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鲁科化学·选择性必修3
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微专题二 烃的燃烧规律及有关计算
[专题精讲]
1.烃燃烧的有关规律
CxHy+(x+eq \f(y,4))O2eq \o(――→,\s\up17(点燃))xCO2+eq \f(y,2)H2O
(1)烃燃烧时的现象
烃燃烧时,火焰的明亮程度以及是否有黑烟与含碳量有关,烃中碳元素的质量分数越大,燃烧时火焰越明亮,黑烟越浓。
(2)烃完全燃烧时的耗氧量
①当烃的物质的量相同时,(x+eq \f(y,4))越大,耗氧量越大。
②C~O2~CO2,4H~O2~2H2O
12 g 1 mol 4 g 1 mol
当烃的质量相同时,eq \f(y,x)越大,耗氧量越大(最简式相同的烃,无论以何种比例混合,耗氧量都相同)。
(3)气态烃燃烧时气体体积的变化
①若温度大于100 ℃,即H2O为气态,则(1+x+eq \f(y,4))可当作参加反应的气体体积,(x+eq \f(y,2))可当作生成的气体体积,故体积变化ΔV=1-eq \f(y,4),则当
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(y=4时,ΔV=0,即反应前后气体体积不变。,y>4时,ΔV<0,即反应后气体体积增大。,y<4时,ΔV>0,即反应后气体体积减小。))
②若温度小于100 ℃,即H2O呈非气态,则反应前后气体体积的变化量ΔV=1+x+eq \f(y,4)-x=1+eq \f(y,4),即气体体积在反应后总是减小的。
2.平均值法确定混合物的组成
(1)eq \o(M,\s\up6(-))req \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(①对于任何烃混合物,\o(M,\s\up6(-))r在16~26之间,,一定含CH4,②对于任何烯烃混合物,\o(M,\s\up6(-))r在28~42之间,,一定含C2H4,③对于任何炔烃混合物,\o(M,\s\up6(-))r在26~40之间,,一定含C2H2))
(2)平均分子式CxHy中x<2时,烃中一定含CH4。
[典例示范]
1.25°C时,10 mL某气态烃和50 mL氧气混合,完全燃烧后恢复到原来的温度和压强,体积变为35 mL,则该烃可能为( )
A.CH4
B.C2H4
C.C3H6
D.C4H6
解析:C [设该气态烃分子式为CxHy,
CxHy+(x+eq \f(y,4))O2eq \o(――→,\s\up17(点燃))xCO2+eq \f(y,2)H2O(l) ΔV(减小)
1 x+eq \f(y,4) x 1+eq \f(y,4)
10 mL V mL(耗氧) 10 mL+50 mL-
35 mL=25 mL
得10(1+eq \f(y,4)) mL=25 mL,解得y=6。烃完全燃烧,则V(耗氧)=10(x+eq \f(y,4)) mL≤50 mL,x≤3.5,所以该气态烃可能是C2H6或C3H6。]
2. (双选)在120°C、1.01×105 Pa时,将3 L炔烃和烷烃的混合气体与相同状况下的14 L O2混合,充分燃烧后,恢复到原来状态时,所得气体的体积是17 L。则该混合气体可能是下列各组中的( )
A.C2H4和C2H6
B.C3H4和CH4
C.C2H2和C2H6
D.C4H6和C2H6
解析:BC [设混合烃的平均分子组成为CxHy,温度为120°C,则生成物中的水呈气态,烃完全燃烧反应的化学方程式为
CxHy+(x+eq \f(y,4))O2eq \o(――→,\s\up17(点燃))xCO2+eq \f(y,2)H2O(g) ΔV
1 x+eq \f(y,4) x eq \f(y,2) eq \f(y,4)-1
因为反应前后气体的体积没有发生变化(均为17 L),所以eq \f(y,4)-1=0,y=4,说明混合烃分子中氢原子数的平均值为4,则A、D两项均不符合题意。]
[专题精炼]
1.25 °C某气态烃与O2混合,在密闭容器中点燃爆炸后又恢复至25 °C,此时容器内压强为原来的一半,再经NaOH溶液处理,容器内几乎成为真空。该烃的分子式可能为( )
A.C2H4
B.C2H6
