一、等物質(zhì)的量的有機(jī)物完全燃燒消耗O2,生成H2O與CO2的量的比較
等物質(zhì)的量的烴完全燃燒耗氧量由(x + y/4)值決定,(x + y/4)的值越大,消耗氧氣的量就越多,若兩種烴的(x + y/4)值相等,耗氧量就相同。
物質(zhì)的量相等的烴CxHy和完全可拆成形式為CxHy·(CO2)m·(H2O)n的烴的衍生物分別完全燃燒后,它們消耗的O2的量相同。
【例題1】燃燒相同物質(zhì)的量的下列有機(jī)物,消耗氧氣最多的是
A.乙醛 B.乙醇 C.乙二醇 D.甲酸甲酯
解析: 將四個(gè)選項(xiàng)作如下變形:
A:C2H4O → C2H2·(H2O) B:C2H6O → C2H4·(H2O)
C:C2H6O2 → C2H2·(H2O)2 D:C2H4O2 → C2·(H2O)2
經(jīng)變形后“H2O”不再耗氧,耗氧量?jī)H決定于非“H2O”部分,通過(guò)比較容易得出出答案B正確。
答案:B
點(diǎn)撥:在總物質(zhì)的量相同的前提下,由符合上述條件的有機(jī)物組成的混合物,無(wú)論以何種比例混合,消耗氧氣的量相同,且等于等物質(zhì)的量的任一組分的耗O2量(如CH4和CH3COOH以及C2H4和C2H5OH等)。
二、等質(zhì)量的有機(jī)物完全燃燒消耗O2,生成H2O與CO2的量的比較
1 mol C(12 g)完全燃燒消耗1 mol O2,4 mol H(4 g)完全燃燒消耗1 mol O2,所以質(zhì)量相同的烴完全燃燒,w(H)越高,消耗的O2的量越大,生成的H2O的量也就越多。通常將CxHy變換為CHy/x,y/x值越大,w(H)就越高,消耗O2的量就越多。按照題目要求有時(shí)還將CxHy變換為Cx/yH,x/y值越大,w(C)就越高,生成的CO2的量就越多。若兩種烴的x/y值相等,即具有相同最簡(jiǎn)式的有機(jī)物(或最簡(jiǎn)式相同的有機(jī)物無(wú)論以何種比例混合),完全燃燒時(shí),耗O2的量相同,生成的H2O及CO2的量也相同。
【例題2】完全燃燒相同質(zhì)量的下列烴:A.CH3-CH3 B.CH2=CH2 C.CH≡CH D.CH4 E.C6H6 F.C8H10
(1)消耗O2的量由多到少的順序是_____________。
(2)生成CO2的量由多到少的順序是_____________。
(3)生成H2O的量由多到少的順序是_____________。
解析: CH3-CH3的最簡(jiǎn)式為CH3,CH2=CH2的最簡(jiǎn)式為CH2,CH≡CH的最簡(jiǎn)式為CH,CH4的最簡(jiǎn)式CH4,C6H6的最簡(jiǎn)式為CH,C8H10的最簡(jiǎn)式為CH1.25。
答案:(1)D>A>B>F>C=E
(2)E=C>F>B>A>D
(3)D>A>B>F>C=E
點(diǎn)撥:質(zhì)量相等時(shí),無(wú)論最簡(jiǎn)式是否相同,只要w(H)相同(如C12H8和C8H8O3,C12H8和C2H4O3)完全燃燒時(shí),生成的H2O的量就相同。同理只要w(C)相同(如CH4和C10H8O2)完全燃燒時(shí),生成的CO2的量就相同。但耗O2量就不一定相同。
三、利用有機(jī)物完全燃燒生成H2O與CO2的物質(zhì)的量之比來(lái)判斷有機(jī)物的可能結(jié)構(gòu)
【例題3】下列各組有機(jī)物均以等物質(zhì)的量組成混合物,在氧氣中完全燃燒后,生成 n(CO 2) : n(H2O) = 1 : 1的是:
A.CH4 C2H4 B.C2H4 C3H6 C.C2H4 C2H2D.C2H6 C4H6 E.C2H6 C3H8F.CH3COOH CH3CHO
解析: 由n(CO 2) : n(H2O) = 1 : 1,推出有機(jī)物的化學(xué)式可表示為CnH2nOx。又因是混合物,應(yīng)求平均化學(xué)式。A為C1.5H4,B為C2.5H5,C為C2H3,D為C3H6,E為C2.5H7,F(xiàn)為C2H4O1.5。
答案:B、D、F
點(diǎn)撥:由于1 mol C可以產(chǎn)生1 mol CO2,2 mol H可以產(chǎn)生1 mol H2O。因此可以從CO2和H2O的物質(zhì)的量之比可推知有機(jī)物中C、H個(gè)數(shù)之比,至于O可能有,也可能無(wú)。因此當(dāng)n(CO 2) : n(H2O) = 1 : 1時(shí),有機(jī)物的化學(xué)式可表示為:CnH2nOx。
當(dāng)x=0時(shí),化學(xué)式為CnH2n:有機(jī)物可能為烯烴;烯烴混合物;烷烴和炔烴的混合物;烷烴、烯烴和炔烴的混合物,且烷烴的物質(zhì)的量等于炔烴的物質(zhì)的量。
當(dāng)x=1時(shí),化學(xué)式為CnH2nO:有機(jī)物可能為飽和一元醛;酮或烯醇(n≥3)或它們組成的混合物。
當(dāng)x=2時(shí),化學(xué)式為CnH2nO2:有機(jī)物可能為羥基醛;飽和一元羧酸;烴基是烷基酯或它們組成的混合物。
