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提升课时5　烃的燃烧规律及烃分子中原子共线、共面的判断
学习目标　1.掌握烃的燃烧规律及应用。2.能根据烃分子中碳原子的成键特点分析原子共线、共面问题。
一、烃的燃烧规律及应用
问题1　等质量的CH4、C2H4 、C2H6三种物质完全燃烧时,生成二氧化碳最多的是哪一种
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
问题2　等物质的量的CH4、C2H4 、C2H6三种物质完全燃烧时,消耗氧气物质的量最多的是哪一种
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
问题3　在120 ℃、1.01×105 Pa时,有两种气态烃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,这两种气体可能是什么气体
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【探究归纳】
1.烃(CxHy)的燃烧通式
CxHy+(x+)O2xCO2+H2O(配平化学方程式)。
2.等物质的量(体积相同)的烃(CxHy)完全燃烧规律
(1)耗氧量多少取决于x+的值,x+越大,耗氧量越多。
(2)生成CO2的量的多少取决于x的值,x的值越大,生成CO2越多。
(3)生成水的量的多少取决于的值,的值越大,生成水的量越多。
3.等质量的不同烃完全燃烧时的耗氧规律
氢元素的质量分数越大,消耗O2越多,产生的H2O越多;反之碳元素的质量分数越大,消耗O2越少,产生的CO2则越多。等质量的烃完全燃烧时,消耗氧气的量取决于CxHy中的值,此值越大,耗氧量越多。
4.最简式相同的烃燃烧时的规律
最简式相同的烃不论以何种比例混合,只要混合物总质量一定,完全燃烧后生成的CO2和H2O及耗氧量一定。
5.烃完全燃烧前后气体体积变化规律
CxHy+(x+)O2xCO2+H2O
　1　　x+
(1)燃烧后温度高于100 ℃,即水为气态:
ΔV=V后-V前=
(2)燃烧后温度低于100 ℃,即水为液态:ΔV=V后-V前=x-[1+(x+)]=-1-<0,气体体积一定减小。
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.在常温、常压下,取下列四种气态烃各1 mol,分别在足量的氧气中燃烧,消耗氧气最多的是 (　　)
A.CH4 B.C3H8
C.C4H10 D.C2H6
2.120 ℃时,1体积某烃和4体积O2混合,完全燃烧后,恢复到原来的温度和压强,测得反应前后气体的体积不变。该烃分子中所含的碳原子数不可能是 (　　)
A.1 B.2
C.3 D.4
3.两种气态烃组成的混合气体0.1 mol,完全燃烧得0.16 mol CO2和3.6 g水。下列说法正确的是 (　　)
A.混合气体一定有甲烷
B.混合气体中一定是甲烷和乙烯
C.混合气体中可能有乙烷
D.混合气体中一定有乙烯
二、常见烃分子中原子共线、共面的判断
布洛芬,化学名为α 甲基 4 (2 甲基丙基)苯乙酸或异丁苯丙酸,用于缓解轻至中度的肌肉疼痛,也用于感冒或流行性感冒引起的发热,我国在合成布洛芬药物方面取得了一些进展。异丁基苯是合成布洛芬的一种原料,结构简式如图。
【问题讨论】
问题1　异丁基苯中最多有多少个碳原子共平面
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
问题2　已知乙烯分子为平面结构,C2H2为直线结构。则有机物M(CH≡C—CH==CH—CH3)分子中,共直线和共平面的原子数最多分别为多少
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【探究归纳】
1.原子共面的分析方法
熟记 模型 (1)甲烷型:,正四面体→凡是碳原子形成4个共价单键时,其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。 (2)乙烯型:,平面结构→碳碳双键直接相连的4个原子与2个碳原子共平面。 (3)乙炔型:—C≡C—,直线结构→碳碳三键直接相连的2个原子与2个碳原子共直线。 (4)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
审清 题干 题目要求是“碳原子”还是“所有原子”,注意“一定”“可能”“最多”“最少”“不共面”“共面”等关键词
选准 主体 ①凡出现碳碳双键结构形式的原子共面问题,以乙烯的结构为主体; ②凡出现苯环结构形式的原子共面问题,以苯的结构为主体
准确 判断 结构中每出现一个碳碳双键,至少有6个原子共面; ②结构中每出现一个苯环,至少有12个原子共面
2.注意事项
(1)三点确定一个平面,两点确定一条直线。
(2)甲烷、乙烯、苯三种分子中的氢原子如果被其他原子取代,则取代后的分子结构基本不变。
(3)共价单键可以自由旋转,共价双键和共价三键不能旋转。
(4)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。
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.下列有机物分子中,所有的原子不可能处于同平面的是 (　　)
A.CH2==CHCl
B.CH2==CH—CH==CH2
C.CH3—CH==CH2
D.(苯乙烯)
2.下列有关有机物分子结构的描述错误的是 (　　)
A.甲烷分子中最多有3个原子共平面
B.乙烯分子中的6个原子都共平面
C.甲苯()分子中最多有12个原子共平面
D.苯分子中最多有4个原子共直线
3.分子中,在同一平面上的碳原子至少有　　　　个 (　　)
A.7 B.8
C.9 D.14
:课后完成　第七章　提升课时5
