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福建省东山第一中学 瀚海化学竞赛协会 高二第十期例报

福建省东山第一中学

瀚海化学竞赛协会

高二第十期例报

专题:有机物燃烧规律与有机推断基础
主编:吴韬 副主编:朱树炎

一、等物质的量和等质量的不同有机物完全燃烧时耗氧量及生成物(CO2、H2O)量的比较。
1.等物质的量的烃或烃的含氧衍生物

(1)烃 CxHy+(x+ 1 当(x+
y )O2 4 y x+ 4

→xCO2+

y H2O 2

y )越大,耗氧量越大,且 x 为主要决定因素。当 x、y 均不同时,一般 x 越大,耗氧量越大,生成的 4 CO2 量也越大;当 y 越大时,生成的水量也越大。 (2)烃的含氧衍生物 y z y CxHyOz+(x+ - )O2→xCO2+ H2O 2 4 2 y z 耗氧量取决于(x+ - ),即与 x、y、z 有关.如何更简单判断呢?注意 C、H 燃烧与 O 的关系: 2 4 C ~ O2 记为“CO2” 2H ~ O 记作“H2O” 等物质的量的有机物中增或减 n 个“CO2”或 m 个“H2O”完全燃烧时耗氧量不变。故可把烃的含氧衍生物

的化学式变换为 2O” “CO2” “H 及 的组合方式: x / H y / (H2O)n(CO2)n 由此看出, C 该有机物耗氧量取决于 C x / H y / . 生成 H2O 量取决于总的氢原子数 y+2m, 生成 CO2 量取决于总的碳原子数 x+n, 结论: (1)同物质的量不同有机物 CxHy(H2O)n(CO2)n 与 CxHy(H2O)n(CO2)m 完全燃烧耗 O2 相等。 (2)符合上述条件的有机物组成的混合物,只要总的物质的量一定,耗氧量为定值,等于同物质的量 的任一组的耗氧量。
2.等质量的烃或烃的含氧衍生物

C~ O2 4H ~ O2 12g 1mol 4g 1 mol (1)等质量的烃完全燃烧,H%质量分数越高。耗氧量越大,生成 H2O 量越大,生成的 CO2 量越少。 (2)方法:若计算各种烃的 H%来判断是繁琐的,故可对烃进行变形,将 CxHy 变换为 CH y .当
x

分析 C、H 燃烧耗氧量:

y 值越大, x

H%越大,H%越高,耗 O2 量越大。 (3)总结质量各类主要烃燃烧耗 O2 量关系 通式 变形式 CH y 耗 O2 量(nO2)与 C 数关系
x



CnH2n+2 CnH2n CnH2n-2 CnH2n-6

CH2+ 2
n

n↗ → n O2↙ n 与 nO2 无关 n↗ → n O2↑ n↗ → n O2↑ H%
递 减

碳 数

CH2 CH2- 2
n

C% 烃
递 增

nO2
递 减

CH2- 6
n

提示: (1)C2H2、C6H6 中 C 的百分含量很高,燃烧不完全,大量微小的碳粒形成浓烈黑烟。 (2)以上面图示可看出,随着原子数的递增,同碳数的各类烃的 C%差距逐渐减小,故燃烧时现象无明显差别。

(3)注意:①在各类烃中 H%最高的 CH4,其次为 C2H6. ②在上述各类烃中 C%最高的是 C2H2、C6H6,除此外还有 C8H8(如立方烷) ③在所有烃中并非是最简式 CH 的烃 C%最高的。如还有 C10H8(萘)更高。 (4)结论:①等质量的具有相同最简式的有机物完全燃烧时,耗氧气量,生成的 CO2 量相等。但耗 O2 量未必相同. 如何寻找符合这些特征的有机物分子呢? 若 H 不变,将 C 与 O 等量代换,如 C12H8 4C~3O C8H8O3.C12H8 与 C8H8O3 等质量燃烧时,生成水量相等

二、烃燃烧前后气体体积变化规律及应用 1. t≥100℃ ,H2O 为水蒸气, △Vg=V 后-V 前 y y CxYy+(x+ ) O2 → xCO2+ H2O(g) 4 2 1

