有机物燃烧的计算专题

有机物燃烧的计算专题
授课：刘丰 日期：04.13
【知识总结及例题】
一、利用有机物燃烧反应的方程式进行计算 有关化学方程式
烷烃＋
＋＋烯烃或环烷烃＋点燃
点燃
C H O nCO (n 1)H O C H +
3n 2
O CO nH O
n 2n +2222n 2n 222312
n +−→−−−→−−
炔烃或二烯烃＋＋
－点燃
C H O nCO (n 1)H O
n 2n 2222--−→−−312
n
苯及苯的同系物＋＋
－点燃
C H O nCO (n 3)H O
n 2n 6222--−→−−332
n
饱和一元醇＋＋饱和一元醛或酮＋
＋点燃
点燃
C H O +
3n 2
nCO (n 1)H O C H O O nCO nH O
n 2n +222n 2n 222O n 2312
−→−−-−→−−
饱和一元羧酸或酯＋＋
点燃
C H O O nCO nH O
n 2n 2222322
n -−→−−
饱和二元醇＋＋
＋点燃
C H O O nCO (n 1)H O
n 2n +22222312n -−→−−
饱和三元醇＋＋
＋点燃
C H O O nCO (n 1)H O
n 2n +23222322
n -−→−−
由上可知，相同碳原子数的烯烃(环烷烃)与一元饱和醇完全燃烧时，耗氧量相同(把
C H O C H H O n 2n +2n 2n 2看成·：相同碳原子数的炔烃(二烯烃)与醛(酮)及饱和二元醇完全燃烧时，耗氧量相同(醛：C H O C H H O n 2n n 2n 22→·-饱和二元醇：C H O C H 2H O n 2n +22n 2n 22→·-)；相同碳原子数的羧酸(酯)与三元醇完全燃烧，耗氧量相同(羧酸：C H O n 2n 2→C H 2H O n 2n 42-·饱和三元醇：C H O C H 3H O n 2n 23n 2n 22+-→·)
例1：某有机物C H O O n x y 2完全燃烧时需的物质的量是该有机物的n 倍，生成CO H O 22和物质的量相等，则n ，x ，y 的关系是
A ．n ＝
x 2
＝y
B ．n ＝2x ＝y
C ．n ＝x ＝2y
D ．1
2n ＝x ＝y
解析：由题意可得H 的角标即x ＝2n(CO H O 22与的物质的量相等)将化学式
C H O C H yH O n 2n y n 2n 2y 2变为·-，则有
C H O C H yH O (n )O n 2n y n 2n 2y 22～·～＋
--224
n y
所以有n ＋
n y -2
＝n 即y ＝n 即选(A)
例2：某烃C H 1mol x y 完全燃烧时，耗去氧气5mol ，则x 、y 之和为 A ．5 B ．7 C ．9 D ．11
解析：烃C H x y 完全燃烧的化学方程式：
C H (x )O xCO H O
x y 2
22＋＋
＋
点燃
y y 42
−→
−−−
所以可得x ＋y 4＝5x 、y 都为正整数，所以y 必为4的倍数
讨论
y ＝4 则x ＝4 和为8，选项中无此答案． y ＝8 则x ＝3 C H 38已为饱和烷烃． y ＝12 则x ＝2 不可能． 即选(D)
二、烃完全燃烧时，燃烧前后气体的总体积(总压强)相对大小的比较 1．温度低于100℃(即水为液态)
设烃的分子式为C H x y ，则该烃完全燃烧时的反应方程式为
C H (x )O xCO 2
H O () n
1 x +
y 4
x y 222＋＋
＋液△点燃
y y x
x y x y 414
14
−→
−−−++
-=+
可见烃完全燃烧前后气体的总体积(总压强)的变化与碳的原子个数无关，只与H 原子个数有关且当温度低于100℃时，气体的总体积减少．
例1：20℃时，某气态烃与氧气混合装入密闭容器中，点燃爆炸后回到原温度，此时容器内气体的压强为反应前的一半，经氢氧化钠溶液吸收后，容器内几乎成真空，此烃可能是
A CH
B
C H C C H
D C H 4263824
．．．．
解析：由题意可得 烃与氧气恰好完全反应(反应后的气体经氢氧化钠溶液吸收后，容器内几乎成真空，即剩余气体为CO 2(此时水为液态))已知反应为：
C H (x )O xCO H O x y 2
22＋＋
＋
，
点燃
y y 42
−→
−−−
又知反应后压强为反应前压强的一半，即有x (1x )
＝＋＋
12
4y
