有机物有机物燃烧计算规律

第六节 有机物燃烧计算规律 【知识网络】 判断的内容 规律 特例 等体积的烃完全燃烧耗氧量多少的判断 烃分子式为CxHy时，（x+y/4）值越小，耗氧越少 等体积的烃完全燃烧，CH4耗氧量最少 等质量的烃完全燃烧耗氧量多少的判断 烃分子内含碳量越高（即CHy/x中y/x值小），耗氧越少 等质量的烃完全燃烧，CH4耗氧量最多 温度不变（高于100℃），气态烃完全燃烧，反应前后密闭容器内压强大小的判断 组成为CxHy的烃，当y<4时，反应后压强减小；当y=4时，反应后压强 不变；y>4时，反应后压强增大 乙炔燃烧后，密闭容器内的压强减小 含氧衍生物完全燃烧时，耗氧量多少的判断 组成为CxHy(H2O)n的物质，每摩耗氧（x+y/4）mol；组成为CxOy(H2O)n的物质，每摩耗氧（x-y/2）mol 组成符合CxHy(H2O)On的物质中CH2O每摩耗氧量最少；组成符合CxOy(H2O)n的物质中，乙二醛每摩耗氧最少 【易错指津】 1．注意审题，如温度是多少水是否是气态，气体的体积比是否是任意比等。 2．有些计算型选择题，有时还要验证有机物能否完全燃烧。 3．当A、B以任意比例混合，只要其总质量不变，完全燃烧产生的水量也不变，其组成不一定是最简式相同，而是A和B中的所含H的质量分数均相同。 【典型例题评析】 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.1 B.2 C.3 D.4 思路分析：设设烃的分子式为CxHy，其燃烧通式为：CxHy +（x+y/4）O2→xCO2+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 xmol y/2mol (1-y/4)mol 根据题中指出的温度（120℃）和压强时体积不变，由阿伏加德罗定律得：Δn = (1-y/4)=0。则y=4。即碳原子数分别是1、2、3的CH4、C2H4、C3H4，在完全燃烧时，都符合题中给定的条件。由选项知只能为D。在分析此题时，还可根据该烃完全燃烧时，题中给出该气态烃的体积和氧气的体积比为1:4，即可确定烃的碳原子数不可能是4；因为烃燃烧时仅4个碳原子就要消耗4个O2而生成4个CO2。然后再判断分子中碳原子个数小于4的烃燃烧时的情况。最后都可确定题中烃的分子式中所含碳原子不可能是4。 答案：D 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。 例2 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，所得气体体积仍是10L，下列各组混合烃中不符合此条件的是（1997年全国高考题） A.CH4 C2H4 B.CH4 C3H6 C.C2H4 C3H4 D.C2H2 C3H6 思路分析：由上题知：反应前后气体体积不变，则混合烃的每种分子中H原子数均为4。只有A、C符合。 答案：B、D 方法要领：注意审题“两种气态烃以任意比例混合” 例3 mmolC2H2跟nmolH2在密闭容器中反应，当其达到平衡时，生成pmolC2H4。将平衡混合气体完全燃烧生成CO2和H2O，所需氧气的物质的量是（1996年上海高考题） A.(3m+n)mol B.(5/2m+n/2-3p)mol C.(3m+n+2p)mol D.(5/2m+n/2)mol 思路分析：mmolC2H2和nmolH2共含有碳原子2mmol，H原子（2m+2n）mol。 C+ O2 → CO2 4H + O2 → 2H2O 2m 2m 2m+2n m/2+n/2 共需氧气是：2m+m/2+n/2=5/2m+n/2 答案：D 方法要领：此计算题考查考生能否看出碳氢化合物燃烧时碳、氢原子结合，氢、氧原子结合规律，从而推算出所需氧气的物质的量。此题所给的“p mol C2H4”这个量是迷惑数据。根据守恒可知仍是原m mol C2H2、n mol H2分别与O2结合生成CO2和H2O。每1mol碳原子结合2mol氧原子生成CO2，每2mol氢原子结合1mol氧原子生成1molH2O。