高中化学讲义提升课时1　烃的燃烧规律　原子共线、共面的判断

提升课时1烃的燃烧规律原子共线、共面的判断学习目标1.理解烃的燃烧规律，正确应用烃的燃烧规律解决问题。2.了解有机物的四种基本空间构型，掌握有机物中原子共线、共面模型分析方法。提升点一有机物燃烧规律1.有机物完全燃烧的通式烃(CxHy)：CxHy＋(x＋eq\f(y,4))O2→xCO2＋eq\f(y,2)H2O烃的衍生物(CxHyOz)：CxHyOz＋(x＋eq\f(y,4)－eq\f(z,2))O2→xCO2＋eq\f(y,2)H2O2.燃烧规律依据燃烧通式，可发现其中的规律规律(1)：等物质的量的有机物完全燃烧时，消耗氧气的量由x＋eq\f(y,4)或x＋eq\f(y,4)－eq\f(z,2)来决定，该值越大，耗氧量越多。规律(2)：等质量的有机物完全燃烧时，消耗氧气的量由eq\f(y,x)或氢的质量分数来决定，该值越大，耗氧量越多。3.有机物完全燃烧前后气体体积的变化气态烃(CxHy)在100℃及其以上温度完全燃烧时气体体积变化规律与氢原子个数有关。CxHy＋(x＋eq\f(y,4))O2eq\o(→,\s\up7(点燃))xCO2＋eq\f(y,2)H2O(g)ΔV＝eq\f(y,4)－1；ΔV的值与烃分子中的氢原子数有关，可能增大，也可能减小或不变，具体关系如下：氢原子数体积变化(ΔV)实例y＝4ΔV＝0，总体积不变CH4、C2H4等y＜4ΔV＜0，总体积减小只有C2H2符合y＞4ΔV＞0，总体积增大C2H6等[例1]常温常压下，取等物质的量的下列四种烃，分别在足量的氧气中燃烧，消耗氧气的量从多到少的顺序是_________________________(填字母序号)A.甲烷 B.乙烯C.乙炔 D.苯答案D＞B＞C＞A解析甲烷(CH4)、乙烯(C2H4)、乙炔(C2H2)、苯(C6H6)的(x＋y/4)值分别为2、3、2.5、7.5,所以消耗氧气从多到少的顺序是D＞B＞C＞A。【题后归纳】有机物的物质的量一定时耗氧量的判断(1)若属于烃类物质，消耗氧气的量的多少由x＋eq\f(y,4)来决定；若属于烃的含氧衍生物，消耗氧气的量的多少由x＋eq\f(y,4)－eq\f(z,2)来决定，也可将含氧衍生物改写为CxHy·(H2O)n或CxHy·(CO2)m或CxHy·(H2O)n·(CO2)m等形式，再按x＋eq\f(y,4)值的大小来比较耗氧量。(2)若有机物完全燃烧后生成的CO2或H2O的物质的量一定，则有机物中碳原子或氢原子的个数一定。(3)若混合物总物质的量一定，不论按何种比例混合，完全燃烧后生成的CO2或H2O的量保持不变，则混合物中各组分中碳或氢原子的个数相同。1.下列相同物质的量的各组物质，任意比例混合下充分燃烧耗氧量均不变的是()A.苯和乙炔 B.丙烯(C3H6)和丙酮(C3H6O)C.丙炔(C3H4)和丙醛(C3H6O) D.环己烷(C6H12)和乙二醛(C2H2O2)答案C解析1mol苯(C6H6)完全燃烧消耗(6＋eq\f(6,4))mol＝7.5mol氧气，1mol乙炔(C2H2)完全燃烧消耗(2＋eq\f(2,4))mol＝2.5mol氧气，二者耗氧量不同，则组分比例发生变化时，耗氧量会变，A不符合题意；1mol丙烯(C3H6)完全燃烧消耗(3＋eq\f(6,4))mol＝4.5mol氧气，1mol丙酮(C3H6O)完全燃烧消耗(3＋eq\f(6,4)－eq\f(1,2))mol＝4mol氧气，二者耗氧量不同，则组分比例发生变化时，耗氧量会变，B不符合题意；1mol丙炔(C3H4)完全燃烧消耗(3＋eq\f(4,4))mol＝4mol氧气，1mol丙醛(C3H6O)完全燃烧消耗(3＋eq\f(6,4)－eq\f(1,2))mol＝4mol氧气，二者耗氧量相同，则组分比例发生变化时耗氧量不变，C符合题意；1mol环己烷(C6H12)完全燃烧消耗(6＋eq\f(12,4))mol＝9mol氧气，1mol乙二醛(C2H2O2)完全燃烧消耗(2＋eq\f(2,4)－eq\f(2,2))mol＝1.5mol氧气，二者耗氧量不同，则组分比例发生变化时，耗氧量会变，D不符合题意。[例2]有机物①CH4②C2H4③C2H2④甲苯⑤甲醛(HCHO)⑥乙酸(1)等物质的量的上述有机物完全燃烧耗氧量最多的是____________(填数字序号，下同)；(2)等质量的上述有机物完全燃烧耗氧量最多的是____________；(3)等质量的上述有机物完全燃烧耗氧量相同的是____________。答案(1)④(2)①(3)⑤和⑥解析根据有机物燃烧的通式，设有机物分子式为CxHyOz，耗氧量为(x＋eq\f(y,4)－eq\f(z,2))mol，假设各有机物为1mol，①耗氧量为2mol，②耗氧量(2＋1)mol＝3mol，③耗氧量为(2＋eq\f(2,4))mol＝2.5mol，④甲苯分子式为C7H8，耗氧量(7＋eq\f(8,4))mol＝9mol，⑤甲醛分子式为CH2O，耗氧量(1＋eq\f(2,4)－eq\f(1,2))mol＝1mol，⑥乙酸分子式为C2H4O2，耗氧量为(2＋eq\f(4,4)－eq\f(2,2))mol＝2mol，因此等物质的量上述有机物完全燃烧耗氧量最多的是④；等质量的有机物耗氧量的比较，变形分别得到：CH4、CH2、CH、CH8/7、C·H2O、C2·(H2O)2(写成C·H2O)，碳原子的质量相等，看H的个数，分数越多耗氧量越多，因此等质量的上述有机物完全燃烧耗氧量最多的是①；等质量的上述有机物完全燃烧耗氧量相同的是⑤⑥。【题后归纳】有机物的质量一定时耗氧量的判断(1)当有机物的质量相同时，根据烃分子中碳元素或氢元素的质量分数，碳元素质量分数越小或氢元素的质量分数越大，则消耗氧气越多。(2)等质量的有机物完全燃烧后生成CO2的量一定，则有机物中碳的质量分数相同；若燃烧后生成H2O的物质的量一定，则有机物中氢的质量分数相同；若等质量的有机物完全燃烧后生成CO2和H2O的量都为定值，则其关系为同分异构体或最简式相同。2.等质量的下列物质完全燃烧时，耗氧量最大的是()A.C2H6 B.C3H8C.C6H6 D.C5H10答案A解析相同质量烃CxHy燃烧耗氧量规律：氢的质量分数越大，完全燃烧耗氧越多.即eq\f(y,x)越大，耗氧量越大，据此判断，乙烷中含有氢的质量分数最大，耗氧量最大。[例3]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.2C.3 D.8答案D解析设烃的化学式为CxHy，则燃烧的化学方程式为：CxHy＋(x＋eq\f(y,4))O2eq\o(→,\s\up7(点燃))xCO2＋eq\f(y,2)H2O，120℃时水为气态，完全燃烧后恢复到原来的温度和压强，体积不变则：1＋x＋eq\f(y,4)＝x＋eq\f(y,2)，解得：y＝4，依据题意，4体积氧气为适量或过量，故x＋eq\f(y,4)≤4，因为y＝4，故x≤3，D符合题意。3.