提升课时4 烃的燃烧规律和原子的共面问题
学习目标 1.初步理解烷烃燃烧的规律,培养“证据推理与模型认知”的化学学科素养。2.熟悉甲烷、乙烯、苯的空间结构并推测复杂有机物共线、共面问题,培养“宏观辨识与微观辨析”的化学学科核心素养。
一、烃的燃烧规律
1.烃燃烧反应的通式
若烃的分子式为CxHy,则CxHy在空气或氧气中完全燃烧的化学方程式为CxHy+(x+)O2xCO2+H2O。
2.气体体积变化规律
CxHy(g)+(x+)O2(g)xCO2(g)+H2O(g)(注意:水是气态),由1+x+-x-=1-得在同温、同压下:
当y=4时,反应物的总体积等于生成物的总体积(反应前后气体体积不变);
当y<4时,反应物的总体积大于生成物的总体积;
当y>4时,反应物的总体积小于生成物的总体积。
3.耗氧量大小规律
(1)一定物质的量的烃(CxHy)完全燃烧,(x+)越大,耗氧量越大;(x+)越小,耗氧量越小。
(2)一定质量的烃(CxHy)完全燃烧,越大,耗氧量越大;越小,耗氧量越小。
1.10 mL某气态烃,在55 mL氧气里完全燃烧,得到液态水和体积为35 mL的混合气体(所有气体体积都是同温同压下测定的),则该气态烃可能是 ( )
A.甲烷 B.乙烷
C.丙烷 D.丁烷
2.在常温常压下,取下列4种气态烃各1 mol,分别在足量的氧气中燃烧,其中耗氧量最多的是 ( )
A.CH4 B.C2H4
C.C2H6 D.C3H8
3.(2024·广东广州黄广中学高一月考)25 ℃和101 kPa时,乙烷、乙炔(C2H2)和丙烯组成的混合烃32 mL 与过量氧气混合并完全燃烧,恢复到原来的温度和压强,气体总体积缩小了56 mL,原混合烃中乙炔的体积分数为 ( )
A.12.5% B.25%
C.50% D.75%
【题后归纳】 烃完全燃烧产物关系规律
(1)质量相同的烃(CxHy),y/x越小,完全燃烧时生成CO2的量越多,生成H2O的量越少;若两种烃的y/x相等,质量相同,则完全燃烧时生成CO2和H2O的量均相等。
(2)总质量一定的混合物,如果各组分碳的质量分数w(C)相同(最简式可以相同也可以不同),完全燃烧后产生CO2的量为定值,而与混合物中各组分的含量无关。
二、有机物分子中原子共平面的判断
1.典型有机物分子的空间结构
(1)甲烷(CH4)为正四面体形结构,5个原子一定不在同一平面内,键角为109°28'。
(2)乙烯(C2H4)为平面形结构,6个原子都在同一平面内,键角约为120°。
(3)苯(C6H6)为平面正六边形结构,12个原子都在同一平面内,键角为120°。
2.有机物分子中原子是否共平面的判断方法
(1)展开空间结构法
其他有机化合物可看作以上三种典型分子中氢原子被其他原子或原子团代替后的产物,但这三种分子中的空间结构基本不变。
①以CH4为母体,可衍变成其他结构。但无论什么原子或原子团与碳原子相连,都相当于取代原来甲烷中氢原子的位置,构成四面体形结构。如CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4等都是四面体形结构,其中CCl4是正四面体形结构。
②乙烯分子中的所有原子共平面,当乙烯分子中某氢原子被其他原子或原子团取代时,则代替该氢原子的原子一定在乙烯分子的平面内。例如丙烯CH3CH===CH2,其结构式如图所示:
③苯分子中所有原子共平面,当苯分子中的一个氢原子被其他原子或原子团取代时,代替该氢原子的原子一定在苯分子所在的平面内。甲苯中的7个碳原子(苯环上的6个碳原子和甲基上的1个碳原子)、5个氢原子(苯环上的5个氢原子)这12个原子一定共平面,甲基上1个氢原子也可以转到这个平面上,其余两个氢原子分布在平面两侧,故甲苯分子中最多有13个原子共平面。
(2)单键旋转法
碳碳单键两端碳原子所连原子或原子团可以以“C—C”为轴旋转。例如,
因①键可以旋转,故的平面和
确定的平面可能重合,也可能不重合,因而分子中的所有原子可能共平面,也可能不共平面。
(3)两点提示
①与三键直接相连的原子共直线,如—C≡C—、—C≡N。
②在解题中遇到较复杂的有机化合物分子,可通过这几种典型的空间结构的组合来分析其空间关系。在审题时,还应特别注意“可能”“不可能”“一定”“最多”“最少”“所有原子”“碳原子”等关键词和限制条件。
1.下列有机化合物分子中的所有原子一定都处于同一平面的是 ( )
A.溴苯()
B.甲苯()
C.苯乙烯()
D.丙烯(CH2===CH—CH3)
2.在下列分子中,能够在同一个平面内的原子数最多的是 ( )
A.甲烷(CH4) B.一溴甲烷(CH3Br)
C.乙烯(CH2===CH2) D.CH2==CH—C≡CH
1.120 ℃时,某气态烃在密闭容器中与足量的O2混合点燃,完全燃烧后恢复至原温度,容器内的压强保持不变,则该烃是 ( )
A.CH4 B.C2H6
C.C3H6 D.C3H8
2.下列分子中所有碳原子肯定不在同一平面上的是 ( )
A.
