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Per aspera, Ad astra.

【高中化学】有机燃烧计算

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随笔
学业

燃烧计算的核心只有两个——分子式和物态变化

前者乃求解答案的基础，后者乃坑杀无数英雄豪杰的深渊（

化学式的测定 ​

这类题型和初中题型并无太大差异，本质上只是通过百分数确定各元素占比的算术题。

笔者认为化学式的测定主要分为两种类型——分子式型和实验式型

分子式型 ​

即“xx g 某有机物完全燃烧后产生xx g CO2\rm CO_2 和 xx g H2O\rm H_2O”

有时质量会被标况下的体积或吸收剂的 Δm\Delta m 代替，本质并无差别，都是通过转换成物质的量反向推出有机物的分子式 CxHyOz\rm C_xH_yO_z

例题1：

1.6g\rm 1.6 g 某不含 N, S\rm N,\space S 的有机物完全燃烧，产生标准状况下 1.12 L CO2\rm 1.12\space L\space CO_2 和 1.8 g H2O\rm 1.8\space g\space H_2O ，求该有机物的分子式

答案：

n(CO2)=0.05 mol∼m(C)=0.6 g\rm n(CO_2) = 0.05\space mol \sim m(C) = 0.6\space g

n(H2O)=0.1 mol∼m(H)=0.2 g\rm n(H_2O) = 0.1\space mol \sim m(H) = 0.2\space g

  ⟹  m(O)=1.6−m(H)−m(C)=0.8 g∼n(O)=0.05 mol\rm \implies m(O) = 1.6 - m(H) - m(C) = 0.8 \space g \sim n(O) = 0.05\space mol

所以分子式为 CH4O\rm CH_4O

例题2：

取相对分子量 4646 的有机物 9.2 g9.2\space g，在氧气中充分燃烧，将产生的气体依次通入装有浓硫酸和氢氧化钠溶液的洗气瓶中，测得前者增重 10.8 g10.8 \space g，后者增重 17.6 g17.6\space g，下列说法正确的是

A、该有机物的最简式是 CH3\rm CH_3

B、无法确定该有机物是否含有氧元素

C、该有机物是乙醇

D、若未知相对分子量也可以求解分子式

答案：

n(C)=0.4 mol  ⟺  m(C)=4.8 g\rm n(C)=0.4 \space mol \iff m(C) = 4.8\space g

n(H)=1.2 mol  ⟺  m(O)=1.2 g\rm n(H)=1.2 \space mol \iff m(O) = 1.2\space g

  ⟹  n(O)=9.2−4.8−1.216=0.2 mol\rm \implies n(O) = \dfrac{9.2-4.8-1.2}{16} = 0.2 \space mol

  ⟹  C2H6O\rm \implies C_2H_6O

故A、B错，该化合物还有可能是二甲醚，故C错，解题过程中没有用到相对分子质量，故选D

实验式型 ​

这类题型无非就是把一大堆恶心的百分数糊在你脸上然后开始奇妙的约分魔法（

例题：

某有机物燃烧后通过李比希元素质量分析仪测得其 C\rm C 元素质量分数为 52.2%52.2\text{\\%\}， H\rm H 元素为 13.0%13.0\text{\\%\}， O\rm O 元素为 34.5%34.5\text{\\%\}，求该有机物的最简式

答案：

52.2%12:13.0%1:34.5%16≈2:6:1\dfrac{52.2\text{\\%\} }{12} : \dfrac{13.0\text{\\%\} }{1} : \dfrac{34.5\text{\\%\} }{16} \approx 2:6:1

所以最简式为 C2H6O\rm C_2H_6O

推测气体组成 ​

本文的重头戏——推测混合烃的可能组成。

主要分为三类：

  1. 通过燃烧前后体积变化或气体质量变化，求出 H2O\rm H_2O 的量，从而确定 H\rm H 的含量
  2. 通过燃烧后产生的气体物质的量，推出平均分子式，从而确定可能构成该平均数的烃
  3. 通过平均相对分子量和质量顺序，推出可能的烃