某气态烃在恒容密闭容器内与氧气混合完全燃烧，如果燃烧前后容器内(温度高于100℃)气体分子数之比为6∶7，该烃可能是()A.C3H6 B.C3H8C.C2H6 D.CH4答案B解析设气态烃的分子式为CxHy，温度高于100℃时与氧气混合完全燃烧生成二氧化碳和水蒸气，反应的化学方程式为CxHy＋(x＋eq\f(y,4))O2eq\o(→,\s\up7(点燃))xCO2＋eq\f(y,2)H2O，由燃烧前后容器内气体分子数之比为6∶7可得：(1＋x＋eq\f(y,4))∶(x＋eq\f(y,2))＝6∶7，整理可得4x＋28＝5y，若x＝1，y＝6.4，氢原子个数不为整数，舍去；若x＝2，y＝7.2，氢原子个数不为整数，舍去；若x＝3，y＝8，氢原子个数为整数，则烃的分子式为C3H8。

提升点二有机物分子中原子共线、共面的判断(一)常见有机物的基本模型解读1.直链烷烃非直链。即直链上的所有碳原子不可能处在同一条直线上，它们成锯齿形排列。单键可以旋转，所以主链上的碳原子可以处于同一平面上。2.甲烷甲基像风扇。即CH4中的碳、氢原子，最多有三个原子共平面。如果碳原子周围是四个单键，那么结构中的四个或五个原子就不可能共平面。3.乙烯蟹形共平面。乙烯分子中6个原子共平面，键角为120°。分子中的双键不能旋转，可能存在顺反异构。4.乙炔直直一条线。乙炔分子中4个原子在一条直线上，键角为180°。分子中的4个原子当然也在同一平面上。5.苯环完美像雪片。苯分子中12个原子共平面，键角为120°。分子中处于对位的4个原子一定在同一条直线上。(二)结构不同的基团连接后原子共面的分析1.直线与平面连接直线结构中如果有2个原子(或者1个共价键)与1个平面结构共用，则直线在这个平面上。如CH2=CH—C≡CH，其空间结构为，中间两个C原子既在乙烯平面上，又在乙炔直线上，所以直线在平面上，所有原子共平面。2.平面与平面连接如果2个平面结构通过单键相连，则由于单键能旋转，2个平面不一定重合。如苯乙烯分子中一定共平面的原子有12个，最多有16个。3.平面与立体连接如果—CH3与平面结构通过单键相连，则由于单键能旋转，—CH3的1个H原子可能旋转到平面上。如丙烯分子中，一定共平面的原子有6个，最多有7个。4.直线、平面与立体连接如图所示的大分子中，一定共平面的原子至少有12个(苯环上的6个C原子、5个H原子，再加上与苯环直接相连的1个C原子)，最多有19个(苯环上的6个C原子、5个H原子，C=C、C≡C以及与其相连的2个H原子、—CH3上的1个C原子和1个H原子)，6、8、9、10号原子共线；1、2、3、4号原子共线。[例4]下列说法正确的是()A.CH3CH=CHCH3分子中的4个碳原子在同一直线上B.已知异丙苯的结构简式如图，其中碳原子可能都处于同一平面C.工业上可由乙苯生产苯乙烯：，乙苯和苯乙烯分子内共平面的碳原子数均为7D.异戊二烯[CH2=C(CH3)CH=CH2]分子中最多有11个原子共平面答案D解析2－丁烯相当于2个—CH3取代了CH2=CH2中碳碳双键两侧上的H原子，每个—CH3与其相连的1个C原子为四面体结构，而乙烯是平面结构，所以2－丁烯中的4个碳原子在同一平面上，而不在同一直线上，选项A错误；异丙基(—C(CH3)2)的中心C原子形成4条单键，为四面体结构；C—C旋转而使1个—CH3中的C原子可能转到与苯环共平面，所以异丙苯中一定有7个C原子共平面，最多有8个C原子共平面，异丙苯中碳原子不可能都处于同一平面，选项B错误；苯环和碳碳双键(C=C)都为平面形，与苯环直接相连的原子与其在同一平面上，则乙苯和苯乙烯均一定有7个C原子共平面，最多有8个C原子共平面，选项C错误；异戊二烯分子中，C—C旋转而使2个C=C键及与C=C键直接相连的原子在同一个平面上，—CH3有1个H原子能转到该平面上，则最多有11个原子共平面，如图，选项D正确，答案为D。