即：x 1＝＋
y 4
而x ，y 必为正整数，所以y 必须为4的倍数．
讨论当＝＝当＝＝已为饱和烷烃
y 4 x 2 C H y 8 x 3 C H 24
38
选(C)(D)
例2：10mL 某种气态烃，在50mL 氧气里充分燃烧，得到液态水和体积为35mL 的混合气体(上述气体的体积均在同状况时测定)，则该气态烃可能是
A ．甲烷
B ．乙烷
C ．丙烷
D ．丙烯
解析：烃充分燃烧说明烃肯定反应完了，氧气可能有剩余，用体积差量法计算，又知水为液态，则有：
C H (x )O xCO 2
H O () V
1 x +y 4
10503525
x y 222＋＋
＋液△＝点燃
y y x
y 414
10
−→
−−−+
+-
110
14
25
6=
+=y
y
所以选(B)(D)
2．温度高于100℃(即水为气态)
烃完全燃烧的化学方程式，设烃为C H x y
C H (x )O xCO 2
H O () n 1
x +
y 4x y 2
22＋＋＋气△点燃
y y x
y 42
−→
−−−
当反应前后气体总体积(总压强)保持不变时：
1x x y 4
＋＋
＝＋
即＝y y 42
当反应后气体总体积(总压强)增大时：
1x x y 4
＋＋
＜＋
即＞y y 42
当反应后气体总体积(总压强)减少时：
1x x y 4
＋＋
＞＋
即＜y y 42
例3：在101.3kPa 、473k 条件下，十一烷以及分子中碳原子数比它小的烷烃均为气态．以
下变化中，最初与最终均维持这种条件．
A 、
B 、
C 三种烷烃(气)分子中碳原子依次增加相同的个数，取等体积的三种气体，分别跟30mL O 2(过量)混合引燃，充分反应后发现：原A 与O 2反应前后总体积不变；原B 与O 2反应前后气体总体积增加了4mL ；原C 与O 2反应后气体总体积为反应前的1.25倍．试计算： (1)A 的化学式(即分子式)及相对分子质量．
(2)原任意一种烷烃的体积及B 、C 的化学式．
解析：A 、B 、C 均为烷烃，进行归纳推理可知，它们的分子组成均符合通式C H n 2n 2+；它们又均属于烃，而烃(C H )x y 燃烧时，均按下式进行反应：
C H (x )O xCO H O
x y 2
22＋＋
＋
点燃
y y 42
−→
−−−
运用此关系，结合提示信息，即可求出A 、B 、C 各烃的化学式及体积． 解答：
烃C H x y 燃烧的化学方程式为：
C H (x )O xC O H O ()x y 2
22＋＋
＋
气点燃
y y 42
−→
−−−
则气体总体积变化与原烃体积之比为：
△烃
V V
y =
-4
1
(1) 根据：
△烃
V V
y =
-4
1 已知△V ＝0，可得y ＝4
则A 为甲烷，化学式为CH 4
(2)设B 为C H C C H n +12n +42n 14n 4则为++(A 、B 、C 的C 原子数依次增加n 个)设B 、C 体积各为V(mL)
根据
△烃
V V
y =
-4
1
由：由：×B C 4244
130********V n V n =+-+=+-⎧
⎨
⎪⎪⎩
⎪⎪(). 解得＝＝V 2
n 4⎧⎨⎩ 则为为、、体积均为．B C H C C H A B C 2mL 512
920
⎧⎨
⎩
启示：此题中，由归纳推理，得出结论：凡烃充分燃烧，则气体总体积(生成水为气态)与原烃体积之比为
y 4
-1；再进行演绎推理，将
△烃
V V
y =
-4
1这一般性的知识，用于推算出A 、
B 、
C 各烃的体积和化学式．
归纳是从个别性的前提推出一般性的结论的方法；演绎是从一般性的前提推出个别性的结论的方法．两者的统一即是辨证逻辑的一种基本方法．此题后半部分解法中综合进行了归纳与演绎．
三、有关有机混合物燃烧的计算
(一)总质量一定时，有机物不论以何种比例混合 1．生成CO 2的量总为恒量：
最简式相同
最简式不同，但含％相同
C ⎧⎨
⎩ 如：与C H C H O n 2n +2m 2m
必须有
121222
1212216
n n n m
m m ++=
++
则：m ＝8n
又：与C H C H O n 2n +2m 2m +2
必须有
121222
1212216
n n n m
m m ++=
++
则：m ＝9n
2．生成H O 2的量总为恒量：
最简式相同
最简式不同，但含％相同H ⎧⎨
⎩
如：与在－＝时与，在－＝时