阶段重点突破练(五)提升课时5　烃的燃烧规律及烃分子中原子共线、共面的判断
学习目标　1.掌握烃的燃烧规律及应用。2.能根据烃分子中碳原子的成键特点分析原子共线、共面问题。
一、烃的燃烧规律及应用
问题1　等质量的CH4、C2H4 、C2H6三种物质完全燃烧时,生成二氧化碳最多的是哪一种
提示　　CH4、C2H4 、C2H6中的C、H原子数之比依次为1∶4、1∶2、1∶3,所以C元素质量分数C2H4>C2H6 >CH4 ,等质量烃完全燃烧,烃中C元素质量分数越大,生成二氧化碳的质量越大,所以C2H4生成二氧化碳最多。
问题2　等物质的量的CH4、C2H4 、C2H6三种物质完全燃烧时,消耗氧气物质的量最多的是哪一种
提示　　根据燃烧通式CxHy+(x+)O2xCO2+H2O可知,1 mol烃完全燃烧时,消耗氧气的物质的量为(x+)mol,则C2H6消耗氧气物质的量最多。
问题3　在120 ℃、1.01×105 Pa时,有两种气态烃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,这两种气体可能是什么气体
提示　在120 ℃、1.01×105 Pa时, 烃燃烧生成的水是气态,设烃的平均组成为CxHy ,燃烧方程式为CxHy+(x+)O2xCO2+H2O,燃烧反应前后气体体积没有变化,则反应前后气体的化学计量数之和相等,故1+x+,解得y=4 ,即H原子数目为4,即温度≥100 ℃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。故符合要求的气态烃可能为CH4、C2H4、CH4和C2H4的混合气体。
【探究归纳】
1.烃(CxHy)的燃烧通式
CxHy+(x+)O2xCO2+H2O(配平化学方程式)。
2.等物质的量(体积相同)的烃(CxHy)完全燃烧规律
(1)耗氧量多少取决于x+的值,x+越大,耗氧量越多。
(2)生成CO2的量的多少取决于x的值,x的值越大,生成CO2越多。
(3)生成水的量的多少取决于的值,的值越大,生成水的量越多。
3.等质量的不同烃完全燃烧时的耗氧规律
氢元素的质量分数越大,消耗O2越多,产生的H2O越多;反之碳元素的质量分数越大,消耗O2越少,产生的CO2则越多。等质量的烃完全燃烧时,消耗氧气的量取决于CxHy中的值,此值越大,耗氧量越多。
4.最简式相同的烃燃烧时的规律
最简式相同的烃不论以何种比例混合,只要混合物总质量一定,完全燃烧后生成的CO2和H2O及耗氧量一定。
5.烃完全燃烧前后气体体积变化规律
CxHy+(x+)O2xCO2+H2O
　1　　x+
(1)燃烧后温度高于100 ℃,即水为气态:
ΔV=V后-V前=
(2)燃烧后温度低于100 ℃,即水为液态:ΔV=V后-V前=x-[1+(x+)]=-1-<0,气体体积一定减小。
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.在常温、常压下,取下列四种气态烃各1 mol,分别在足量的氧气中燃烧,消耗氧气最多的是 (　　)
A.CH4 B.C3H8
C.C4H10 D.C2H6
答案　C
解析　根据烃完全燃烧的化学方程式为CxHy+(x+)O2xCO2+H2O,则1 mol该烃完全燃烧时耗氧量为(x+) mol,则1 mol CH4、1 mol C3H8、1 mol C4H10 和1 mol C2H6分别耗氧为2 mol、5 mol、6.5 mol 和3.5 mol 。
2.120 ℃时,1体积某烃和4体积O2混合,完全燃烧后,恢复到原来的温度和压强,测得反应前后气体的体积不变。该烃分子中所含的碳原子数不可能是 (　　)
A.1 B.2
C.3 D.4
答案　D
解析　烃燃烧通式为CxHy+(x+)O2xCO2+H2O(g),由燃烧前后体积不变,得1+(x+)=x+(120 ℃),解得y=4,故x+≤4,因为y=4,故x≤3。
3.两种气态烃组成的混合气体0.1 mol,完全燃烧得0.16 mol CO2和3.6 g水。下列说法正确的是 (　　)
A.混合气体一定有甲烷
B.混合气体中一定是甲烷和乙烯
C.混合气体中可能有乙烷
D.混合气体中一定有乙烯
答案　A
解析　n(H2O)==0.2 mol,即0.1 mol混合烃完全燃烧得0.16 mol CO2和0.2 mol H2O,根据元素守恒,混合烃的平均分子式为C1.6H4,烃中C原子数小于1.6的只有CH4,则混合气体中一定含有甲烷,由于CH4分子中含4个H原子,则另一烃分子中一定含4个H原子,且其碳原子数大于1.6,故可能是C2H4或C3H4。A项,根据上述分析可知,混合气体中一定含有甲烷;B、C项,根据上述分析可知,混合气体中一定含有甲烷,另一气体可能是C2H4或C3H4;D项,根据上述分析可知,混合气体中可能有C2H4或C3H4。
二、常见烃分子中原子共线、共面的判断
布洛芬,化学名为α 甲基 4 (2 甲基丙基)苯乙酸或异丁苯丙酸,用于缓解轻至中度的肌肉疼痛,也用于感冒或流行性感冒引起的发热,我国在合成布洛芬药物方面取得了一些进展。异丁基苯是合成布洛芬的一种原料,结构简式如图。
【问题讨论】
问题1　异丁基苯中最多有多少个碳原子共平面
提示　从异丁基苯分子结构中,与苯环连接的所有碳原子都在同一个平面内,且单键可以旋转,一个饱和碳原子可以旋转一个原子在它们所处的平面内,所以该分子中至多有9个碳原子共平面。
问题2　已知乙烯分子为平面结构,C2H2为直线结构。则有机物M(CH≡C—CHCH—CH3)分子中,共直线和共平面的原子数最多分别为多少
提示　根据乙炔、乙烯和甲烷的结构,有机物M的分子结构为,则最多有4个原子共直线,因为单键可以旋转,甲基上3个H原子中,可以有一个H原子旋进面内,因此最多有9个原子共面。
【探究归纳】
1.原子共面的分析方法
