有機化合物燃燒規(guī)律和應(yīng)用

王曉波

(內(nèi)蒙古赤峰市林東第一中學(xué) 025450)

有機化合物是碳氫化合物及其衍生物.絕大多數(shù)有機物都能燃燒，完全燃燒的產(chǎn)物為CO2和H2O，如果有機物中還含有其它元素，燃燒氧化的產(chǎn)物中還會有這些元素的氧化物.有機烴和烴的含氧衍生物燃燒的產(chǎn)物均為CO2和H2O，而且均呈現(xiàn)一定的規(guī)律性.現(xiàn)將系統(tǒng)規(guī)律性知識總結(jié)如下，以備一線教師和考生復(fù)習(xí)備考.

一、有機物的質(zhì)量確定

例1 下列各組有機物完全燃燒時耗氧量不相同的是( ).

A．50g乙醇和50g甲醚

B．100g乙炔和100g苯

C．200g甲醛和200g乙酸

D．100g甲烷和100g乙烷

解析A中的乙醇和甲醚互為同分異構(gòu)體，B、C中兩組物質(zhì)的最簡式相同，所以答案為D.

規(guī)律2 有機物完全燃燒時生成的CO2或H2O的物質(zhì)的量一定，則有機物中含碳或氫的質(zhì)量分數(shù)一定；若混合物總質(zhì)量一定，不論按何種比例混合，完全燃燒后生成的CO2或H2O的物質(zhì)的量保持不變，則混合物中各組分含碳或氫的質(zhì)量分數(shù)相同.

例2 下列各組混合物中，不論二者以什么比例混合，只要總質(zhì)量一定，完全燃燒時生成CO2的質(zhì)量也一定，不符合上述要求的是( ).

A．甲烷、辛醛 B．乙炔、苯乙烯

C．甲醛、甲酸甲酯 D．苯、甲苯

解析混合物總質(zhì)量一定，不論按什么比例混合，完全燃燒后生成CO2的質(zhì)量保持不變，要求混合物中各組分含碳的質(zhì)量分數(shù)相同.B、C中的兩組物質(zhì)的最簡式相同，碳的質(zhì)量分數(shù)相同，A中碳的質(zhì)量分數(shù)也相同，所以答案為D.

規(guī)律3 燃燒時耗氧量相同，則兩者的關(guān)系為：

(1)同分異構(gòu)體 或

(2)最簡式相同.

例3 分別取等質(zhì)量的甲烷和A(某飽和一元醇)、B(某飽和一元醛)、C(某稠環(huán)芳香烴含氧衍生物),若它們完全燃燒，分別生成了物質(zhì)的量相同的CO2.則：

(1)A的分子式為 B的分子式為 C的分子式為 (C的分子式有多種可能，只寫相對分子質(zhì)量最小的一種).

(2)寫出符合上述要求時，CH4和A、B、C的分子組成必須滿足的條件是 (以n表示碳原子數(shù)，m表示氧原子數(shù)，只寫通式).

解析A、B、C中的碳的質(zhì)量分數(shù)與甲烷中相同，(1)中A、B的分子式只要結(jié)合醇、醛的通式就可以求出答案.稠環(huán)芳香烴中最簡單的是萘，通過增加氧原子維持含碳的質(zhì)量分數(shù)不變可推出C .(2)的通式推導(dǎo)抓住每少16個氫原子增加一個氧原子即可.

答案：(1)A．C9H20O B．C8H16O C．C10H8O2

(2)CnH4n-16mOm

二、有機物的物質(zhì)的量確定

規(guī)律4 比較判斷耗氧量的方法步聚：

①若屬于烴類物質(zhì)，根據(jù)分子中碳、氫原子個數(shù)越多，耗氧量越多直接比較；若碳、氫原子數(shù)都不同且一多一少，則可以按1個碳原子與4個氫原子的耗氧量相當轉(zhuǎn)換成碳或氫原子個數(shù)相同后再進行比較即可.

②若屬于烴的含氧衍生物，先將分子中的氧原子結(jié)合氫或碳改寫成H2O或CO2的形式，即將含氧衍生物改寫為CxHy·(H2O)n或CxHy·(CO2)m或CxHy·(H2O)n·(CO2)m形式,再按①比較CxHy的耗氧量.

例4 相同物質(zhì)的量的下列有機物，充分燃燒，消耗氧氣量相同的是( ).

A．C3H4和C2H6B．C3H6和C3H8O

C．C3H6O2和C3H8O D．C3H8O和C4H6O2

解析A中C3H4的耗氧量相當于C2H8，B、C、D中的C3H8O可改寫為C3H6·(H2O)，C中的C3H6O2可改為C3H2·(H2O)2，D中的C4H6O2可改為C3H6·(CO2)，顯然答案為B、D.

規(guī)律5 有機物完全燃燒時生成的CO2或H2O的物質(zhì)的量一定，則有機物中碳原子或氫原子的個數(shù)一定；若混合物總物質(zhì)的量一定，不論按何種比例混合，完全燃燒后生成的CO2或H2O的量保持不變，則混合物中各組分中碳或氫原子的個數(shù)相同.

例5 有機物A、B只可能是烴或烴的含氧衍生物,等物質(zhì)的量的A和B完全燃燒時，消耗氧氣的量相等，則A和B的相對分子質(zhì)量相差不可能為( ).(n為正整數(shù))

A．8nB．14nC．18nD．44n

解析A中的一個碳原子被B中的四個氫原子代替,A和B的分子量相差8的倍數(shù),即答案A. 如果A和B的分子組成相差若干個H2O或CO2,耗氧量也不變，即分別對應(yīng)答案C和D.