【题后归纳】判断有机化合物分子中共线、共面的思维模型——三步法4.下列化合物的分子中，所有原子可能共平面的是()A.甲苯 B.乙烷C.丙炔 D.1，3－丁二烯答案D解析甲烷是正四面体结构，甲苯、乙烷、丙炔中均有甲基，所有原子一定不共平面。因为乙烯是平面形结构，碳碳单键可以旋转，所以1，3－丁二烯中所有原子可能共平面。1.下列说法正确的是()A.等质量的甲烷和乙烷完全燃烧，乙烷的耗氧量多B.等物质的量的乙炔和苯完全燃烧，它们的耗氧量一样多C.等物质的量的乙烯和乙醇完全燃烧，它们的耗氧量一样多D.总质量一定，乙炔和乙醛(C2H4O)无论以何种比例混合，完全燃烧耗氧量不变答案C解析烃分子CxHy中，eq\f(y,x)越大，氢元素质量分数越大，同质量烃燃烧时耗氧量越多，甲烷中eq\f(y,x)＝4，乙烷中eq\f(y,x)＝3，所以相同质量的甲烷和乙烷完全燃烧甲烷耗氧量多，A错误；等物质的量的乙炔和苯完全燃烧，乙炔C2H2耗氧量为2.5，苯C6H6耗氧量＝6＋eq\f(6,4)＝7.5，耗氧量不相同，B错误；等物质的量乙烯和乙醇完全燃烧，乙烯C2H4耗氧量2＋eq\f(4,4)＝3，乙醇C2H6O耗氧量＝2＋eq\f(6,4)－eq\f(1,2)＝3，它们的耗氧量一样多，C正确；乙炔和乙醛分子组成不同，总质量一定，乙炔和乙醛无论以何种比例混合，完全燃烧耗氧量不同，只有当总物质的量一定时，乙炔和乙醛无论以何种比例混合，完全燃烧耗氧量不变，D错误。2.某烃的结构式如图，下列说法正确的是()A.分子中至少有7个碳原子共平面B.分子中至少有8个碳原子共平面C.分子中至少有9个碳原子共平面D.分子中至少有14个碳原子共平面答案C解析苯环上的6个碳及其与苯环直接连接的碳原子都在苯环所在的平面上，另一苯环可绕轴旋转，但对角线上的碳原子一定共平面，故分子中至少有9个碳原子共平面。3.某有机物的结构简式为，其分子结构中处在同一平面内的原子最多有()A.15个 B.16个C.17个 D.18个答案C解析在分子中，甲基中C原子处于苯中H原子的位置，甲基通过旋转碳碳单键会有1个H原子处在苯环平面内，苯环平面与碳碳双键形成的平面通过旋转碳碳单键可以处于同一平面，所以最多有17个原子共平面，故选C。4.回答下列问题：(1)将0.1mol两种气体烃组成的混合气完全燃烧后得3.36L(标况)CO2和3.6g水，则一定含有____________；可能含有____________。(2)某气态烃和气态单烯烃组成的混合气体在同温同压下对氢气的相对密度为13，取标准状况下此混合气体2.24L通入足量溴水中，溴水增重1.4g，此两种烃的分子式分别是____________。(3)常温下，20mL某烃A和100mL氧气(过量)混合，点燃，使其充分燃烧后恢复到原状况，残留气体体积为70mL。则该烃可能为_____________________________________。A.C2H6B.C3H6C.C6H6D.C5H6答案(1)甲烷乙烯或丙炔(2)CH4、C4H8(3)AB解析(1)CO2的物质的量为eq\f(3.36,22.4)mol＝0.15mol，n(H2O)＝eq\f(3.6,18)mol＝0.2mol，根据元素守恒，烃中C的物质的量0.15mol，H的物质的量0.2×2mol＝0.4mol，因此平均化学式为C1.5H4，因此混合烃中一定含有甲烷，根据H，可能含有乙烯或丙炔；(2)某气态烃和气态单烯烃组成的混合气体在同温同压下对氢气的相对密度为13，推出混合烃的平均摩尔质量为13×