内容正文:
专题03 烃类燃烧规律及其应用
1.掌握常见的推断烃的分子式的方法。
2.掌握根据化学方程式推断烃的分子式的方法。
3.掌握烃的燃烧规律,会利用燃烧规律推断混合烃的组成。
一、烃类的燃烧规律
1.烃类燃烧的耗氧量
(1)等物质的量的烃CxHy完全燃烧时,其耗氧量的大小取决于x+的值,其值越大,耗氧量越多。
(2)等质量的烃CxHy()完全燃烧,其耗氧量的大小取决于该烃分子中氢的质量分数,的值越大,则耗氧量越多,生成的CO2越少,生成的H2O越多。
(3)实验式(最简式)相同的烃,不论它们以何种比例混合,只要总质量一定,完全燃烧时所消耗的氧气以及燃烧生成的CO2和H2O的量均为定值。
2.烃类燃烧前后体积的变化
(1)若反应前后的温度保持在100 ℃以上,则气态烃完全燃烧前后气体的体积变化为
CxHy+(x+)O2xCO2+H2O ΔV
1 x+ x -1
故反应前后气体体积的变化与氢原子数y有关。
当y=4,反应前后体积相等;
当y>4,反应后气体体积>反应前气体体积;
当y<4,反应后气体体积<反应前气体体积。
(2)若反应前后的温度低于100 ℃,此时气体的体积一定是减小的,减少的体积为ΔV=1+,也与氢原子数有关。
3.根据烃类燃烧产物CO2和H2O 之比,推断烃的种类
(1)若生成的CO2和H2O 之比为1∶1,则此有机物的组成为CnH2n,该有机物可能为烯烃或环烷烃。
(2)若生成的CO2和H2O 之比小于1∶1,则此有机物的组成为CnH2n+2,该有机物为烷烃。
4.对混合烃,根据烃类燃烧产物CO2和H2O 之比,推断烃的平均分子式
如0.1 mol混合烃完全燃烧,生成0.12 mol CO2和0.2 mol H2O,根据原子守恒就可以确定该混合烃的平均分子式是C1.2H4,从而推断出该混合烃中一定含有甲烷。
二、推断烃的分子式
1.直接法
直接求算出1 mol烃中各元素原子的物质的量即可推出烃的分子式。如果给出一定条件下烃的密度(或相对密度)以及各元素的质量比,求算分子式的途径为密度(相对密度)→摩尔质量→1 mol烃中C、H元素原子的物质的量→分子式。
2.通式法
根据相对密度求出分子量或题中给出含氢原子数,共价键数可按如下求解:
(1)
(2)氢原子数y―→代入烃的通式―→分子式
(3)共价键数N―→如烷烃CnH2n+2的共价键数N=(n-1)+2n+2=3n+1―→求出n―→分子式
3.最简式法
根据分子式为最简式的整数倍,因此利用相对分子质量和最简式可确定分子式。即n(C)∶n(H)=∶=a∶b(最简整数比)。最简式为CaHb,则分子式为(CaHb)n,n=[Mr为烃的相对分子质量,(12a+b)为最简式的式量]。
4.化学方程式法
写出烃(CxHy)燃烧生成CO2和H2O的化学方程式:CxHy+O2xCO2+H2O,根据化学方程式,结合已知条件可计算烃的分子式。
还可以根据烃燃烧前后气体体积变化确定氢原子个数:
当温度高于100 ℃,ΔV=V前-V后=1-,则
(1)当ΔV=0时,y=4
(2)当ΔV>0时,y<4
(3)当ΔV<0时,y>4
5.平均分子式法
对混合烃的燃烧,可依据化学方程式法或原子个数守恒法求出碳、氢原子的平均个数,然后根据所给条件进一步求混合烃的各自分子式。
题型01 通式法判断烃的分子式
【典例01】10mL某气态烃在80mL氧气中完全燃烧后,恢复到原来状况(1.01×105Pa , 250C)时,测得气体体积为70mL,则此烃的分子式不可能是( )。
A.C3H4 B.C2H4 C.CH4 D.C2H6
【答案】D
【解析】原混和气体总体积为90mL,反应后为70mL,体积减少了20mL。剩余气体应该是生成的二氧化碳和过量的氧气,可以利用差量法进行有关计算。
CxHy +(x+)O2 → xCO2 + H2O 气体体积减少
1 x+ x 1+
10 20
10×(1+)=20,求得y=4 ,所以该烃的分子式可能为C3H4、C2H4或CH4。
【变式探究】某气态烃对空气的相对密度为2,在氧气中充分燃烧1.16 g这种烃,并将所得产物通过装有无水氯化钙的干燥管和装有碱石灰的干燥管,当称量这两个干燥管的质量时,它们依次增重1.8 g和3.52 g。这种烃的化学式是( )
A.C2H6 B.C4H10 C.C5H10 D.C5H12
【答案】B
【解析】烃的相对分子质量为:29×2=58
设烃的化学式为CxHy,据:
CxHy+(x+)O2xCO2+H2O
58 44x 9y
1.16 g 3.52 g 1.8 g
=,x=4,=,y=10
该烃化学式为C4H10。
题型02 利用平均分子式法判断混合烃的组成
【典例02】由两种气态烷烃组成的混合物,在标准状况下的密度为1.16 g·L-1,则关于该混合物组成的判断正确的是( )
A.一定有甲烷
B.一定有乙烷
C.一定是甲烷和乙烷的混合物
D.可能是乙烷和丙烷的混合物
【答案】A
【解析】混合气体的平均摩尔质量是M=1.16 g·L-1×22.4 L·mol-1≈26 g·mol-1,即平均相对分子质量为26,在烷烃中相对分子质量小于26的只有甲烷,因此一定含有甲烷。
【变式探究】有a mL三种气态烃的混合物与足量的氧气混合点燃爆炸后,恢复到原来状况(常温常压),体积共缩小2a mL,则这三种烃不可能是( )
A.CH4、C2H4、C3H4 B.C2H4、C3H8、C2H6
C.C2H2、C2H4、C3H6 D.C2H2、C2H6、C3H8
【答案】B
【解析】设混合烃的平均分子式为CxHy,则
CxHy+(x+)O2―→xCO2+H2O ΔV
1 x+ x 1+
a mL 2a mL
所以1+=2,y=4