前后变化型 ​

常见的变化有体积和气体质量，其核心都在于： H2O\rm H_2O 在标况下不是气体，所以可以求出该烃的氢数，只需列方程式计算即可

烃的燃烧方程式通式：

CxHy+(x+y4) O2→点燃x CO2+y2H2OΔVΔmg11+y49y\def\arraystretch{2} \begin{matrix} \rm C_xH_y&+& \rm (x+\dfrac{y}{4})\space O_2 \xrightarrow{\text{点燃} }x\space CO_2&+& \rm \dfrac{y}{2}H_2O&\Delta V&\Delta m_{\text{g}}\\ 1&&&&&1+\dfrac{y}{4}&9y\\ \end{matrix}

除此之外，此类题型还有一个常见的坑——气态烃！气态烃！气态烃！

例题（多选）

标况下，20 mL20\space \rm mL 某⽓态烃A和 100 mL100\space \rm mL 氧⽓(过量)混合后点燃，使其充分燃烧后恢复到原状况，残留⽓体体积为 70 mL70\space \rm mL。则该烃可能为

A、C2H6B、C3H6C、C4H8D、C5H6\def\arraystretch{1.5}\begin{matrix}A\text{、}\rm C_2H_6 &&B\text{、}\rm C_3H_6 \\C\text{、}\rm C_4H_8& &D\text{、}\rm C_5H_6\end{matrix}

答案：

CxHy+(x+y4) O2→点燃x CO2+y2H2OΔV11+y420 mL50 mL\def\arraystretch{2}\begin{matrix}\rm C_xH_y&+& \rm (x+\dfrac{y}{4})\space O_2 \xrightarrow{\text{点燃} }x\space CO_2&+& \rm \dfrac{y}{2}H_2O&\Delta V\\1&&&&&1+\dfrac{y}{4}\\ \rm 20\space mL&&&&&\rm 50\space mL\end{matrix}

  ⟹  y=6  ⟹  CxH6, x∈{2,3,4}\rm \implies y=6 \implies C_xH_6,\space x\in \left\{2,3,4\right\}

又因为 C5H6\rm C_5H_6 不是气态烃

故选 ABAB

平均分子式型 ​

此类题型的特征是：已知混合烃的物质的量和 CO2\rm CO_2 和 H2O\rm H_2O 的量，求可能含有的烃。

解题方法就是通过上述已知求出一个平均分子式 CxHy\rm C_xH_y， 任取符合要求的，碳氢比一大一小的烃即可。

例题

将 0.1 mol\rm 0.1\space mol 两种⽓体烃组成的混合⽓完全燃烧后得 3.36 L\rm 3.36\space L (标况) CO2\rm CO2 和 3.6 g\rm 3.6\space g ⽔，则该混合烃一定含有_____，可能含有____或____。

答案：

n(C)=0.15 mol\rm n(C)=0.15 \space mol

n(H)=0.4 mol\rm n(H)=0.4 \space mol

  ⟹  C1.5H4  ⟹  CH4+C2H4或CH4+C3H4\rm \implies C_{1.5}H_4 \implies CH_4 + C_2H_4 \text{或} CH_4 + C_3H_4

质量推测型 ​

此类题型一般已知相对分子质量，通过题设条件求出其中一种烃的分子量后，根据常见质量顺序取已知量两侧的烃。一般所给相对分子量不会很大，且通常包含 CH4\rm CH_4

常见质量顺序：

烃CH4C2H2C2H4C2H6C3H4⋯Mr1626283040⋯\def\arraystretch{1.5} \begin{matrix} \text{烃}&\rm CH_4 & \rm C_2H_2 & \rm C_2H_4 &\rm C_2H_6 & \rm C_3H_4 & \cdots \\ \hline \rm M_r&16 & 26 & 28 & 30 & 40 & \cdots \end{matrix}

