优生培训有机化学计算

有机化学计算专题 有机物的分子式的方法一、准备知识1实验式（又叫最简式）的确定：实验式是表示化合物分子所含各元素的原子数目最简单整数比的式子。 若已知有机物分子中C、H等元素的质量或已知C 、H等元素的质量比或已知C、H等元素的质量分数，则N(C):N(H):N(O)=_ _ _=_ _若有机物燃烧产生的二氧化碳和水的物质的量分别为n(CO2)和n(H2O),则N(C):N(H)=_ 2确定相对分子质量的方法：M=m/n Mr=22.4（标准状况）（注意密度的单位）已知有机物蒸气与某物质A在相同状况下的相对密度D则：Mr=Mr(A) D (阿伏伽德罗定律的推论)M= M(A)* X(A) + M(B)*X(B)（M表示平均摩尔质量，M(A)、M(B)分别表示A、B物质的摩尔质量，X(A)、X(B)分别表示A B 物质的物质的量分数或体积分数）热身练习：1、某气态有机物标准状况下的d = 1.25 g/L，其相对分子质量_ 2、一定的温度、压强下，测得氧气的密度为1.28g/L，某气态有机物的密度为1.12g/L，该气态有机物相对分子质量_ _3、某有机物A在气态时对氢气的相对密度为30，A的相对分子质量 4、1molC2H4 和3molCH4混合，求混合气体的平均相对分子质量 _二、求有机物的分子式的方法：1、直接法例1、0.1L某气态烃完全燃烧，在相同条件下测得生成0.1LCO2和0.21L水蒸气。该烃的分子式是A. CH4 B. C2H4 C. C2H2 D. C3H62、最简式法例2.实验测得某碳氢化合物A中，含碳80%，含氢20%，求该化合物的实验式。又测得该化合物的相对分子质量是30，求该化合物的分子式。例3. 完全燃烧2.3g某有机物A，生成 0.1mol二氧化碳和2.7g水，测得该物质的蒸气对空气的相对密度为1.6，求A的分子式。3、差量法气态烃完全燃烧体积的变化a、若水为液体 b、若水为气体结论：若气态烃完全燃烧，若水为液体，燃烧后体积缩小，减小值只与烃中氢原子数目有关；若水为气体，总体积变化也只与氢原子数目有关：H=4，V前V后；H4，V前V后；H4， V前V后。例4、常温下某液态烃的蒸气10ml与过量O2 85ml充分混合，点燃后生成液态水，在相同条件下测得气体体积变为70ml，求烃的分子式。练习：1、某气态有机物d=1.34g/L，取1.50g该有机物在足量的氧气中燃烧，将所得气体通过装有浓硫酸的洗气瓶后，再通过碱石灰的干燥管。结果洗气瓶和干燥管分别增重0.9g和2.2g,求有机物的分子式。 2、某有机物由C、H、O三种元素组成，其质量比为6：1：8。该有机物蒸汽的密度是相同状况下的乙烷的2倍，试求该有机物的相对分子质量及分子式。3、在标准状况下，容积为560ml的烧瓶充满氢气时，称重为56.5g，若充满某气态烃时称重为57.2g。若将这些烃充分燃烧，生成2.20g二氧化碳和1.35g水。推导该烃的分子式。4、平均分子式法：当烃为混合物时，可先求出平均分子式，然后利用平均值的含义确定各种可能混合烃的分子式。例3、某混合气体由两种气态烃组成。取2.24L该混合气体完全燃烧后得到4.48L二氧化碳（气体已折算为标准状况）和3.6g水，则这两种气体可能是（ ）A CH4 和 C3H8 B CH4和 C3H4 C C2H4 和C3H4 D C2H4 和C2H6例4、由两种气态烃组成的混合物的总物质的量与该混合物充分燃烧后所得气体产物（二氧化碳和水蒸气）的物质的量的变化关系如右图所示，则以下对其组成的判断正确的是A一定不含有乙烯 B一定含有甲烷 C可能含有丙烷 D可能含有乙烷例5、常温下一种烷烃A和一种单烯烃B组成混合气体，A或B分子最多只含有4个碳原子，且B分子的碳原子数比A分子的多。