熟记模型 (1)甲烷型:,正四面体→凡是碳原子形成4个共价单键时,其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。 (2)乙烯型:,平面结构→碳碳双键直接相连的4个原子与2个碳原子共平面。 (3)乙炔型:—C≡C—,直线结构→碳碳三键直接相连的2个原子与2个碳原子共直线。 (4)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
审清题干 题目要求是“碳原子”还是“所有原子”,注意“一定”“可能”“最多”“最少”“不共面”“共面”等关键词
选准主体 ①凡出现碳碳双键结构形式的原子共面问题,以乙烯的结构为主体; ②凡出现苯环结构形式的原子共面问题,以苯的结构为主体
准确判断 结构中每出现一个碳碳双键,至少有6个原子共面; ②结构中每出现一个苯环,至少有12个原子共面
2.注意事项
(1)三点确定一个平面,两点确定一条直线。
(2)甲烷、乙烯、苯三种分子中的氢原子如果被其他原子取代,则取代后的分子结构基本不变。
(3)共价单键可以自由旋转,共价双键和共价三键不能旋转。
(4)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。
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.下列有机物分子中,所有的原子不可能处于同平面的是 (　　)
A.CH2==CHCl
B.CH2==CH—CH==CH2
C.CH3—CH==CH2
D.(苯乙烯)
答案　C
解析　A项,乙烯是平面形结构,则CH2==CHCl中所有的原子处于同一平面上;B项,乙烯是平面形结构,则CH2==CH—CH==CH2中所有的原子可能处于同一平面上;C项,由于与饱和碳原子相连的四个原子构成四面体,则CH3—CH==CH2中所有的原子不可能处于同平面;D项,由于苯环和碳碳双键均是平面形结构,则C6H5—CH==CH2(苯乙烯)中所有的原子可能处于同一平面上。
2.下列有关有机物分子结构的描述错误的是 (　　)
A.甲烷分子中最多有3个原子共平面
B.乙烯分子中的6个原子都共平面
C.甲苯()分子中最多有12个原子共平面
D.苯分子中最多有4个原子共直线
答案　C
解析　A项,甲烷分子的空间构型为正四面体形,由三点成面可知,分子中最多有3个原子共平面;B项,乙烯分子是平面结构,分子中的6个原子都共平面;C项,苯环上的碳原子和与苯环相连的碳原子共平面,由三点成面可知,甲苯分子中最多有13个原子共平面;D项,苯分子是平面六元环结构,分子中处于对位的2个碳原子和与碳原子相连的氢原子共直线,则苯分子中最多有4个原子共直线。
3.分子中,在同一平面上的碳原子至少有　　　　个 (　　)
A.7 B.8
C.9 D.14
答案　C
解析　苯环是平面正六边形结构,分子中12个原子共平面,且处于对位的4个原子共直线。分析的结构时,容易受苯环书写形式的局限而认为至少有8个碳原子共平面,实质上4、7、8、11四个碳原子共直线,至少有9个碳原子共平面。
A级　合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
(一)烃的燃烧规律及应用
1.下列烃①C4H10、②C4H8、③C7H8、④C6H12分别完全燃烧,耗氧量分析不正确的是 (　　)
A.等物质的量时耗氧量最少的是①
B.等物质的量时③和④的耗氧量相等
C.等质量时耗氧量最大的是①
D.等质量时②和④的耗氧量相等
答案　A
解析　等物质的量时,若写成CxHy,x+越大,耗氧量越大;等质量时,若写成CHx,x越大,耗氧量越大。
2.在120 ℃时,1 L某烃在a L O2中完全燃烧,得到相同条件下的气体体积为(1.5+a) L,则该烃可能是 (　　)
A.甲烷 B.乙烷
C.乙烯 D.乙炔
答案　B
解析　设烃的分子式为CxHy,在a L O2中完全燃烧,有
CxHy+(x+)O2xCO2+H2O　ΔV
　1　 　　　　　　　　　　　　　　-1
　1 L　　　　　　　　　 (1.5+a) L-(1+a) L
有-1=0.5,解得y=6,故该烃可能为C2H6。
3.两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
答案　B
解析　反应前后气体的体积不变,烃类物质完全燃烧的通式为CxHy+(x+)O2xCO2+H2O,因为105 ℃时,生成的H2O是气体,则1+(x+)=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H原子平均数才为4,CH4、C2H4及C2H4、C3H4以任意比混合时H原子平均数均为4。
4.下列各组中的两种有机物,无论以何种比例混合,只要混合物总质量不变,完全燃烧时生成的水的质量也不变的是 (　　)
A.C2H4、C4H8 B.C8H10、C4H10
C.C2H4、C2H4O D.C8H8、C4H8
答案　A
解析　要使混合物总质量一定,生成水的量不变,必须满足有机物中H的含量相等。A项,C2H4和C4H8二者最简式相同,分子中含H量相同,生成H2O的量相同;B、C、D三项中有机物的最简式不相同,含氢量都不相同,故生成水的量一定会变,错误。
5.一种气态烷烃和一种气态烯烃,它们分子里的碳原子数相等,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
答案　C
解析　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+(x+)O2 xCO2+H2O
　1　　x+
　1　　　　　　　　 2 　　2.4
x=2,y=4.8;平均分子式为C2H4.8,则烷烃是乙烷,烯烃是乙烯,设乙烷、乙烯的物质的量分别是a mol、b mol,=4.8,a∶b=2∶3,故选C。
(二)常见烃分子中原子共线、共面的判断
6.下列物质的所有原子,不可能处于同一平面内的是 (　　)