△Vg

y -1 4 当 y>4 △Vg>0 → H 原子数>4 的气态烃 y=4 △Vg=0 → CH4、C2H4、C3H4 符合 y<4 △Vg<0 → 只有 C2H2 符合 2.当 t<100℃,H2O 为液态水 y y CxHy+(x+ )O2 → xCO2+ H2O(L) △Vg 4 2 y 1 -(1+ ) 4 y △Vg=V 后-V 前 = -(1+ )<0 4 y 即 V 前-V 后 = 1+ >0. 4 t<100℃时,任意烃完全燃烧时,气体体积总是减小,且减小的值与烃分子中的 H 原子数及烃的量有关, 与 C 原子数无关。 其实,不论水是否为气体,烃完全燃烧前后引起的体积变化总是与烃的量及烃分子内的 H 原子数有关,而 当烃不完全燃烧时,则应别当别论。 三、根据燃烧产物 CO2 和 H2O 的相对大小来判断烃或混合烃的组成。 分析主要各类烃燃烧生成的 CO2 和 H2O 量的关系: 烷烃 CnH2n+2 ~ nCO2 ~ (n+1)H2O 烯烃 CnH2n ~nCO2 ~ nH2O 炔烃 CnH2n-2 ~nCO2~ (n-1)H2O 苯及其共同物 CnH2n-6 ~nCO2~ (n-3)H2O 1.根据 CO2 与 H2O 的物质的量或 CO2 和 H2O(g)体积大小逆推所属烃的种类。 若生成的水蒸气体积比 CO2 多 1,则为烷烃 若生成的水蒸气体积与 CO2 相等,则为烯烃或环烷烃 若生成的水蒸气体积比 CO2 少 1,则为二烯烃或炔烃 若生成的水蒸报体积比 CO2 少 3,则为苯的同系物 2.根据混合链烃完全燃烧生成的 nCO2 和 nH2O 的多少来判断混合烃的可能组成。 (1)当 nH2O>nCO2 时,一定会有烷烃,也可能有烯烃、炔烃。 (2)当 nH2O=nCO2,其可能的组合为 ①均为烯烃 ②n 烷=n 炔 (3)当 nCO2>nH2O 可能组合,则一定有炔烃. ①均为炔烃 ② n 炔=nCO2-nH2O 提示:设烷烃含 xmol,烯烃含 ymol,炔烃 zmol. 每一种烃燃烧生成的 nH2O-nCO2=△ni CnH2n+2 ~ nCO2+(n+1)H2O △n1 1 1 x x CnH2n ~ nCO2+nH2O △n2 1 0 y 0

CnH2n-2 ~ nCO2+(n-1)H2O △n2 1 -1 z -z (1)若组成为烷烃和烯烃的混合物 总:nH2O-nCO2=△n1+△n2=x=n 烷 (2)若组成烷烃的混合物 总:nH2O-nCO2=△n1+△n2=x-z= n 烷-n 炔 判断的内容 规律 等体积的烃完全燃烧耗氧量 烃分子式为 CxHy 时, (x+y/4)值越小,耗 多少的判断 氧越少 等质量的烃完全燃烧耗氧量 烃分子内含碳量越高 (即 CHy/x 中 y/x 值小) , 多少的判断 耗氧越少 温度不变(高于 100℃) ,气态 组成为 CxHy 的烃,当 y<4 时,反应后压强 烃完全燃烧,反应前后密闭容 减小;当 y=4 时,反应后压强 器内压强大小的判断 不变;y>4 时,反应后压强增大 组 成 为 CxHy(H2O)n 的 物 质 , 每 摩 耗 氧 含氧衍生物完全燃烧时,耗氧 (x+y/4)mol;组成为 CxOy(H2O)n 的物质, 量多少的判断 每摩耗氧(x-y/2)mol

特例 等体积的烃完全燃烧,CH4 耗氧量 最少 等质量的烃完全燃烧,CH4 耗氧量 最多 乙炔燃烧后, 密闭容器内的压强减 小 组成符合 CxHy(H2O)On 的物质中 CH2O 每摩耗氧量最少;组成符合 CxOy(H2O)n 的物质中,乙二醛每 摩耗氧最少