（1）将1L该混合气体充分燃烧在同温、同压下得2.5LCO2，试推断原混合气体中A和B所有可能的组合及其体积比。（2）120时取1L该混合气体与9L氧气混合，充分燃烧后，当恢复到120和燃烧前的压强时，体积增大6.25，试通过计算确定混合气中各成分的分子式。 解：（1）编号ABA、B体积比练习：3、a毫升3 种气态烃的混和物和足量氧气混和点燃爆炸后恢复到原来状态(常温常压),气体体积共缩小了2a毫升(不考虑CO2 的溶解).则这3种烃可能的组合是 ( ) A.CH4 ,C2H4 ,C3H4 任意体积比 B.CH4 ,C3H6 ,C2H2 保持C3 H6 :C2 H2 =1:2(物质的量之比) C.C2 H6 ,C4 H6 ,C2 H2 同条件下体积比为2:1:2 D.C3 H8 ,C4 H8 ,C2 H2 质量比为11:14:264、aL由两种含碳原子数相同的气态烷烃和烯烃组成的混合物气体，在氧气中燃烧后，生成2aL的CO2和的水蒸气。（1）它们各是什么烃，写出结构简式和名称。（2）在混合气体中，它们的体积分数各是多少。三、有机物燃烧的计算（一）、烃及其含氧衍生物燃烧时，耗O2量，生成H2O量，生成CO2量三者关系。理论基础： CxHy+(x+y/4)O2xCO2+y/2H2O CxHyOz+(x+y/4-z/2)O2xCO2+y/2H2O1、等物质的量的有机物燃烧耗O2量 生成CO2量 H2O量 烃 x+y/4 x（碳原子数） y（氢原子数）烃的衍生物 x+y/4-z/2 x（碳原子数） y（氢原子数）例6、等物质的量的下列有机物耗氧量由大到小的顺序是 。（1）C2H6 （2）C3H4 （3）C2H5OH （4）C2H6O2 （5）C3H8O3 练习：5、下列各组物质，分别取等物质的量在足量的氧气中完全燃烧，耗氧量不同的组是（ ）A乙烷（C2H6）和甲酸乙酯（C3H6O2）B乙炔（C2H2）和乙醛（C2H4O）C乙酸（C2H4O2）和乙醇（C2H6O） D乙烯（C2H4）和乙醇（C2H6O）2、等质量的有机物燃烧 等质量的不同烃完全燃烧消耗O2及生成CO2和H2O的情况C/H个数比越大，生成CO2越多； H/C值越大，生成水越多，消耗O2也越多；实验式相同的不同烃，上述三者对应都相等。例8、等质量的下列有机物耗氧量由大到小的顺序是 。（1）C2H6 （2）C2H4 （3）C3H8 （4）聚乙烯 （5）C4H6 练习：6、完全燃烧某混合气体，所产生的CO2的质量一定大于燃烧相同质量丙烯所产生CO2的质量，该混合气体是（ ） A、乙炔、乙烯 B、乙炔、丙烷 C、乙烷、环丙烷 D、丙烷、丁烯、1、气态烃燃烧体积的变化若水为液体，燃烧后体积缩小，减小值只与烃中氢原子数目有关；若水为气体，总体积变化也只与氢原子数目有关：H=4，V前V后；H4，V前V后；H4， V前V后。例1、体积为10mL的某气态烃，在50mL足量O2里完全燃烧，生成液态水和体积为35 mL气体（气体体积均在同温同压下测定），此烃的分子式是 （ ） A、C2H4 B、C2H2 C、C3H6 D、C3H8解析：因为水为液体，由燃烧通式得出体积差为(1y/4)，由差量法求得y6，选D。注：的最简式相同（均为CH），在总质量一定时，二者无论以何种比例混合，混合物中C、H元素的质量m(C)、m(H)为定值，故耗氧量为一恒量。由此得出结论：“凡最简式相同的有机物，完全燃烧时耗氧量相同。”3等质量的有机物燃烧的计算规律 依据等质量C、H两种元素燃烧时耗氧量多少，H燃烧后转换为H2O（H与O质量比为1:8），C转换成CO2（C与O质量比为3:8），H耗氧多。等质量的烃燃烧，采取化简的方法，将烃化简成CHx的形式，x越大，含H量越大，耗氧量越大，生成H2O越多，生成CO2越少。反之，恰好相反。