化学必修 第二册第1节 认识有机化合物导学案

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1．直接法


直接求算出1 ml烃中各元素原子的物质的量即可推出烃的分子式。如果给出一定条件下烃的密度(或相对密度)以及各元素的质量比，求算分子式的途径为密度(相对密度)→摩尔质量→1 ml烃中C、H元素原子的物质的量→分子式。


2．通式法


根据相对密度求出分子量或题中给出含氢原子数，共价键数可按如下求解：


(1)


(2)氢原子数y―→代入烃的通式―→分子式


(3)共价键数N―→如烷烃CnH2n＋2的共价键数N＝(n－1)＋2n＋2＝3n＋1―→求出n―→分子式


3．最简式法


根据分子式为最简式的整数倍，因此利用相对分子质量和最简式可确定分子式。即n(C)∶n(H)＝ eq \f(碳的质量分数,12)∶ eq \f(氢的质量分数,1)＝a∶b(最简整数比)。最简式为CaHb，则分子式为(CaHb)n，n＝ eq \f(Mr,12a＋b)[Mr为烃的相对分子质量，(12a＋b)为最简式的式量]。


4．化学方程式法


写出烃(CxHy)燃烧生成CO2和H2O的化学方程式：CxHy＋ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x＋\f(y,4)))O2 eq \(――→,\s\up10(点燃))xCO2＋ eq \f(y,2)H2O，根据化学方程式，结合已知条件可计算烃的分子式。


还可以根据烃燃烧前后气体体积变化确定氢原子个数：


当温度高于100 ℃，ΔV＝V前－V后＝1－ eq \f(y,4)，则


(1)当ΔV＝0时，y＝4


(2)当ΔV＞0时，y＜4


(3)当ΔV＜0时，y＞4


5．平均分子式法


对混合烃的燃烧，可依据化学方程式法或原子个数守恒法求出碳、氢原子的平均个数，然后根据所给条件进一步求混合烃的各自分子式。





【典例1】 由两种气态烷烃组成的混合物，在标准状况下的密度为1.16 g·L－1，则关于该混合物组成的判断正确的是( )


A．一定有甲烷


B．一定有乙烷


C．一定是甲烷和乙烷的混合物


D．可能是乙烷和丙烷的混合物


A [混合气体的平均摩尔质量是M＝1.16 g·L－1×22.4 L·ml－1≈26 g·ml－1，即平均相对分子质量为26，在烷烃中相对分子质量小于26的只有甲烷，因此一定含有甲烷。]


【典例2】 燃烧法是测定有机化合物分子式的一种重要方法。完全燃烧0.1 ml某烃，燃烧产物依次通过如图所示的装置，实验结束后，称得甲装置增重3.6 g，乙装置增重4.4 g。





甲 乙


(1)甲瓶盛浓硫酸的作用是____________。


(2)乙瓶增重4.4 g为________的质量。


(3)该烃的分子式为________。


[解析] nH2O＝ eq \f(3.6 g,18 g·ml－1)＝0.2 ml、nH＝0.4 ml，


nCO2＝ eq \f(4.4 g,44 g·ml－1)＝0.1 ml、nC＝0.1 ml，


即0.1 ml该有机物分子中含0.1 ml C、0.4 ml H，故分子式为CH4。


[答案] (1)吸收水蒸气 (2)CO2 (3)CH4





1．在1.01×105 Pa、150 ℃条件下，某烃完全燃烧，反应前后压强不发生变化，该有机物可能是 ( )


A．C6H6 B．C2H6


C．C3H8 D．C2H4


[答案] D


2．室温下，某气态烃与过量氧气混合完全燃烧，恢复到室温，使燃烧产物通过浓硫酸，体积比反应前减少50 mL，再通过NaOH溶液，体积又减少了40 mL，原烃的分子式是( )


A．CH4 B．C2H4


C．C2H6 D．C3H8


C [烃在过量氧气中完全燃烧产物为CO2、H2O及剩余O2，由于是恢复到室温，则通过NaOH溶液后气体体积减少的40 mL为生成CO2的体积。


CxHy＋(x＋ eq \f(y,4))O2 eq \(――→,\s\up10(点燃))xCO2＋ eq \f(y,2)H2O(l) ΔV


1 x＋ eq \f(y,4) x 1＋ eq \f(y,4)


40 mL 50 mL


根据题意得： eq \f(x,1＋\f(y,4))＝ eq \f(40 mL,50 mL)，5x＝y＋4，即y＝5x－4。分情况进行讨论，①x＝1，y＝1，不符合题意；②x＝2，y＝6，符合题意；③x≥3，y≥11，不符合题意。所以原烃的分子式为C2H6。]