三、有機物完全燃燒時生成的CO2和H2O的物質(zhì)的量之比確定

規(guī)律6 有機物完全燃燒時,若生成的CO2和H2O的物質(zhì)的量之比為a∶b,則該有機物中碳、氫原子的個數(shù)比為a∶2b，該有機物是否存在氧原子，有幾個氧原子，還要結(jié)合燃燒時的耗氧量或該物質(zhì)的摩爾質(zhì)量等其他條件才能確定.

例6 某有機物在氧氣中充分燃燒，生成的水蒸氣和二氧化碳的物質(zhì)的量之比為1∶1，由此可以得出的結(jié)論是( ).

A．該有機物分子中C、H、O原子個數(shù)比為1∶2∶1

B．分子中C∶H原子個數(shù)比為1∶2

C．有機物必定含O

D．無法判斷有機物是否含O

答案：B、D

例7 某有機物6.2g完全燃燒后生成8.8g二氧化碳和0.3mol水，該有機物對氫氣的相對密度為31.試求該有機物的分子式.

解析：有機物的摩爾質(zhì)量為62g/mol，6.2g該有機物的物質(zhì)的量為0.1mol.8.8g二氧化碳的物質(zhì)的量為0.2mol，n(C)=0.2，H2O的物質(zhì)的量0.3mol，其質(zhì)量為5.4g，n(H)=0.6mol.

又由質(zhì)量守恒可計算得出消耗O2的質(zhì)量為8g，n(O2)=0.25，

又有反應(yīng)前后的原子守恒得出有機物中n(O)=0.2mol

故得知n(有機物)∶n(C)∶n(H)∶n(O)=1∶2∶6∶2

故該有機物為C2H6O2(乙二醇).

四、有機物完全燃燒前后氣體體積的變化

規(guī)律7 (1)氣態(tài)烴(CxHy)在100℃及其以上溫度完全燃燒時氣體體積變化規(guī)律與氫原子個數(shù)有關(guān)：

①若y=4,燃燒前后體積不變,ΔV=0

2.氣態(tài)烴(CxHy)完全燃燒后恢復(fù)到常溫常壓時氣體體積的變化直接用烴類物質(zhì)燃燒的通式通過差量法確定即可.

例8 120℃時,1體積某烴和4體積O2混合,完全燃燒后恢復(fù)到原來的溫度，壓強體積不變，該烴分子式中所含的碳原子數(shù)不可能是( ).

A．1 B．2 C．3 D．4

解析要使反應(yīng)前后壓強體積不變，只要氫原子個數(shù)可以等于4并保證能使1體積該烴能在4體積氧氣里完全燃燒即可.

答案：D

例9 取3.40 g只含羥基、不含其他官能團的液態(tài)飽和多元醇,置于5.00L的氧氣中,經(jīng)點燃,醇完全燃燒．反應(yīng)后氣體體積減少0.560L ,將氣體經(jīng)CaO吸收,體積又減少2.8L(所有體積均在標況下測定). 則：3.4g醇中C、H、O的物質(zhì)的量分別為:C H O ,該醇中C、H、O的原子個數(shù)之比為

解析設(shè)3.40g醇中含H、O原子的物質(zhì)的量分別為x和y,則:

x+16y=3.40g-2.80L/22.4L·mol-1×12g·mol-1

(1)

x/4-y/2=0.560L/22.4L·mol-1

(2)

(1)(2)聯(lián)解可得:x=0.300mol,y=0.100mol,進而求得原子個數(shù)比.

答案：C. 0.125 mol、H. 0.300 mol、O.0.100 mol；該醇中C、H、O的原子個數(shù)之比為 5∶12∶4

五、一定量的有機物完全燃燒,生成的CO2和消耗的O2的物質(zhì)的量之比確定

規(guī)律8 1．生成的CO2的物質(zhì)的量小于消耗的O2的物質(zhì)的量的情況.

2．生成的CO2的物質(zhì)的量等于消耗的O2的物質(zhì)的量的情況符合通式Cn·(H2O)m.

3．生成的CO2的物質(zhì)的量小于消耗的O2的物質(zhì)的量的情況:

(1)若CO2和O2體積比為4∶3 ,其通式為(C2O)n·(H2O)m.(2)若CO2和O2體積比為2∶1 ，其通式為(CO)n·(H2O)m.

例10 某有機物的蒸氣完全燃燒時，需要三倍于其體積的O2，產(chǎn)生二倍于其體積的CO2，則該有機物可能是( ).(體積在同溫同壓下測定)

A．C2H4B．C2H5OH

C．CH3CHO D．CH3COOH

解析產(chǎn)生的CO2與耗氧量的體積比為2∶3，設(shè)該有機物為1mol,則含2mol的碳原子，完全燃燒時只能消耗2mol的氧氣，剩余的1mol氧氣必須由氫原子消耗，所以氫原子為4mol,即該有機物可以是A，從耗氧量相當?shù)脑瓌t可知B也正確.

答案為A、B.

有機烴和烴的含氧衍生物在燃燒時消耗O2的量取決于有機分子中碳原子和氫原子的數(shù)目，燃燒時每1個碳原子和每4個氫原子均消耗一個氧氣分子，同時也可以對有機分子的化學(xué)式進一步變形為碳水化合物形式，簡化問題，抓住規(guī)律，使一些復(fù)雜的問題迎刃而解.

參考文獻：

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[2]賈鳳山.新課標導(dǎo)學(xué)系列從書:走向高考高考一輪總復(fù)習(xí)[M]. 北京：中國和平出版社,2012:214-239.