专题4 有机化合物的燃烧规律

根据反应方程式： $ {\rm 2{\mathrm{H}}_{2}+{\mathrm{O}}_{2}\xlongequal{点燃}2{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}(\mathrm{g})} $ 、 $ {\rm {\mathrm{C}}_{2}{\mathrm{H}}_{4}+3{\mathrm{O}}_{2}{\xrightarrow[ ~]{点燃}}2{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}+2{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}\left(\mathrm{g}\right)} $ 知， $ {\rm {\mathrm{C}}_{2}{\mathrm{H}}_{4}} $ 充分燃烧后气体体积无变化，故燃烧后气体体积缩小了 $ {\rm \dfrac{b}{16}\mathrm{m}\mathrm{L}} $ 是 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}} $ 燃烧引起的，根据反应 $ {\rm 2{\mathrm{H}}_{2}+{\mathrm{O}}_{2}\xlongequal{点燃}2{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}(\mathrm{g})} $ 可知，混合气体中氢气的体积为 $ {\rm \dfrac{b}{8}\mathrm{m}\mathrm{L}} $ ，故 $ {\rm {\mathrm{C}}_{2}{\mathrm{H}}_{4}} $ 的体积为 $ {\rm (a-\dfrac{b}{8})\mathrm{m}\mathrm{L}} $ ， $ {\rm \mathrm{C}} $ 正确。

$ 105℃ $ 时，生成的 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}} $ 是气体，设混合烃的平均分子式为 $ {\rm {\mathrm{C}}_{x}{\mathrm{H}}_{y}} $ ，混合烃燃烧后气体体积增大了 $ {\rm 10.5\mathrm{L}-1\mathrm{L}-9\mathrm{L}=0.5\mathrm{L}} $ ，则

$ {\rm\hspace{-0.5em} \begin{array} {l} \rm\hspace{-0.5em} \begin{array}{cccccccc}{\mathrm{C}}_{x}{\mathrm{H}}_{y}& +& \dfrac{4x+y}{4}{\mathrm{O}}_{2}& {\xrightarrow[ ~]{点燃}}& x{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}& +& \dfrac{y}{2}{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}\left(\mathrm{g}\right)& \mathrm{\Delta }V\\ 1& & \dfrac{4x+y}{4}& & x& & \dfrac{y}{2}& \dfrac{y}{4}-1\\ 1\mathrm{L}& & & & & & & 10.5\mathrm{L}-1\mathrm{L}-9\mathrm{L}=0.5\mathrm{L}\end{array} \hspace{-0.5em}\end{array} \hspace{-0.5em} } $

$ {\rm (\dfrac{y}{4}-1)×1\mathrm{L}=1×0.5\mathrm{L}} $ ，解得 $ y=6 $ ，烃的平均分子式为 $ {\rm {\mathrm{C}}_{x}{\mathrm{H}}_{6}} $ ，将 $ {\rm 10.5\mathrm{L}} $ 气体通过碱石灰，体积缩小 $ {\rm 6\mathrm{L}} $ ，则生成二氧化碳和 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}(\mathrm{g})} $ 的体积为 $ {\rm 6\mathrm{L}} $ ，即 $ x+\dfrac{y}{2}=6 $ ，则 $ x=3 $ ，即混合烃的平均分子式为 $ {\rm {\mathrm{C}}_{3}{\mathrm{H}}_{6}} $ 。 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{H}}_{4}} $ 、 $ {\rm {\mathrm{C}}_{4}{\mathrm{H}}_{8}} $ 的混合物的平均分子式中， $ {\rm \mathrm{H}} $ 原子数一定大于 $ {\rm \mathrm{C}} $ 原子数的2倍， $ {\rm \mathrm{A}} $ 不符合题意； $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{H}}_{4}} $ 、 $ {\rm {\mathrm{C}}_{4}{\mathrm{H}}_{10}} $ 的混合物的平均分子式中， $ {\rm \mathrm{H}} $ 原子数一定大于 $ {\rm \mathrm{C}} $ 原子数的2倍， $ {\rm \mathrm{B}} $ 不符合题意； $ {\rm {\mathrm{C}}_{2}{\mathrm{H}}_{4}} $ 、 $ {\rm {\mathrm{C}}_{3}{\mathrm{H}}_{8}} $ 的混合物的平均分子式中， $ {\rm \mathrm{H}} $ 原子数一定大于 $ {\rm \mathrm{C}} $ 原子数的2倍， $ {\rm \mathrm{C}} $ 不符合题意； $ {\rm {\mathrm{C}}_{2}{\mathrm{H}}_{2}} $ 、 $ {\rm {\mathrm{C}}_{4}{\mathrm{H}}_{10}} $ 的混合物，当二者物质的量之比为 $ 1:1 $ 时，平均分子式为 $ {\rm {\mathrm{C}}_{3}{\mathrm{H}}_{6}} $ ， $ {\rm \mathrm{D}} $ 符合题意。