因m mol C2H2与n mol H2共有碳原子2m mol，氢原子2(m+n) mol，直接可计算出共需O2（5/2m+n/2）mol。 例4 将一定量有机物充分燃烧后的产物通入足量石灰水中完全吸收,经过滤得到沉淀20g,滤液质量比原石灰水减少5.8g。该有机物可能是(1996年上海高考题). A.乙烯 B.乙二醇 C.乙醇 D.甲酸甲酯 思路分析：沉淀20g为CaCO3，则有机物中含C原子为0.2mol，由质量守恒得：m(CO2)+m(H2O)-m(CaCO3)=5.8g，44g/mol×0.2mol+m(H2O)-20g=5.8g，m(H2O)=4.5g，n(H2O)=0.3mol。所以有机物中n(C):n(H)= 0.2mol:(0.3mol×2)=2:6。对照选项为乙醇和乙二醇。 答案：B、C 方法要领：选项中有机物均含2个C原子，因此解题关键是求出有机物中C和H原子个数比。 例5 一定量的乙醇在氧气不足的情况下燃烧，得到CO、CO2和水的质量为27.6g，若其中水的质量为10.8g，则CO的质量是（1997年全国高考题） A.1.4g B.2.2g C.4.4g D.在2.2g和4.4g之间 思路分析：本题考查乙醇的可燃性和有关反应的计算能力，重点培养学生的应变能力以及思维的敏捷性和整体性。 此题不知多少乙醇，也不知消耗多少O2，但可从H2O的量推算出乙醇的量，再求出CO2和CO的总量，从中得出CO的量： n(H2O)=10.8g/18g/mol=0.6mol，则乙醇中含n(H)= 0.6mol×2=1.2mol，n(C2H5OH)=1.2mol/6=0.2mol，n(C)=0.2mol×2=0.4mol。又m(CO2+CO)=27.6g-10.8g=16.8g，CO2和CO混合气体的平均式量为：16.8/0.4=42，由十字交叉法可得CO的物质的量分数为1/8，则CO物质的量为：0.4mol×1/8=0.05mol，m(CO)=0.05mol×28g/mol=1.4g。 答案：A 方法要领：本题由不完全燃烧的产物定量计算，考查考生对有机物燃烧性质的理解程度。当氧气量不足时，有机物分解出的C原子和H原子，更易氧化的是H，生成了H2O，所以不存在C氧化完全而H氧化不完全的问题。很多情况下，烃或其衍生物燃烧不完全时，除生成CO，甚至有C单质的生成（冒黑烟）。要注意培养巧解、巧算等计算能力。在解题过程中，由于学生对乙醇不完全燃烧比较陌生，往往无意中多加一个n(CO2):n(CO)=1:1的条件，写出化学方程式进行计算将导致错误。 一题多解：解法二 n(H2O)= 0.6mol，由H原子守恒有：n(C2H5OH)= n(H2O)/3= 0.6mol/3=0.2mol，由C原子守恒有：n(CO2+CO)=0.2mol×2=0.4mol，碳的氧化物总质量为：m(CO2+CO)=27.6g-10.8g=16.8g，设CO和CO2的物质的量分别为x、y x+y=0.4mol（C原子守恒） x=0.05mol 解得： 28x+44y=16.8g y=0.35mol m(CO)=0.05mol×28g/mol=1.4g。 解法三：燃烧生成CO和CO2的总质量为27.6g-10.8g=16.8g。 可将乙醇的燃烧分为两部分讨论，一部分乙醇发生完全燃烧，生成CO2和H2O；另一部分发生不完全燃烧，生成CO和H2O。 设乙醇燃烧生成CO的质量为x，生成CO的同时生成水的质量为y，则有： C2H5OH+2O2→2CO+3H2O C2H5OH+3O2→2CO2+3H2O 56 54 88 54 x y 16.8g-x 10.8g-y 56/x=54/y 88/( 16.8g-x)=54/(10.8g-y) 解得：x=1.4g。 解法四：n(H2O)= 0.6mol，n(C2H5OH)= 0.2mol。 假设0.2mol C2H5OH完全燃烧时，生成CO2和H2O的总质量为x。 C2H5OH + 3O2→2CO2+3H2O 46 88+54 0.2mol×46g/mol x 46/(0.2mol×46g/mol)=(88+54)/x，x=28.4g 因生成物总质量为27.6g，两者之差为28.4g-27.6g=0.8g。 