A.CH2Cl2 B.CH2==CH2
C. D.
答案　A
解析　A项,根据甲烷为正四面体结构,CH2Cl2为四面体结构,不可能所有原子处于同一平面;B项,乙烯为平面结构,CH2==CH2中6个原子一定处于同一平面上;C项,因苯环中6个碳和6个H原子共平面,HC≡CH中4个原子共直线,故C项所有原子共面;D项,苯环为平面结构,中12个原子一定处于同一平面上。
7.已知HCN是直线形结构,下列有机分子中,所有的原子不可能处于同一平面的是 (　　)
A.CH2==CH—CN
B.CH2==CH—CH==CH2
C.
D.
答案　D
解析　根据已有知识和信息,CH2==CH—CN所有原子在同一平面内,单键可以旋转,故CH2==CH—CH==CH2和所有原子可能在同一平面内,甲烷分子为正四面体结构,故甲基上的原子不可能在同一平面内,因此所有原子不可能共面。
8.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,则可得到的分子如图所示,下列描述中正确的是 (　　)
A.分子式为C25H24
B.所有原子都在同一平面上
C.此物质属芳香烃类物质
D.最多有3个碳原子在同一平面上
答案　C
解析　A项,由结构可知该物质的分子式为C25H20;B项,分子中与4个苯环相连的C为四面体结构,则所有原子不可能共平面;C项,只含C、H元素,且含苯环,为芳香烃类物质;D项,最多2个苯环与中间的C共面,则最多有13个碳原子共面。
9.已知某有机分子(C11H10)的结构简式为,则该分子中:
(1)可能共面的C原子最多有　　　　个,一定共面的C原子最多有　　　　个。
(2)可能共面的原子最多有　　　　个,一定共面的原子最多有　　　　个。
(3)一定共直线的C原子最多有　　　　个,一定共直线的原子最多有　　　　个。
答案　(1)11　8　(2)19　12　(3)4　4
解析　根据CH4、CH2==CH2、和CH≡CH的空间结构,可知该有机物分子中原子空间位置有如下特点:
(1)由此可知,苯环和乙烯基团所在平面内的所有碳原子,即11个碳原子都有可能共面,根据苯的结构,一定共面的C原子共有8个。(2)因为单键可以旋转,甲基(—CH3)上的3个H原子,最多有一个H原子可以旋入苯环和乙烯基团所在的平面内,故可能共面的原子最多为19个,一定共面的原子应为苯环和与其连接的2个C原子,共12个。(3)苯环对位及对位上连接的两个碳原子共4个C原子一定共直线,乙炔基团及所连接的一个C原子和一个H原子也一定共直线。
B级　素养培优练
10.某烃的结构简式为,有关其分子结构的叙述中不正确的是 (　　)
A.分子中一定在同一平面上的碳原子数为6
B.分子中所有碳原子可能共平面
C.分子中在同一直线上的碳原子数为3
D.分子中所有原子不可能共平面
答案　B
解析　乙炔为直线形分子,乙烯为平面形分子,该分子为乙炔基、乙基、异丙基分别取代了乙烯分子中的一个氢原子,乙基和异丙基中的共价单键可以旋转,据此分析解答。A项,乙炔为直线形分子,乙烯为平面形分子,故该烃分子中一定在同一平面上的碳原子有6个;B项,该烃分子中含有异丙基,其中同时连接3个碳原子的碳原子形成四面体结构,故分子中所有碳原子不可能共平面;C项,乙炔基上的两个碳原子和相邻的一个碳原子在同一直线上,故分子中在同一直线上的碳原子数为3;D项,分子中含有饱和碳原子,形成四面体结构,所有原子不可能共平面。
11.下列各组化合物中,不论两者以什么比例混合,只要总质量一定,则完全燃烧时消耗O2的质量、生成水的质量或CO2的质量不变的是 (　　)
A.CH4　C2H6 B.C2H2　C6H6
C.C2H4　C3H8 D.C2H4　C3H4
答案　B
解析　最简式相同的烃不论以什么比例混合,只要总质量一定,碳的质量不变,氢的质量也不变,即消耗O2的量、生成水的量及生成CO2的量均不变。
12.下列关于烃的说法正确的是 (　　)
A.共面的C原子最多为14个
B.共直线的C原子只有4个
C.1 mol该烃最多可以和3 mol H2发生加成反应
D.1 mol该烃最多可以消耗3 mol Br2
答案　D
解析　苯环上所有原子共平面、直接连接碳碳双键两端的原子共平面、直接连接碳碳三键两端的原子共直线,则该分子中最多有13个C原子共面,A项错误;苯环上对称位置碳原子及其连接的原子共直线,碳碳三键中碳原子及其连接的原子共直线,共直线的C原子最多有6个,B项错误;苯环、碳碳三键和碳碳双键都能和氢气发生加成反应,则1 mol该烃最多可以和6 mol H2发生加成反应,C项错误;该分子中只有碳碳双键和碳碳三键能和溴发生加成反应,1 mol 该烃最多可以消耗3 mol Br2,D项正确。
13.两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,所得气体的体积为11 L,下列各组混合烃中不符合此条件的是 (　　)