B.CH3CH==CHCH3
C.CH2==CHCH2CH3
D.
3.25 ℃时,某气态烃与O2混合充入密闭容器中,点燃爆炸后又恢复至25 ℃,此时容器内压强为原来的,再经NaOH溶液处理,容器内几乎成为真空。该烃的分子式为 ( )
A.CH4 B.C2H6
C.C3H8 D.C4H10
4.下列关于的说法正确的是 ( )
A.所有碳原子可能共平面
B.除苯环外的碳原子共直线
C.最多只有4个碳原子共平面
D.最多只有3个碳原子共直线
提升课时4 烃的燃烧规律和原子的共面问题
一、
对点训练
1.C [设烃的分子式为CxHy,烃在氧气里完全燃烧的化学方程式为CxHy+(x+)O2xCO2+H2O,由烃和气体体积减小ΔV可得如下关系式1∶(1+)=10∶(65-35),解得y=8,则气态烃的分子式为C3H8,故选C。]
2.D [1 mol烃CxHy完全燃烧时耗氧量为(x+) mol。1 mol CH4完全燃烧耗氧量为(1+) mol=2 mol,1 mol C2H4完全燃烧耗氧量为(2+) mol=3 mol,1 mol C2H6完全燃烧耗氧量为(2+) mol=3.5 mol,1 mol C3H8完全燃烧耗氧量为(3+) mol=5 mol,故选D。]
3.D [由反应方程式计算得:
,
,
,
设C2H6和C3H6的总体积为x mL,则C2H2的体积为(32-x) mL,25 ℃和101 kPa时,乙烷、乙炔和丙烯组成的混合烃32 mL 与过量氧气混合并完全燃烧,恢复到原来的温度和压强,气体总体积缩小了56 mL,故有:(32-x)=56,解得x=8,即原混合烃中乙炔的体积分数为×100%=75%。]
二、
对点训练
1.A [甲苯()、丙烯(CH3—CHCH2)的分子结构中均含有甲基,由甲烷的分子结构可知,分子中所有原子一定不在同一平面上;苯乙烯分子中所有原子可能共平面;由苯的分子结构可知,溴苯()分子中所有原子一定共平面。]
2.D [甲烷是正四面体形结构,在一个平面上最多含有3个原子;一溴甲烷分子是甲烷分子中的一个H原子被Br原子取代产生的,在一个平面上最多有3个原子;乙烯分子是平面分子,分子中所有原子在一个平面上;乙炔分子是直线形分子,分子中所有原子在一条直线上,一条直线上若有2个原子在一个平面上,则直线上所有原子在一个平面上。乙烯基取代乙炔分子的H原子,所以CH2CH—C≡CH能够在同一平面内的原子数最多。]
课堂达标训练
1.A [
相同条件下,反应前后压强不变说明反应前后气体总体积相等,即1+x+,解得y=4,所以A项正确。]
2.A [可以看作甲烷中3个H原子被甲基取代,最多有3个碳原子共平面,故A符合题意;CH3CHCHCH3含有碳碳双键可以确定共平面,即所有碳原子共平面,故B不符合题意;CH2CHCH2CH3含有碳碳双键可以确定共平面,—CH3的碳原子可能在这个平面上,故C不符合题意;苯环上的碳原子共平面,其余碳原子可能与苯环的碳在同一平面,故D不符合题意。]
3.A [由题意知,气态烃与O2恰好完全反应,利用化学方程式:CxHy+(x+)O2xCO2+H2O,由在相同条件下反应前后压强之比等于反应前后气体物质的量之比得:;解得y=4(2x-1)
讨论:当x=1时,y=4;x=2时,y=12,舍去;
x=3时,y=20,舍去;x=4时,y=28,舍去;故选A项。]
4.A [B错,乙炔分子是直线形分子,四个原子在同一条直线上,与碳碳三键连接的苯环上的C原子及苯环对位的C原子在同一直线上,与苯环连接的—CH2—基团C原子取代苯分子的H原子位置,在该直线上,乙烯是平面形结构,键角是120°,所以共线的碳原子共有5个,因此除苯环外只有3个C原子共直线。A对,C错,苯分子是平面分子,乙炔是直线形分子,在苯环平面上,乙烯是平面分子,甲基、—CH2—取代乙烯分子中H原子的位置,因此甲基、—CH2—中的碳原子在乙烯分子的平面上,由于碳碳单键可以旋转,乙烯所在的平面与苯所在的平面可能在同一平面上,因此所有C原子可能共平面。D错,苯分子是平面形结构,苯环处于对位的C原子及与该原子连接的原子在同一直线上,所以苯分子中共线的原子共有4个,乙炔是直线形结构,共线的原子共有4个,乙烯是平面形结构,共线的原子共有2个,最多只有5个C原子共直线。](共55张PPT)
第 节 从化石燃料中获取有机化合物
提升课时 烃的燃烧规律和原子的共面问题
2
4
第 章 简单的有机化合物
3
1.初步理解烷烃燃烧的规律,培养“证据推理与模型认知”的化学学科素养。2.熟悉甲烷、乙烯、苯的空间结构并推测复杂有机物共线、共面问题,培养“宏观辨识与微观辨析”的化学学科核心素养。
学习目标
一、烃的燃烧规律
二、有机物分子中原子共平面的判断
目
录
CONTENTS
课堂达标训练
课后巩固训练
一、烃的燃烧规律
对点训练
1.烃燃烧反应的通式
2.气体体积变化规律
3.耗氧量大小规律
(1)一定物质的量的烃(CxHy)完全燃烧,(x+)越大,耗氧量越大;(x+)越小,耗氧量越小。