C H O N C H O 5m 4n 2C H O N C H O 5m 4n 1n 2n +12m 2m 2n 2n +12m 2m
3．耗氧量总为恒量：最简式相同
(二)总物质的量一定时，有机物不论以何种比例混合
1．生成的CO 2量总为恒量：两有机物分子中碳原子数相同
2．耗氧量总为恒量： 烃：根据耗氧量关系C O 4H O 22～、～，比较C 、H 个数可将4H 折成1C 或1C 折成4H ．如：C H C H C H 61278612与将中折成
1C ，式子变为“C H 78”．所以类似C H C H 61278与的混合烃，只要总物质的量不变，耗氧量就不变．
烃的含氧衍生物：可以把其中的氧按H O CO 22或形式脱出．若两有机物中含C 个数相同，则每相差2n 个氢原子时，必须同时相差n 个氧原子(n 为正整数)；若两有机物中含H 个数相同，则每相差n 个碳原子时，必须同时相差2n 个氧原子(n 为正整数)
例1：A 、B 两种有机物组成的混合物，当混合物总质量一定时，无论A 、B 以何种比例混合，完全燃烧后，生成CO 2的质量为定值，则符合这一条件的有机物组合是
A ．甲醇(CH OH)3和乙二醇
B ．乙醛和乙酸乙酯(CH CH O )(CH CO O CH CH )3323
C ．CH 4和
D ．
解析：因为混合物总质量一定，要生成CO 2的量一定则必须在A 、B 中含C ％相同(或最简式相同)
A ．甲醇CH O C H O 4262与乙二醇最简式不同含C ％分别为：1232
2462
1231
= 不相等
B ．乙醛
C H O C H O (C H O )24482242与乙酸乙酯即最简式相同 C ．CH C H O 41082与最简式不同含C ％：
1216120160
1216
=含C ％相等
D ．C H C H O 6666与最简式不同，含C ％也不等 所以选(B)(C)
例2：下列各组有机物，不管它们以何种比例混合，只要物质的量一定，则在完全燃烧时消耗的氧气为一恒量的是
A C H C H
B
C H C H 463851066
．和．和
C C H O C H O
D C H C H O
262423638．和．和
解析：混合物总物质的量一定，各组分物质的量发生变化时，不影响耗氧量的变化，此种情况表明每种组分物质的量相同时，耗氧量一定相同．根据耗氧量的关系：C O 2～、
4H O 2
～，分别算出每组中烃的耗氧量，或将C ～4H 对应关系分别视情况折合，如(A)中将
C H 46中
1C 折成4H ，则式子变为“”与C H C H 31038不同，不符合题意．(B)将C H 510中4H 折
成1C ，则式子变为“C H 66”，所以(B)必符合题意，对于烃的含氧衍生物可以把其中的氧按
H O CO 22或形式脱出，看其余部分耗氧量．如(C)C H O C H H O C H O 26242242
看成·、看成
C 2H O C H C 22242·，再分析“”与“”
部分耗氧量情况，显然不符合题意．(D)将
C H O C H H O C H 3836236看成·则与耗氧量相同，符合题意．本题的关键在于会“转化”，灵
活运用基本知识．
答案为：(B)(D)
四、相同量的有机物完全燃烧，在相同条件下相关量的比较 (一)物质的量相同时：
C H (x )O xCO H O
x y 222＋＋
＋
点燃
y y 42
−→
−−−
C H O (x )O xC O H O
x y z 222＋＋
＋
点燃
y z y 4
2
2-
−→
−−−
产生的量由化学式中的碳原子数决定产生的量由化学式中的氢原子数决定耗氧量可根据＋－的值来比较或将氧按或
形式脱出，耗氧量再看剩余部分
CO x H O y (x )CO H O 2222y y
42
⎧⎨⎪
⎪⎪
⎩⎪⎪⎪ (二)质量相同时：
1．最简式相同，则燃烧产生CO H O 22、的量和耗氧量均相同．
2．对于烃：含H ％越大，耗氧量越大，生成H O 2越多、CO 2越少； 相应有：含C ％越小，耗氧量越少，生成CO 2越多、H O 2越少．
例1：将(1)C
H (2)C H
CH OH
2
43
2
四种物质完全燃烧，
若它们的物质的量相等，则消耗O 2最多的是________；若它们的质量相等，则消耗O 2最少的是________．