则满足要求的三种烃的平均H原子数为4,故不可能的是B。
题型03 利用燃烧法测定有机化合物分子式
【典例03】燃烧法是测定有机化合物分子式的一种重要方法。完全燃烧0.1 mol某烃,燃烧产物依次通过如图所示的装置,实验结束后,称得甲装置增重3.6 g,乙装置增重4.4 g。
甲 乙
(1)甲瓶盛浓硫酸的作用是____________。
(2)乙瓶增重4.4 g为________的质量。
(3)该烃的分子式为________。
【解析】nH2O==0.2 mol、nH=0.4 mol,nCO2==0.1 mol、nC=0.1 mol,
即0.1 mol该有机物分子中含0.1 mol C、0.4 mol H,故分子式为CH4。
【答案】(1)吸收水蒸气 (2)CO2 (3)CH4
【变式探究】(1)完全燃烧0.1 mol某烃,燃烧产物依次通过浓硫酸、浓碱液,实验结束后,称得浓硫酸增重9 g,浓碱液增重17.6 g。该烃的分子式为________。
(2)某烃2.2 g,在O2中完全燃烧,生成6.6 g CO2和3.6 g H2O,在标准状况下其密度为1.964 3 g·L-1,其分子式为________。
(3)某烷烃的相对分子质量为128,该烷烃的分子式为________。
(4)在120 ℃和101 kPa的条件下,某气态烃和一定质量的氧气的混合气体,点燃完全反应后再恢复到原来的温度时,气体体积缩小,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
【解析】(1)0.1 mol烃中,n(C)==0.4 mol,n(H)=×2=1 mol,则每个烃分子中含4个碳原子、10个氢原子,即分子式为C4H10。
(2)由题意可得烃的摩尔质量M=22.4 L·mol-1×1.964 3 g·L-1≈44 g·mol-1。该烃分子中,n(C)∶n(H)=∶(×2)=3∶8,故最简式为C3H8,最简式相对分子质量为44,等于该烃的相对分子质量,故该烃的分子式为C3H8。
(3)某烷烃CnH2n+2的相对分子质量为128,则14n+2=128,解得n=9,故分子式为C9H20。
(4)设某气态烃的分子式为CxHy,则有CxHy+(x+)O2xCO2+H2O,因为反应后气体体积缩小,则1+x+>x+,即y<4。
【答案】(1)C4H10 (2)C3H8 (3)C9H20 (4)A
题型04 气态烃组成的混合气体图分析
【典例04】(24-25高二下·安徽安庆·期中)两种气态烃组成的混合气体完全燃烧后所得和的物质的量随混合烃总物质的量的变化如图所示,下列有关混合气体的说法正确的是
A.该混合气体中一定含有乙烯
B.该混合气体可以由甲烷和乙炔组成
C.若混合气体由和组成,则其体积比为1:3
D.在条件下,混合气体与氧气混合,总混合气体燃烧前后压强不变
【答案】D
【分析】由图可知,两种气态烃的平均组成为C1.6H4,根据碳原子平均数可知,混合气体一定含有CH4,由氢原子平均数可知,另一气态烃中氢原子数为4,碳原子数大于1.6,不超过4,据此判断。
【解析】由分析可知,混合气体一定含有CH4,由氢原子平均数可知,另一气态烃中氢原子数目为4,可能含有乙烯(CH2=CH2)或丙炔(CH3C≡CH)等,A错误;乙炔的分子式为C2H2,其中氢原子数为2,小于4,不可能含有C2H2,B错误;相同条件下气体的体积比等于气体的物质的量之比。若混合气体由和组成组成,设甲烷的物质的量为x,乙烯的物质的量为y,两种气态烃的平均组成为C1.6H4,根据平均C原子数目可知,整理得x:y=2:3,C错误;在110℃条件下生成的水为气体,两种气态烃的平均组成为C1.6H4,H原子数为4,燃烧前后压强不变,D正确;故选D。
【变式探究】(24-25高二下·湖北·期末)现有一种气态烷烃和一种气态烯烃,它们分子中的碳原子个数相等。将一定物质的量的混合气体在氧气中完全燃烧,混合气体的物质的量与生成的CO2气体和水蒸气的物质的量的变化关系如图所示。则该气体中烷烃和烯烃的物质的量之比为
A.1∶3 B.3∶1 C.2∶3 D.3∶2
【答案】C
【解析】混合气体物质的量为1mol时,完全燃烧生成CO22mol,生成H2O2.4mol,因为两种气体的碳原子数相同,且一种为烷烃一种为烯烃,则两种气体分别为乙烷和乙烯,设乙烷为xmol,则乙烯为(1-x)mol,6x+4(1-x)=4.8,解得x=0.4mol,则有乙烷0.4mol,乙烯0.6mol,两者的物质的量之比为2:3,故选C。
题型05 利用平均分子量判断混合物的组成
【典例05】(24-25高二下·河南开封·期末)1L两种气态烃的混合物,完全燃烧生成和3.0L水蒸气(体积均在相同状况下测得),该混合物可能是
A.甲烷,乙烯 B.甲烷,丙烯 C.甲烷,丙烷 D.乙烷,丙烯
【答案】D
【分析】1L两种气态烃混合物,完全燃烧生成2.8LCO2和3.0L水蒸气,1mol烃燃烧应该生成2.8molCO2和3.0molH2O,说明该混合气体的平均分子式为C2.8H6,两种气体的碳原子应该一个大于2.8,一个小于2.8,氢原子可以是两个都是6,或者一个大于6一个小于6。
【解析】碳原子都小于2.8,故A错误;氢原子不符合,一个是4个H,一个是6个H,故B错误;甲烷和丙烷,一个1个碳原子,一个是3个碳原子,若平均到2.8个碳原子应该是1:9,氢原子一个是4个,一个是8个,若平均到6个,应该按照1:1混合,这样混合比例不一致,故C错误;乙烷和丙烯碳原子一个是2个碳原子,一个是3个碳原子,若平均到2.8应该按照1:4混合,氢原子数目都是6,按照氢原子任意比混合都行,因此按照1:4满足要求,故D正确;故选D。