(2)一定质量的烃(CxHy)完全燃烧,越大,耗氧量越大;越小,耗氧量越小。
C
1.10 mL某气态烃,在55 mL氧气里完全燃烧,得到液态水和体积为35 mL的混合气
体(所有气体体积都是同温同压下测定的),则该气态烃可能是 ( )
A.甲烷 B.乙烷
C.丙烷 D.丁烷
解析 设烃的分子式为CxHy,烃在氧气里完全燃烧的化学方程式为CxHy+(x+)O2 xCO2+H2O,由烃和气体体积减小ΔV可得如下关系式1∶(1+)=10∶(65-35),解得y=8,则气态烃的分子式为C3H8,故选C。
D
2.在常温常压下,取下列4种气态烃各1 mol,分别在足量的氧气中燃烧,其中耗氧量最多的是 ( )
A.CH4 B.C2H4
C.C2H6 D.C3H8
解析 1 mol烃CxHy完全燃烧时耗氧量为(x+) mol。1 mol CH4完全燃烧耗氧量为(1+) mol=2 mol,1 mol C2H4完全燃烧耗氧量为(2+) mol=3 mol,1 mol C2H6完全燃烧耗氧量为(2+) mol=3.5 mol,1 mol C3H8完全燃烧耗氧量为(3+) mol=5 mol,故选D。
D
3.(2024·广东广州黄广中学高一月考)25 ℃和101 kPa时,乙烷、乙炔(C2H2)和丙烯
组成的混合烃32 mL 与过量氧气混合并完全燃烧,恢复到原来的温度和压强,气
体总体积缩小了56 mL,原混合烃中乙炔的体积分数为 ( )
A.12.5% B.25%
C.50% D.75%
解析 由反应方程式计算得:
设C2H6和C3H6的总体积为x mL,则C2H2的体积为(32-x) mL,25 ℃和101 kPa时,乙烷、乙炔和丙烯组成的混合烃32 mL 与过量氧气混合并完全燃烧,恢复到原来的温度和压强,气体总体积缩小了56 mL,故有:x+(32-x)=56,解得x=8,即原混合烃中乙炔的体积分数为×100%=75%。
【题后归纳】 烃完全燃烧产物关系规律
(1)质量相同的烃(CxHy),y/x越小,完全燃烧时生成CO2的量越多,生成H2O的量越少;若两种烃的y/x相等,质量相同,则完全燃烧时生成CO2和H2O的量均相等。
(2)总质量一定的混合物,如果各组分碳的质量分数w(C)相同(最简式可以相同也可以不同),完全燃烧后产生CO2的量为定值,而与混合物中各组分的含量无关。
二、有机物分子中原子
共平面的判断
对点训练
1.典型有机物分子的空间结构
(1)甲烷(CH4)为正四面体形结构,5个原子一定不在同一平面内,键角为109°28'。
(2)乙烯(C2H4)为平面形结构,6个原子都在同一平面内,键角约为120°。
(3)苯(C6H6)为平面正六边形结构,12个原子都在同一平面内,键角为120°。
2.有机物分子中原子是否共平面的判断方法
(1)展开空间结构法
其他有机化合物可看作以上三种典型分子中氢原子被其他原子或原子团代替后的产物,但这三种分子中的空间结构基本不变。
①以CH4为母体,可衍变成其他结构。但无论什么原子或原子团与碳原子相连,都相当于取代原来甲烷中氢原子的位置,构成四面体形结构。如CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4等都是四面体形结构,其中CCl4是正四面体形结构。
A
1.下列有机化合物分子中的所有原子一定都处于同一平面的是 ( )
D
2.在下列分子中,能够在同一个平面内的原子数最多的是 ( )
A.甲烷(CH4) B.一溴甲烷(CH3Br)
C.乙烯(CH2 CH2) D.CH2 CH—C≡CH
解析 甲烷是正四面体形结构,在一个平面上最多含有3个原子;一溴甲烷分子是甲烷分子中的一个H原子被Br原子取代产生的,在一个平面上最多有3个原子;乙烯分子是平面分子,分子中所有原子在一个平面上;乙炔分子是直线形分子,分子中所有原子在一条直线上,一条直线上若有2个原子在一个平面上,则直线上所有原子在一个平面上。乙烯基取代乙炔分子的H原子,所以CH2 CH—C≡CH能够在同一平面内的原子数最多。
课堂达标训练
A
1.120 ℃时,某气态烃在密闭容器中与足量的O2混合点燃,完全燃烧后恢复至原温
度,容器内的压强保持不变,则该烃是 ( )
A.CH4 B.C2H6
C.C3H6 D.C3H8
相同条件下,反应前后压强不变说明反应前后气体总体积相等,即1+x+=x+,解得y=4,所以A项正确。
A
2.下列分子中所有碳原子肯定不在同一平面上的是 ( )
A
3.25 ℃时,某气态烃与O2混合充入密闭容器中,点燃爆炸后又恢复至25 ℃,此时容器内压强为原来的,再经NaOH溶液处理,容器内几乎成为真空。该烃的分子式为( )
A.CH4 B.C2H6
C.C3H8 D.C4H10
解析 由题意知,气态烃与O2恰好完全反应,利用化学方程式:CxHy+(x+)O2 xCO2+H2O,由在相同条件下反应前后压强之比等于反应前后气体物质的量之比得:=;解得y=4(2x-1)