A.C3H6、C4H10 B.CH4、C3H8
C.C2H4、C4H10 D.C3H8、C4H8
答案　B
解析　设平均分子组成为CxHy,则CxHy+(x+)O2xCO2+H2O,因为105 ℃时,生成的H2O是气体,因反应后气体的体积增大了1 L,利用差量法计算出混合气态烃中氢原子数目,然后根据“两种气态烃以一定比例混合”及计算结果进行判断即可。设混合烃的平均分子式为CxHy,混合烃燃烧后气体体积增大了:11 L-1 L-9 L=1 L,烃燃烧的方程式为:
CxHy+(x+)O2xCO2+H2O　ΔV
　1　x+-1
　1 L　　　　　　　　　　　(11-9-1) L
即:-1=1,y=8,两种气态烃以一定比例混合,氢原子数平均是8,不符合条件的是CH4、C3H8,H原子数平均小于8,大于4,故答案为B。
14.(1)完全燃烧0.1 mol某烃,燃烧产物依次通过浓硫酸、浓碱溶液,实验结束后,称得浓硫酸质量增加9 g,浓碱溶液质量增加17.6 g。该烃的化学式为　　　　　　,并写出其所有可能的结构简式:　　　　　　。
(2)某链状烷烃的相对分子质量为128,该烷烃的化学式为　　　　　　。
(3)在120 ℃和101 kPa的条件下,某气态烃和一定质量的氧气混合,点燃,完全反应后再恢复到原来的温度时,气体体积不变,则该烃分子内的氢原子个数　　　　(填字母)。
A.小于4 B.大于4
C.等于4 D.无法判断
答案　(1)C4H10　CH3—CH2—CH2—CH3、
(2)C9H20　(3)C
解析　 (1)浓硫酸的作用是吸收H2O,浓硫酸增加的质量为H2O的质量,根据氢原子守恒,烃中n(H)=×2=1 mol;浓碱溶液吸收的是CO2,浓碱溶液增加的质量为CO2的质量,根据碳原子守恒,烃中n(C)==0.4 mol,因此1 mol该烃中含C的物质的量为4 mol,含H的物质的量为10 mol,即该烃的分子式为C4H10,其同分异构体为正丁烷和异丁烷,相应的结构简式分别是CH3—CH2—CH2—CH3、。(2)根据链状烷烃的通式CnH2n+2,相对分子质量为128,即14n+2=128,解得n=9,故该烷烃的分子式为C9H20。(3)烃燃烧的通式:CxHy+(x+)O2xCO2+H2O,温度高于100 ℃时,水以气态形式存在,反应前后气体体积不变,即1+x+,解得y=4,即该烃分子内的氢原子个数为4。
15.现有下列几种有机物:①CH4,②CH3CH2OH,③,④乙烯,⑤CH3COOH,⑥,⑦,⑧丙烷。
请根据上述物质按要求回答下列问题。
(1)相对分子质量为44的烷烃的结构简式为　　　　　　。
(2)与③互为同分异构体的是　　　　　　(填序号,下同),与①互为同系物的有　　　　　　。
(3)用来衡量一个国家石油化工发展水平的物质是　　　　　　,该物质具有较为活泼的化学性质,可与很多物质发生反应,写出其与下列物质发生反应的化学方程式。
A.与水反应:　　　　　　　　　　　　;
B.与溴的四氯化碳溶液反应:　　　　　　　　　　　　;
C.生成聚乙烯:　　　　　　　　　　　　。
(4)1 mol有机物⑦在光照条件下与氯气发生取代反应将氢原子完全取代需要氯气　　　　　　 mol。
(5)在120 ℃、1.01×105 Pa条件下,某种气态烃与足量的O2完全反应后,测得反应前后气体的体积没有发生改变,则该烃是　　　　(填序号)。
答案　(1)CH3CH2CH3　(2)⑦　③⑦⑧　(3)④　CH2==CH2+H2OCH3CH2OH
CH2==CH2+Br2CH2BrCH2Br　nCH2==CH2?CH2—CH2?　(4)14　(5)①④
解析　(1)相对分子质量为44的烷烃是丙烷,结构简式为CH3CH2CH3。(2)在有机化学中,分子式相同、结构不同的化合物互为同分异构体,故与③互为同分异构体的是⑦;同系物是指结构相似、分子组成相差一个或若干个CH2原子团的有机化合物,故与①互为同系物的有③⑦⑧。(3)用来衡量一个国家石油化工发展水平的物质是乙烯,故为④;乙烯与水反应生成乙醇;乙烯与溴的四氯化碳溶液反应生成CH2BrCH2Br;乙烯发生加聚反应生成聚乙烯。(4)根据反应方程式C6H14+14Cl2C6Cl14+14HCl,1 mol有机物⑦在光照条件下与氯气发生取代反应将氢原子完全取代需要氯气14 mol。(5)烃燃烧的通式为CxHy+(x+)O2xCO2+H2O,在120 ℃、1.01×105 Pa条件下,某种气态烃与足量的O2完全反应后,测得反应前后气体的体积没有发生改变,则y=4,该烃是①④。(共52张PPT)
第二节　乙烯与有机高分子材料
提升课时 烃的燃烧规律及烃分子中原子共线、共面的判断
5
第七章
有机化合物
1.掌握烃的燃烧规律及应用。
2.能根据烃分子中碳原子的成键特点分析原子共线、共面问题。
学习目标
