燃烧前后气体体积变化规律CxHy+(x+y4)O2xCO2+y2H21x+y(1)燃烧后温度高于100℃,即水为气态:ΔV=V后-V前=y(2)燃烧后温度低于100℃,即水为液态:ΔV=V后-V前=x-[1+(x+y4)]=-1-y4<01.在常温、常压下,取下列四种气态烃各1mol,分别在足量的氧气中燃烧,消耗氧气最多的是()A.CH4 B.C3H8C.C4H10 D.C2H6答案C解析根据烃完全燃烧的化学方程式为CxHy+(x+y4)O2xCO2+y2H2O,则1mol该烃完全燃烧时耗氧量为(x+y4)mol,则1molCH4、1molC3H8、1molC4H10和1molC2H6分别耗氧为2mol、5mol、6.5mol和3.5mol2.120℃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,测得反应前后气体的体积不变。该烃分子中所含的碳原子数不可能是()A.1 B.2 C.3 D.4答案D解析烃燃烧通式为CxHy+(x+y4)O2xCO2+y2H2O(g),由燃烧前后体积不变,得1+(x+y4)=x+y2(120℃),解得y=4,故x+y4≤4,因为y=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。下列说法正确的是()A.混合气体一定有甲烷B.混合气体中一定是甲烷和乙烯C.混合气体中可能有乙烷D.混合气体中一定有乙烯答案A解析n(H2O)=3.6g18g/mol=0.2mol,即0.1mol混合烃完全燃烧得0.16molCO2和0.2molH2O,根据元素守恒,混合烃的平均分子式为C1.6H4,烃中C原子数小于1.6的只有CH4,则混合气体中一定含有甲烷,由于CH4分子中含4个H原子,则另一烃分子中一定含4个H原子,且其碳原子数大于1.6,故可能是C2H4或C3H4。A项,根据上述分析可知,混合气体中一定含有甲烷;B、C项,根据上述分析可知,混合气体中一定含有甲烷,另一气体可能是C2H4或C3H4;D项,根据上述分析可知,混合气体中可能有C2H4或C3H4二、常见烃分子中原子共线、共面的判断布洛芬,化学名为α⁃甲基⁃4⁃(2⁃甲基丙基)苯乙酸或异丁苯丙酸,用于缓解轻至中度的肌肉疼痛,也用于感冒或流行性感冒引起的发热,我国在合成布洛芬药物方面取得了一些进展。异丁基苯是合成布洛芬的一种原料,结构简式如图。【问题讨论】问题1异丁基苯中最多有多少个碳原子共平面?提示从异丁基苯分子结构中,与苯环连接的所有碳原子都在同一个平面内,且单键可以旋转,一个饱和碳原子可以旋转一个原子在它们所处的平面内,所以该分子中至多有9个碳原子共平面。问题2已知乙烯分子为平面结构,C2H2为直线结构。则有机物M(CH≡C—CHCH—CH3)分子中,共直线和共平面的原子数最多分别为多少?提示根据乙炔、乙烯和甲烷的结构,有机物M的分子结构为,则最多有4个原子共直线,因为单键可以旋转,甲基上3个H原子中,可以有一个H原子旋进面内,因此最多有9个原子共面。【探究归纳】1.原子共面的分析方法