讨论:当x=1时,y=4;x=2时,y=12,舍去;
x=3时,y=20,舍去;x=4时,y=28,舍去;故选A项。
A
解析 B错,乙炔分子是直线形分子,四个原子在同一条直线上,与碳碳三键连接的苯环上的C原子及苯环对位的C原子在同一直线上,与苯环连接的—CH2—基团C原子取代苯分子的H原子位置,在该直线上,乙烯是平面形结构,键角是120°,所以共线的碳原子共有5个,因此除苯环外只有3个C原子共直线。A对,C错,苯分子是平面分子,乙炔是直线形分子,在苯环平面上,乙烯是平面分子,甲基、—CH2—取代乙烯分子中H原子的位置,因此甲基、—CH2—中的碳原子在乙烯分子的平面上,由于碳碳单键可以旋转,乙烯所在的平面与苯所在的平面可能在同一平面上,因此所有C原子可能共平面。D错,苯分子是平面形结构,苯环处于对位的C原子及与该原子连接的原子在同一直线上,所以苯分子中共线的原子共有4个,乙炔是直线形结构,共线的原子共有4个,乙烯是平面形结构,共线的原子共有2个,最多只有5个C原子共直线。
课后巩固训练
选择题只有1个选项符合题意
1.下列化合物分子中的所有碳原子不可能处于同一平面的是( )
D
解析 苯与乙烯都是平面结构,因此A、B、C三项的碳原子都共平面;D项是以甲烷为基础的结构,而甲烷为正四面体结构,因此,所有的碳原子不可能完全共平面。
2.两种气态烃以任意比例混合,在105 ℃时1 L该混合烃与10 L氧气混合,充分燃烧后恢复到原状态,所得气体体积仍为11 L。下列各组混合烃中符合此条件的是 ( )
A.C2H4、C2H6 B.CH4、C3H8
C.C2H6、C3H6 D.CH4、C3H4
D
3.下列说法正确的是 ( )
D
4.下列各组中的两种有机物,无论以何种比例混合,只要混合物总质量不变,完全燃
烧时生成的水的质量也不变的是 ( )
A
A.C2H4、C4H8 B.C8H10、C4H10
C.C2H4、C2H4O D.C8H8、C4H8
解析 要使混合物总质量一定,生成水的量不变,必须满足有机物中H的含量相等。A项,C2H4和C4H8二者最简式相同,分子中含H量相同,生成H2O的量相同;B、C、D三项中有机物的最简式不相同,含氢量都不相同,故两者比例不同时生成水的量一定会变,错误。
5.下列有机物分子中,所有的原子不可能在同一平面的是 ( )
B
6.将1 mol CH4和适量的氧气在密闭容器中点燃,充分反应后,甲烷和氧气均无剩余,
且产物均为气体(101 kPa、120 ℃),其总质量为72 g。下列有关叙述不正确的
是 ( )
A
A.若将产物通过碱石灰,则可被完全吸收,若通过浓硫酸,则不能被完全吸收
B.产物的平均摩尔质量为24 g·mol-1
C.若将产物通过浓硫酸充分吸收后恢复至原来的体积、温度,则压强变为原来
的
D.反应中消耗的氧气为56 g
解析 根据质量守恒定律,m(O2)=72 g-1 mol×16 g·mol-1=56 g,n(O2)=56 g÷32 g·mol-1=1.75 mol,则n(O2)∶n(CH4)=1.75 mol∶1 mol=1.75∶1,可知燃烧产物由CO、CO2、H2O(g)组成。根据H守恒,则有n(H2O)=2n(CH4)=2 mol;根据C守恒,则有n(CO)+n(CO2)=1 mol;根据O守恒,则有n(CO)+2n(CO2)+n(H2O)=1.75 mol×2=3.5 mol,解得n(CO)=0.5 mol,n(CO2)=0.5 mol。产物中的CO不能被碱石灰吸收,产物中的CO、CO2都不能被浓硫酸吸收,A项叙述错误;产物的总物质的量为0.5 mol+0.5 mol+2 mol=3 mol,则产物的平均摩尔质量为72 g÷3 mol=24 g·mol-1,B项叙述正确;产物中H2O(g)的物质的量分数为,浓硫酸吸收水蒸气,若产物通过浓硫酸充分吸收后恢复至原来的体积和温度,则压强变为原来的,C项叙述正确;由上述分析知D项叙述正确。
7.一定质量的甲烷燃烧后得到的产物为CO、CO2和水蒸气,此混合气体质量为49.6 g,当其缓慢经过无水CaCl2时,CaCl2增重25.2 g,原混合气体中CO2的质量为 ( )
B
A.12.5 g B.13.2 g C.19.7 g D.24.4 g
解析 产物通过无水CaCl2时,无水CaCl2增重25.2 g 为水的质量,所以n(H2O)==1.4 mol,根据H原子守恒,可以知道:n(CH4)=n(H2O)=×1.4 mol=0.7 mol,根据C原子守恒,则:n(CO)+n(CO2)=0.7 mol,所以m(CO)+m(CO2)=49.6 g -25.2 g =24.4 g,所以[0.7 mol-n(CO2)]×28 g·mol-1+n(CO2)×44 g·mol-1=24.4 g,n(CO2)=0.3 mol,生成二氧化碳的质量为0.3 mol×44 g·mol-1=13.2 g。