【变式探究】(24-25高二下·浙江宁波·期中)两种气态烃以物质的量1:1比例混合,105℃时,1L该混合烃与9LO2混合,充分燃烧后恢复到原状况,所得气体体积仍为10L。下列各组混合烃中不符合此条件的是
A.CH4、C2H4 B.C2H2、C3H8 C.C2H4、C3H4 D.C2H2、C3H6
【答案】B
【分析】设混合烃的平均分子式为,则有,有机物燃烧前后体积不变,则,解得y=4,即混合烃中平均含有H原子数为4,据此分析解答。
【解析】、中H原子数都为4,平均值恒为4,故A正确;C2H2、C3H8以物质的量1:1比例混合时,其中H原子数的平均值不等于4,故B错误;C2H4、C3H4中H原子数都为4,平均值恒为4,故C正确;C2H2、C3H6中H原子数的平均值恒为4,故D正确;故选B。
题型06 利用生成物推断有机物组成
【典例06】(24-25高二下·河北唐山·期末)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
【分析】n(H2O)==0.2mol,即0.1mol混合烃完全燃烧得0.16molCO2和0.2mol H2O,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。
【解析】根据上述分析可知,混合气体中一定含有甲烷,故A正确;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,故B错误;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,故C错误;根据上述分析可知,混合气体中可能有C2H4或C3H4,故D错误;故选A。
【变式探究】(24-25高二下·黑龙江大庆·期末)由两种烃组成的混合气体3L与足量的氧气充分反应后生成CO2 6L、H2O 7L(所有体积都在120℃测定),则这两种混合气体的可能组成是
A.C2H4、C2H2 B.CH4、C3H8
C.C2H4、C2H6 D.C2H6、C3H4
【答案】C
【分析】同温同压下,气体的体积之比等于物质的量之比,可得混合气体的最简式为C2H ,根据C原子可计算混合气体的物质的量之比,然后根据所求得的物质的量之比计算H原子数是否为。
【解析】 C2H4、C2H2,当C原子数为2时,只要H原子数一个比大,一个比小,故A不符; CH4、C3H8当C原子数为2时,两种烃的物质的量之比为1:1,含H原子数为6,故B不符; C2H4、C2H6,当C原子数为2时,只要H原子数一个比大,一个比小,故C符合; C2H6、C3H4,碳原子数不可能为2,故D不符;故选C。
题型07 利用体积变化推断有物组成
【典例07】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,所得到气体体积是11L。下列各组混合烃符合此条件的是
A.C4H10、C3H6 B.C4H8、C3H8 C.C4H10、C2H4 D.CH4、C3H8
【答案】B
【解析】设有机物的平均分子式为CxHy,则有:CxHy+(x+)O2→xCO2+H2O,105 ℃时,H2O为气体,则有关系式CxHy+(x+)O2→xCO2+H2O~(),即CxHy~(),烃的体积为1L,有机物燃烧前后体积增大(11-1-9)L=1L,则有 ,解得y=8,即混合气中平均含有H原子数为8,即两种气态烃以任意比例混合后H的平均个数均为8,则混合烃种每一种烃的H个数都为8,B符合题意;故选B。
【变式探究】(24-25高二下·江西宜春·期末)两种气态烃以任意比例混合,在150℃条件下,1L该混合烃与9L氧气混合,充分燃烧后恢复到原状况,所得气体体积仍为10L,下列各组符合此条件的是
A.C2H2、C3H6 B.CH4、C3H6
C.C2H4、C3H6 D.CH4、C2H4
【答案】D
【解析】令平均组成为CxHy,则CxHy+(x+y/4)O2→xCO2+y/2H2O,因为105℃时,生成的H2O是气体,因反应前后气体的体积不变,所以1+x+y/4=x+y/2,解得y=4,由于两种气态烃以任意比例混合,即混合气中平均含有H原子数为4符合题意,
A.C2H2、C3H6中H原子数分别为2、6,只有1:1混合才能使平均值为4,不符合以任意比例混合的要求,故A不选;CH4、C3H6中H原子数分别为4、6,平均值不可能为4,不符合题意,故B不选;C2H4、C3H6中H原子数分别为4、6,平均值不可能为4,不符合题意,故C不选;CH4、C2H4中H原子数都为4,符合题意,故D选;故选D。
【巩固练】
1.(24-25高二下·浙江·期中)等质量的下列烃,燃烧时消耗最多的是
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】烃燃烧公式为:。1g CH4的耗氧量为:,1g C2H4的耗氧量为:, 1g C2H6的耗氧量为:,1g C3H8的耗氧量为:,甲烷的耗氧量最多,故选A。
2.(24-25高二下·天津·期中)下列各组中的两种物质,无论以何种比例混合,只要混合后总物质的量不变,则完全燃烧后生成的CO2量为一定值的是
A.乙烯和丙烷 B.乙炔和苯 C.乙烯和丁烯 D.丙烯和丙炔
【答案】D
【解析】1mol乙烯燃烧生成2molCO2,1mol丙烷燃烧生成3molCO2,总物质的量一定,如果乙烯和丙烷的物质的量比值不确定,则生成的CO2的量不确定,故A错误;1mol乙炔燃烧生成2molCO2,1mol苯燃烧生成6molCO2,总物质的量一定,如果乙炔和苯的物质的量比值不确定,则生成的CO2的量不确定,故B错误;1mol乙烯燃烧生成2molCO2,1mol丁烯燃烧生成4molCO2,总物质的量一定,如果乙烯和丁烯的物质的量比值不确定,则生成的CO2的量不确定,故C错误;1mol丙烯燃烧生成3molCO2,1mol丙炔燃烧生成3molCO2,只要总物质的量一定,完全燃烧后,产生的CO2的量为一个常数,故D正确;故选D。