3．25 ℃时，某气态烃与O2混合充入密闭容器中，点燃爆炸后又恢复至25 ℃，此时容器内压强为原来的 eq \f(1,3)，再经NaOH溶液处理，容器内几乎成为真空。该烃的分子式为( )


A．CH4 B．C2H6


C．C3H8 D．C4H10


A [由题意知，气态烃与O2恰好完全反应，利用化学方程式：CxHy＋ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x＋\f(y,4)))O2 eq \(――→,\s\up10(点燃))xCO2＋ eq \f(y,2)H2O，由在相同条件下反应前后压强之比等于反应前后气体物质的量之比得： eq \f(x,1＋x＋\f(y,4))＝ eq \f(1,3)；解得y＝4(2x－1)


讨论：当x＝1时，y＝4；x＝2时，y＝12，舍去；


x＝3时，y＝20，舍去；x＝4时，y＝28，舍去；故选A项。]


4．写出下列各烷烃的分子式。


(1)烷烃A的分子中含有200个氢原子：________。


(2)烷烃B的分子中含有22个共价键：________。


(3)标准状况下，1 L气态烷烃C完全燃烧时，消耗标准状况下的O2 6.5 L：________。


(4)1 L烷烃D的蒸气完全燃烧时，生成同温、同压下15 L水蒸气：________。


(5)烷烃E的蒸气密度是同温、同压下氢气的22倍：________。


[解析] (1)根据烷烃的通式C nH2n＋2可得，2n＋2＝200，则n＝99，A的分子式为C99H200。


(2)在烷烃分子中，n个碳原子形成(n－1)个C—C键，(2n＋2)个氢原子形成(2n＋2)个C—H键，则n－1＋2n＋2＝22，n＝7，B的分子式为C7H16。


(3)1 ml CnH2n＋2完全燃烧时，消耗O2 eq \f(3n＋1,2) ml，标准状


况下1 L CnH2n＋2完全燃烧消耗O2 eq \f(3n＋1,2) L，则 eq \f(3n＋1,2)＝6.5，n＝4，则C的分子式为C4H10。


(4)烷烃完全燃烧时，1 ml CnH2n＋2生成(n＋1)ml H2O，同温、同压下1 L CnH2n＋2生成(n＋1)L水蒸气，则n＋1＝15，n＝14，D的分子式为C14H30。


(5)由ρ(CnH2n＋2)＝22ρ(H2)可知，Mr(CnH2n＋2)＝22Mr(H2)，则Mr(CnH2n＋2)＝44，可推出n＝3，即E的分子式为C3H8。


[答案] (1)C99H200 (2)C7H16 (3)C4H10 (4)C14H30 (5)C3H8


5．(1)完全燃烧0.1 ml某烃，燃烧产物依次通过浓硫酸、浓碱液，实验结束后，称得浓硫酸增重9 g，浓碱液增重17.6 g。该烃的分子式为________。


(2)某烃2.2 g，在O2中完全燃烧，生成6.6 g CO2和3.6 g H2O，在标准状况下其密度为1.964 3 g·L－1，其分子式为________。


(3)某烷烃的相对分子质量为128，该烷烃的分子式为________。


(4)在120 ℃和101 kPa的条件下，某气态烃和一定质量的氧气的混合气体，点燃完全反应后再恢复到原来的温度时，气体体积缩小，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


[解析] (1)0.1 ml烃中，n(C)＝ eq \f(17.6 g,44 g·ml－1)＝0.4 ml，n(H)＝ eq \f(9 g,18 g·ml－1)×2＝1 ml，则每个烃分子中含4个碳原子、10个氢原子，即分子式为C4H10。


(2)由题意可得烃的摩尔质量M＝22.4 L·ml－1×1.964 3 g·L－1≈44 g·ml－1。该烃分子中，n(C)∶n(H)＝ eq \f(6.6 g,44 g·ml－1)∶( eq \f(3.6 g,18 g·ml－1)×2)＝3∶8，故最简式为C3H8，最简式相对分子质量为44，等于该烃的相对分子质量，故该烃的分子式为C3H8。


(3)某烷烃CnH2n＋2的相对分子质量为128，则14n＋2＝128，解得n＝9，故分子式为C9H20。


(4)设某气态烃的分子式为CxHy，则有CxHy＋(x＋ eq \f(y,4))O2 eq \(――→,\s\up10(点燃))xCO2＋ eq \f(y,2)H2O，因为反应后气体体积缩小，则1＋x＋ eq \f(y,4)>x＋ eq \f(y,2)，即y<4。


[答案] (1)C4H10 (2)C3H8 (3)C9H20 (4)A