B
9.A、B、C三种气态烃组成的混合物共a mol与足量氧气混合点燃,完全燃烧后恢复到原来的状况(标准状况下),气体物质的量减少2a mol,则三种烃可能是 ( )
①CH4、C2H6、C3H8 ②CH4、C2H4、C3H4
③C2H4、C2H2、CH4 ④C2H6、C3H6、C2H2
A.①② B.②③ C.③④ D.②④
解析 根据平均组成法,假设A、B、C三种气态烃的平均组成为CxHy,则有A、B、C三种气态烃组成的混合物共a mol与足量氧气混合点燃,完全燃烧后恢复到原来的状况(标准状况下),气体物质的量减少2a mol,
D
则解得y=4,即三种气态烃的平均组成中氢原子为4,则:CH4、C2H6、C3H8三种气态烃的平均组成中H原子个数不可能为4, ①不合题意;CH4、C2H4、C3H4三种气态烃任意比混合,其平均组成中H原子个数恒为4, ②符合题意;C2H4、C2H2、CH4三种气态烃的平均组成中H原子个数不可能为4,恒小于4, ③不合题意;C2H6、C3H6、C2H2三种气态烃的平均组成中H原子个数可能为4,当C2H6和C3H6的总物质的量和C2H2的物质的量相等时,平均组成中H原子个数为4, ④符合题意。
10.下列有关烷烃燃烧的说法正确的是 ( )
B
A.等物质的量的CH4和C3H8完全燃烧,CH4的耗氧量高
B.等质量的CH4比C3H8完全燃烧时的耗氧量高
C.CH4完全燃烧生成的CO2和H2O的物质的量之比为2∶1
D.完全燃烧生成CO2和H2O物质的量之比为1∶2的有机物一定为CH4
11.甲烷分子中的4个氢原子都可以被取代,若甲烷分子中的4个氢原子被苯基取代,
则可得到的分子如图所示,下列描述中正确的是 ( )
C
A.分子式为C25H24
B.所有原子都在同一平面上
C.此物质属芳香烃类物质
D.最多有3个碳原子在同一平面上
解析 A项,由结构可知该物质的分子式为C25H20;B项,分子中与4个苯环相连的C为四面体结构,则所有原子不可能共平面;C项,只含C、H元素,且含苯环,为芳香烃类物质;D项,最多2个苯环与中间的C共面,则最多有13个碳原子共面。
12.a mol H2和b mol C2H2在密闭容器中充分反应后,生成c mol C2H4,将反应所得混合气体完全燃烧生成CO2和H2O,所需氧气的物质的量为 ( )
A. mol B.(a+3b) mol
C.(b-c) mol D.(a+3b+2c) mol
解析 根据原子守恒,反应所得混合气体完全燃烧消耗氧气的量就是a mol H2和b mol C2H2完全燃烧消耗O2的物质的量之和。根据碳元素守恒有n(CO2)=2n(C2H2)=2b mol,根据氢元素守恒有n(H2O)=n(C2H2)+n(H2)=(a+b) mol,根据氧元素守恒有2n(O2)=2n(CO2)+n(H2O),2n(O2)=(a+5b) mol,即n(O2)= mol。故选A。
A
C
A.7个 B.8个
C.9个 D.14个
解析 苯环是平面正六边形结构,而碳碳单键能够旋转,该分子中有2个苯环,通过碳碳单键的旋转,最多有14个碳原子共平面,连接2个苯环的碳碳单键以及该键对位上的碳原子一定与另一个苯环共平面,所以最少有9个碳原子共平面,C项正确。
14.两种气态烃以一定比例混合,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,所得气体的体积为11 L,下列各组混合烃中不符合此条件的是 ( )
A.C3H6、C4H10 B.CH4、C3H8
C.C2H4、C4H10 D.C3H8、C4H8
B
即可。设混合烃的平均分子式为CxHy,混合烃燃烧后气体体积增大了:11 L-
1 L-9 L=1 L,烃燃烧的方程式为
即:-1=1,y=8,两种气态烃以一定比例混合,氢原子数平均是8,不符合条件的是
CH4、C3H8,H原子数平均小于8,大于4,故答案为B。
15.下列各组化合物中,不论两者以什么比例混合,只要总质量一定,则完全燃烧时
消耗O2的质量、生成水的质量或CO2的质量不变的是 ( )
B
A.CH4 C2H6 B.C2H2 C6H6
C.C2H4 C3H8 D.C2H4 C3H4
解析 最简式相同的烃不论以什么比例混合,只要总质量一定,碳的质量不变,氢的质量也不变,即消耗O2的量、生成水的量及生成CO2的量均不变。
16.某烃A不能使溴水褪色,0.5 mol A完全燃烧时,得到1.5 mol水和67.2 L二氧化碳
(标准状况)。
(1)A的结构简式为 。
(2)根据下列条件写出有关反应的化学方程式:
①在催化剂FeCl3的作用下,A与Cl2反应生成B: 。
②在催化剂和加热作用下A与H2反应生成C: 。
17.下列物质中,所有原子均在同一平面上的是 (填数字序号,下同),所有碳原子一定在同一平面上的是 ,所有碳原子可能在同一平面上的是 。
①③
②③④⑤