3.(24-25高二下·河北衡水·期末)下列各组有机化合物中,不论两者以什么比例混合,只要总物质的量一定,则完全燃烧时生成水的质量和消耗氧气的质量不变的是
A.CH4O,C3H4O5 B.C3H6,C3H8O C.C3H8,C4H6 D.C2H6,C4H6O
【答案】A
【分析】根据题意可设有机物的分子式为CxHyOz,当总物质的量一定,有机物完全燃烧时,生成水的质量和消耗O2的质量不变,所以混合物中两种有机物的分子中y相同,x+-相同。
【解析】CH4O、C3H4O5中氢原子个数相同,CH4O的x+-=1+1-0.5=1.5,C3H4O5的x+-=3+1-2.5=1.5,A符合题意;C3H6和C3H8O中H原子个数不相同,B不符合题意;C3H8和C4H6中H原子个数不相同,C不符合题意;C2H6和C4H6O中氢原子个数相同,C2H6的x+-=2+1.5=3.5,C4H6O的x+-=4+1.5-0.5=5,D不符合题意;故选A。
4.(24-25高二上·甘肃武威·期末)等质量的下列有机物完全燃烧,消耗氧气的物质的量最大的是
A.C3H8 B.CH4 C.C2H6 D.C5H12
【答案】B
【解析】等质量的烃燃烧,含氢质量分数越大,则消耗量最大,烷烃中碳原子数越大,含氢质量分数越小,因此甲烷是含氢质量分数最大的烃,则消耗氧气的物质的量最大的是CH4,故B符合题意;故选B。
5.(24-25高一下·湖南郴州·期末)乙烷和丙烷的混合气体完全燃烧后, 产物通过浓硫酸, 浓硫酸增重 1.26g, 然后通过Na2O2,Na2O2增重 1.4g。 混合气体中乙烷和丙烷的体积比为
A.1∶1 B.2∶3 C.3∶2 D.3∶5
【答案】A
【分析】浓硫酸的增重为燃烧生成水的质量;通过过氧化钠发生的反应为2CO2+2Na2O2=2Na2CO3+O2,固体质量的增重等于与二氧化碳等物质的量的CO的质量,设乙烷、丙烷的物质的量分别为x mol、y mol,根据C、H原子守恒列方程计算。
【解析】浓硫酸的增重为燃烧生成水的质量,即混合物反应生成了1.26g水;生成的二氧化碳与过氧化钠发生的反应为2CO2+2Na2O2=2Na2CO3+O2,固体质量的增重等于与二氧化碳等物质的量的CO的质量,故CO2的物质的量==0.05mol,设乙烷、丙烷的物质的量分别为x mol、y mol,由H原子守恒及C原子守恒,则:6x+8y=×2,2x+3y=0.05,解得:x=0.01、y=0.01,所以乙烷和丙烷的体积比等于物质的量之比=0.01mol∶0.01mol=1∶1,故选A。
6.(24-25高二下·黑龙江黑河·期末)将2mL某气态饱和链烃与13mL氧气装入一密闭容器中点燃,测知重新得到的只是燃烧产物及过量的氧气,则该烃分子组成中碳、氢元素的质量比不可能是
A.3:1 B.4:1
C.9:2 D.24:5
【答案】D
【解析】饱和烃的通式是CnH2n+2,由题目可知,此饱和烃充分燃烧,所以产物应该是水和二氧化碳以及未反应的氧气。所以分子中碳氢元素质量比为:,化简后为:;当n=1时,比值为3:1,n=2时,比值为:4:1;n=3时,比值为:9:2;因为当n=4时,丁烷不是气体;故选D。
7.(24-25高二下·甘肃兰州·期末)下列关于有机物的说法不正确的
A.某有机物在空气中完全燃烧只生成CO2和H2O,可知该有机物一定是烃
B.丁烷的一氯代物有4种
C.等质量的C2H4和C3H6完全燃烧,消耗的氧气的量相等
D.二氯甲烷只有一种结构,说明甲烷是正四面体结构
【答案】A
【解析】烃的含氧衍生物在空气中完全燃烧也只生成二氧化碳和水,则在空气中完全燃烧只生成二氧化碳和水的有机物不一定是烃,A错误;正丁烷的一氯代物有2种,异丁烷的一氯代物有2种,共4种,B正确;最简式相同的烃,只有质量相等,完全燃烧时消耗氧气的量相等,C2H4和C3H6的最简式相同,都为CH2,所以等质量的C2H4和C3H6完全燃烧,消耗的氧气的量相等,C正确;若甲烷为平面结构,二氯甲烷的结构有两种,则二氯甲烷只有一种结构,说明甲烷不是平面结构,是正四面体结构,D正确;故选A。
8.(24-25高二下·广东湛江·期末)燃烧法是测定有机物分子式的一种重要方法。完全燃烧0.2mol某烃后,测得生成0.8mol二氧化碳,生成18g水,则该烃的分子式为
A.C8H18 B.C4H10 C.C3H8 D.C2H6
【答案】B
【解析】n(C)=n(CO2)=0.8mol,n(H)=2n(H2O)=2×=2mol,则n(烃) ∶n(C)∶n(H)=0.2mol∶0.8mol∶2mol=1∶4∶10,该烃的分子式为C4H10,选B。
9.(24-25高二上·云南保山·期中)在一密闭容器中充入一种气态烃和足量的氧气,用电火花点燃完拿燃烧后,容器内气体体积保持不变,若气体体积均在120℃和相同的压强下测定的,这种气态烃是
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】根据,气体体积均在120℃和相同的压强下测定,若要容器内气体体积保持不变,则有,则,则A符合题意;故选A。
10.充分燃烧某液态芳香烃X,并收集产生的全部水,恢复到室温时,得到水的质量跟原来芳香烃的质量相等。则X的分子式为
A.C10H10 B.C11H14 C.C12H18 D.C13H20
【答案】C