四、有机物完全燃烧的通式: ①烃:CxHy+(x+y/4)O2→xCO2+y/2H2O ②烃的衍生物:CxHyOz+(x+y/4-z/2)O2→xCO2+y/2H2O 1、有机物的质量一定时: y 1.烃类物质(CxHy)完全燃烧的耗氧量与 成正比. x 2.有机物完全燃烧时生成的 CO2 或 H2O 的物质的量一定,则有机物中含碳或氢的质量分数一定; 若混合物总质量一定,不论按何种比例混合,完全燃烧后生成的 CO2 或 H2O 的物质的量保持不变,则混合物中各 组分含碳或氢的质量分数相同。 3.燃烧时耗氧量相同,则两者的关系为:?同分异构体 或 ?最简式相同 2、有机物的物质的量一定时: 1.比较判断耗氧量的方法步聚:①若属于烃类物质,根据分子中碳、氢原子个数越多,耗氧量 越多直接比较;若碳、氢原子数都不同且一多一少,则可以按 1 个碳原子与 4 个氢原子的耗氧量相当转换成碳 或氢原子个数相同后再进行比较即可。②若属于烃的含氧衍生物,先将分子中的氧原子结合氢或碳改写成 H2O 或 CO2 的形式,即将含氧衍生物改写为 CxHy·(H2O)n 或 CxHy·(CO2)m 或 CxHy·(H2O)n·(CO2)m 形式,再按①比 较 CxHy 的耗氧量。 2.有机物完全燃烧时生成的 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;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。 3、一定量的有机物完全燃烧,生成的 CO2 和消耗的 O2 的物质的量之比一定时: 1.生成的CO2的物质的量小于消耗的O2的物质的量的情况 2.生成的CO2的物质的量等于消耗的O2的物质的量的情:符合通式Cn·(H2O)m 3.生成的CO2的物质的量小于消耗的O2的物质的量的情况 ?若 CO2 和 O2 体积比为 4∶3 ,其通式为(C2O)n ·(H2O)m。 ?若 CO2 和 O2 体积比为 2∶1 ,其通式为(CO)n ·(H2O)m。 4、有机物完全燃烧时生成的 CO2 和 H2O 的物质的量之比一定时: 有机物完全燃烧时,若生成的 CO2 和 H2O 的物质的量之比为 a:b,则该有机物中碳、氢原子的个数 比为 a:2b,该有机物是否存在氧原子,有几个氧原子,还要结合燃烧时的耗氧量或该物质的摩尔质量等其他条 件才能确定。 5、有机物完全燃烧前后气体体积的变化 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,燃烧前后体积增大,△V= ③若 y<4,燃烧前后体积减少,△V= 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 1 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 。 2 6、有机物分子组成中氢原子数的确定规律 通过比较各类有机物的分子组成,在碳原子数相同的条件下,跟烷烃中的氢原子数比较,有以下规律: 分子结构中有一个双键(无论是碳碳双键还是其他双键),应减少两个氢原子,余类推。 分子结构中有一个环,应减少两个氢原子,余类推。 分子结构中有一个叁键,应减少四个氢原子,余类推。 分子结构中有一个卤原子(x),应减去一个氢原子,余类推。 分子结构中有氧原子或硫原子(非双键氧或硫原子),不加不减氢原子。 分子结构中有一个氮原子(非双键、叁键氮原子),则加上一个氢原子,余类推。 例如:苯的分子中有 6 个碳原子,其结构中有一个环,还有相当于双键三个,在烷烃氢原子的基础上共应 减去 8 个氢原子,故分子式为 C6H6 又如苯分子中的一个碳原子被氮原子代替,只有五个碳原子,在烷烃的基础上,氢原子数应是 4 个,由于 多出 1 个氮原子.应再加上 1 个氢原子,故其分子式是 C5H5N 附:有机推断 1:①能使溴水褪色的有机物通常含有“—C=C—”、“—C≡C—”或“—CHO”。 ②能使酸性高锰酸钾溶液褪色的有机物通常含有“—C=C—”或“—C≡C—”、“—CHO”或为“苯的同系物”。 ③能发生加成反应的有机物通常含有“—C=C—”、“—C≡C—”、“—CHO”或“苯环”,其中“—CHO”和“苯 环”只能与 H2 发生加成反应。 ④能发生银镜反应或能与新制的 Cu(OH)2 悬浊液反应的有机物必含有“—CHO”。 ⑤能与钠反应放出 H2 的有机物必含有“—OH”、“—COOH”。 ⑥能与 Na2CO3 或 NaHCO3 溶液反应放出 CO2 或使石蕊试液变红的有机物中必含有-COOH。 ⑦能发生消去反应的有机物为醇或卤代烃。 ⑧能发生水解反应的有机物为卤代烃、酯、糖或蛋白质。 ⑨遇 FeCl3 溶液显紫色的有机物必含有酚羟基。 ⑩能发生连续氧化的有机物是伯醇,即具有“—CH2OH”的醇。比如有机物 A 能发生如下反应:A→B→C, 则 A 应是具有“—CH2OH 的醇,B 就是醛,C 应是酸。 2:①当反应条件为 NaOH 醇溶液并加热时,必定为卤代烃的消去反应。 ②当反应条件为 NaOH 水溶液并加热时,通常为卤代烃或酯的水解反应。 ③当反应条件为浓 H2SO4 并加热时,通常为醇脱水生成醚或不饱化合物,或者是醇与酸的酯化反应。 ④当反应条件为稀酸并加热时,通常为酯或淀粉的水解反应。 ⑤当反应条件为催化剂并有氧气时,通常是醇氧化为醛或醛氧化为酸。 ⑥当反应条件为催化剂存在下的加氢反应时,通常为碳碳双键 、碳碳叁键、苯环或醛基的加成反应。 ⑦当反应条件为光照且与 X2 反应时, 通常是 X2 与烷或苯环侧链烃基上的 H 原子发生的取代反应, 而当反 应条件为催化剂存在且与 X2 的反应时,通常为苯环上的 H 原子直接被取代。 3:①根据与 H2 加成时所消耗 H2 的物质的量进行突破:1mol—C=C—加成时需 1molH2,1mol—C≡C—完全加 成时需 2molH2,1mol—CHO 加成时需 1molH2,而 1mol 苯环加成时需 3molH2。 ②1mol—CHO 完全反应时生成 2molAg↓或 1molCu2O↓。 ③2mol—OH 或 2mol—COOH 与活泼金属反应放出 1molH2。 ④1mol—COOH 与碳酸钠或碳酸氢钠溶液反应放出 1molCO2↑。 ⑤1mol 一元醇与足量乙酸反应生成 1mol 酯时,其相对分子质量将增加 42,1mol 二元醇与足量乙酸反应生 成酯时,其相对分子质量将增加 84。 ⑥1mol 某酯 A 发生水解反应生成 B 和乙酸时,若 A 与 B 的相对分子质量相差 42,则生成 1mol 乙酸,若 A 与 B 的相对分子质量相差 84 时,则生成 2mol 乙酸。


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