⑥
18.(1)完全燃烧0.1 mol某烃,燃烧产物依次通过浓硫酸、浓碱液,实验结束后,称得浓硫酸增重9 g,浓碱液增重17.6 g。该烃的分子式为 。
(2)某烃2.2 g,在O2中完全燃烧,生成6.6 g CO2和3.6 g H2O,在标准状况下其密度为1.964 3 g·L-1,其分子式为 。
(3)某烷烃的相对分子质量为128,该烷烃的分子式为 。
(4)在120 ℃和101 kPa的条件下,某气态烃和一定质量的氧气的混合气体,点燃完全反应后再恢复到原来的温度时,气体体积缩小,则该烃分子内的氢原子个数 (填字母序号)。
A.小于4 B.大于4 C.等于4 D.无法判断
C4H10
C3H8
C9H20
A第3章 提升课时4 烃的燃烧规律和原子的共面问题
(分值:80分)
选择题只有1个选项符合题意(1~15题,每小题4分)
1.下列化合物分子中的所有碳原子不可能处于同一平面的是 ( )
2.两种气态烃以任意比例混合,在105 ℃时1 L该混合烃与10 L氧气混合,充分燃烧后恢复到原状态,所得气体体积仍为11 L。下列各组混合烃中符合此条件的是 ( )
C2H4、C2H6 CH4、C3H8
C2H6、C3H6 CH4、C3H4
3.下列说法正确的是 ( )
丙烷是直链烃,所以分子中3个碳原子也在一条直线上
丙烯所有原子均在同一平面上
所有碳原子一定在同一平面上
至少有16个原子共平面
4.下列各组中的两种有机物,无论以何种比例混合,只要混合物总质量不变,完全燃烧时生成的水的质量也不变的是 ( )
C2H4、C4H8 C8H10、C4H10
C2H4、C2H4O C8H8、C4H8
5.下列有机物分子中,所有的原子不可能在同一平面的是 ( )
CH2CHCl
6.将1 mol CH4和适量的氧气在密闭容器中点燃,充分反应后,甲烷和氧气均无剩余,且产物均为气体(101 kPa、120 ℃),其总质量为72 g。下列有关叙述不正确的是 ( )
若将产物通过碱石灰,则可被完全吸收,若通过浓硫酸,则不能被完全吸收
产物的平均摩尔质量为24 g·mol-1
若将产物通过浓硫酸充分吸收后恢复至原来的体积、温度,则压强变为原来的
反应中消耗的氧气为56 g
7.一定质量的甲烷燃烧后得到的产物为CO、CO2和水蒸气,此混合气体质量为49.6 g,当其缓慢经过无水CaCl2时,CaCl2增重25.2 g,原混合气体中CO2的质量为 ( )
12.5 g 13.2 g
19.7 g 24.4 g
8.某烃的结构简式为,分子中饱和碳原子数为a,可能在同一直线上的碳原子数为b,一定在同一平面上的碳原子数为c(已知CH≡CH为直线形分子),则a、b、c分别为 ( )
4、3、7 4、3、6
2、5、4 4、6、4
9.A、B、C三种气态烃组成的混合物共a mol与足量氧气混合点燃,完全燃烧后恢复到原来的状况(标准状况下),气体物质的量减少2a mol,则三种烃可能是 ( )
①CH4、C2H6、C3H8 ②CH4、C2H4、C3H4
③C2H4、C2H2、CH4 ④C2H6、C3H6、C2H2
①② ②③
③④ ②④
10.下列有关烷烃燃烧的说法正确的是 ( )
等物质的量的CH4和C3H8完全燃烧,CH4的耗氧量高
等质量的CH4比C3H8完全燃烧时的耗氧量高
CH4完全燃烧生成的CO2和H2O的物质的量之比为2∶1
完全燃烧生成CO2和H2O物质的量之比为1∶2的有机物一定为CH4
11.甲烷分子中的4个氢原子都可以被取代,若甲烷分子中的4个氢原子被苯基取代,则可得到的分子如图所示,下列描述中正确的是 ( )
分子式为C25H24
所有原子都在同一平面上
此物质属芳香烃类物质
最多有3个碳原子在同一平面上
12.a mol H2和b mol C2H2在密闭容器中充分反应后,生成c mol C2H4,将反应所得混合气体完全燃烧生成CO2和H2O,所需氧气的物质的量为 ( )
mol (a+3b) mol
(b-c) mol (a+3b+2c) mol
13.已知苯分子中6个碳原子和6个氢原子在同一平面内,则在分子中,同一平面内的碳原子最少应有 ( )
7个 8个 9个 14个
14.两种气态烃以一定比例混合,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,所得气体的体积为11 L,下列各组混合烃中不符合此条件的是 ( )
C3H6、C4H10 CH4、C3H8
C2H4、C4H10 C3H8、C4H8
15.下列各组化合物中,不论两者以什么比例混合,只要总质量一定,则完全燃烧时消耗O2的质量、生成水的质量或CO2的质量不变的是 ( )
CH4 C2H6 C2H2 C6H6
C2H4 C3H8 C2H4 C3H4
16.(6分)某烃A不能使溴水褪色,0.5 mol A完全燃烧时,得到1.5 mol水和67.2 L二氧化碳(标准状况)。
(1)(2分)A的结构简式为 。