【解析】芳香烃中碳、氢的质量比等于水的氧、氢的质量比,故芳香烃中,则,则X的分子式为C12H18,故选C。
【强化练】
11.(24-25高二下·湖北·期中)1 mol 某烷烃在氧气中充分燃烧,需要消耗标准状况下的氧气 179.2 L,它在光照的条件下与氯气反应能生成三种不同的一氯取代物(不考虑立体异构),该烃的结构简式是
A.C(CH3)3CH2CH3 B.CH3CH2CH(CH3)2
C.CH3CH2CH2CH2CH3 D.C(CH3)4
【答案】C
【解析】C(CH3)3CH2CH3有三种位置的氢,其一氯代物有三种,该物质分子式为C6H14,根据燃烧反应该物质1mol燃烧9.5mol即标准状况下212.8L氧气,故A不符合题意;CH3CH2CH(CH3)2有四种位置的氢,其一氯代物有四种,故B不符合题意;CH3CH2CH2CH2CH3有三种位置的氢,其一氯代物有三种,该物质分子式为C5H12,根据燃烧反应该物质1mol燃烧8mol即标准状况下179.2L氧气,故C符合题意;C(CH3)4有一种位置的氢,其一氯代物有一种,故D不符合题意;故选C。
12.两种气态烃以一定比例混合,在 105 ℃时1L该混合烃与9L O2混合,充分燃烧后恢复到原状态,所得气体仍为10L。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
【答案】B
【解析】因反应前后,气体的体积不变,则:CxHy+(x+)O2→xCO2+H2O,因为105℃时,生成的H2O是气体,则:1+x+=x+,解得:y=4,即氢原子平均数为4符合题意,C2H2 C3H6若按1:1混合,氢原子平均数也为4符合题意,而CH4 C3H6无论按什么比例混合,均不能使氢原子为4,不符合题意;故选B。
13.(24-25高二上·江苏扬州·期中)两种气态烃组成的混合气体,完全燃烧后得到CO2和H2O的物质的量随着混合烃物质的量的变化如图所示。则下列对混合烃的判断正确的是
①一定有C2H4 ②一定有CH4 ③一定有C3H8 ④一定没有C2H6 ⑤可能有C2H2 ⑥可能有C3H4
A.只有②③ B.只有②④
C.只有②⑤⑥ D.只有②④⑥
【答案】D
【解析】由图可知两种气态烃的平均组成为C1.6H4,根据碳原子平均数可知,混合气体一定含有CH4,由氢原子平均数可知,另一气态烃中氢原子数目为4,碳原子数目大于1.6,不超过4,故一定没有C2H2、C3H8、C2H6可能有C2H4、C3H4,故选D。
14.(24-25高二上·山东·期末)25℃,101kPa时,乙炔(C2H2)、丙烷(C3H8)、丁烯(C4H8)组成的混合气体24mL与过量氧气混合并充分燃烧,用P2O5充分吸收生成的气体,恢复原来的温度和压强,气体总体积缩小了54mL,则原混合气体中乙炔的体积分数为
A.20% B.25% C.33.3% D.50%
【答案】D
【解析】由反应方程式:2C2H2+5O24CO2+2H2O,C3H8+5O23CO2+4H2O,C4H8+6O24CO2+4H2O,用P2O5充分吸收生成的气体,恢复原来的温度和压强可知,2体积乙炔完全燃烧气体体积减小了3体积,而1体积丙烷和丁烯完全燃烧气体体积减小了3体积,设乙炔为xmL,则丙烷和丁烯的体积为:(24-x)mL,故乙炔(C2H2)、丙烷(C3H8)、丁烯(C4H8)组成的混合气体24mL与过量氧气混合并充分燃烧,用P2O5充分吸收生成的气体,恢复原来的温度和压强,气体总体积缩小了54mL,即=54,解x=12,故原混合气体中乙炔的体积分数为×100%=50%,故答案为:D。
15.(24-25高二下·吉林长春·期中)两种气态烃以任意比例混合,在105℃时1L该混合烃与10L氧气混合,充分燃烧后恢复到原状态,所得气体体积仍为11L。下列各组混合烃中符合此条件的是
A.、 B.、 C.、 D.、
【答案】D
【解析】设有机物的平均式为CxHy,则有:CxHy+(x+)O2xCO2+H2O,有机物燃烧前后体积不变,则1+x+=x+,y=4,即混合气中平均含有H原子数为4。、中H原子数分别为4、6,混合烃的H原子个数大于4,故A不选;、中H原子数分别为4、8,混合烃的H原子个数大于4,故B不选;、中H原子数都为6,混合烃的H原子个数为6,故C不选;、中H原子数都为4,以任意比例混合,混合烃的H原子个数为4,故D选;故选D。
16.(24-25高二下·四川成都·期末)105℃和 101 kPa 时,乙烷、乙炔(C2H2)和丙烯组成的混合烃 32 mL 与过量氧气混合并完全燃烧,恢复到原来的温度和压强,气体总体积不变。原混合烃中乙炔的体积分数为
A.12.5% B.25% C.50% D.75%
【答案】C
【解析】恢复到原来的105℃和 101 kPa,水为气态,根据C2H6+O2=2CO2+3H2O体积增大量为0.5体积;C2H2+O2=2CO2+H2O体积减少量为0.5体积;C3H6+O2=3CO2+3H2O体积增大量为0.5体积;相同体积的C2H6和C3H6反应后体积增大的量是相同的,故可将两者看成是一种物质,设C2H6和C3H6一共为xmL,C2H2为ymL,则有0.5x=0.5y,则x=y,即原混合烃中乙炔的体积分数为50%,故选C。
17.下列各组烃的混合物,只要总质量一定,按任意比例混合,完全燃烧后生成的和的物质的量均恒定的是
A.、 B.、 C.、 D.、
【答案】D
【解析】总质量一定的两种烃按任意比例混合,完全燃烧后生成的和的物质的量都恒定,则两种烃分子中碳元素质量分数相同,氢元素质量分数也相同,即最简式相同。和的最简式不相同,A错误;和的最简式不相同,B错误;和的最简式不相同,C错误;和的最简式都是,D正确;故选D。