例题

某⽓态烃和⽓态单烯烃组成的混合⽓体在同温同压下对氢⽓的相对密度为 1313，取标准状况下此混合⽓体 2.24 L\rm 2.24\space L 通⼊⾜量溴⽔中，溴⽔增重 1.4 g\rm 1.4\space g，此两种烃的分⼦式分别是______

答案：

Mr=2×13=26  ⟹  m=2.6 g\rm M_r=2\times 13=26\implies m=2.6\space g

n=2.24 L22.4 L=0.1 mol\rm n=\dfrac{2.24\space L}{22.4\space L}=0.1\space mol

烃CH4C2H2C2H4C2H6C3H4⋯Mr1626283040⋯\def\arraystretch{1.5}\begin{matrix}\text{烃}&\rm CH_4 & \rm \textcolor{#f35c69}{C_2H_2} & \rm C_2H_4 &\rm C_2H_6 & \rm C_3H_4 & \cdots \\ \hline\rm M_r&16 & \textcolor{#f35c69}{26} & 28 & 30 & 40 & \cdots\end{matrix}

∴\therefore 低于 2626 的只有甲烷   ⟹  \implies 一定存在 CH4\rm CH_4

∵\because 溴水增重   ⟹  m(烯烃)=1.4 g  ⟹  m(CH4)=1.2 g\implies \rm m(\text{烯烃})=1.4\space g \implies m(CH_4) = 1.2\space g

∴n(CH4)=0.075 mol  ⟹  n(烯烃)=0.025 mol\rm \therefore n(CH_4) = 0.075 \space mol \implies n(\text{烯烃})=0.025\space mol

∴Mr(烯烃)=56  ⟹  C4H8\rm \therefore M_r(\text{烯烃}) = 56 \implies C_4H_8

所以答案为 CH4\rm CH_4 和 C4H8\rm C_4H_8

等质等量耗氧量 ​

此类题型较为简单，只需根据相关条件进行不同方法的比较即可

等质量 ​

此时只需看两种化合物的碳氢比或最简式， 若含 O\rm O 则可以按 H2O\rm H_2O 或 CO2\rm CO_2 的比例脱去，比如 HCHO\rm HCHO 可直接化成 C+H2O\rm C + H_2O

含氢量最高的有机物是 CH4\rm CH_4

等物质的量 ​

此时只需根据有机物燃烧通式判断即可。

CxHyOz+(x+y4−z2) O2→点燃x CO2+y2 H2O\fcolorbox{#f35c69}{null}{$\rm C_xH_yO_z + \left(x+\dfrac{y}{4}-\dfrac{z}{2}\right)\space O_2 \xrightarrow{\text{点燃}} x\space CO_2 + \dfrac{y}{2} \space H_2O$}

例题：

已知下列有机物：

1◯CH42◯C2H23◯C7H8(甲苯)4◯HCHO5◯CH3COOH6◯C2H4\def\arraystretch{1.5}\begin{matrix}\rm\text{\textcircled{1}}CH_4&\rm\text{\textcircled{2}}C_2H_2&\rm\text{\textcircled{3}}C_7H_8(\text{甲苯})\\\rm\text{\textcircled{4}} HCHO&\rm\text{\textcircled{5}}CH_3COOH&\rm\text{\textcircled{6}}C_2H_4\end{matrix}

1、其中等质量时耗氧量相等的是：_____

2、其中等物质的量时耗氧最多的是：_____

答案：

4◯\text{\textcircled{4}} 和 5◯\text{\textcircled{5}} 均可化为 C+H2O\rm C+H_2O，故等质量时耗氧量相等；

等物质的量耗氧量最多看燃烧通式，显然 C7H8\rm C_7H_8 最大

故答案为：4◯5◯\text{\textcircled{4}}\text{\textcircled{5}} ；3◯\text{\textcircled{3}}

以上便是目前笔者遇到的关于有机燃烧的所有题型，撰文之日恰好是高考首日，在此也祝一年后的我们终能激扬文字，挥斥方遒，仗三尺青锋以济天下苍生！(o゜▽゜)o☆

Q.E.D.
不要死在那个夏天