熟记模型(1)甲烷型:,正四面体→凡是碳原子形成4个共价单键时,其空间结构都是四面体形,5个原子中最多有3个原子共平面。(2)乙烯型:,平面结构→碳碳双键直接相连的4个原子与2个碳原子共平面。(3)乙炔型:—C≡C—,直线结构→碳碳三键直接相连的2个原子与2个碳原子共直线。(4)苯型:,平面结构→位于苯环上的12个原子共平面,位于对角线位置上的4个原子共直线审清题干题目要求是“碳原子”还是“所有原子”,注意“一定”“可能”“最多”“最少”“不共面”“共面”等关键词选准主体①凡出现碳碳双键结构形式的原子共面问题,以乙烯的结构为主体;②凡出现苯环结构形式的原子共面问题,以苯的结构为主体准确判断结构中每出现一个碳碳双键,至少有6个原子共面;②结构中每出现一个苯环,至少有12个原子共面2.注意事项(1)三点确定一个平面,两点确定一条直线。(2)甲烷、乙烯、苯三种分子中的氢原子如果被其他原子取代,则取代后的分子结构基本不变。(3)共价单键可以自由旋转,共价双键和共价三键不能旋转。(4)根据分子的结构和化学键之间的夹角画出分子中原子的相对位置,如。1.下列有机物分子中,所有的原子不可能处于同平面的是()A.CH2==CHClB.CH2==CH—CH==CH2C.CH3—CH==CH2D.(苯乙烯)答案C解析A项,乙烯是平面形结构,则CH2==CHCl中所有的原子处于同一平面上;B项,乙烯是平面形结构,则CH2==CH—CH==CH2中所有的原子可能处于同一平面上;C项,由于与饱和碳原子相连的四个原子构成四面体,则CH3—CH==CH2中所有的原子不可能处于同平面;D项,由于苯环和碳碳双键均是平面形结构,则C6H5—CH==CH2(苯乙烯)中所有的原子可能处于同一平面上。2.下列有关有机物分子结构的描述错误的是()A.甲烷分子中最多有3个原子共平面B.乙烯分子中的6个原子都共平面C.甲苯()分子中最多有12个原子共平面D.苯分子中最多有4个原子共直线答案C解析A项,甲烷分子的空间构型为正四面体形,由三点成面可知,分子中最多有3个原子共平面;B项,乙烯分子是平面结构,分子中的6个原子都共平面;C项,苯环上的碳原子和与苯环相连的碳原子共平面,由三点成面可知,甲苯分子中最多有13个原子共平面;D项,苯分子是平面六元环结构,分子中处于对位的2个碳原子和与碳原子相连的氢原子共直线,则苯分子中最多有4个原子共直线。3.分子中,在同一平面上的碳原子至少有个()