(2)(4分)根据下列条件写出有关反应的化学方程式:
①在催化剂FeCl3的作用下,A与Cl2反应生成B: 。
②在催化剂和加热作用下A与H2反应生成C: 。
17.(6分)下列物质中,所有原子均在同一平面上的是 (填数字序号,下同),所有碳原子一定在同一平面上的是 ,所有碳原子可能在同一平面上的是 。
①SO2;②CH3CHCHCH3;③;
④CH3CH3;⑤;
⑥
18.(8分)(1)(2分)完全燃烧0.1 mol某烃,燃烧产物依次通过浓硫酸、浓碱液,实验结束后,称得浓硫酸增重9 g,浓碱液增重17.6 g。该烃的分子式为
。
(2)(2分)某烃2.2 g,在O2中完全燃烧,生成6.6 g CO2和3.6 g H2O,在标准状况下其密度为1.964 3 g·L-1,其分子式为 。
(3)(2分)某烷烃的相对分子质量为128,该烷烃的分子式为 。
(4)(2分)在120 ℃和101 kPa的条件下,某气态烃和一定质量的氧气的混合气体,点燃完全反应后再恢复到原来的温度时,气体体积缩小,则该烃分子内的氢原子个数 (填字母序号)。
A.小于4 B.大于4
C.等于4 D.无法判断
提升课时4 烃的燃烧规律和原子的共面问题
1.D [苯与乙烯都是平面结构,因此A、B、C三项的碳原子都共平面;D项是以甲烷为基础的结构,而甲烷为正四面体结构,因此,所有的碳原子不可能完全共平面。]
2.D [设有机物的平均分子式为CxHy,则有CxHy+(x+)O2xCO2+H2O,105 ℃时水为气体,燃烧前后体积不变,则有1+x+=x+,解得y=4,即混合气体中平均含有H原子为4个,A、B、C三项中H原子个数平均值都大于4个,只有CH4、C3H4平均H原子数为4个。故选D项。]
3.D [A项,直链烃是锯齿形的,错误;B项,CH3—CHCH2中甲基上至少有两个氢不和其他原子共平面,错误;C项,因为环状结构不是平面结构,所以所有碳原子不可能在同一平面上,错误;D项,该分子中在同一条直线上的原子有8个
(),再加上其中一个苯环上的8个原子,所以至少有16个原子共平面,正确。]
4.A [要使混合物总质量一定,生成水的量不变,必须满足有机物中H的含量相等。A项,C2H4和C4H8二者最简式相同,分子中含H量相同,生成H2O的量相同;B、C、D三项中有机物的最简式不相同,含氢量都不相同,故两者比例不同时生成水的量一定会变,错误。]
5.B [所有的原子在同一平面上;中—CH2—、—CH3的碳原子与其他的原子形成四面体结构;
看作由代替乙烯中的氢原子,而中所有的原子都在同一平面内,而且相互间连接的原子都可在另一部分的平面内,所以可判断这两部分可能在同一平面内,即C选项中的物质所有的原子可能在同一平面上;CH2CHCl中的氯原子取代了乙烯中的氢原子,因此所有原子均在同一平面上。]
6.A [根据质量守恒定律,m(O2)=72 g-1 mol×16 g·mol-1=56 g,n(O2)=56 g÷32 g·mol-1=1.75 mol,则n(O2)∶n(CH4)=1.75 mol∶1 mol=1.75∶1,可知燃烧产物由CO、CO2、H2O(g)组成。根据H守恒,则有n(H2O)=2n(CH4)=2 mol;根据C守恒,则有n(CO)+n(CO2)=1 mol;根据O守恒,则有n(CO)+2n(CO2)+n(H2O)=1.75 mol×2=3.5 mol,解得n(CO)=0.5 mol,n(CO2)=0.5 mol。产物中的CO不能被碱石灰吸收,产物中的CO、CO2都不能被浓硫酸吸收,A项叙述错误;产物的总物质的量为0.5 mol+0.5 mol+2 mol=3 mol,则产物的平均摩尔质量为72 g÷3 mol=24 g·mol-1,B项叙述正确;产物中H2O(g)的物质的量分数为,浓硫酸吸收水蒸气,若产物通过浓硫酸充分吸收后恢复至原来的体积和温度,则压强变为原来的,C项叙述正确;由上述分析知D项叙述正确。]
7.B [产物通过无水CaCl2时,无水CaCl2增重25.2 g 为水的质量,所以n(H2O)==1.4 mol,根据H原子守恒,可以知道:n(CH4)=n(H2O)=×1.4 mol=0.7 mol,根据C原子守恒,则:n(CO)+n(CO2)=0.7 mol,所以m(CO)+m(CO2)=49.6 g -25.2 g =24.4 g,所以[0.7 mol-n(CO2)]×28 g·mol-1+n(CO2)×44 g·mol-1=24.4 g,n(CO2)=0.3 mol,生成二氧化碳的质量为0.3 mol×44 g·mol-1=13.2 g。]
8.B [分子中饱和碳原子就是两个乙基中的4个碳原子。可能在同一直线上的碳原子是连接—C≡C—的3个碳原子。一定在同一平面上的碳原子是连接及—C≡C—的6个碳原子。]
9.D [根据平均组成法,假设A、B、C三种气态烃的平均组成为CxHy,则有A、B、C三种气态烃组成的混合物共a mol与足量氧气混合点燃,完全燃烧后恢复到原来的状况(标准状况下),气体物质的量减少2a mol,
