高考化学有机物燃烧问题的解题策略

高考化学有机物燃烧问题的解题策略

‎ 有机物燃烧问题的解题策略 有关有机物燃烧的计算是中学有机化学基础中的常见题型,也是高考中的热点和难点之一,许多学生对这些知识点往往容易产生混淆,要快速而准确地解决此类问题，应熟悉以下五方面的规律。‎ 有机物完全燃烧的通式：‎ 烃： CxHy＋(x+y/4)O2→xCO2+(y/2)H2O 烃的衍生物：  CxHyOz＋(x＋ y/4 － z/2)O2→xCO2＋(y/2)H2O 一、 烃完全燃烧前后气体体积变化的规律 例1.两种气态烃以任意比例混合,在‎105℃‎时‎1 L该混合烃与‎9 L氧气混合,充分燃烧后恢复到原状态,所得气体体积仍是‎10 L.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 解析：因混合烃燃烧前后气体体积不变，则混合烃平均组成中H原子数为4，又因以任意比混合，故每种气态分子中H原子数均为4，故选B、D。‎ ‎1.气态烃(CxHy)在‎100℃‎以上温度完全燃烧时气体体积变化与C原子数无关，只与H原子个数有关，其规律如下：‎ ① 若y=4,燃烧前后体积不变,△V=0‎ ② 若y>4,燃烧前后体积增大,△V=—1 ‎ ③ 若y<4,燃烧前后体积减少,△V=1— ‎ 例2．10mL某种气态烃，在50mL氧气中完全燃烧，得到液态水和体积为35mL的混合气体（所有气体体积都是在同温同压下测定的）则该气态烃可能是 （ ）‎ A．甲烷 B．乙烷 C．丙烷 D．丙烯 解析：本题根据烃燃烧时气体体积的变化，来确定烃的分子式。‎ CxHy＋(x+y/4)O2 → xCO2 + (y/2)H2O △V ‎1 （x+） x 1+‎ ‎10 10（x+） 60―35=25‎ ‎=，解得y=6‎ 又因烃完全燃烧，需氧气应过量或适量，则10（x+）≤50，即x≤3.5‎ 故选B、D。‎ ‎2.气态烃(CxHy)‎ 完全燃烧后恢复到常温常压时气体体积的变化直接用烃类物质燃烧的通式通过差量法确定,气体体积总是减小,减小值为(1+),也只与H原子数有关。‎ ‎3.液态有机物(大多数烃的衍生物及碳原子数大于4的烃)的燃烧,如果燃烧后水为液态,则燃烧前后气体体积的变化为：氢原子的耗氧量减去有机物本身提供的氧原子数的。‎ 二、有机物燃烧产生的CO2和H2O的物质的量大小规律 例3.请写出六种有机化合物的结构简式。这些化合物燃烧产生的CO2和H2O（气）的体积比符合如下比值（各写三种）：‎ ‎（1）VCO2/VH2O（g）=2的有：___________、__________、___________。‎ ‎（2）VCO2/VH2O（g）=0.5的有：____________、____________、____________。‎ ‎（3）VCO2/VH2O（g）=1的有：___________、__________、___________。‎ 有机物（设其分子式为CxHyOz，下同），完全燃烧产物为CO2和H2O ，故可采用从燃烧产物逆向思考是解决此类题的有效方法。‎ 如：①若CO2的体积比H2O少1，则y=2x+2，为烷烃、饱和醇、醚等；‎ ‎②若CO2的体积等于H2O的体积，则y=2x，为烯烃、环烷烃、饱和一元醛、酸、酯等；‎ ‎③若CO2的体积比H2O多1，则y=2x-2，炔烃、二烯烃等；‎ ‎④若CO2的体积比H2O多3，则y=2x-6，为苯及其同系物。‎ 三、有机物完全燃烧耗氧量规律 例4.相同物质的量的下列有机物，充分燃烧，消耗氧气量相同的是 ( )‎ A．C3H4和C2H6 B．C3H6和C3H8O C．C3H6O2和C3H8O D．C3H8O和C4H6O2‎ 解析：A中C3H4的耗氧量相当于C2H8,B、C、D中的C3H8O可改写为C3H6·(H2O),C中的C3H6O2可改为C3H2·(H2O)2,D中的C4H6O2可改为C3H6·(CO2),故选B、D。‎ 例5.