例3：相同质量的下列各烃，耗子氧量最大的是ACH4 BC2H4 CC3H4 DC2H6 解析：本题是相同质量的烃燃烧，问耗氧量情况。采取化简法，将烃化简成CHx的形式：ACH4 BC2H4CH2 CC3H4CH DC2H6CH3其中A中，CHx的x最大，耗氧量最大，所以答案为A。4烃燃烧前后气体体积的变化与烃（CxHy）中C原子数无关，仅与H原子数有关的计算规律点燃依据：当温度T100时，水为气态，由：CxHy+(x+y/4)O2xCO2+y/2 H2O 1 (x+y/4) x y/2若燃烧前后体积不变，则体积差V=0。则：1+x+y/4 = x+y/2 解得y=4即烃分子中H原子个数等于4时，当温度T100时，烃完全燃烧前后体积不变。例4：两种气态烃以一定比例混合，在105时1 L该混合气与9 L O2混合，充分燃烧后恢复到原状态，所得气体体积仍为10 L。下列各组混合烃不符合此条件的是ACH4 C2H4 BCH4 C3H6 CC2H4 C3H4 DC2H2 C3H6 解析：本题反应温度为105100，原气体体积为1 L+9 L=10 L，反应后仍为10 L，反应前后体积不变，符合上述总结燃烧规律，当平均H原子数为4的符合此条件。分析选项B不符合此条件，因为CH4、C3H6平均H原子数必大于4，而选项A、C两种H原子数均为4，平均H原子数必为4，选项D，C2H2、C3H6，平均H原子数可能为4，而题中两种烃以一定比例混合，选项D也符合，所以，答案为B。基本规律（题型）以上是某种物质单独考虑时的情况，实际解题中经常碰到的题目是多种物质混合，组成混合物，当其组成比例变化时，其总量（质量或物质的量）不变，欲使某个量（如生成H2O、CO2、耗O2量）恒定不变，混合物中各组分有机物应满足什么条件？1、当混合物总物质的量一定时（不论A、B以何种比例混合）；生成CO2为恒量：A、B分子所含C原子个数相等生成H2O为恒量：A、B分子所含H原子个数相等消耗O2为恒量：每molA、B耗O2量相同或变形CaHb（CO2）m（H2O）n例题2 有机物A、B分子式不同，它们只含C、H、O三种元素中的两种或三种。如果将A、B不论以何种比例混合，只要其物质的量之和不变，完全燃烧所消耗O2量和生成H2O的物质的量不变，那么 A、B的组成必须满足的条件是什么？若A是甲烷，则符合上述条件的化合物B中，分子量最小的是 （写分子式），并写出分子量最小的含甲基的B的2 种同分异构体的结构简式 、 。2、当混合物总质量一定时（不论A、B以何种比例混合）；生成CO2为恒量：A、B分子所含(C)相等生成H2O为恒量：A、B分子所含(H)相等消耗O2为恒量： A、B单位质量耗O2量相同例题3A、B是式量不相等的两种有机物，无论A、B以何种比例混合，只要混合物的总质量不变，完全燃烧后，产生水的质量也不变，试写出两组符合上述情况的有机物的化学式 ，并回答A、B应满足的条件？变式拓展有机物A的蒸汽对同温同压下氢气的相对密度为31，取3.1克A物质在足量氧气中充分燃烧，只生成2.7克水和标准状况下CO22.24L，求有机物的分子式；若该有机物0.2mol恰好与9.2克金属钠完全反应，请写出有机物的结构简式并命名。 三、十字交叉法 若已知两种物质混合，且有一个平均值，求两物质的比例或一种物质的质量分数或体积分数，均可用十字交叉法求解。这种解法的关键是确定求出的是什么比。 例4乙烷和乙烯的混合气体3完全燃烧需相同状况下的210，求乙烷和乙烯的体积比。 分析 用十字交叉法解题时，应求出3纯乙烷或乙烯的耗氧量，再应用平均耗氧量求乙烷和乙烯的体积比。3乙烷燃烧需210.5，3乙烯燃烧需29，则： 即：乙烷和乙烯体积比为21。 四、平均值法 常见的给出平均值的量有原子量、式量、密度、溶质的质量分数、物质的量浓度、反应热等。所谓平均值法就是已知混合物某个量的一个平均值，要用到平均值确定物质的组成、名称或种类等。