有机物完全燃烧后，碳、氢元素分别转化成二氧化碳、水，设有机物化学式为 $ {\rm {\mathrm{C}}_{x}{\mathrm{H}}_{y}{\mathrm{O}}_{z}} $ ，若各物质的 $ (x+\dfrac{y}{4}-\dfrac{z}{2}) $ 值相等，则不论以什么比例混合，只要总物质的量一定，完全燃烧时耗氧量相同， $ {\rm {\mathrm{C}}_{2}{\mathrm{H}}_{5}\mathrm{O}\mathrm{H}} $ 、 $ {\rm {\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{C}\mathrm{H}}_{2}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}} $ 的 $ (x+\dfrac{y}{4}-\dfrac{z}{2}) $ 值分别为 $ 2+1.5-0.5=3 $ 、 $ 3+1.5-1.5=3 $ ，且1个分子中的氢原子个数相同，所以二者总物质的量一定时，完全燃烧的耗氧量及生成水的质量相等， $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确；烃分子中氢元素的质量分数越大，等质量烃燃烧时耗氧量越多，三种物质中氢元素质量分数大小关系为甲烷 $ > $ 乙烯 $ > $ 乙炔，则等质量的甲烷、乙烯、乙炔充分燃烧，消耗的氧气的物质的量依次减少， $ {\rm \mathrm{B}} $ 正确；乙酸的分子式为 $ {\rm {\mathrm{C}}_{2}{\mathrm{H}}_{4}{\mathrm{O}}_{2}} $ ，而链状单烯烃的通式为 $ {\rm {\mathrm{C}}_{n}{\mathrm{H}}_{2n}} $ ，从化学式可以发现混合物中 $ {\rm \mathrm{C}} $ 、 $ {\rm \mathrm{H}} $ 数目比为 $ 1:2 $ ，质量比为 $ 6:1 $ ，氧的质量分数为 $ a $ ，碳、氢的质量分数一共为 $ (1-a) $ ，其中碳的质量分数为 $ \dfrac{6}{7}(1-a) $ ， $ {\rm \mathrm{C}} $ 正确；令混合烃的平均分子式为 $ {\rm {\mathrm{C}}_{x}{\mathrm{H}}_{y}} $ ， $ {\rm 10\mathrm{m}\mathrm{L}} $ 混合烃在 $ {\rm 50\mathrm{m}\mathrm{L}{\mathrm{O}}_{2}} $ 中充分燃烧并恢复到常温常压后，气体的体积均为 $ {\rm 35\mathrm{m}\mathrm{L}} $ ，可列式：

$ {\rm\hspace{-0.5em} \begin{array} {l} \rm\hspace{-0.5em} \begin{array}{cccccccc}{\mathrm{C}}_{x}{\mathrm{H}}_{y}& +& \left(x+\dfrac{y}{4}\right){\mathrm{O}}_{2}& {\xrightarrow[ ~]{点燃}}& x{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}& +& \dfrac{y}{2}{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}\left(\mathrm{g}\right)& \mathrm{\Delta }V\\ 1& & & & x& & \dfrac{y}{2}& 1+\dfrac{y}{4}\\ 10\mathrm{m}\mathrm{L}& & & & & & & \left(60-35\right)\mathrm{m}\mathrm{L}=25\mathrm{m}\mathrm{L}\end{array} \hspace{-0.5em}\end{array} \hspace{-0.5em} } $

$ {\rm \dfrac{1}{10\mathrm{m}\mathrm{L}}=\dfrac{1+\dfrac{y}{4}}{25\mathrm{m}\mathrm{L}}} $ ，解得 $ y=6 $ ，即混合物不可能为 $ {\rm {\mathrm{C}}_{3}{\mathrm{H}}_{6}} $ 和 $ {\rm {\mathrm{C}}_{4}{\mathrm{H}}_{8}} $ ， $ {\rm \mathrm{D}} $ 错误。

有机物燃烧生成水的质量与其 $ {\rm \mathrm{H}} $ 的含量相关，根据反应 $ {\rm {\mathrm{C}}_{x}{\mathrm{H}}_{y}{\mathrm{O}}_{z}+\left(x+\dfrac{y}{4}-\dfrac{z}{2}\right){\mathrm{O}}_{2}{\xrightarrow[ ~]{点燃}}x{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}+\dfrac{y}{2}{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}} $ 或 $ {\rm {\mathrm{C}}_{x}{\mathrm{H}}_{y}+\left(x+\dfrac{y}{4}\right){\mathrm{O}}_{2}{\xrightarrow[ ~]{点燃}}x{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}+\dfrac{y}{2}{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}} $ ，若两物质化学式中 $ {\rm \mathrm{H}} $ 元素质量分数相等或实验式相同，总质量一定时，其燃烧生成水的质量一定，与何种比例无关。乙烯 $ {\rm ({\mathrm{C}}_{2}{\mathrm{H}}_{4})} $ 和乙醇 $ {\rm ({\mathrm{C}}_{2}{\mathrm{H}}_{6}\mathrm{O})\mathrm{H}} $ 元素质量分数不相等，故①错误；丙烯 $ {\rm ({\mathrm{C}}_{3}{\mathrm{H}}_{6})} $ 和 $ 2- $ 丁烯 $ {\rm ({\mathrm{C}}_{4}{\mathrm{H}}_{8})} $ ，实验式均为 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{H}}_{2}} $ ，故②正确；甲苯 $ {\rm ({\mathrm{C}}_{7}{\mathrm{H}}_{8})} $ 和邻二甲苯 $ {\rm ({\mathrm{C}}_{8}{\mathrm{H}}_{10})} $ 实验式不相等，故③错误；甲醛 $ {\rm ({\mathrm{C}\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O})} $ 和葡萄糖 $ {\rm ({\mathrm{C}}_{6}{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{O}}_{6})} $ ，其实验式均为 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}} $ ，符合，故④正确。综上，②④符合题意，选 $ {\rm \mathrm{B}} $ 。