有机物A、B只可能烃或烃的含氧衍生物,等物质的量的A和B完全燃烧时,消耗氧气的量相等,则A和B的分子量相差不可能为(n为正整数) ( )‎ A.8n B.14n C.18n D.44n 解析: A中的一个碳原子被B中的四个氢原子代替,A和B的分子量相差8的倍数,即A. 如果A和B的分子组成相差若干个H2O或CO2 ,耗氧量也不变，即分别对应C和D。故选B。‎ ‎1、有机物的物质的量一定时：比较判断耗氧量的方法步聚：①烃类根据分子中碳、氢原子个数求（x+）的值，（x+）的值越大，耗氧量越多。也可以按1个碳原子与4个氢原子的耗氧量相当转换成碳或氢原子个数相同后再进行比较即可。②‎ 若属于烃的含氧衍生物，先将分子中的氧原子结合氢或碳改写成H2O或CO2的形式，即将含氧衍生物改写为CxHy·(H2O)n或CxHy·(CO2)m或CxHy·(H2O)n·(CO2)m形式,再按①比较CxHy的耗氧量。‎ 例6.在下列烃中，（1）等物质的量完全燃烧耗氧量最大的是（ ），（2）等质量完全燃烧耗氧量最大的是（ ）‎ A.C3H8 B.C4H‎6 C.C2H2 D.CH4‎ 解析：（1）比较（x+）大小，依次为5、5.5、2.5、2，选B；（2）比较大小，依次为：8/3、6/4、1、4，选D。　　‎ 例7.下列各组有机物完全燃烧时耗氧量不相同的是 ( )‎ A．‎50g乙醇和‎50g甲醚 B．‎10g乙炔和‎10g苯 C．‎200g甲醛和‎200g乙酸 D．‎100g甲烷和‎100g乙烷 解析：A中的乙醇和甲醚互为同分异构体，B、C中两组物质的最简式相同，所以答案为D。‎ ‎2、有机物的质量一定时：‎ ‎（1）烃类(CxHy)完全燃烧的耗氧量与成正比 ‎（2）燃烧时耗氧量相同，则两者的关系为：（1）同分异构体 或 （2）最简式相同 四、有机物完全燃烧,生成的CO2和消耗的O2的物质的量之比一定时的规律 1. 生成的CO2的物质的量小于消耗的O2的物质的量时 例8.某有机物的蒸气完全燃烧时，需要三倍于其体积的O2，产生二倍于其体积的CO2，则该有机物可能是(体积在同温同压下测定) ( )‎ A．C2H4 B．C2H5OH C．CH3CHO D．CH3COOH 解析：产生的CO2与耗氧量的体积比为2：3，设该有机物为1mol,则含2mol的C原子，完全燃烧时只能消耗2mol的氧气，剩余的1mol氧气必须由氢原子消耗，所以氢原子为4mol,即该有机物可以是A，从耗氧量相当的原则可知B也正确。答案为A、B。‎ 2. 生成的CO2的物质的量等于消耗的O2的物质的量时,符合通式Cn·(H2O)m 3. 生成的CO2的物质的量大于消耗的O2的物质的量时 (1) 若CO2和O2体积比为4∶3 ,其通式为(C2O)n ·(H2O)m。‎ ‎(2)若CO2和O2体积比为2∶1 ，其通式为(CO)n ·(H2O)m。‎ 例9.为某种需要，一些只含C、H、O的有机物，其分子式可用通式（CxHy）m·(H2O)n(m，n，x，y均为正整数)表示。现有一类只含C、H、O的有机物，它们完全燃烧时消耗的O2和生成的CO2的体积比恒为1:2。‎ ‎（1）、此类有机物的通式可表示为__________________。‎ ‎（2）、分子量最小的此类有机物的结构简式为__________________。‎ 解析：据上述规律，（1）通式应为(CO)n ·(H2O)m，（2）分子量最小时，取m、n均为1，甲酸：HCOOH。‎ 例10．化合物CO、HCOOH和OHC—COOH（乙醛酸）分别燃烧时，消耗的O2和生成的的CO2体积比都是1∶2，后两者的分子式可以分别看成是CO（H2O）和（CO）2（H2O），也就是说，只要分子式符合[（CO）n（H2O）m]（n和m均为正整数）的各种有机物，它们燃烧时消耗的O2和生成的CO2体积比总是1∶2。‎ 现有一些只含C、H、O三种元素的有机物，它们燃烧时消耗的O2和生成的CO2的体积比是3∶4。‎ ‎（1）这些有机物相对分子质量最小的化合物的分子式是 。‎ ‎（2）在这些有机物中有一种，它含有两个羧基，取‎0.2625g该有机物恰好能跟25.00mL、0.100mol/L的NaOH溶液完全中和，由此可以计算得知该化合物的相对分子质量应是 ，并可推出其分子式应是 。