CO2与CO在组成上相差一个氧原子，此质量之差即为氧原子的质量之差，其物质的量就是CO的物质的量。 n(CO)=0.8g÷16g/mol=0.05mol，m(CO)=28g/mol×0.05mol=1.4g。 例6 有机化合物A、B分子式不同,它们只可能含碳、氢、氧元素中的两种或三种.如果将A、B不论以何种比例混和,只要其物质的量之和不变,完全燃烧时所消耗的氧气和生成的水的物质的量也不变.那么,A、B组成必须满足的条件是 .若A是甲烷,则符合上述条件的化合物B中,分子量最小的是(写出分子式) ,并写出分子量最小的含有甲基(-CH3)的B的2种同分异构体的结构简式。（1995年全国高考题） 思路分析：本题的题意可划分为三块来分析： 解决本题所依据的基础知识是：烃或烃的含氧衍生物完全燃烧时：①消耗O2的量与组成中的C、H、O原子数有关；②生成H2O的量只与组成中的H原子数有关。 现题目的满足条件之一是生成H2O的量保持不变，可推断出A、B中含H原子数相同。题目的满足条件之二是消耗O2的量不变。如果B比A的组成中多一个C原子，必然会消耗二个O原子，现在消耗O2的量不变，那么与增加的C原子结合的O原子从何而来呢？——这只有从烃的组成中找：B增加一个C原子的同时必须增加二个O原子，这就是解题的关键！如B的组成中多二个C原子、三个C原子直到n个C原子的情况，就可以得出一个适应范围更广的一般性结论：A、B的组成中，含H原子数相同，且相差点(CO2)n，其中n为正整数。 答案：A、B的分子式中氢原子数相同,且相差n个碳原子,同时相差2n个氧原子(n为正整数)（注：仅答氢原子相等给1分；碳、氧原子数必须都答对给2分，没体现出改变的碳、氧原子数之比为1:2，不给分）。C2H4O2，CH3COOH，HCOOCH3。 一题多解：含碳、氢元素的有机物无论是否含氧，在空气中完全燃烧生成CO2和H2O，由于A、B物质的量之和不变，生成水的物质的量不变，这一信息说明A、B两物质分子式中H原子数相等。用数学方法证明C、H原子数关系会使解题简捷明快。 设A、B分子式分别为CxHyOz、CnHyOm， 据CxHyOz+(x+y/2-z/2)O2→xCO2+y/2H2O CnHyOm+(n+y/2-m/2)O2→nCO2+y/2H2O 由完全燃烧耗氧量相同可知： x-(z/2)= n-(m/2) x-n=(z-m)/2 即A、B两分子每相差1个碳原子，必同时相差2个氧原子，则相差n个碳原子必同时相差2n个氧原子。 例7 取3.40ɡ只含羟基、不含其它官能团的液态饱和多元醇，置于5.00L的氧气中，经点燃，醇完全燃烧。反应后气体体积减少0.560L，将气体经CaO吸收，体积又减少2.8L(所有体积均在标况下测定)。 则：3.40ɡ醇中C、H、O的物质的量分别为:C____； H______； O_______；该醇中C、H、O的原子个数之比为___________。(1995高考化学试测题) 思路分析：设3.40ɡ醇中含H、O原子的物质的量分别为x和y 则: x+16y=3.40 ɡ - 2.80L÷22.4L.mol-1×12ɡ.mol-1 …………方程① x/4 –y/2 =0.560L/22.4L·mol-1 …………方程② ⑴、⑵联解可得:x=0.300mol y=0.100mol 进而求得原子个数比。 答案：C：0.125 mol、H：0.300 mol、O：0.100 mol；该醇中C、H、O的原子个数之比为 5∶12∶4。 方法要领：本题给出的数据是发生燃烧反应的醇的质量和三种情况下气体的体积。必须在正确理解题文给出信息的含义后，经过多步运算才能求得醇分子中各原子数之比。本题考查了考生思维敏捷性、灵活性。解题时注意分析，醇和氧混合后燃烧，该反应示意式为：醇+O2→CO2+H2O，醇和H2O都呈液态，醇中C原子燃烧生成CO2所耗用的O2的体积应该跟生成的CO2体积相等。题文中反应后气体体积的减少，说明了5.00LO2中除了用于生成CO2外，还有0.56L用于生成H2O。但要注意到生成的H2O中还有部分氧原子来自醇分子，所以不能根据0.56LO2来计算生成H2O的量。