《创新课堂》第七章 6 聚焦突破7 烃的燃烧规律与有机物分子中原子共线、共面的判断 讲义（教师版）化学必修二人教版

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一、烃的燃烧规律及应用
1.烃(CxHy)的燃烧通式
CxHy＋(x＋)O2xCO2＋H2O。
2.烃的燃烧耗氧规律
(1)相同物质的量的烃(CxHy)，x＋越大，耗氧量越多，反之越少。
(2)相同质量的烃(CxHy)，越大，耗氧量越多，反之越少。
3.气态烃燃烧前后气体体积的变化
CxHy＋(x＋)O2xCO2＋H2O　ΔV
1　 x＋　 x　
其中，ΔV＝V后－V前。
(1)当温度大于或等于100 ℃时，水为气态
ΔV＝－1
(2)当常温常压时，水为液态
ΔV＝－(1＋)，反应后气体体积始终减小且减少量与氢原子数有关。
【突破集训】
1.两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，所得气体总体积仍是10 L，下列混合烃中不符合此条件的是(　　)
A.CH4、C2H4 B．CH4、C3H8
C.C2H4、C3H4 D．C2H2、C3H6
解析：选B。反应前后气体的体积不变，烃类物质完全燃烧的通式为CxHy＋O2xCO2＋H2O，因为105 ℃时，生成的H2O是气体，所以1＋＝x＋，解得y＝4，即氢原子平均数为4的混合烃符合题意，而CH4、C3H8无论按什么比例混合，均不能使氢原子平均数为4；C2H2、C3H6只有在体积比1∶1混合时氢原子平均数才为4，CH4、C2H4及C2H4、C3H4以任意比混合时氢原子平均数均为4。
2.(2024·双鸭山高一期末)两种气态烃的混合物共1 L，在空气中完全燃烧生成1.5 L CO2气体和2 L水蒸气(均在120 ℃下测定)。下列关于该混合物的说法正确的是(　　)
A.一定有甲烷
B.一定有乙烷
C.一定含有甲烷，不一定含有乙烷
D.可能是甲烷和丙烷的混合物
解析：选A。由1 L气态烃的混合物在空气中完全燃烧得到1.5 L CO2气体和2 L水蒸气可知，该混合物的平均分子式为C1.5H4，烃分子中碳原子数小于1.5的烃只能为甲烷，故该混合物中一定含有甲烷，由甲烷分子中氢原子数为4可知，另一种烃分子中氢原子数也为4，所以该混合物中一定含有甲烷，一定不含乙烷或丙烷。
3.(2024·金华高一月考)一种气态烷烃和一种气态烯烃分子中的碳原子数相等，若将1.0体积这种混合气体在氧气中完全燃烧，生成2.0体积的CO2和2.4体积的水蒸气(气体体积均在相同状况下测定)，则混合气体中烷烃和烯烃的体积比为(　　)
A.3∶1 B．1∶3
C.2∶3 D．3∶2
解析：选C。将1.0体积这种混合气体在氧气中完全燃烧，生成2.0体积的CO2和2.4体积的水蒸气，根据烃燃烧的通式：
CxHy＋O2xCO2＋H2O
1 x＋ x
1.0 2.0 2.4
x＝2，y＝4.8；平均分子式为C2H4.8，故烷烃是乙烷，烯烃是乙烯，设乙烷、乙烯的物质的量分别是a mol、b mol，＝4.8，解得a∶b＝2∶3，物质的量之比等于气体体积之比，即乙烷和乙烯的体积比也为2∶3。
4.现有CH4、C2H4、C2H6三种有机化合物。
(1)等质量的上述三种物质完全燃烧时消耗O2的量最多的是________。
(2)常温常压下，同体积的上述三种物质完全燃烧时消耗O2的量最多的是________。
(3)等质量的上述三种物质燃烧时，生成二氧化碳的量最多的是________，生成水的量最多的是________。
(4)在120 ℃、1.01×105 Pa下，上述三种物质中的两种和足量的氧气混合点燃，相同条件下测得反应前后气体体积没有发生变化，这两种气体是________________。
解析：(1)等质量的烃(CxHy)完全燃烧时，的值越大，耗氧量越多；CH4、C2H4、C2H6中的值依次为4、2、3，故等质量的CH4、C2H4、C2H6完全燃烧时消耗O2的量最多的是CH4。(2)等物质的量的烃(CxHy)完全燃烧时，x＋的值越大，耗氧量越多；CH4、C2H4、C2H6中x＋的值依次为2、3、3.5，故常温常压下，同体积的上述三种物质完全燃烧时消耗O2的量最多的是C2H6。(3)质量相同时，烃(CxHy)中的值越大，生成二氧化碳的量越多；的值越大，生成水的量越多；故生成二氧化碳的量最多的是C2H4；生成水的量最多的是CH4。(4)在120 ℃、1.01×105 Pa下，H2O为气态，根据烃的燃烧通式：