18.(24-25高二下·河南安阳·期末)在温度T(T>100)℃下,将0.1L混合烃与0.9L氧气混合,恒压条件下充分燃烧,当恢复至T℃时,气体的总体积增大10%,则该混合烃的组成可能为
A.V(甲烷)∶V(戊烷)=1∶2 B.V(甲烷)∶V(戊烯)=1∶2
C.V(乙烷)∶V(戊烯)=2∶1 D.V(乙烯)∶V(丙烷)=2∶1
【答案】B
【分析】假设混合烃的分子式是CxHy,其燃烧的方程式是: CxHy+(x+)O2xCO2+H2O,在T>100℃时水是气态,根据方程式可知0.1L的混合烃完全燃烧,气体体积增加了0.1×(-1)L,根据题意可得0.1×(-1)=(0.1+0.9)×10%,解得y=8,H原子数平均为8个。
【解析】甲烷和戊烷中H原子数目分别为4、12,二者按体积比1:2混合,平均H原子数目=,不符合题意,故A错误;甲烷和戊烯中H原子数目分别为4、10,二者按体积比1:2混合,平均H原子数目=,符合题意,故B正确;乙烷和戊烯中H原子数目分别为6、10,二者按体积比2:1混合,平均H原子数目=,不符合题意,故C错误;乙烯和丙烷中H原子数目分别为4、6,二者按体积比2:1混合,平均H原子数目=,不符合题意,故D错误;故选B。
19.(24-25高二下·江西宜春·期中)两种气态烃等物质的量混合,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.CH4、C2H4 B.C2H6、C2H4
C.C2H4、C3H4 D.C2H2、C3H6
【答案】B
【分析】设混合烃的平均分子式为,则有,有机物燃烧前后体积不变,则,解得y=4,即混合烃中平均含有H原子数为4,据此分析解答。
【解析】、中H原子数都为4,平均值恒为4,符合条件,故A不选;C2H6、C2H4中H原子数的平均值不等于4,不符合条件,故B选;C2H4、C3H4中H原子数都为4,平均值恒为4,符合条件,故C不选;C2H2、C3H6中H原子数的平均值恒为4,符合条件,故D不选;故选B。
20.(24-25高二下·广东肇庆·期末)amL三种气态烃与足量的氧气形成的混合物点燃爆炸后,恢复到原来的状态(150℃、)气体体积仍为amL,则三种烃可能是:
A.、、 B.、、
C.、、 D.、、
【答案】A
【分析】设烃的混合物的平均化学式为CxHy,在氧气燃烧的化学方程式为CxHy+(x+)O2xCO2+H2O(g),反应前后气体体积不变,则有1+x+=x+,整理可得y=4,即混合气体分子中平均含有4个H原子即可。
【解析】、、分子均含有4个H原子,相同条件下以任意比混合平均H原子数目为4,符合题意,故A正确;、、分子均含有6个H原子,以任意比混合平均H原子数目为6,不符合题意,故B错误;、、混合气体平均H原子数目大于4,不符合题意,故C错误;、、混合气体平均H原子数目大于4,不符合题意,故D错误;故选A。
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专题03 烃类燃烧规律及其应用
1.掌握常见的推断烃的分子式的方法。
2.掌握根据化学方程式推断烃的分子式的方法。
3.掌握烃的燃烧规律,会利用燃烧规律推断混合烃的组成。
一、烃类的燃烧规律
1.烃类燃烧的耗氧量
(1)等物质的量的烃CxHy完全燃烧时,其耗氧量的大小取决于x+的值,其值越大,耗氧量越多。
(2)等质量的烃CxHy()完全燃烧,其耗氧量的大小取决于该烃分子中氢的质量分数,的值越大,则耗氧量越多,生成的CO2越少,生成的H2O越多。
(3)实验式(最简式)相同的烃,不论它们以何种比例混合,只要总质量一定,完全燃烧时所消耗的氧气以及燃烧生成的CO2和H2O的量均为定值。
2.烃类燃烧前后体积的变化
(1)若反应前后的温度保持在100 ℃以上,则气态烃完全燃烧前后气体的体积变化为
CxHy+(x+)O2xCO2+H2O ΔV
1 x+ x -1
故反应前后气体体积的变化与氢原子数y有关。
当y=4,反应前后体积相等;
当y>4,反应后气体体积>反应前气体体积;
当y<4,反应后气体体积<反应前气体体积。
(2)若反应前后的温度低于100 ℃,此时气体的体积一定是减小的,减少的体积为ΔV=1+,也与氢原子数有关。
3.根据烃类燃烧产物CO2和H2O 之比,推断烃的种类
(1)若生成的CO2和H2O 之比为1∶1,则此有机物的组成为CnH2n,该有机物可能为烯烃或环烷烃。
(2)若生成的CO2和H2O 之比小于1∶1,则此有机物的组成为CnH2n+2,该有机物为烷烃。
4.对混合烃,根据烃类燃烧产物CO2和H2O 之比,推断烃的平均分子式
如0.1 mol混合烃完全燃烧,生成0.12 mol CO2和0.2 mol H2O,根据原子守恒就可以确定该混合烃的平均分子式是C1.2H4,从而推断出该混合烃中一定含有甲烷。
二、推断烃的分子式
1.直接法
直接求算出1 mol烃中各元素原子的物质的量即可推出烃的分子式。如果给出一定条件下烃的密度(或相对密度)以及各元素的质量比,求算分子式的途径为密度(相对密度)→摩尔质量→1 mol烃中C、H元素原子的物质的量→分子式。
2.通式法
根据相对密度求出分子量或题中给出含氢原子数,共价键数可按如下求解:
(1)
(2)氢原子数y―→代入烃的通式―→分子式
(3)共价键数N―→如烷烃CnH2n+2的共价键数N=(n-1)+2n+2=3n+1―→求出n―→分子式
3.最简式法
根据分子式为最简式的整数倍,因此利用相对分子质量和最简式可确定分子式。即n(C)∶n(H)=∶=a∶b(最简整数比)。最简式为CaHb,则分子式为(CaHb)n,n=[Mr为烃的相对分子质量,(12a+b)为最简式的式量]。
