逍遥学能 2017-09-18 15:10
有机物的燃烧规律是《有机化学基础》中的热点内容之一，相关题型五花八门，也深受命题者青睐。那么，如何快速而又准确地解答此类题目呢？本文就常见题型及解答方法略作介绍。
一、有机物燃烧规律
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
依据燃烧通式，不难发现其中的规律：
【规律一】等物质的量的有机物完全燃烧时，消耗氧气的量的多少由x+y/4或x+y/4－z/2来决定，该值越大，耗氧量越多；
【规律二】等质量的有机物完全燃烧时，消耗氧气的量的多少由y/x或氢的质量分数来决定，该值越大，耗氧量越多。
二、常见题型分析
【题型一】有机物的物质的量一定时耗氧量的判断
解题方法：
1、若属于烃类物质，消耗氧气的量的多少由x+y/4来决定；若属于烃的含氧衍生物，消耗氧气的量的多少由x+y/4－z/2来决定，也可将含氧衍生物改写为CxHy·(H2O)n或CxHy·(CO2)m或CxHy·(H2O)n·(CO2)m等形式，再按x+y/4值的大小来比较耗氧量；
2、若有机物完全燃烧后生成的CO2或H2O的物质的量一定，则有机物中碳原子或氢原子的个数一定；
3、若混合物总物质的量一定，不论按何种比例混合，完全燃烧后生成的CO2或H2O的量保持不变，则混合物中各组分中碳或氢原子的个数相同。
例1、常温常压下，取等物质的量的下列四种烃，分别在足量的氧气中燃烧，消耗氧气的量从多到少的顺序是 。
A、甲烷 B、乙烯 C、乙炔 D、苯
解析：甲烷（CH4）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）、苯（C6H6）的（x+y/4)值分别为2、3、2.5、7.5，所以消耗氧气从多到少的顺序的是 D>B>C>A 。
例2、1molCxHy(烃)完全燃烧需要5molO2，则x与y之和可能是（ ）
A、x+y=5 B、x+y=7 C、x+y=11 D、x+y=9
解析：根据烃燃烧通式可知，1molCxHy的耗氧量为x+y/4=5，讨论易知，当x=3,y=8时合理，答案为C。
例3、下列各组有机物，不管组内两种物质以何种比值混合，只要总的物质的量一定，则在完全燃烧时，消耗的氧气为恒量的是（ ）
A、C3H8和C4H6 B、C5H10和C5H12O C、C5H10和C6H6 D、C2H6O和C2H6O2解析：通过x+y/4或x+y/4－z/2的计算，或将含氧衍生物改写为CxHy·(H2O)n或CxHy·(CO2)m或CxHy·(H2O)n·(CO2)m等形式后的判断，不难发现正确答案为BC。
例4、已知A、B只可能为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,即答案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，即分别对应答案C和D。所以，应选择B。
例5、下列各组有机物，不论以何种比值混合，只要二者物质的量之和不变，完全燃烧时所消耗的氧气的物质的量和生成的水的物质的量分别相等的是
A、甲烷和甲酸甲酯 B、乙烷和乙醇 C、苯和苯甲酸 D、乙炔和苯
解析：选AC。氢同则生成的水同。A中，CH4、C2H4O2通过计算或将C2H4O2改写为CH4(CO2)，容易判断耗氧量相同；C中，C6H6、C7H6O2，后者二氧减一碳，可达到碳同氢同，耗氧量同。
【题型二】有机物的质量一定时耗氧量的判断
解题方法：
1、当有机物的质量相同时，根据烃分子中碳元素或氢元素的质量百分含量，碳元素百分含量越小或氢元素的百分含量越大，则消耗氧气越多。
2、等质量的有机物完全燃烧后生成的CO2的量一定，则有机物中碳的质量分数相同；若燃烧后生成H2O的物质的量一定，则有机物中氢的质量分数相同；若等质量的有机物完全燃烧后生成的CO2和H2O的量都为定值，则其关系为同分异构体或最简式相同。
例1、等质量的C6H6、CH4、C2H6、C3H8分别完全燃烧时，耗氧量由大到小的排列顺序是： 。
解析：C6H6 、CH4、C2H6、C3H8的y/x值分别为1、4、3、8/3，所以消耗氧气从多到少的顺序的是 CH4> C2H6> C3H8> C6H6 。