一、烃的燃烧规律及应用
二、常见烃分子中原子共线、共面的判断
目
录
CONTENTS
课后巩固训练
一、烃的燃烧规律及应用
对点训练
问题1　等质量的CH4、C2H4 、C2H6三种物质完全燃烧时,生成二氧化碳最多的是哪一种
提示　CH4、C2H4 、C2H6中的C、H原子数之比依次为1∶4、1∶2、1∶3,所以C元素质量分数C2H4>C2H6 >CH4 ,等质量烃完全燃烧,烃中C元素质量分数越大,生成二氧化碳的质量越大,所以C2H4生成二氧化碳最多。
问题2　等物质的量的CH4、C2H4 、C2H6三种物质完全燃烧时,消耗氧气物质的量最多的是哪一种
提示　根据燃烧通式CxHy+(x+)O2 xCO2+H2O可知,1 mol烃完全燃烧时,消耗氧气的物质的量为(x+)mol,则C2H6消耗氧气物质的量最多。
问题3　在120 ℃、1.01×105 Pa时,有两种气态烃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,这两种气体可能是什么气体
提示　在120 ℃、1.01×105 Pa时, 烃燃烧生成的水是气态,设烃的平均组成为CxHy ,燃烧方程式为CxHy+(x+)O2 xCO2+H2O,燃烧反应前后气体体积没有变化,则反应前后气体的化学计量数之和相等,故1+x+,解得y=4 ,即H原子数目为4,即温度≥100 ℃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。故符合要求的气态烃可能为CH4、C2H4、CH4和C2H4的混合气体。
【探究归纳】
1.烃(CxHy)的燃烧通式
CxHy+(x+)O2 xCO2+H2O(配平化学方程式)。
2.等物质的量(体积相同)的烃(CxHy)完全燃烧规律
(1)耗氧量多少取决于x+的值,x+越大,耗氧量越多。
(2)生成CO2的量的多少取决于x的值,x的值越大,生成CO2越多。
(3)生成水的量的多少取决于的值,的值越大,生成水的量越多。
3.等质量的不同烃完全燃烧时的耗氧规律
氢元素的质量分数越大,消耗O2越多,产生的H2O越多;反之碳元素的质量分数越大,消耗O2越少,产生的CO2则越多。等质量的烃完全燃烧时,消耗氧气的量取决于CxHy中的值,此值越大,耗氧量越多。
4.最简式相同的烃燃烧时的规律
最简式相同的烃不论以何种比例混合,只要混合物总质量一定,完全燃烧后生成的CO2和H2O及耗氧量一定。
5.烃完全燃烧前后气体体积变化规律
(2)燃烧后温度低于100 ℃,即水为液态:ΔV=V后-V前=x-[1+(x+)]=-1-<0,气体体积一定减小。
1.在常温、常压下,取下列四种气态烃各1 mol,分别在足量的氧气中燃烧,消耗氧气最多的是 (　　)
A.CH4 B.C3H8
C.C4H10 D.C2H6
解析　根据烃完全燃烧的化学方程式为CxHy+(x+)O2 xCO2+H2O,则1 mol该烃完全燃烧时耗氧量为(x+) mol,则1 mol CH4、1 mol C3H8、1 mol C4H10 和1 mol C2H6分别耗氧为2 mol、5 mol、6.5 mol 和3.5 mol 。
C
2.120 ℃时,1体积某烃和4体积O2混合,完全燃烧后,恢复到原来的温度和压强,测得反应前后气体的体积不变。该烃分子中所含的碳原子数不可能是 (　　)
A.1 B.2
C.3 D.4
解析　烃燃烧通式为CxHy+(x+)O2 xCO2+H2O(g),由燃烧前后体积不变,得1+(x+)=x+(120 ℃),解得y=4,故x+≤4,因为y=4,故x≤3。
D
3.两种气态烃组成的混合气体0.1 mol,完全燃烧得0.16 mol CO2和3.6 g水。下列说法正确的是 (　　)
A.混合气体一定有甲烷
B.混合气体中一定是甲烷和乙烯
C.混合气体中可能有乙烷
D.混合气体中一定有乙烯
A
解析　n(H2O)==0.2 mol,即0.1 mol混合烃完全燃烧得0.16 mol CO2和0.2 mol H2O,根据元素守恒,混合烃的平均分子式为C1.6H4,烃中C原子数小于1.6的只有CH4,则混合气体中一定含有甲烷,由于CH4分子中含4个H原子,则另一烃分子中一定含4个H原子,且其碳原子数大于1.6,故可能是C2H4或C3H4。A项,根据上述分析可知,混合气体中一定含有甲烷;B、C项,根据上述分析可知,混合气体中一定含有甲烷,另一气体可能是C2H4或C3H4;D项,根据上述分析可知,混合气体中可能有C2H4或C3H4。
二、常见烃分子中原子共线、共面的判断
对点训练
布洛芬,化学名为α 甲基 4 (2 甲基丙基)苯乙酸或异丁苯丙酸,用于缓解轻至中度的肌肉疼痛,也用于感冒或流行性感冒引起的发热,我国在合成布洛芬药物方面取得了一些进展。异丁基苯是合成布洛芬的一种原料,结构简式如图。
问题1　异丁基苯中最多有多少个碳原子共平面
