等效分子式及通式法在有机物燃烧问题中的应用

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  有机物的燃烧是分析判断有机物组成的基础,有机物燃烧问题是中学有机化学计算中的常见题型, 也是高考化学中的热点内容,主要考查学生对知识的灵活应用能力,许多学生对这些知识点往往容易产生混淆,而等效分子式及通式法是解决这一问题的有效方法.
  一、有机物两大燃烧通式
  1.烃完全燃烧:CxHy (x y4)O2xCO2 y2H2O
  2.烃的含氧衍生物完全燃烧:CxHyOz (x y4-z2)O2xCQ2 y2H2O
  二、有机物的燃烧规律
  1.同温同压下,有机物燃烧前后,气体体积变化规律
  (1)气态烃(CxHy)在100℃及以上温度完全燃烧时,恢复至原状况,反应前后气体总体积变化规律与氢原子个数有关:①若y=4,燃烧前后体积不变;②若y>4,则体积增大;③若y<4, 则体积减少.
  (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燃烧的通式通过差量法确定即可.
  例如,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况,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().
  A.CH4C2H4
  B.CH4 C3H6
  C.C2H4C3H4
  D.C2H2C3H6
  解析:燃烧后体积不变,只要平均组成中氢原子个数等于4并保证1L该混合烃能在9L氧气里完全燃烧即可.答案为B、D.
  (3)烃的含氧衍生物在100℃以上温度完全燃烧时,在该温度下有机物为气态,当y=4-2z时,燃烧前后体积不变;当y>4-2z时,体积增大;当y<4-2z时,无此含氧衍生物.
  (4)液态有机物,如烃的含氧衍生物的燃烧,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一半(y4-z2) .
  例如,取3.40g只含羟基、不含其他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3.4g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.
  解析:设3.40g醇中含H、O原子的物质的量分别为x和y .则
  x 16y=3.40g-2.80L/22.4L·mol-1×12g·mol-1①
  x4-y2=0.560L/22.4L·mol-1②
  ①、②联解可得:x=0.300mol,y=0.100mol.进而求得原子个数比.答案:C.0.125mol、H.0.300mol、O.0.100mol;该醇中C、H、O的原子个数之比为 5∶12∶4.
  2.烃及其含氧衍生物完全燃烧生成的二氧化碳和水的规律
  (1)总质量一定时:若生成H2O(CO2)的量不变,则各有机物含氢(碳)的质量分数一定相等; 等质量的烃完全燃烧时,消耗O2量最多的是含氢量最高的;若耗氧量、生成CO2及H2O的量均不变,则各有机物的最简式一定相同;不同类的有机物,可通过等效代换成最简式相同,作类似判断.
  (2)总物质的量一定时:若生成H2O(CO2)的量不变,则各有机物分子式中氢(碳)原子个数相同;若耗氧量不变,烃设为CxHy 则“x y4” 的值相同;若为烃的衍生物(设为CxHyOz) 则“x y4-z2”的值相同;若耗氧量、生成CO2及H2O的量均不变,则各有机物为同分异构体.
  3.有机混合物燃烧时,耗氧量与生成物的量关系规律
  (1)混合物总物质的量一定时:有机物燃烧的实质是C、H原子结合氧原子生成CO2和H2O的过程,耗O2量取决于有机物含有C、H原子个数.1molC原子耗1molO2;4molH原子耗1molO2.所以可用“等效分子式”表示等物质的量的两种有机物耗氧量相同的情况.
  (2)混合物总质量一定时: 两种有机物A、B不论以何种比例混合,只要混合物总质量不变,完全燃烧时生成H2O(CO2)的量也不变.则两者含氢(碳)的质量分数必相等.即两者可能为同分异构体或最简式相同或分子中氢(碳)原子数相同,且相差4n个碳原子同时相差3n个氧原子(相差n个氧原子同时相差16n个氢原子)
  (3)含有碳、氢、氧3种元素的有机物完全燃烧时,消耗O2体积为aL,生成CO2的体积为bL(相同条件下测定).若a>b,有机物的通式可以表示为(CxHy)m(H2O)n;若a=b,有机物的通式可以表示为Cm(H2O)n;若a
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