C.C3H6
D.C4H8
解析:A [设该烃的分子式为CxHy,则CxHy+(x+eq \f(y,4))O2eq \o(――→,\s\up17(点燃))xCO2+eq \f(y,2)H2O,
由题意可知,烃和O2的物质的量之和应为CO2的物质的量的2倍,即1+(x+eq \f(y,4))=2x,
解得x=1+eq \f(y,4)。
讨论:当y=4时,x=2;当y=6时,x=2.5,不符合题意;当y=8时,x=3,故正确答案为A。]
2.一种气态烷烃和一种气态烯烃组成的混合物共0.1 mol,完全燃烧得0.16 mol二氧化碳和3.6 g水。下列说法正确的是( )
A.一定有甲烷
B.一定是甲烷和乙烯
C.可能有乙烷
D.一定有乙炔
解析:A [3.6 g水的物质的量为0.2 mol,则0.1 mol混合物中含0.4 mol H和0.16 mol C,混合烃的平均分子式为C1.6H4。则该混合烃中一定含有甲烷,可能含有乙烯,不可能含有乙烷和乙炔,综上分析,A项正确。]
3.(双选)下列说法正确的是( )
A.某有机物燃烧只生成CO2和H2O,二者物质的量相等,此有机物的组成为CnH2n或CnH2nOx
B.相同物质的量的烃,完全燃烧,生成的CO2越多,说明烃中的碳元素的含量越大
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°C),则y=4;若体积减小,则y>4,反之,则y<4
D.一定条件,完全燃烧14 g含氧质量分数为a的乙烯、乙醛混合气体,生成水的质量为18(1-a) g
解析:AD [某有机物燃烧只生成CO2和H2O,二者物质的量相等,此有机物的组成为CnH2n或CnH2nOx,故A正确;相同物质的量的烃,完全燃烧,生成的CO2越多,说明烃分子中的碳原子的数目大,但含量不一定大,故B错误;燃烧的化学方程式为CxHy+(x+eq \f(y,4))O2eq \o(――→,\s\up17(点燃))xCO2+eq \f(y,2)H2O,如果反应前后气体体积不变(温度>100°C),则1+x+eq \f(y,4)=x+eq \f(y,2),y=4;若体积减小,则1+x+eq \f(y,4)>x+eq \f(y,2),y<4;反之,则y>4,故C错误;C、H元素质量分数之和=1-a,故H元素质量分数=(1-a)×eq \f(1,1+6)=eq \f(1-a,7),生成水的质量为14 g×eq \f(1-a,7)×eq \f(1,2)×18=18(1-a)g,故D正确。]
4.两种气态烃组成的混合气体完全燃烧后所得到CO2和H2O的物质的量随混合烃总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( )
①一定有乙烯 ②一定有甲烷 ③一定有丙烷 ④一定没有乙烷 ⑤可能有甲烷 ⑥可能有乙炔
A.②⑤⑥
B.②⑥
C.②④
D.②③
解析:C [由题给图示可知n(混合烃)∶n(CO2)∶n(H2O)=1∶1.6∶2,所以n(混合烃)∶n(C)∶n(H)=1∶1.6∶4,所给混合气体的平均组成为C1.6H4,则一定含有CH4,另一种烃应为CxH4,即一定没有乙烷、丙烷和乙炔。]
5.0.2 mol某烃A在氧气中充分燃烧后,生成化合物B、C各1.2 mol。试回答:
(1)烃A的分子式为 ____________ 。
(2)若取一定量的烃A完全燃烧后,生成B、C各3 mol,则有 ________ g烃A参加了反应,燃烧时消耗标准状况下的氧气 ________ L。
(3)若烃A不能使溴水褪色,但在一定条件下,能与氯气发生取代反应,其一氯代物只有一种,则烃A的结构简式为 ____________ 。
(4)若烃A能使溴水褪色,在催化剂作用下,与H2加成,其加成产物经测定分子中含有4个甲基,则烃A可能的结构简式为 ________________________ 。
解析:(1)n(A)∶n(C)∶n(H)=0.2 mol∶1.2 mol∶(1.2 mol×2)=1∶6∶12,则烃A的分子式为C6H12。
(2)生成CO2、H2O各3 mol,则消耗A为0.5 mol,0.5 mol×84 g·mol-1=42 g,消耗O2的体积4.5 mol×22.4 L·mol-1=100.8 L。
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