A.7 B.8 C.9 D.14答案C解析苯环是平面正六边形结构,分子中12个原子共平面,且处于对位的4个原子共直线。分析的结构时,容易受苯环书写形式的局限而认为至少有8个碳原子共平面,实质上4、7、8、11四个碳原子共直线,至少有9个碳原子共平面。A级合格过关练选择题只有1个选项符合题意(一)烃的燃烧规律及应用1.下列烃①C4H10、②C4H8、③C7H8、④C6H12分别完全燃烧,耗氧量分析不正确的是()A.等物质的量时耗氧量最少的是①B.等物质的量时③和④的耗氧量相等C.等质量时耗氧量最大的是①D.等质量时②和④的耗氧量相等答案A解析等物质的量时,若写成CxHy,x+y4越大,耗氧量越大;等质量时,若写成CHx,x越大,2.在120℃时,1L某烃在aLO2中完全燃烧,得到相同条件下的气体体积为(1.5+a)L,则该烃可能是()A.甲烷 B.乙烷 C.乙烯 D.乙炔答案B解析设烃的分子式为CxHy,在aLO2中完全燃烧,有CxHy+(x+y4)O2xCO2+y2H2OΔ1y41L(1.5+a)L-(1+a)L有y4-1=0.5,解得y=6,故该烃可能为C2H63.两种气态烃以一定比例混合,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,所得气体总体积仍是10L,下列混合烃中不符合此条件的是()A.CH4、C2H4 B.CH4、C3H8C.C2H4、C3H4 D.C2H2、C3H6答案B解析反应前后气体的体积不变,烃类物质完全燃烧的通式为CxHy+(x+y4)O2xCO2+y2H2O,因为105℃时,生成的H2O是气体,则1+(x+y4)=x+y2,解得y=4,即氢原子平均数为4的混合烃符合题意,而CH4、C3H8无论按什么比例混合,均不能使氢原子平均数为4;C2H2、C3H6只有在体积比1∶1混合时H原子平均数才为4,CH4、C2H4及C2H4、C3H4以任意比混合时H4.下列各组中的两种有机物,无论以何种比例混合,只要混合物总质量不变,完全燃烧时生成的水的质量也不变的是()A.C2H4、C4H8 B.C8H10、C4H10C.C2H4、C2H4O D.C8H8、C4H8答案A解析要使混合物总质量一定,生成水的量不变,必须满足有机物中H的含量相等。A项,C2H4和C4H8二者最简式相同,分子中含H量相同,生成H2O的量相同;B、C、D三项中有机物的最简式不相同,含氢量都不相同,故生成水的量一定会变,错误。5.一种气态烷烃和一种气态烯烃,它们分子里的碳原子数相等,将1.0体积这种混合气体在氧气中完全燃烧,生成2.0体积的CO2和2.4体积的水蒸气(气体体积均在相同状况下测定),则混合气体中烷烃和烯烃的体积比为()A.3∶1 B.1∶3 C.2∶3 D.3∶2答案C解析将1.0体积这种混合气体在氧气中完全燃烧,生成2.0体积的CO2和2.4体积的水蒸气,根据烃燃烧的通式CxHy+(x+y4)O2xCO2+y2H21x+y122.4x=2,y=4.8;平均分子式为C2H4.8,则烷烃是乙烷,烯烃是乙烯,设乙烷、乙烯的物质的量分别是amol、bmol,6a+4ba+b=4.8,a∶b=2(二)常见烃分子中原子共线、共面的判断6.下列物质的所有原子,不可能处于同一平面内的是()A.CH2Cl2 B.CH2==CH2C. D.答案A解析A项,根据甲烷为正四面体结构,CH2Cl2为四面体结构,不可能所有原子处于同一平面;B项,乙烯为平面结构,CH2==CH2中6个原子一定处于同一平面上;C项,因苯环中6个碳和6个H原子共平面,HC≡CH中4个原子共直线,故C项所有原子共面;D项,苯环为平面结构,中12个原子一定处于同一平面上。7.已知HCN是直线形结构,下列有机分子中,所有的原子不可能处于同一平面的是()A.CH2==CH—CNB.CH2==CH—CH==CH2C.D.答案D解析根据已有知识和信息,CH2==CH—CN所有原子在同一平面内,单键可以旋转,故CH2==CH—CH==CH2和所有原子可能在同一平面内,甲烷分子为正四面体结构,故甲基上的原子不可能在同一平面内,因此所有原子不可能共面。8.甲烷分子中的4个氢原子都可以被取代,若甲烷分子中的4个氢原子被苯基取代,则可得到的分子如图所示,下列描述中正确的是()A.分子式为C25H24B.所有原子都在同一平面上C.此物质属芳香烃类物质D.最多有3个碳原子在同一平面上答案C解析A项,由结构可知该物质的分子式为C25H20;B项,分子中与4个苯环相连的C为四面体结构,则所有原子不可能共平面;C项,只含C、H元素,且含苯环,为芳香烃类物质;D项,最多2个苯环与中间的C共面,则最多有13个碳原子共面。9.已知某有机分子(C11H10)的结构简式为,则该分子中:(1)可能共面的C原子最多有个,一定共面的C原子最多有个。

