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有机物烷烃,烯烃,苯的计算规律  

2009-12-21 08:47:28|  分类: 高中化学 |  标签: |举报 |字号 订阅

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有机化学计算专题
【说明】
在有机化学中,定量计算的内容主要包括:根据反应方程式,计算有关反应物和生成物的量;根据有关物质的量值,判断有机分子中官能团的数目;或利用有机分子中官能团的数目,计算分子量或其它有关的量值;通过定量计算判断有机物的分子组成。
有机定量计算问题与无机化学的计算基本是相同的,同样涉及不纯物的计算,涉及过量物的分析与判断。可灵活运用守恒、差量、关系式等基本计算方法和技巧。同时,有机化学计算也必须重视类的划分,因为定量计算是数不胜数的,而计算的类型却是屈指可数的,对于每一种类型都有相应的解题途径,但不一定是惟一的。
【知识要点讲解】
一、有机物燃烧通式及规律的应用
解该类题目的依据是烃及烃的衍生物的燃烧通式
CxHy+(x+ )O2 xCO2+ H2O
CxHyOz+(x+ - )O2 xCO2+ H2O
1.通过有机物燃烧产物确定分子式
有机物燃烧产物通常是CO2和H2O,由CO2和H2O的量可确定C、H原子的物质的量,再根据质量守恒或分子量确定是否含有氧元素及含氧原子的物质的量的多少。当求出有机物中各原子的物质的量后,即确定了有机物的分子式。

例1.某有机物8.80g,完全燃烧后得到CO2 22.0g、H2O 10.8g。该有机物的蒸气密度是相同状况下H2密度的44倍,则该有机物的分子式为
A.C5H6O B.C5H12 C.C5H12O2 D.C5H12O
解析
确定有机物的分子式即求出1mol有机物中含有C原子、H原子及其它原子的物质的量
有机物分子量为2×44=88
8.8克有机物的物质的量为
=0.1mol
n(H2O)= =0.6mol n(CO2)= =0.5mol
判断是否含有氧原子:8.80-12×0.5-2×0.6=1.6(g)
含氧原子n(O)= =0.1mol
有机物∶C∶H∶O
=0.1mol∶0.5mol∶1.2mol∶0.1mol
=1mol∶5mol∶12mol∶1mol
所以,有机物分子式为C5H12O
方法2.计算有机物分子量为88,由选项可知,分子量为88的有机物为C5H12O
正确答案为选项D
2.根据反应前后气体体积差确定分子式
例2.在同温同压下,10ml某种气态烃在50ml O2中完全燃烧,得到液态水和35ml的混合气体,则该烃的分子式为( )
A.C4H6 B.C2H6 C.C3H8 D.C3H6
解析:
根据10ml烃在50mlO2中完全燃烧,所以O2是适量或过量的。
设该烃的分子式为CxHy
CxHy+(x+ )O2 xCO2+ H2O(液) △V
1 (x+ ) x (1+ )
10 50 60-35=25
y=6
同时:
10(x+ )≤50
将y=6带入即得x≤3.5。
所以该烃是C2H6或C3H6。
小结:
气态烃燃烧前后气体体积变化规律
Ⅰ.当生成水是气态时
CxHy+(x+ )O2→xCO2+ H2O(气) △V
1 (x+ ) x (1- )
△V=V前-V后=1-y/4
Ⅱ.当生成水是液态时
CxHy+(x+ )O2 xCO2+ H2O(液) △V
1 (x+ ) x (1+ )
△V=V前-V后=1+ △V>0 体积永远减小
由上知:气态烃燃烧前后气体体积变化与C原子数无关,只与H原子和温度有关。

例3.燃烧1mol CxHy时,消耗O2 5mol,则x和y之和是
A.5 B.7 C.9 D.11
解析:
本题是考查烃燃烧耗氧量计算问题。可以写出烃完全燃烧的方程式:
CxHy+(x+ )O2→xCO2+ H2O
依题意:x+ =5
讨论:当x=1时,y=16,不合理
当x=2时,y=12,不合理
当x=3时,y=8,合理,为C3H8,则:
x和y之和为11,本题正确答案为(D)。