2g·mol－1＝26g·mol－1，烯烃中分子量最小的是28，因此该混合烃中一定含有甲烷，取标准状况下此混合气体2.24L通入足量溴水中，溴水增重1.4g，增重的质量应是烯烃的质量，即烯烃质量为1.4g，混合烃质量为eq\f(2.24×26,22.4)g＝2.6g，则另一种气态烃质量为(2.6－1.4)g＝1.2g，甲烷的物质的量为eq\f(1.2,16)mol＝0.075mol，则烯烃的物质的量为(eq\f(2.6,26)－0.075)mol＝0.025mol，则烯烃摩尔质量为eq\f(1.4,0.025)g·mol－1＝56g·mol－1，根据烯烃的通式，求出烯烃的分子式为C4H8；(3)令该烃为CxHy，燃烧的通式为CxHy＋(x＋eq\f(y,4))O2→xCO2＋eq\f(y,2)H2O，常温下水为液体，所以每燃烧1体积烃，总体积的变化量为ΔV＝1＋eq\f(y,4)，本次实验中燃烧20mL烃，所以ΔV＝20＋eq\f(y,4)×20＝20＋100－70，解得y＝6,C6H6、C5H6常温下不是气体，C2H6、C3H6常温下属于气体，故选项AB正确。1.等质量的下列烃完全燃烧生成CO2和H2O，耗氧量最小的是()A.CH4 B.C3H8C.C5H12 D.C6H12答案D解析质量一定的烃CxHy完全燃烧时，eq\f(y,x)的值越大，耗氧量越大，由分子式可知CH4、C3H8、C5H12、C6H12的eq\f(y,x)值分别为4、eq\f(8,3)、eq\f(12,5)、2，则C6H12的eq\f(y,x)值最小，耗氧量最小。2.下列分子中的碳原子可能处在同一平面内的是()答案A解析苯分子是平面分子，两个苯分子可能在一个平面上。甲基取代苯分子中的H原子的位置，因此也在该平面上，所以14个碳原子可能处在同一平面上，A正确；该有机物分子中与饱和碳原子相连的4个碳原子位于四面体的4个顶点上，所有碳原子不可能在同一个平面内，B错误；苯环为平面结构，与苯环相连的饱和碳原子上连接了2个甲基，所有碳原子不可能都处在同一平面上，C错误；分子中含有两个苯环，每个苯环上的碳原子一定共面，但是饱和碳原子以及与其相连的碳原子是烷烃的结构，一定不会共面，该分子中的所有碳原子不可能都处在同一平面上，D错误。3.在图中所给的分子中，共平面的碳原子数至少有()A.9个 B.10个C.11个 D.12个答案C解析可改写成，苯环中12个原子共平面，且位于对角线上的4个原子在同一条直线上，所以图中框内及直线上的碳原子都位于同一平面内，共有11个，故选C。4.下列叙述中正确的是()A.甲苯分子中共平面的原子最多是12个B.对二甲苯分子中有4个碳原子在一条直线上C.1－丁烯分子中的4个碳原子一定不在同一平面内D.2－丁烯分子中的4个碳原子一定不在同一平面内答案B解析甲基中有一个氢原子可与苯环共平面，甲苯分子中共平面的原子最多是13个，故A错误；苯环上处于对位的两个碳原子以及与这两个碳直接相连的甲基碳原子共4个碳原子在一条直线上，故B正确；1－丁烯分子中的4个碳原子可能在同一平面内，C错误；2－丁烯分子中的4个碳原子一定在同一平面内，D错误。5.常温常压下，乙烷、乙炔和丙烯组成的混合烃32mL与过量氧气混合并完全燃烧，除去水蒸气，恢复到原来的温度和压强，气体总体积缩小了72mL，原混合烃中乙炔的体积分数为()A.12.5% B.25%C.50% D.75%答案B解析eq\a\vs4\ac\hs10\co8(4CnHm,＋,（4n＋m）O2,→,4nCO2,＋,2mH2O,ΔV,4,,4n＋m,,4n,,,4＋m,32,,,,,,,72)所以m＝5，即氢原子的平均值是5，由于乙炔含有2个氢原子，乙烷和丙烯均含有6个氢原子，则根据十字交叉法可知乙炔与乙烷和丙烯的物质的量和之比＝eq\f(6－5,5－2)＝eq\f(1,3)，因此乙炔的体积分数为25%。