提示　从异丁基苯分子结构中,与苯环连接的所有碳原子都在同一个平面内,且单键可以旋转,一个饱和碳原子可以旋转一个原子在它们所处的平面内,所以该分子中至多有9个碳原子共平面。
问题2　已知乙烯分子为平面结构,C2H2为直线结构。则有机物M(CH≡C—CH== CH—CH3)分子中,共直线和共平面的原子数最多分别为多少
【探究归纳】
1.原子共面的分析方法
审清题干 题目要求是“碳原子”还是“所有原子”,注意“一定”“可能”“最多”“最少”“不共面”“共面”等关键词
选准主体 ①凡出现碳碳双键结构形式的原子共面问题,以乙烯的结构为主体;
②凡出现苯环结构形式的原子共面问题,以苯的结构为主体
准确判断 结构中每出现一个碳碳双键,至少有6个原子共面;
②结构中每出现一个苯环,至少有12个原子共面
2.注意事项
1.下列有机物分子中,所有的原子不可能处于同平面的是 (　　)
A.CH2==CHCl B.CH2==CH—CH==CH2
C.CH3—CH==CH2 D. (苯乙烯)
解析　A项,乙烯是平面形结构,则CH2==CHCl中所有的原子处于同一平面上;B项,乙烯是平面形结构,则CH2==CH—CH==CH2中所有的原子可能处于同一平面上;C项,由于与饱和碳原子相连的四个原子构成四面体,则CH3—CH==CH2中所有的原子不可能处于同平面;D项,由于苯环和碳碳双键均是平面形结构,则C6H5—CH==CH2(苯乙烯)中所有的原子可能处于同一平面上。
C
2.下列有关有机物分子结构的描述错误的是 (　　)
C
解析　A项,甲烷分子的空间构型为正四面体形,由三点成面可知,分子中最多有3个原子共平面;B项,乙烯分子是平面结构,分子中的6个原子都共平面;C项,苯环上的碳原子和与苯环相连的碳原子共平面,由三点成面可知,甲苯分子中最多有13个原子共平面;D项,苯分子是平面六元环结构,分子中处于对位的2个碳原子和与碳原子相连的氢原子共直线,则苯分子中最多有4个原子共直线。
C
课后巩固训练
A级　合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
(一)烃的燃烧规律及应用
1.下列烃①C4H10、②C4H8、③C7H8、④C6H12分别完全燃烧,耗氧量分析不正确的是(　　)
A.等物质的量时耗氧量最少的是①
B.等物质的量时③和④的耗氧量相等
C.等质量时耗氧量最大的是①
D.等质量时②和④的耗氧量相等
A
解析　等物质的量时,若写成CxHy,x+越大,耗氧量越大;等质量时,若写成CHx,x越大,耗氧量越大。
2.在120 ℃时,1 L某烃在a L O2中完全燃烧,得到相同条件下的气体体积为(1.5+a) L,则该烃可能是 (　　)
A.甲烷 B.乙烷 C.乙烯 D.乙炔
B
3.两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
B
解析　反应前后气体的体积不变,烃类物质完全燃烧的通式为CxHy+(x+)O2 xCO2+H2O,因为105 ℃时,生成的H2O是气体,则1+(x+)=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H原子平均数才为4,CH4、C2H4及C2H4、C3H4以任意比混合时H原子平均数均为4。
4.下列各组中的两种有机物,无论以何种比例混合,只要混合物总质量不变,完全燃烧时生成的水的质量也不变的是 (　　)
A.C2H4、C4H8 B.C8H10、C4H10
C.C2H4、C2H4O D.C8H8、C4H8
解析　要使混合物总质量一定,生成水的量不变,必须满足有机物中H的含量相等。A项,C2H4和C4H8二者最简式相同,分子中含H量相同,生成H2O的量相同;B、C、D三项中有机物的最简式不相同,含氢量都不相同,故生成水的量一定会变,错误。
A
5.一种气态烷烃和一种气态烯烃,它们分子里的碳原子数相等,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
C
(二)常见烃分子中原子共线、共面的判断
6.下列物质的所有原子,不可能处于同一平面内的是(　　)
A
7.已知HCN是直线形结构,下列有机分子中,所有的原子不可能处于同一平面的是 (　　)
D
8.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,则可得到的分子如图所示,下列描述中正确的是 (　　)
A.分子式为C25H24
B.所有原子都在同一平面上
C.此物质属芳香烃类物质
D.最多有3个碳原子在同一平面上
解析　A项,由结构可知该物质的分子式为C25H20;B项,分子中与4个苯环相连的C为四面体结构,则所有原子不可能共平面;C项,只含C、H元素,且含苯环,为芳香烃类物质;D项,最多2个苯环与中间的C共面,则最多有13个碳原子共面。