【練習(xí)1】A、B兩種有機(jī)物不論以何種比例混合,只要混合物總質(zhì)量不變,完全燃燒時(shí)生成H2O的量也不變。則A、B的組合不可能是
A. C10H8和C6H8O3 B. C2H2和C6H6 C. C2H4和C3H6 D. CH4和C2H4
解析:由混合物總質(zhì)量不變,完全燃燒時(shí)生成H2O的量也不變,可知A、B兩種有機(jī)物含氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相等,B、C選項(xiàng)中混合物的最簡(jiǎn)式相同,所以含氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同,故符合題意要求;A選項(xiàng)中C10H8和C6H8O3的相對(duì)分子質(zhì)量相等,且氫原子個(gè)數(shù)又相等,故該選項(xiàng)也符合題意要求;D選項(xiàng)中,CH4和C2H4的氫原子個(gè)數(shù)相等,但相對(duì)分子質(zhì)量不等,所以氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也就不等,因此D選項(xiàng)不符合題意。
答案:D
【練習(xí)2】有機(jī)物A、B只由C、H、O三種元素中的兩種或三種組成,相等的物質(zhì)的量的A和B分別燃燒時(shí),消耗相等物質(zhì)的量的氧氣。則A、B的相對(duì)分子質(zhì)量的差值不可能是
A. 44n B. 18n C. 14n D. 0
解析:若二者為同分異構(gòu)體,則差值為0;若相差n個(gè)C原子,則組成上相差2n個(gè)O原子,相對(duì)分子質(zhì)量相差44n,若相差2個(gè)H原子,則組成上相差n個(gè)O原子,相對(duì)分子質(zhì)量相差18n.
答案:C
【練習(xí)3】下列各組混合物無(wú)論兩組分以何種比例混合,只要混合物的總質(zhì)量一定,完全燃燒時(shí)耗氧量不變和生成水的量一定的是:
A. CH3COOH和HCHO B. C2H6和C3H6 C. C7H8和C3H8O D. C4H10和C4H8
解析:混合物的各組分中只要各元素的百分組成一定,即最簡(jiǎn)式相同就滿(mǎn)足題意。
答案:A
【練習(xí)4】乙醇和乙烯的混合氣體V L,完全燃燒生CO2和H2O,消耗同狀態(tài)下的氧氣3V L,則混合氣體中乙烯和乙醇的體積比一定為
A. 1 : 1 B. 2 : 1 C. 1 : 2 D. 任意比
解析:將乙醇的分子式改寫(xiě)成C2H4·H2O顯然乙醇和乙烯的物質(zhì)的量相同,耗氧量相同。且1體積氣體都消耗3體積的氧氣,故混合氣體中乙烯和乙醇的體積比為任意比。
答案:D
【練習(xí)5】已知A為烴,B為烴的含氧衍生物。由等物質(zhì)量的A和B組成的混合物1 mol 在2.5 mol O2中完全燃燒,生成2 mol CO2和2 mol H2O。
(1)該混合物的平均分子式為_(kāi)______,一個(gè)B分子中含有______個(gè)O原子。
(2)若改變混合物中A、B物質(zhì)的量之比,但A、B物質(zhì)的量之和為定值,則生成CO2和H2O的物質(zhì)的量分別為定值,則A的結(jié)構(gòu)式為_(kāi)______,B的結(jié)構(gòu)式為_(kāi)______。
解析:有題給數(shù)據(jù)可知:1 mol 混合物 + 2.5 mol O2 → 2 mol CO2 + 2 mol H2O則混合物的平均分子式為C2H4O,由于A為烴,B為烴的含氧衍生物,則B中必含2個(gè)O原子。要滿(mǎn)足(2)中條件,A、B分子式中必含C、H原子個(gè)數(shù)相等,則A為C2H4,B為C2H4O2。
答案:(1)C2H4O 2 (2)CH2=CH2 CH3COOH
【練習(xí)6】現(xiàn)有A.甲醇、B.乙醇、C.乙二醇、D.丙三醇,請(qǐng)用字母代號(hào)填空:
(1)取等物質(zhì)的量的上述各醇分別在足量O2中完全燃燒,消耗O2的量由多到少的順序是________________。
(2)取等質(zhì)量的上述各醇分別在足量O2中完全燃燒,生成CO2的量由多到少的順序是________________。
解析:(1)烴的含氧衍生物(CxHyOz)完全燃燒消耗氧氣的多少,關(guān)鍵是看(x + y/4 - z/2)的大小,等物質(zhì)的量的各醇,該數(shù)值越大,消耗的氧氣越多,所以D>B>C>A。
(2)等質(zhì)量的上述各醇完全燃燒后生成CO2量的多少,關(guān)鍵是看各醇中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的大小,碳的含量越大,則完全燃燒產(chǎn)生的CO2就越多,所以B>D>C>A。
答案:(1)D>B>C>A(2)B>D>C>A