4.化学方程式法
写出烃(CxHy)燃烧生成CO2和H2O的化学方程式:CxHy+O2xCO2+H2O,根据化学方程式,结合已知条件可计算烃的分子式。
还可以根据烃燃烧前后气体体积变化确定氢原子个数:
当温度高于100 ℃,ΔV=V前-V后=1-,则
(1)当ΔV=0时,y=4
(2)当ΔV>0时,y<4
(3)当ΔV<0时,y>4
5.平均分子式法
对混合烃的燃烧,可依据化学方程式法或原子个数守恒法求出碳、氢原子的平均个数,然后根据所给条件进一步求混合烃的各自分子式。
题型01 通式法判断烃的分子式
【典例01】10mL某气态烃在80mL氧气中完全燃烧后,恢复到原来状况(1.01×105Pa , 250C)时,测得气体体积为70mL,则此烃的分子式不可能是( )。
A.C3H4 B.C2H4 C.CH4 D.C2H6
【变式探究】某气态烃对空气的相对密度为2,在氧气中充分燃烧1.16 g这种烃,并将所得产物通过装有无水氯化钙的干燥管和装有碱石灰的干燥管,当称量这两个干燥管的质量时,它们依次增重1.8 g和3.52 g。这种烃的化学式是( )
A.C2H6 B.C4H10 C.C5H10 D.C5H12
题型02 利用平均分子式法判断混合烃的组成
【典例02】由两种气态烷烃组成的混合物,在标准状况下的密度为1.16 g·L-1,则关于该混合物组成的判断正确的是( )
A.一定有甲烷
B.一定有乙烷
C.一定是甲烷和乙烷的混合物
D.可能是乙烷和丙烷的混合物
【变式探究】有a mL三种气态烃的混合物与足量的氧气混合点燃爆炸后,恢复到原来状况(常温常压),体积共缩小2a mL,则这三种烃不可能是( )
A.CH4、C2H4、C3H4 B.C2H4、C3H8、C2H6
C.C2H2、C2H4、C3H6 D.C2H2、C2H6、C3H8
题型03 利用燃烧法测定有机化合物分子式
【典例03】燃烧法是测定有机化合物分子式的一种重要方法。完全燃烧0.1 mol某烃,燃烧产物依次通过如图所示的装置,实验结束后,称得甲装置增重3.6 g,乙装置增重4.4 g。
甲 乙
(1)甲瓶盛浓硫酸的作用是____________。
(2)乙瓶增重4.4 g为________的质量。
(3)该烃的分子式为________。
【变式探究】(1)完全燃烧0.1 mol某烃,燃烧产物依次通过浓硫酸、浓碱液,实验结束后,称得浓硫酸增重9 g,浓碱液增重17.6 g。该烃的分子式为________。
(2)某烃2.2 g,在O2中完全燃烧,生成6.6 g CO2和3.6 g H2O,在标准状况下其密度为1.964 3 g·L-1,其分子式为________。
(3)某烷烃的相对分子质量为128,该烷烃的分子式为________。
(4)在120 ℃和101 kPa的条件下,某气态烃和一定质量的氧气的混合气体,点燃完全反应后再恢复到原来的温度时,气体体积缩小,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
题型04 气态烃组成的混合气体图分析
【典例04】(24-25高二下·安徽安庆·期中)两种气态烃组成的混合气体完全燃烧后所得和的物质的量随混合烃总物质的量的变化如图所示,下列有关混合气体的说法正确的是
A.该混合气体中一定含有乙烯
B.该混合气体可以由甲烷和乙炔组成
C.若混合气体由和组成,则其体积比为1:3
D.在条件下,混合气体与氧气混合,总混合气体燃烧前后压强不变
【变式探究】(24-25高二下·湖北·期末)现有一种气态烷烃和一种气态烯烃,它们分子中的碳原子个数相等。将一定物质的量的混合气体在氧气中完全燃烧,混合气体的物质的量与生成的CO2气体和水蒸气的物质的量的变化关系如图所示。则该气体中烷烃和烯烃的物质的量之比为
A.1∶3 B.3∶1 C.2∶3 D.3∶2
题型05 利用平均分子量判断混合物的组成
【典例05】(24-25高二下·河南开封·期末)1L两种气态烃的混合物,完全燃烧生成和3.0L水蒸气(体积均在相同状况下测得),该混合物可能是
A.甲烷,乙烯 B.甲烷,丙烯 C.甲烷,丙烷 D.乙烷,丙烯
【变式探究】(24-25高二下·浙江宁波·期中)两种气态烃以物质的量1:1比例混合,105℃时,1L该混合烃与9LO2混合,充分燃烧后恢复到原状况,所得气体体积仍为10L。下列各组混合烃中不符合此条件的是
A.CH4、C2H4 B.C2H2、C3H8 C.C2H4、C3H4 D.C2H2、C3H6
题型06 利用生成物推断有机物组成
【典例06】(24-25高二下·河北唐山·期末)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
【变式探究】(24-25高二下·黑龙江大庆·期末)由两种烃组成的混合气体3L与足量的氧气充分反应后生成CO2 6L、H2O 7L(所有体积都在120℃测定),则这两种混合气体的可能组成是
A.C2H4、C2H2 B.CH4、C3H8
C.C2H4、C2H6 D.C2H6、C3H4
题型07 利用体积变化推断有物组成
【典例07】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,所得到气体体积是11L。下列各组混合烃符合此条件的是
A.C4H10、C3H6 B.C4H8、C3H8 C.C4H10、C2H4 D.CH4、C3H8
【变式探究】(24-25高二下·江西宜春·期末)两种气态烃以任意比例混合,在150℃条件下,1L该混合烃与9L氧气混合,充分燃烧后恢复到原状况,所得气体体积仍为10L,下列各组符合此条件的是