‎ 解析：设该有机物的分子式通式为（CxOy）n（H2O）m。本题中由于消耗的O2和生成的CO2的体积比是3∶4。‎ 由CxOy +（x―）O2→xC O2，得（x―）∶x=3∶4，x∶y=2∶1。‎ 故该类有机物通式可表示为（C2O）n（H2O）m。‎ ‎（1）这些有机物中，相对分子质量最小的化合物应满足m=1、n=1，其分子式是C2H2O2（可为乙二醛）。‎ ‎（2）因含有两个羧基，‎0.2625g该有机物物质的量为0. ‎025L0.100mol/L×=0.00125mol，该化合物的式量为210，40n+‎18m=210，由于‎40m、210的个位数均为0，故m=5，则n=3，其分子式为C6H10O8（可为葡萄糖酸）。‎ 五、有机混合物燃烧的几个定量规律 1、 混合物的总物质的量一定 ‎（1）若生成的CO2为定值，则要求混合物中各组分化学式中C原子数应相同，如C2H6、C2H4和C2H6O。‎ ‎（2）若生成的H2O为定值，则要求混合物中各组分化学式中H原子数应相同，如C2H6、C4H6和C2H6O2。‎ ‎（3）若耗氧量为定值，要求各组分耗氧量相同，如C2H4、C2H6O等，一般通式如CxHy和CxHy·(H2O)m·(CO2）n。‎ 2、 混合物总质量一定 ‎（1）若生成的CO2为定值，则要求各组分的C%相等，有两种情况：‎ ‎①最简式相同，如C2H2和C6H6，HCHO和CH3COOH，通式为CnH2n的烃。‎ ‎②最简式不同，如CH4与C8H16O、C9H20O及C10H8O2等，‎ 此类有机物的特征是，C%不变，将H质量与O质量进行等量代换，即16H～O，如CH‎4C8H32（8CH4）C8H16O ‎（2）若生成的H2O为定值，则要求各组分的H%相等，有两种情况：‎ ‎①最简式相同，如C2H2和C6H6，HCHO和CH3COOH，通式为CnH2n的烃。‎ ‎②最简式不同，如C7H8和C3H8O3，处理方法同上 ‎（3）若耗氧量为定值，则要求C%、H%都相同，即有机物的最简式相同。‎ 若题中出现多种条件，上述规律应综合使用。‎ 例11.分别取等质量的甲烷和A（某饱和一元醇）、B(某饱和一元醛),若它们完全燃烧,分别生成了物质的量相同的CO2 .则:‎ ‎（1）A的分子式为_______;B的分子式为_______。‎ ‎（2）写出符合上述要求时，CH4和A、B的分子组成必须满足的条件是__________（以n表示碳原子数，m表示氧原子数，只写通式）。‎ 解析：A、B、C中的碳的质量分数与甲烷中相同，（1）中CH4→CnH4n→CnH2n+2O，得4n=2n+2+16，n=9，故A为C9H20O，同理，B为C8H16O；（2）的通式推导抓住每少16个氢原子增加一个氧原子即可，即CnH4n-16mOm.‎ 例12.下列各组混合物中，不论二者以什么比例混合，只要总质量一定，完全燃烧时生成CO2的质量不为定值的是 （ ）‎ A．甲烷、辛醛 B．乙炔、苯乙烯 C．甲醛、甲酸甲酯 D．苯、甲苯 解析：混合物总质量一定，不论按什么比例混合，完全燃烧后生成CO2的质量保持不变，要求混合物中各组分含碳的质量分数相同。B、C中的两组物质的最简式相同，碳的质量分数相同，A中碳的质量分数也相同，故选D。‎ 例13．有机化合物A、B分子式不同，它们只可能含C、H、O元素中的两种或三种。如果将A、B不论以何种比混合，只要混合物的物质的量之和不变，完全燃烧时所耗O2和生成的水的物质的量也不变。那么，A、B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___________，并写出分子量最小的含有甲基的B的两种同分异构体的结构简式_________、_________。‎ 解析：由规律可知，A、B应满足分子中H原子数相同，且增加n个C，同时应增加2n个O；若A为甲烷，则B应满足CH4·（CO2）n，分子量最小n取1，则B为C2H4O2，结构简式可CH3COOH或HCOOCH3。‎