解析：当物质的量相等时，烃类看C 、H 个数(1个C 相当于4个H)，烃的含氧衍生物将氧按H O CO 22或形式脱出，看剩余部分的C 、H 个数．
(1)C H (2)C H H O (3)C H (4)C H (3)C H (C O 4H O C H 3O CH CH O H C H H O 3O C H 10O C H 2.5O 2424288228822242322422882222
为为·所以耗氧最多的是有～，～，即～，～·～，～，～
当质量相等时：先看烃类：含H ％越大，耗氧量越大，含C ％越大，耗氧量越少，比较(1)(3)(4)其中(3)(4)的C ％相同比(1)的C ％大．
而有
～有～×＞
×(3)CH CH O H O (4)C H O 322222132
5
13
46463
2526525=
=
所以消耗等量的O CH CH O H C H 23222时，的质量比的质量大，相应当等质量的
CH CH OH C H O 32222与与反应时，CH CH O H O 322消耗的少．所以等质量的该四种有机物中耗
氧最少的是(2)CH CH O H 32．
该题答案为 (3) (2)
例2：在同温同压下，相等质量的下列各烃，在氧气中完全燃烧时，耗氧量由多到少的顺序是
A ．乙炔 乙烯 甲烷 乙烷
B ．乙烯 乙烷 甲烷 乙炔
C ．甲烷 乙烯 乙炔 乙烷
D ．甲烷 乙烷 乙烯 乙炔
解析：由题意可得耗氧量由多到少的顺序即是各烃含H ％由多到少的顺序．在有机物中含H ％最大的是CH 4，在碳原子数相同的烷烃(C H )(C H )(C H )n 2n +2n 2n n 2n 2、烯烃、炔烃 中含H ％也逐渐减少，所以选(D)．
【反馈练习】
1．使1.0体积的某气态烷烃和烯烃的混合气体在足量空气中完全燃烧，生成2.0体积的
CO 2和2.2体积的水蒸气(均在120℃、1.0110Pa 5
×条件下测定)，则混合气体中烷烃和烯烃的体积比为
A ．2∶3
B ．1∶4
C ．4∶1
D ．3∶2 2．某气体与氧气的混合气共0.2L ，完全燃烧后其产物通过浓硫酸，气体体积变为0.1L(气体体积均在常温常压时测定)，则该气体可能是
A ．甲烷
B ．乙烯
C ．乙炔
D ．丁二烯
3．一种气态烷烃和一种气态烯烃的混合物共1L ，完全燃烧后生成1.2升CO 2(以上均为相同状况时测定的气体体积)，则该混合物中一定含有
A ．甲烷
B ．乙烯
C ．丙烯
D ．丙烷
4．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，恢复到原来的状况(常温常压)，体积共缩小2a mL ，则这3种烃不可能是
A CH C H C H
B
C H C H C H 42434263646
．．
C C H C H C H
D CH C H C H 22263842622
．．
5．某烃含碳的质量百分率为85.71％，0.1mol 该烃完燃烧，生成的二氧化碳可被150mol 、4mol/L 的氢氧化钠溶液完全吸收．试将反应后溶液中所含溶质的成分与所对应的烃分子式填入下表
6．常温下一种烷烃A 和一种单烯B 组成的混合物气体，A 和B 分子中最多只含4个碳原子，且B 分子的碳原子数比A 分子多．
(1)将1L 该混合气充分燃烧，在同温同压下得出2.5L 二氧化碳气体．试推断混合气中A 和B 所有可能的组合及其体积比．
(2)120℃、1.01105
×帕时，取该混合气1L 与9L 氧气混合，充分燃烧后恢复到原温度压强，
体积增大6.25％．试通过计算确定A 和B 的化学式．
答案： 1．B
解析：烷烃：＋＋
＋气点燃
C H O nCO (n 1)H O ()
n 2n +2222312
n +−→−−
设烷烃有amL1 n n ＋1
a an a(n ＋1)
烯烃：＋
＋气点燃
C H O nC O nH O ()
n 2n 22232
n −→−−
所以由烯烃生成的CO H O 22与的量相等
即有a(n ＋1)－an ＝2.2－2＝0.2⇒a ＝0.2
则烯烃的体积为0.8mL ，所以烷烃与烯烃的体积比＝0.2∶0.8＝1∶4 2．AB
解析：设烃为C H x y ，分析该反应可知烃反应完了，O 2可能有剩余，设消耗的烃与O 2的体积为a mL
C H (x )O xC O H O
V 1x +
4x y 2
22＋＋
＋△点燃
y y y
x
y a
42
14
02−→
−−−+
.