6.下列说法正确的是()A.某有机物燃烧只生成CO2和H2O，且二者物质的量相等，则此有机物的组成为CnH2nB.一种烃在足量的氧气中燃烧并通过浓H2SO4，减少的体积就是生成的水蒸气的体积C.某气态烃CxHy与足量O2恰好完全反应，如果反应前后气体体积不变(温度>100℃)，则y＝4；若体积减小，则y>4；否则y<4D.相同质量的烃，完全燃烧，消耗O2越多，烃中含氢元素的质量分数就越高答案D解析生成物中含有碳、氢元素，依据质量守恒定律可知该物质中一定含有碳、氢元素，氧元素不能确定，无法确定有机物的组成，A错误；烃在氧气中燃烧时即便不吸收水蒸气体积也有可能减少，所以生成水蒸气的体积不一定等于反应前后减少的体积，B错误；烃类燃烧的通式为CxHy＋(x＋eq\f(y,4))O2→xCO2＋eq\f(y,2)H2O，温度大于100℃时水为气态，若反应前后气体体积不变，则1＋x＋eq\f(y,4)＝x＋eq\f(y,2)，则y＝4，若体积减小，则1＋x＋eq\f(y,4)＞x＋eq\f(y,2)，解得y＜4，若体积增大，则y＞4，C错误；12g碳可以消耗1mol氧气，4g氢可以消耗1mol氧气，所以质量相同时，氢元素的质量分数越高消耗的氧气越多，D正确。7.由两种气态烃组成的混合气体20L，与过量的氧气混合后完全燃烧，当燃烧产物通过浓硫酸后，体积减少30L，然后通过碱石灰，体积又减少40L(气体体积均在相同条件下测定)，则这两种烃可能为()A.C2H6、C3H6 B.C2H4、C2H6C.C2H2、C2H4 D.CH4、C2H4答案C解析由两种气态烃组成的混合气体20L，与过量的氧气混合后完全燃烧，当燃烧产物通过浓硫酸后，体积减小30L，说明生成水的体积为30L，然后通过碱石灰，体积又减小40L(气体体积均在相同条件下测定)，说明生成二氧化碳的体积为40L，根据CxHy～xCO2～eq\f(y,2)H2O，则得到烃的分子式为C2H3，根据氢原子分析，则这两种烃中一种烃的氢原子数小于等于3，根据选项分析，则两种烃可能为C2H2、C2H4，故C符合题意。8.某烃的结构简式为，分子中含有四面体结构的碳原子数为a，一定在同一平面内的碳原子数为b，在同一直线上的碳原子数最多为c，则a、b、c分别为()A.4、3、5 B.4、3、6C.5、5、4 D.5、7、4答案D解析有机物中，甲烷是四面体结构，含有四面体结构的碳原子(即饱和碳原子)共5个，故a＝5；乙烯是平面结构，乙炔是直线结构，所以一定在同一平面内的碳原子数为7个()，即b＝7；在同一直线上的碳原子数即为符合乙炔的结构的碳原子，最多为4个()，即c＝4，故选D。9.某有机物分子的结构简式如图所示，下列叙述正确的是()A.除苯环外的碳原子有可能都在一条直线上B.在一条直线上的碳原子最多有8个C.在同一平面内的原子最多有18个D.12个碳原子有可能都在同一平面内答案D解析根据乙烯、苯和乙炔的结构，题给的分子结构可写成如图所示的形式。在同一直线上的碳原子为如图标记的3、4、5、6、7、8号碳原子，最多有6个；在同一平面内的原子最多有20个，分别为如图标记的10个原子、苯环上其余的4个C和4个H、1号碳原子上的1个原子(H或F)及8号碳原子上的1个H原子，根据碳碳单键可以旋转的性质，12个碳原子有可能都在同一平面内；，结合以上分析可知，D选项正确