则解得y=4,即三种气态烃的平均组成中氢原子为4,则:CH4、C2H6、C3H8三种气态烃的平均组成中H原子个数不可能为4,①不合题意;CH4、C2H4、C3H4三种气态烃任意比混合,其平均组成中H原子个数恒为4,②符合题意;C2H4、C2H2、CH4三种气态烃的平均组成中H原子个数不可能为4,恒小于4,③不合题意;C2H6、C3H6、C2H2三种气态烃的平均组成中H原子个数可能为4,当C2H6和C3H6的总物质的量和C2H2的物质的量相等时,平均组成中H原子个数为4,④符合题意。]
10.B [据烃燃烧通式CxHy+(x+)O2xCO2+H2O,1 mol CH4和C3H8分别消耗氧气为2 mol和5 mol,16 g CH4消耗2 mol氧气,44 g C3H8消耗5 mol氧气,故A错误、B正确;1 mol CH4完全燃烧生成CO2和H2O的物质的量之比为1∶2,故C错误;完全燃烧生成CO2和H2O的物质的量之比为1∶2的有机物可能为CH4,也可能为甲醇(CH3OH),故D错误。]
11.C [A项,由结构可知该物质的分子式为C25H20;B项,分子中与4个苯环相连的C为四面体结构,则所有原子不可能共平面;C项,只含C、H元素,且含苯环,为芳香烃类物质;D项,最多2个苯环与中间的C共面,则最多有13个碳原子共面。]
12.A [根据原子守恒,反应所得混合气体完全燃烧消耗氧气的量就是a mol H2和b mol C2H2完全燃烧消耗O2的物质的量之和。根据碳元素守恒有n(CO2)=2n(C2H2)=2b mol,根据氢元素守恒有n(H2O)=n(C2H2)+n(H2)=(a+b) mol,根据氧元素守恒有2n(O2)=2n(CO2)+n(H2O),2n(O2)=(a+5b) mol,即n(O2)= mol。故选A。]
13.C [苯环是平面正六边形结构,而碳碳单键能够旋转,该分子中有2个苯环,通过碳碳单键的旋转,最多有14个碳原子共平面,连接2个苯环的碳碳单键以及该键对位上的碳原子一定与另一个苯环共平面,所以最少有9个碳原子共平面,C项正确。]
14.B [设平均分子组成为CxHy,则CxHy+(x+)O2xCO2+H2O,因为105 ℃时,生成的H2O是气体,因反应后气体的体积增大了1 L,利用差量法计算出混合气态烃中氢原子数目,然后根据“两种气态烃以一定比例混合”及计算结果进行判断即可。设混合烃的平均分子式为CxHy,混合烃燃烧后气体体积增大了:11 L-1 L-9 L=1 L,烃燃烧的方程式为
即:-1=1,y=8,两种气态烃以一定比例混合,氢原子数平均是8,不符合条件的是CH4、C3H8,H原子数平均小于8,大于4,故答案为B。]
15.B [最简式相同的烃不论以什么比例混合,只要总质量一定,碳的质量不变,氢的质量也不变,即消耗O2的量、生成水的量及生成CO2的量均不变。]
16.(1)
(2)①+Cl2
②+3H2
解析 (1)设烃的分子式为CxHy,0.5 mol该物质完全燃烧时,得到二氧化碳(标准状况)的物质的量为n(CO2)==3 mol。
由烃的燃烧通式:
CxHy + (x+)O2xCO2 + H2O
1 mol x mol mol
0.5 mol 3 mol 1.5 mol
则x=6,y=6,故A的分子式为C6H6。
又因A不能使溴水褪色,故A为苯。
17.①③ ②③④⑤ ⑥
解析 ①SO2中共有3个原子,3个原子一定共平面。②CH3CHCHCH3的结构简式可以写为,由于含有—CH3,所有原子不可能共平面,但碳碳双键两端的6个原子共平面,即4个碳原子共平面。③中的12个原子共平面。④CH3CH3为烷烃,所有原子不可能共平面,但2个碳原子一定共平面。⑤中含有—CH3,所有原子不可能共平面,由于苯环是平面正六边形结构,可推测知7个碳原子共平面。⑥的结构简式可以表示为,由于碳碳单键a可以旋转,所以碳碳双键所在的平面和苯环所在的平面可以是同一平面,也可以不是同一平面,故所有碳原子可能在同一平面上。
18.(1)C4H10 (2)C3H8 (3)C9H20 (4)A
解析 (1)0.1 mol烃中,n(C)==0.4 mol,n(H)=×2=1 mol,则每个烃分子中含4个碳原子、10个氢原子,即分子式为C4H10。(2)由题意可得烃的摩尔质量M=22.4 L·mol-1×1.964 3 g·L-1≈44 g·mol-1。该烃分子中,n(C)∶n(H)=∶(×2)=3∶8,故最简式为C3H8,最简式相对分子质量为44,等于该烃的相对分子质量,故该烃的分子式为C3H8。(3)某烷烃CnH2n+2的相对分子质量为128,则14n+2=128,解得n=9,故分子式为C9H20。(4)设某气态烃的分子式为CxHy,则有CxHy+(x+)O2xCO2+H2O,因为反应后气体体积缩小,则1+x+>x+,即y<4。
