评析有机物燃烧计算中的一些规律

一、气态烃燃烧体积的变化

若水为液体,燃烧后体积缩小,减小值只与烃中氢原子数目有关;若水为气体,总体积变化也只与氢原子数目有关:H=4,V前=V后;H>4,V前

例1:120℃时,1体积某烃和4体积O2混和,完全燃烧后恢复到原来的温度,压强体积不变,该烃分子式中所含的碳原子数不可能是(1996年全国高考题)

A.1B.2C.3D.4

分析:设设烃的分子式为CxHy,其燃烧通式为:CxHy+(x+y/4)O2xCO2+y/2H2O。由反应可确定反应前后各物质的总物质的量之差:

CxHy+(x+y/4)O2 xCO2+y/2H2O(g)Δn

1mol(x+y/4)mol xmoly/2mol (1-y/4)mol

方法要领:以上计算过程说明对于有机物燃烧通式,除了运用其中各物质间物质的量的数值关系判断有机物分子组成之外,还有其它更为广泛应用途径。用于本题即可得到“分子中含有4个H原子的烃,在燃烧过程总物质的量不变”的结论。答案:D

二、烃的物质的量与燃烧产物中CO2和H2O的物质的量的关系

n(烷烃)=n(H2O)-n(CO2);烯烃:n(H2O)=n(CO2);n(炔烃)=n(CO2)- n(H2O)。

例2、由两种烃组成的混合物,已知其中之一为烯烃。燃烧1mol该混合物,测得产生CO2 4.0mol及 H2O 4.4mol,试求混合烃的组成情况?

解析:烯烃:n(H2O)=n(CO2),所以得出n(烷烃)=n(H2O)-n(CO2)=0.4mol、n(烯烃)=0.6mol,设烷烃为CmH2m+2、烯烃为CnH2n,得出0.4m+0.6n=4 mol,讨论有3组符合题意,即:m=2和n=7;m=4和n=4;m=6和n=1。

三、等质量的不同烃完全燃烧消耗O2及生成CO2和H2O的情况

C/H个数比越大,生成CO2越多;H/C值越大,生成水越多,消耗O2也越多;实验式相同的不同烃,上述三者对应都相等。

例3、完全燃烧某混合气体,所产生的CO2的质量一定大于燃烧相同质量丙烯所产生CO2的质量,该混合气体是()

A.乙炔、乙烯B.乙炔、丙烷C.乙烷、环丙烷D.丙烷、丁烯

解析:烯烃和环烷烃C/H=1/2;烷烃C/H1/2,所以炔烃与炔烃或炔烃与烯烃的组合,C的质量分数大于烯烃,选A。

四、总质量一定的两种有机物以任意比混合,完全燃烧消耗O2及生成CO2和H2O为定值

CO2或H2O为定值,两种有机物满足C或H的质量分数相等,包括实验式相同的情况;消耗O2不变,满足实验式相同。

例4、某种含三个碳原子以上的饱和一元醛A和某种一元醇B,无论以何种比例混合,只要总质量一定,完全燃烧生成CO2和H2O的质量不变。(1)醇B应符合的组成通式?(2)醇B的分子结构满足的条件?

解析:饱和一元醛的通式为CnH2nO,与醇混合燃烧符合题干条件,二者实验式应相同,由此推出二者通式也相同;与饱和一元醇的通式相比,此醇分子中应含有一个碳碳双键或一个碳环。

五、总物质的量一定的不同有机物以任意比混合

1、消耗O2和生成水为定值:两分子式满足H相等,相差n个C,同时相差2n个O

2、消耗O2和生成CO2为定值:两分子式满足C相等,相差n个O,同时相差2n个H。

例5、有机物A、B分子式不同,它们只可能含C、H、O中的两种或三种。如果将A、B不论以何种比例混合,只要物质的量之和不变,完全燃烧时,消耗的O2和生成的水的物质的量也不变。(1)A、B组成必须满足的条件?(2)若A是CH4,则符合上述条件的化合物B中相对分子质量最小的是?并写出含有-CH3的B的两种同分异构体?

解析:B比CH4多一个C,两个O,分子式为C2H4O2,结构为:CH3COOH和HCOOCH3。

六、根据有机物完全燃烧消耗O2与CO2的物质的量之比,推导有机物可能的通式

将CaHbOc提出若干个水后,有三种情况:V(O2)/V(CO2)=1,通式为Ca(H2O)n;V(O2)/V(CO2)>1,通式为(CaHx)m (H2O)n;V(O2)/V(CO2)

例6、现有一类只含C、H、O的有机物,燃烧时所消耗O2和生成的CO2的体积比为5∶4(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)并写出这类化合物相对分子质量最小的物质的结构简式?

解析:因为V(O2)/V(CO2)=5∶4>1,所以通式为(CaHx)m(H2O)n的形式,再由C和H消耗O2的关系可得出:通式为(CH)m(H2O)n;CH3CHO。

七、根据有机物完全燃烧生成水与CO2的量或比例,推导分子式或通式

根据CO2与H2O的物质的量多少或比值,可以知道C、H原子个数比,结合有无其他原子,可以写出有机物的分子式或通式。

例7、某有机物在O2中充分燃烧,生成物n(H2O)∶n(CO2)=1∶1,由此可以得出的结论是( )

A.该有机物分子中C∶H∶O原子个数比为1∶2∶1 B.分子中C∶H原子个数比为1∶2C.有机物必定含OD.无法判断有机物是否含O

解析:由H2O和CO2的物质的量比可以确定通式为:CnH2nOx,无法确定氧,选B、D。

八、有机物燃烧产物与Na2O2反应的规律

分子式能改写为(CO)mH2n形式的物质,完全燃烧后的产物与过量Na2O2反应,固体增加的质量与原物质的质量相等。

例8、某温度下mg仅含三种元素的有机物在足量O2充分燃烧。其燃烧产物立即与过量Na2O2反应,固体质量增加了mg。

(1)下列物质中不能满足上述结果的是()

A.C2H6O2B.C6H12O6 C.C12H22O11 D.(C6H10O5)n

(2)A是符合上述条件且相对分子质量最小的有机物,则A的结构简式为?

解析:(1)C D(2)HCHO

九、不完全燃烧问题

有机物不完全燃烧产物中会有CO生成,而CO不能被碱石灰等干燥剂吸收。例10、1L丙烷与XLO2混合点燃,丙烷完全反应后,生成混合气体为aL(在120℃,1.01×105Pa时测定)。将aL混合气体通过足量碱石灰后,测得剩余气体体积为bL。若a-b=6,则X的值为( )

A、4 B、4.5 C、5.5 D、6

解析:假设1L丙烷完全燃烧,应产生3LCO2和4L水蒸气,通过足量碱石灰后全被吸收,因此a-b=7,由此断定为不完全燃烧,再经原子守恒可确定X=4.5。