例2、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，完全燃烧后生成CO2的质量不相等的是（ ）
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。A中碳的质量分数相同，B、C中的两组物质的最简式相同，碳的质量分数也相同，所以答案为D。
【题型三】关于有机物完全燃烧前后气体体积的变化
解题方法：
1、气态烃(CxHy)在100℃及其以上温度完全燃烧时气体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，△V=0；②若y>4，燃烧后体积增大，△V>0；③若y<4，燃烧后体积减少，△V<0。
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即可。
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。
例1、120℃时,1体积某烃和4体积O2混和，完全燃烧后恢复到原来的温度，压强不变，该烃分子式中所含的碳原子数不可能是（ ）
(A)1 (B)2 (C)3 (D)4
解析：要使反应前后压强体积不变，只要氢原子个数可以等于4并保证能使1体积该烃能在4体积氧气里完全燃烧即可。答案：D
例2、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
答案：B、D
例3、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3.40?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/1 …………方程①
x/4 ?y/2 =0.560L/22.4L/mol-1 …………方程②
⑴、⑵联解可得:x=0.300mol y=0.100mol，进而求得原子个数比。
答案：C为0.125 mol、H为0.300 mol、O为0.100 mol；
该醇中C、H、O的原子个数之比为 5∶12∶4
【题型四】关于有机物燃烧规律的相关计算
解题方法：
1．利用十字交*法解平均耗氧量的计算。
例1、常温下为气态的某烷烃和乙烯的混和气体，完全燃烧后消耗的氧气的体积为原混和气体体积的4.5倍，求该烷烃的分子式及其在混和气体中占有的体积百分比。
思路点拨：１mol混合气体的平均耗氧量为4.5mol, １mol乙烯完全燃烧消耗氧气3mol，由于另一为气态烷烃，碳原子数小于等于4，据x+y/4>4.5,则只能为丙烷或丁烷。据十字交*法，即可算出体积比或某一组分的体积百分含量。
因此，答案为：(1)C3H8，75%；(2)C4H10，42.9%
2．利用十字交*法解平均分子组成的计算。
例2、常温下为气态的两种烃组成的混和物20mL，在过量氧气中完全燃烧，得到CO240mL，水蒸气30mL，求该混和烃中各种成份及体积。
思路点拨：由题意，据燃烧前后碳原子和氢原子守恒，可得平均组成为C2H3，氢原子比3小的只有乙炔，再由平均组成中碳原子数和乙炔中碳原子相等可知，另一气态烃的碳原子数必须为2，只能为乙烯或乙烷；至于体积可先依据十字交*法求算体积比，再结合总体积为20mL求得各组分的体积。
答案：(1)C2H2 和C2H4 各为10mL； (2)C2H2 15 mL，C2H6 5 mL。
3．利用差量法（差量法有质量差量或体积差量等，有机化学中大多为关于体积差量的计算。）
例3、常温下为气态的烯烃和炔烃，在一个大气压和107
思路点拨：设其平均组成为CxHy，注意在107
CxHy + (x+y/4)O2→xCO2+(y/2)H2O △V
1 x+y/4 x y/2 y/4?1
１ 0.5
1：(y/4?1)= 1：0.5 解之得y=6
由于常温下的气态炔烃的氢原子数均小于6，则烯烃的分子式只能为C4H8，炔烃可以是C2H2或C3H4。再根据十字交*法确定其体积比。
答案：(1)若为C4H8和C2H2，其体积比为2：1； (2)若为C4H8和C3H4，其体积比为1：1。