A.C2H2、C3H6 B.CH4、C3H6
C.C2H4、C3H6 D.CH4、C2H4
【巩固练】
1.(24-25高二下·浙江·期中)等质量的下列烃,燃烧时消耗最多的是
A. B. C. D.
2.(24-25高二下·天津·期中)下列各组中的两种物质,无论以何种比例混合,只要混合后总物质的量不变,则完全燃烧后生成的CO2量为一定值的是
A.乙烯和丙烷 B.乙炔和苯 C.乙烯和丁烯 D.丙烯和丙炔
3.(24-25高二下·河北衡水·期末)下列各组有机化合物中,不论两者以什么比例混合,只要总物质的量一定,则完全燃烧时生成水的质量和消耗氧气的质量不变的是
A.CH4O,C3H4O5 B.C3H6,C3H8O C.C3H8,C4H6 D.C2H6,C4H6O
4.(24-25高二上·甘肃武威·期末)等质量的下列有机物完全燃烧,消耗氧气的物质的量最大的是
A.C3H8 B.CH4 C.C2H6 D.C5H12
【答案】B
【解析】等质量的烃燃烧,含氢质量分数越大,则消耗量最大,烷烃中碳原子数越大,含氢质量分数越小,因此甲烷是含氢质量分数最大的烃,则消耗氧气的物质的量最大的是CH4,故B符合题意;故选B。
5.(24-25高一下·湖南郴州·期末)乙烷和丙烷的混合气体完全燃烧后, 产物通过浓硫酸, 浓硫酸增重 1.26g, 然后通过Na2O2,Na2O2增重 1.4g。 混合气体中乙烷和丙烷的体积比为
A.1∶1 B.2∶3 C.3∶2 D.3∶5
6.(24-25高二下·黑龙江黑河·期末)将2mL某气态饱和链烃与13mL氧气装入一密闭容器中点燃,测知重新得到的只是燃烧产物及过量的氧气,则该烃分子组成中碳、氢元素的质量比不可能是
A.3:1 B.4:1
C.9:2 D.24:5
7.(24-25高二下·甘肃兰州·期末)下列关于有机物的说法不正确的
A.某有机物在空气中完全燃烧只生成CO2和H2O,可知该有机物一定是烃
B.丁烷的一氯代物有4种
C.等质量的C2H4和C3H6完全燃烧,消耗的氧气的量相等
D.二氯甲烷只有一种结构,说明甲烷是正四面体结构
8.(24-25高二下·广东湛江·期末)燃烧法是测定有机物分子式的一种重要方法。完全燃烧0.2mol某烃后,测得生成0.8mol二氧化碳,生成18g水,则该烃的分子式为
A.C8H18 B.C4H10 C.C3H8 D.C2H6
9.(24-25高二上·云南保山·期中)在一密闭容器中充入一种气态烃和足量的氧气,用电火花点燃完拿燃烧后,容器内气体体积保持不变,若气体体积均在120℃和相同的压强下测定的,这种气态烃是
A. B. C. D.
10.充分燃烧某液态芳香烃X,并收集产生的全部水,恢复到室温时,得到水的质量跟原来芳香烃的质量相等。则X的分子式为
A.C10H10 B.C11H14 C.C12H18 D.C13H20
【强化练】
11.(24-25高二下·湖北·期中)1 mol 某烷烃在氧气中充分燃烧,需要消耗标准状况下的氧气 179.2 L,它在光照的条件下与氯气反应能生成三种不同的一氯取代物(不考虑立体异构),该烃的结构简式是
A.C(CH3)3CH2CH3 B.CH3CH2CH(CH3)2
C.CH3CH2CH2CH2CH3 D.C(CH3)4
12.两种气态烃以一定比例混合,在 105 ℃时1L该混合烃与9L O2混合,充分燃烧后恢复到原状态,所得气体仍为10L。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
13.(24-25高二上·江苏扬州·期中)两种气态烃组成的混合气体,完全燃烧后得到CO2和H2O的物质的量随着混合烃物质的量的变化如图所示。则下列对混合烃的判断正确的是
①一定有C2H4 ②一定有CH4 ③一定有C3H8 ④一定没有C2H6 ⑤可能有C2H2 ⑥可能有C3H4
A.只有②③ B.只有②④
C.只有②⑤⑥ D.只有②④⑥
14.(24-25高二上·山东·期末)25℃,101kPa时,乙炔(C2H2)、丙烷(C3H8)、丁烯(C4H8)组成的混合气体24mL与过量氧气混合并充分燃烧,用P2O5充分吸收生成的气体,恢复原来的温度和压强,气体总体积缩小了54mL,则原混合气体中乙炔的体积分数为
A.20% B.25% C.33.3% D.50%
15.(24-25高二下·吉林长春·期中)两种气态烃以任意比例混合,在105℃时1L该混合烃与10L氧气混合,充分燃烧后恢复到原状态,所得气体体积仍为11L。下列各组混合烃中符合此条件的是
A.、 B.、 C.、 D.、
16.(24-25高二下·四川成都·期末)105℃和 101 kPa 时,乙烷、乙炔(C2H2)和丙烯组成的混合烃 32 mL 与过量氧气混合并完全燃烧,恢复到原来的温度和压强,气体总体积不变。原混合烃中乙炔的体积分数为
A.12.5% B.25% C.50% D.75%
17.下列各组烃的混合物,只要总质量一定,按任意比例混合,完全燃烧后生成的和的物质的量均恒定的是
A.、 B.、 C.、 D.、
18.(24-25高二下·河南安阳·期末)在温度T(T>100)℃下,将0.1L混合烃与0.9L氧气混合,恒压条件下充分燃烧,当恢复至T℃时,气体的总体积增大10%,则该混合烃的组成可能为
A.V(甲烷)∶V(戊烷)=1∶2 B.V(甲烷)∶V(戊烯)=1∶2
C.V(乙烷)∶V(戊烯)=2∶1 D.V(乙烯)∶V(丙烷)=2∶1
19.(24-25高二下·江西宜春·期中)两种气态烃等物质的量混合,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.CH4、C2H4 B.C2H6、C2H4
C.C2H4、C3H4 D.C2H2、C3H6
20.(24-25高二下·广东肇庆·期末)amL三种气态烃与足量的氧气形成的混合物点燃爆炸后,恢复到原来的状态(150℃、)气体体积仍为amL,则三种烃可能是:
A.、、 B.、、
C.、、 D.、、
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