3.利用中间值(平均值)确定有机物的分子式
例4.完全燃烧标准状况下某烷烃和气态烯烃的混合物2.24L,生成CO2 6.6g,水的质量为4.05g。
求(1)混合气体的平均摩尔质量
(2)混合气体的成分和体积分数
解析:
气体混合物共0.1mol,CO2为0.15mol,H2O为0.225mol,平均分子组成为C1..5H4..5所以平均摩尔质量为12×1.5+1×4.5=22.5g/mol。混合物中两气体摩尔质量一个大于22.5,另一个小于22.5,小于22.5的只有CH4,则烯烃为C3H6、C4H8,不会是C2H4,因为混合物平均含H原子数是4.5,CH4中H原子数小于4.5,所以另一气态烯烃含H原子数大于4.5,则为C3H6或C4H8,所以混合气体可能是 与 对这两组进行检验。
分别由平均含C原子数和H原子数计算两种烃的体积比。若为 由平均C原子数计算

若为 不合题意,舍去,
所以混合气体为CH4和C3H6。
CH4%= ×100%=75% C3H6%为25%

4.耗氧量大小的比较
有机物燃烧的实质是C、H原子结合O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。
1mol C原子耗 1 mol O2;4 mol H原子耗 1mol O2

例5.(1).等质量的下列有机物耗氧量由大到小的顺序是_________________。
①C2H6 ②C2H4 ③C3H8 ④聚乙烯 ⑤C4H6
(2).等物质的量的下列有机物耗氧量由大到小的顺序是______________。
①C2H6 ②C3H4 ③C2H5OH ④ C2H6O2 ⑤C3H8O3
解析
(1)因为每12克碳消耗32克氧气,每4克氢消耗32克氧气,所以相同质量的烃,含氢的质量分数越高,耗氧量越大。设题中每摩有机物中含碳元素的物质的量为1摩,则有机物的表达式依次为CH3、CH2、
CH8/3、CH2、CH1.5,所以,氢的质量分数由高到低的顺序是①>③>④=②>⑤
解析
(2)
①C2H6~3.5O2
②C3H4~4O2
③C2H5OH~C2H4?H2O~3O2
④C2H6O2~C2H2?2H2O~2.5O2
⑤C3H8O3~C3H2?3H2O~3.5O2
所以,等物质的量的有机物耗氧量由大到小顺序为②>①=⑤>③>④

例6.下列各组混合物,不管以任何比例混合,只要总质量固定,经过燃烧后产生CO2的量为一恒定值的是
A.醛和甲酸甲酯 B.乙醇和乙酸
C.丙烯和丙烷 D.乙炔和苯蒸气
解析:根据题意总质量固定,若以任何比例混合,燃烧后产生CO2的量为一恒定值,则说明两物质的含碳质量分数相同。若两物质的最简式相同则含碳质量分数相同。甲醛和甲酸甲酯最简式为CH2O,乙块和苯蒸气最简式为CH,故答案为A、D。

【练习与思考一】
1.在常温条件下,只含C、H、O的某些有机物在足量O2中充分燃烧,恢复到室温后,其燃烧所消耗O2的物质的量与燃烧后所产生气体的物质的量相等
①写出符合上述条件的有机物的通式________________________。
②在符合条件的有机物中,若其分子中含一个碳原子,则该物质的结构简式为:_______________;若其分子中含两个碳原子,写出对应的两种物质的结构简式:________________________________。

2.含C、H、O三种元素的有机物,完全燃烧时消耗O2和生成CO2的体积比是1∶4,则[(CxOy)m(H2O)n](m、n均为正整数)中x∶y=_________________。其中式量最小的有机物的化学式为____________________________。

3.A、B两种有机物组成的混合物,当混合物的总质量相等时,无论A、B以何种比例混合,完全燃烧后生成的CO2的质量都相等,符合这一条件的有机物的组合是
A.HCHO CH3COOH B.C6H6 C6H5OH
C.CH3OH HOCH2CH2OH D.CH4 C10H8O2