（1） 由实验原理可知，产生的 $ {\rm {\mathrm{O}}_{2}} $ 从左到右流动过程中，各导管的正确连接顺序是 $ \mathrm{g}\to \mathrm{f}\to \mathrm{e}\to \mathrm{h}\to \mathrm{i}\to \mathrm{c}(或\mathrm{d})\to \mathrm{d}(或\mathrm{c})\to \mathrm{a}(或\mathrm{b})\to \mathrm{b}(或\mathrm{a}) $ 。

（2） $ {\rm \mathrm{C}} $ 中浓硫酸可干燥氧气，防止影响水蒸气质量测定。

（3） 燃烧管中 $ {\rm \mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{O}} $ 可与有机物不完全燃烧产生的 $ {\rm \mathrm{C}\mathrm{O}} $ 反应生成 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}} $ ，确保有机物中的碳元素全部转化为 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}} $ 。

（4） $ {\rm \mathrm{A}} $ 管增加的质量 $ 88\mathrm{g} $ 为生成的二氧化碳的质量，则 $ {\rm n(\mathrm{C})=n({\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2})=\dfrac{88\mathrm{g}}{44\mathrm{g}\cdot {\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}^{-1}}=2\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}} $ ， $ {\rm 67\mathrm{g}\mathrm{A}} $ 中 $ {\rm m(\mathrm{C})=2\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}×12\mathrm{g}\cdot {\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}^{-1}=24\mathrm{g}} $ ， $ {\rm \mathrm{B}} $ 管增加的质量 $ 27\mathrm{g} $ 为生成的水的质量， $ {\rm \mathrm{H}} $ 的物质的量 $ {\rm n(\mathrm{H})=2×\dfrac{27\mathrm{g}}{18\mathrm{g}\cdot {\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}^{-1}}=3\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}} $ ， $ {\rm 67\mathrm{g}\mathrm{A}} $ 中 $ {\rm m(\mathrm{H})=3\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}×1\mathrm{g}\cdot {\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}^{-1}=3\mathrm{g}} $ ，有机物 $ {\rm \mathrm{A}} $ 中仅含有 $ {\rm \mathrm{C}} $ 、 $ {\rm \mathrm{H}} $ 、 $ {\rm \mathrm{O}} $ 三种元素，则 $ {\rm 67\mathrm{g}\mathrm{A}} $ 中 $ {\rm m(\mathrm{O})=67\mathrm{g}-24\mathrm{g}-3\mathrm{g}=40\mathrm{g}} $ ， $ {\rm n(\mathrm{O})=\dfrac{40\mathrm{g}}{16\mathrm{g}\cdot {\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}^{-1}}=2.5\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}} $ ，则 $ {\rm n(\mathrm{C}):n(\mathrm{H}):n(\mathrm{O})=2\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}:3\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}:2.5\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}=4:6:5} $ ，故有机物的实验式为 $ {\rm {\mathrm{C}}_{4}{\mathrm{H}}_{6}{\mathrm{O}}_{5}} $ 。用质谱法可测定该有机物的相对分子质量。

（5） 有机物的实验式为 $ {\rm {\mathrm{C}}_{4}{\mathrm{H}}_{6}{\mathrm{O}}_{5}} $ ，经测定 $ {\rm \mathrm{A}} $ 的相对分子质量为134，则 $ {\rm \mathrm{A}} $ 的分子式为 $ {\rm {\mathrm{C}}_{4}{\mathrm{H}}_{6}{\mathrm{O}}_{5}} $ ，又知 $ {\rm 1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{A}} $ 与足量的 $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{O}}_{3}} $ 溶液充分反应可生成标准状况下 $ {\rm 44.8\mathrm{L}{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}} $ 气体， $ {\rm n({\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2})=2\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}} $ ，则1个 $ {\rm \mathrm{A}} $ 分子含有2个羧基； $ {\rm 1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{A}} $ 与足量的 $ {\rm \mathrm{N}\mathrm{a}} $ 反应可生成 $ {\rm 1.5\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{H}}_{2}} $ ，则1个 $ {\rm \mathrm{A}} $ 分子含有2个羧基和1个羟基。