这一步若没有考虑 到，则后面全盘皆错。给出的另一信息是“将气体经CaO吸收，体积又减少2.8L”，这就暗示了燃烧后生成的CO2体积（因H2O呈液态，其体积可以不予考虑），据此可以算出CO2的物质的量：2.8L÷22.4L/mol=0.125mol。参加反应的O2的体积为：0.56L+2.8L=3.36L。质量为4.8g，根据质量守恒推出H2O的质量为2.7g，将3.4g醇质量去除碳元素、氢元素质量则为氧元素质量，求得醇中C、H、O原子个数比为5:12:4，该醇最简式为C5H12O4，此式中H原子已经饱和，所以它本身就是分子式。 一题多解：（1）3.4g醇中：n(C)=2.8L/22.4L/mol=0.125mol 参加反应的O2为：[（0.56L+2.8L）/22.4L/mol]×32g/mol=4.8g 3.4g醇中：n(H)=2×(2.7g/18g/mol)=0.3mol n(O)=(3.4g-0.125mol×12g/mol-0.3mol×1g/mol)/16g/mol=0.1mol n(C):n(H):n(O)=0.125:0.3:0.1=5:12:4 （2）C5H12O4；最简式中H原子已经饱和，所以它本身就是分子式。 例8 石油及其分馏产物在供氧不足时燃烧，常常产生CO，这也是常见的大气污染物之一。将某气态烃在5倍体积的纯氧中燃烧，产物通过足量Na2O2并在电火花连续作用下充分反应，生成的气体体积缩小到燃烧后产物体积的3/8（气体体积都在100℃以上，1.01×105Pa时测定）（1998年上海高考题） （1） 试写出通式为CXHY的某烃在供氧不足时燃烧的化学方程式 （CO2的系数设定为m） （2） 当m=2时，求该烃的分子式。 （3）若1摩某气态烃在供氧不足时燃烧，产物在足量Na2O2的电火花连续作用下产生3mol氧气，且固体Na2O2增重范围为90g≤△W≤118g，求烃可能的分子式和燃烧产物CO与CO2的物质的量之比，将结果填入下表 烃的分子式 n(CO)/n(CO2) 思路分析：CxHy+(x./2+y/4+m/2)O2→mCO2+ y/2H2O+(x-m)CO Na2O2 m/2O2 y/4 O2 0 x/2+y/4+1=5 当m=2时 解得：x=4 y=8 故该烃为C4H8 （3）固体质量总增重 Δm=Δm(CO2)+Δm(H2O)+Δm(CO)=28m+y+28(x-m)=28x+y ①根据Na2O2增重90≤28x+y≤118，讨论得气态烃中：x=3时，y≥6；x=4时，y≤6 此条件下合理的答案有：C4H6、C4H4、C3H8、C3H6 ②根据燃烧产物通过足量Na2O2产物O2是3 mol：(m+y/2)/2=3。 因为x>m，所以x>(6-x/2)，讨论得气态烃中：x=3时，y>6，x=4时，y>4 。 根据①、②条件需同时满足，从而否定C4H4，否定C3H6 所以该混合烃可能为C3H8与C4H6 再根据（m+y/2）/2=3。y=8时，m=2，故m(CO)/n(CO2)=1/2；y=6时，m=3，故m(CO)/n(CO2)=1/3。 答案：（1）CXHY +（X/2+Y/4+m/2）O2→m CO2+Y/2 H2O+（X-m）CO2 （2）m=2时，该烃为C4H8 （3）C3H8 1/2 C4H6​ 1/3 方法要领：根据烃的不完全燃烧产物通过足量Na2O2和电火花连续作用下产生了3mol氧气，可见[n(CO2)+n(H2O)]/2=3，即(m+y/2)/2=3。因为是不完全燃烧，还有CO，所以x>m，则x>(6-y/2)。又根据Na2O2增重在90g～118g之间，所以ΔW(CO)+ΔW(CO2-O)+ΔW(H2O-O)=28x+Y。90≤28x+y≤118。再推理解得烃为C3H8与C4H6。考查了学生严密的逻辑推理能力。 已知条件 ΔA、B分子式不同， 但都含C、H或O； ΔA、B以任意比混合 ，且物质的量之和 不变 满足条件 将A、B的混合 物完全燃烧时， Δ消耗O2的量不变； Δ生成的H2O的量 也不变。 求解方向 B的 组成必须 满足的条 件。 PAGE 5 _1071686728.unknown