CxHy＋(x＋)O2xCO2＋H2O(g)
1 　x＋ x
由于ΔV＝0，因此1＋x＋＝x＋，解得y＝4，即该条件下，当烃分子中含有4个氢原子时，该烃完全燃烧前后气体体积不变，故符合要求的两种烃为CH4和C2H4。
答案： (1)CH4　(2)C2H6　(3)C2H4　CH4　
(4)CH4和C2H4
二、有机物分子中原子共线、共面的判断
1.常见分子的类型、空间结构及结构特点
类型 空间结构 结构特点
甲烷型 正四面体 凡是碳原子与4个原子形成4个共价键时，空间结构都是四面体形，5个原子中最多有3个原子共平面
乙烯型 平面结构 与碳碳双键直接相连的4个原子与2个碳原子共平面
乙炔型 —C≡C—直线结构 与碳碳三键直接相连的2个原子与2个碳原子共直线
苯型 平面结构 位于苯环上的12个原子共平面，位于对角线位置上的4个原子共直线
2.原子共面问题的分析方法
(1)甲烷、乙烯、苯三种分子中的氢原子如果被其他原子取代，取代后分子的空间结构基本不变。
(2)共价单键可以绕键轴旋转，共价双键和共价三键不能旋转。
(3)根据分子的结构和化学键之间的夹角画出分子中原子的相对位置，如。
3.原子共面的解题步骤
【突破集训】
5.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，则可得到的分子如下图所示，下列关于该物质的描述正确的是(　　)
A.分子式为C25H24
B.所有原子在同一平面上
C.属于芳香烃
D.最多有3个碳原子在同一平面上
解析：选C。由结构简式可知，该物质的分子式为C25H20，A项错误；该物质分子中与4个苯环相连的C原子为四面体结构，所有原子不可能共平面，B项错误；该物质只含C、H元素，且含苯环，为芳香烃，C项正确；最多2个苯环与中间的C原子共平面，故最多有13个碳原子共平面，D项错误。
6.下列物质的分子中，所有碳原子不可能处于同一平面的是(　　)
解析：选C。A.苯乙烯分子中苯环和碳碳双键均为平面结构，通过单键的旋转，可使两平面共面，即所有碳原子可能处于同一平面，故A不选；B.乙苯分子中由于单键可以旋转，所有碳原子可能处于同一平面，故B不选；C.与甲基相连的碳原子是饱和碳原子，且连有三个碳原子，饱和碳原子连接的四个原子呈四面体结构，中心碳原子最多和两个原子共平面，所以分子中所有碳原子不可能共平面，故C选；D.苯环是平面结构，且单键可以旋转，所有碳原子可能处于同一平面，故D不选。
7.(2024·湘潭高一质检)某有机化合物的结构简式为。下列关于该物质的说法错误的是(　　)
A.分子中的碳原子都属于不饱和碳原子
B.在同一直线上的碳原子有6个
C.分子中所有原子可能在同一平面上
D.该物质的分子式为C10H8
解析：选B。A.题给结构简式中碳原子之间都是不饱和键，都属于不饱和碳原子，正确；B.该物质的结构为，在同一直线上的碳原子有1、2、3、4、5号碳原子，共5个，错误；C.碳碳双键所在的平面与苯环所在的平面共面时，所有原子在同一平面上，正确；D.由结构简式可知，该物质的分子式为C10H8，正确。
8.下列说法正确的是(　　)
A.丙烷是直链烃，所以分子中3个碳原子也在一条直线上
B.CH3CH===CHCH3分子中的四个碳原子在同一直线上
C. 分子中所有碳原子一定在同一平面上
D. 分子中至少有16个原子共平面
解析：选D。丙烷分子中3个碳原子呈锯齿形，故A错误；根据乙烯的空间结构可知，CH3CH===CHCH3分子中的四个碳原子处于同一平面，但不在同一直线上，故B错误；苯环和碳碳双键均是平面形结构，碳碳单键可以旋转，分子中所有碳原子可能在同一平面上，故C错误；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剩余的8个原子，至少有16个原子共平面，故D正确。