14
14
02
0214
14
02
++
=
+
=+++
x y a y
a x y y ..()
.≤
则可得≤＋x 1y
4
讨论(在烃中y 值为偶数)
当＝时≤可以为、、选项当＝时≤可以为当＝时≤可以为y 4 x 2CH C H A B y 6 x 2.5 C H y 8 x 3 C H 4242638
当y ＝10时 x ≤3.5 无此类烃 3．A
解析：设混合烃的平均组成为C H x y
则有～得 C H xCO 11L
x y 2
=
=x L
x 1212
..
即该混合物的平均组成为C H 1.2y ，则在混合烃，有一烃中碳的角标小于1.2(即为1)，另一烃中碳的角标大于1.2，而碳角标为1只有CH 4
4．B
解析：设烃的平均组成为C H x y
C H (x )O xCO 2
H O V
1 x +y 4
x y 222＋＋
＋△点燃
y y x
y amL
amL
4
14
2−→
−−−+
114
24a
y a
y =
+=则可得
A CH C H C H 4
B
C H C H C H 642434263646．氢的角标都为，不符合题意．氢的角标都为，符合题意
C C H C H C H 222638．
氢的角标为2，6，8，平均值可以为4，不符合题意
D ．CH C H C H 42622 氢的角标为4，6，2，平均值可以为4，不符合题意
5．
解析：根据碳的质量分数为85.7％．可知该烃为烯烃，应符合C H n 2n ，氢氧化钠与二氧化碳反应有以下几种可能：1、氢氧化钠过量，生成物溶质为Na CO 23和NaOH ，2、氢氧化钠与CO 2恰好完全反应生成物为碳酸钠，3、二氧化碳过量，生成物为碳酸氢钠，4、二氧化碳与氢氧化钠反应，生成物即有碳酸钠又有碳酸氢钠．
具体解法(1)、NaOH 过量用烃来计算生成的 二氧化碳C H nCO n 2n 2～将0.1mol 烃转换为1mol 烃，而烯烃中最小为乙烯，所以烯烃为C H 24
(2)、氢氧化钠与二氧化碳恰好完全反应，生成物为Na CO 23计算1mol 烯烃中所含碳原子数烯烃为C H 36
2N aO H CO 0.1540.6 0.3 0.36mol 3mol 3mol
2～～烃×＝
(3)、氢氧化钠与二氧化碳反应，CO 2过量生成物为NaHCO 3，关系式为
N aO H CO 0.6mol 0.6mol 0.6mol 6mol 6mol 6mol 2～～烃 1mol 烃中：所烃为C H 612
(4)、氢氧化钠与二氧化碳反应，生成物为Na CO 23和NaHCO 3时关系式为4N a O H 3C O 2
～～烃，1mol 烃中含碳为4.5mol ，所以烃可以是C H C H 48510或． 6．(1)根据CO 2.5L C H 2 2.5y 为可知烃中含，可能的组有
①与体积比为∶②与体积比为∶CH C H 13CH C H 11436448 ③与体积比为∶④与体积比为∶C H C H 11C H C H 13
26362648
用＋字交叉法可计算出体积比如
从含碳数分析：CH C H 436和为1∶3，其它组计算相同．
可能的组为与××C H C H 2648314
30511
4
0625
26
48
V V C
H C H +=
+=..
062510
.×％＝％
所以为为100 6.25A C H B C H 2648。