C
(1)可能共面的C原子最多有　　　　个,一定共面的C原子最多有_______个。
(2)可能共面的原子最多有　　　　个,一定共面的原子最多有　　　　个。
(3)一定共直线的C原子最多有　　　　个,一定共直线的原子最多有______个。
11
8
19
12
4
4
A.分子中一定在同一平面上的碳原子数为6
B.分子中所有碳原子可能共平面
C.分子中在同一直线上的碳原子数为3
D.分子中所有原子不可能共平面
B
解析　乙炔为直线形分子,乙烯为平面形分子,该分子为乙炔基、乙基、异丙基分别取代了乙烯分子中的一个氢原子,乙基和异丙基中的共价单键可以旋转,据此分析解答。A项,乙炔为直线形分子,乙烯为平面形分子,故该烃分子中一定在同一平面上的碳原子有6个;B项,该烃分子中含有异丙基,其中同时连接3个碳原子的碳原子形成四面体结构,故分子中所有碳原子不可能共平面;C项,乙炔基上的两个碳原子和相邻的一个碳原子在同一直线上,故分子中在同一直线上的碳原子数为3;D项,分子中含有饱和碳原子,形成四面体结构,所有原子不可能共平面。
11.下列各组化合物中,不论两者以什么比例混合,只要总质量一定,则完全燃烧时消耗O2的质量、生成水的质量或CO2的质量不变的是 (　　)
A.CH4　C2H6 B.C2H2　C6H6
C.C2H4　C3H8 D.C2H4　C3H4
解析　最简式相同的烃不论以什么比例混合,只要总质量一定,碳的质量不变,氢的质量也不变,即消耗O2的量、生成水的量及生成CO2的量均不变。
B
A.共面的C原子最多为14个
B.共直线的C原子只有4个
C.1 mol该烃最多可以和3 mol H2发生加成反应
D.1 mol该烃最多可以消耗3 mol Br2
D
解析　苯环上所有原子共平面、直接连接碳碳双键两端的原子共平面、直接连接碳碳三键两端的原子共直线,则该分子中最多有13个C原子共面,A项错误;苯环上对称位置碳原子及其连接的原子共直线,碳碳三键中碳原子及其连接的原子共直线,共直线的C原子最多有6个,B项错误;苯环、碳碳三键和碳碳双键都能和氢气发生加成反应,则1 mol该烃最多可以和6 mol H2发生加成反应,C项错误;该分子中只有碳碳双键和碳碳三键能和溴发生加成反应,1 mol 该烃最多可以消耗3 mol Br2,D项正确。
13.两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,所得气体的体积为11 L,下列各组混合烃中不符合此条件的是 (　　)
A.C3H6、C4H10 B.CH4、C3H8
C.C2H4、C4H10 D.C3H8、C4H8
B
14.(1)完全燃烧0.1 mol某烃,燃烧产物依次通过浓硫酸、浓碱溶液,实验结束后,称得浓硫酸质量增加9 g,浓碱溶液质量增加17.6 g。该烃的化学式为　　　　　,
并写出其所有可能的结构简式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)某链状烷烃的相对分子质量为128,该烷烃的化学式为　　　　　　。
(3)在120 ℃和101 kPa的条件下,某气态烃和一定质量的氧气混合,点燃,完全反应后再恢复到原来的温度时,气体体积不变,则该烃分子内的氢原子个数______ (填字母)。
A.小于4 B.大于4 C.等于4 D.无法判断
C4H10
C9H20
C
请根据上述物质按要求回答下列问题。
(1)相对分子质量为44的烷烃的结构简式为　　　　　　。
(2)与③互为同分异构体的是　　　　　　(填序号,下同),与①互为同系物的有　　　　　　。
CH3CH2CH3
⑦
③⑦⑧
解析　(1)相对分子质量为44的烷烃是丙烷,结构简式为CH3CH2CH3。(2)在有机化学中,分子式相同、结构不同的化合物互为同分异构体,故与③互为同分异构体的是⑦;同系物是指结构相似、分子组成相差一个或若干个CH2原子团的有机化合物,故与①互为同系物的有③⑦⑧。
(3)用来衡量一个国家石油化工发展水平的物质是　　　　,该物质具有较为活泼的化学性质,可与很多物质发生反应,写出其与下列物质发生反应的化学方程式。
A.与水反应:　　　　　　　　　　　　　　　　;
B.与溴的四氯化碳溶液反应:　　　　　　　　　　　　　　;
C.生成聚乙烯:　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)1 mol有机物⑦在光照条件下与氯气发生取代反应将氢原子完全取代需要氯气__________mol。
(5)在120 ℃、1.01×105 Pa条件下,某种气态烃与足量的O2完全反应后,测得反应前后气体的体积没有发生改变,则该烃是　　　　(填序号)。
④
14
①④

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