(2)可能共面的原子最多有个,一定共面的原子最多有个。

(3)一定共直线的C原子最多有个,一定共直线的原子最多有个。

答案(1)118(2)1912(3)44解析根据CH4、CH2==CH2、和CH≡CH的空间结构,可知该有机物分子中原子空间位置有如下特点:(1)由此可知,苯环和乙烯基团所在平面内的所有碳原子,即11个碳原子都有可能共面,根据苯的结构,一定共面的C原子共有8个。(2)因为单键可以旋转,甲基(—CH3)上的3个H原子,最多有一个H原子可以旋入苯环和乙烯基团所在的平面内,故可能共面的原子最多为19个,一定共面的原子应为苯环和与其连接的2个C原子,共12个。(3)苯环对位及对位上连接的两个碳原子共4个C原子一定共直线,乙炔基团及所连接的一个C原子和一个H原子也一定共直线。B级素养培优练10.某烃的结构简式为,有关其分子结构的叙述中不正确的是()A.分子中一定在同一平面上的碳原子数为6B.分子中所有碳原子可能共平面C.分子中在同一直线上的碳原子数为3D.分子中所有原子不可能共平面答案B解析乙炔为直线形分子,乙烯为平面形分子,该分子为乙炔基、乙基、异丙基分别取代了乙烯分子中的一个氢原子,乙基和异丙基中的共价单键可以旋转,据此分析解答。A项,乙炔为直线形分子,乙烯为平面形分子,故该烃分子中一定在同一平面上的碳原子有6个;B项,该烃分子中含有异丙基,其中同时连接3个碳原子的碳原子形成四面体结构,故分子中所有碳原子不可能共平面;C项,乙炔基上的两个碳原子和相邻的一个碳原子在同一直线上,故分子中在同一直线上的碳原子数为3;D项,分子中含有饱和碳原子,形成四面体结构,所有原子不可能共平面。11.下列各组化合物中,不论两者以什么比例混合,只要总质量一定,则完全燃烧时消耗O2的质量、生成水的质量或CO2的质量不变的是()A.CH4C2H6 B.C2H2C6H6C.C2H4C3H8 D.C2H4C3H4答案B解析最简式相同的烃不论以什么比例混合,只要总质量一定,碳的质量不变,氢的质量也不变,即消耗O2的量、生成水的量及生成CO2的量均不变。12.下列关于烃的说法正确的是()A.共面的C原子最多为14个B.共直线的C原子只有4个C.1mol该烃最多可以和3molH2发生加成反应D.1mol该烃最多可以消耗3molBr2答案D解析苯环上所有原子共平面、直接连接碳碳双键两端的原子共平面、直接连接碳碳三键两端的原子共直线,则该分子中最多有13个C原子共面,A项错误;苯环上对称位置碳原子及其连接的原子共直线,碳碳三键中碳原子及其连接的原子共直线,共直线的C原子最多有6个,B项错误;苯环、碳碳三键和碳碳双键都能和氢气发生加成反应,则1mol该烃最多可以和6molH2发生加成反应,C项错误;该分子中只有碳碳双键和碳碳三键能和溴发生加成反应,1mol该烃最多可以消耗3molBr2,D项正确。13.两种气态烃以一定比例混合,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,所得气体的体积为11L,下列各组混合烃中不符合此条件的是()A.C3H6、C4H10 B.CH4、C3H8C.C2H4、C4H10 D.C3H8、C4H8答案B解析设平均分子组成为CxHy,则CxHy+(x+y4)O2xCO2+y2H2O,因为105℃时,生成的H2O是气体,因反应后气体的体积增大了1L,利用差量法计算出混合气态烃中氢原子数目,然后根据“两种气态烃以一定比例混合”及计算结果进行判断即可。设混合烃的平均分子式为CxHy,混合烃燃烧后气体体积增大了:11L-1L-9L=1L,烃燃烧的方程式为CxHy+(x+y4)O2xCO2+y2H2OΔ1x+y41L(11-9-1)L即:y4-1=1,y=8,两种气态烃以一定比例混合,氢原子数平均是8,不符合条件的是CH4、C3H8,H原子数平均小于8,大于4,故答案为B14.(1)完全燃烧0.1mol某烃,燃烧产物依次通过浓硫酸、浓碱溶液,实验结束后,称得浓硫酸质量增加9g,浓碱溶液质量增加17.6g。该烃的化学式为,并写出其所有可能的结构简式:。

(2)某链状烷烃的相对分子质量为128,该烷烃的化学式为。

(3)在120℃和101kPa的条件下,某气态烃和一定质量的氧气混合,点燃,完全反应后再恢复到原来的温度时,气体体积不变,则该烃分子内的氢原子个数(填字母)。

A.小于4 B.大于4 C.等于4 D.无法判断答案(1)C4H10CH3—CH2—CH2—CH3、(2)C9H20(3)C解析(1)浓硫酸的作用是吸收H2O,浓硫酸增加的质量为H2O的质量,根据氢原子守恒,烃中n(H)=9g18g·mol-1×2=1mol;浓碱溶液吸收的是CO2,浓碱溶液增加的质量为CO2的质量,根据碳原子守恒,烃中n(C)=17.6g44g·mol-1=0.4mol,因此1mol该烃中含C的物质的量为4mol,含H的物质的量为10mol,即该烃的分子式为C4H10,其同分异构体为正丁烷和异丁烷,相应的结构简式分别是CH3—CH2—CH2—CH3、。(2)根据链状烷烃的通式CnH2n+2,相对分子质量为128,即14n+2=128,解得n=9,故该烷烃的分子式为C9H20。(3)烃燃烧的通式:CxHy+(x+y4)O2xCO2+y2H2O,温度高于100℃时,水以气态形式存在,反应前后气体体积不变,即1+x15.现有下列几种有机物:①CH4,②CH3CH2OH,