【练习与思考一答案】
1.①Cn(H2O)m ②HCHO;CH3COOH、HCOOCH3

2.2∶3 (提示:由CxHy+O2 4CO2及C、O守恒可得x=4,y=6); H2C2O4

3.A、D

二、有机物分子组成通式的运用
该类题目的特点是:运用有机物分子组成通式,导出规律,再由规律解题,达到快速准确的目的。
例7.在a L冰醋酸、甲醛、葡萄糖、甲酸甲酯、果糖的混合物中,碳元素的质量分数为:__________。
解析:
考查这五种物质的化学式,可知其最简式均为CH2O,而最简式相同的有机物,无论有多少种,无论以何种比例混合,各元素的质量分数是不变的。故形成的混合物中,碳元素的质量分数为:
×100%=40%

例8.由饱和一元酸与饱和一元醇形成的酯同饱和一元醛组成的混合物共xg,测得其中含氧yg,则其中碳的质量分数为
A.(x-y) B.1-y/x C.6/7(x-y) D.6/7(1-y/x)
解析:
饱和一元酸与饱和一元醇生成的酯,其通式为CnH2nO2,饱和一元醛的通式为CnH2nO,两者的混合物xg中含氧yg,则含碳与氢的质量分数为(1- ),又:酯与醛中碳元素与氢元素的质量比为 ,所以,混合物中含碳的质量分数为:

故本题正确答案为D。

【练习与思考二】
1.由乙炔和乙醛组成的混合气体,经测定其中碳的质量分数为72%,则混合气体中氧元素的质量分数为
A.32.00% B.22.65% C.19.56% D.2.14%

2.环氧乙烷、丙酮、戊醛所组成的混合物中,已知碳元素的质量分数为66%,则氧元素的质量分数为
A.33% B.30% C.27% D.23%

【练习与思考二答案】
1.C 2.D

三、根据有机物的结构和性质的计算与推断
例9.(2001化学试测题)有三种只含C、H、O的有机化合物A1、A2、A3,它们互为同分异构体。室温时A1为气态,A2、A3为液态。分子中C和H的质量分数之和是73.3%,在催化剂(Cu、Ag)等存在下,A1不起反应,A2、A3分别氧化得到B2、B3,B2可以被硝酸银的氨水溶液氧化得到C2,而B3则不能。上述关系也可以表示如下图:

请用计算、推理,填写下列空白:
(1)A2的结构简式________________________
(2)B3的结构简式________________________
(3)A3和C2反应的产物是____________________________________。
解析:
题目所给的信息有三点,一是化合物A1、A2、A3中只含C、H、O;二是C和H的质量分数之和是73.3%;三是从图示的信息中可以看出,A1为叔醇或醚,A2为伯醇,A3为仲醇。
因此,可设A1、A2、A3的分子式为为CxHyOz,且有下列关系:

所以,若分子中只含有一个氧原子,则式量:
M=12X+Y+16= =59.9≈60
则12X+Y=60-16=44,X、Y都是正整数,利用商余法可以确定:X=3, Y=8。即分子式为C3H8O。
若分子中含有两个氧原子,则式量由以上计算式判断必为120。碳原子数也必然大于等于6,这和题中化合物的物理性质不符(A1为气态)。所以分子式就是C3H8O 。
因此,A1为CH3CH2OCH3、A2为CH3CH2CH2OH、A3为CH3CHOHCH3。推断出这些,其它问题就可以迎刃而解了。
答案(1)CH3CH2CH2OH (2)CH3COCH3 (3)CH3CH2COOCH(CH3)2
说明
解有些有机推断题的基础是数学推理和计算,但又不是直截了当的计算,而是在常规思维的基础上,结合化学的具体实际,灵活的进行分析讨论。
把学科的知识与数学思维结合起来,有利于思维的发展、综合素质的提高。从题型上,问答与计算结合,也是高考试题发展变化的趋势,大家要认真体会
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