该方法的原理是：若两个未知量的平均值为，则必有一个 量大于，另一个量小于，或者两个量相等均等于。 例5某混合气体由两种气态烃组成 。取22.4混合气体完全燃烧后得到4.482（气体为标准状况）和3.6水。则这两种气体可能是（ ）。 4或36 4或34 24或3422或26 分析 混合气体的物质的量为2.2422.4l0.1，含碳、氢物质的量分别为（）4.4822.4l0.2，（）（3.618）20.4。 故该混合烃的平均分子式为24，则两烃碳原子数均为2或一个大于2，另一个小于2，原子数均为4,或一个大于4，另一个小于4。 以上我们讨论了四种常见的有机物计算解题方法技巧，但在解有些题目时，不只用上述一种方法，而是两种或三种方法在同一题目中都要用到。 练习1常温下，一种烷烃和一种单烯烃组成混合气体，或分子最多只含有4个碳原子，且分子的碳原子数比分子多。将1该混合气体充分燃烧，在同温同压下得到2.52气体，试推断原混合气体中和所有可能的组合及其体积比。 练习2烷烃跟某单烯烃的混合气体对2的相对密度为14，将此混合气体与过量氧气按物质的量比15混合后，在密闭容器中用电火花点燃，充分燃烧后恢复到原来状况（120，1.01105），混合气体的压强为原来的1.05倍，求，的名称及体积分数。小结：气态烃燃烧前后气体体积变化规律当生成水是气态时CxHy+(x+)O2xCO2+H2O(气) V1 (x+) x (1-)VV前V后1y/4 当生成水是液态时CxHy+(x+)O2xCO2+H2O(液) V1 (x+) x (1+) VV前V后1 V0 体积永远减小由上知：气态烃燃烧前后气体体积变化与C原子数无关，只与H原子和生成的水的状态有关。例3燃烧1mol CxHy时，消耗O2 5mol，则x和y之和是（）A5 B7 C9 D11总物质的量相等，任意比例混合，耗氧量相等。而且：生成CO2的量相等：则分子中含碳原子数相等，即分子式符合CxHy(H2O)m ，如乙醇和乙烯。生成H2O的量相等：则分子中含氢原子数相等，即分子式符合CxHy(CO2)m ，如乙酸和甲烷。总质量相等，任意比例混合，完全燃烧，生成CO2的量相等，即含碳的质量分数相等；生成H2O的量相等，即含氢的质量分数相等。同时：最简式相同为特例；不同类的通过等效代换成最简式相同。例8下列各组混合物，不管以任何比例混合，只要总质量固定，经过燃烧后产生CO2的量为一恒定值的是（）A醛和甲酸甲酯 B乙醇和乙酸C丙烯和丙烷 D乙炔和苯蒸气解析：根据题意总质量固定，若以任何比例混合，燃烧后产生CO2的量为一恒定值，则说明两物质的含碳质量分数相同。若两物质的最简式相同则含碳质量分数相同。甲醛和甲酸甲酯最简式为CH2O，乙块和苯蒸气最简式为CH。答案为：A、D课后练习：例7.某有机物所含元素的质量分数为：C%= 40%，H%=6.67%，O%=53.33%，已知其蒸气的密度是同温同压下乙烷气体的3倍，求有机物的化学式。 例题1：某有机物由碳、氢、氧三种元素组成，该有机物含碳的质量分数为54.5%，所含氢原子数是碳原子数的2倍；又知最简式即为分子式，则有机物的分子式为（ ） A CH2O B CH2O2 C C2H4O2 D C2H4O 4、高考试题：例1吗啡和海洛因是严格查禁的毒品，吗啡分子含C 71.58% H 6.67% N 4.91% 其余为O，已知其相对分子质量不超过300。试求：（1）吗啡的相对分子质量和分子式。1、“将1L该混合气体充分燃烧 在同温同压下得到2.5LCO2气体 ”意思是说，它们平均每个分子中含2.5个碳原子，那么烷烃分子中的碳原子必须小于2.5个，符合条件的有甲烷、乙烷，烯烃分子中碳原子必须大于2.5个，符合条件的有丙烯、丁烯。所以其可能组合有下列4种：【体积比可以用十字交叉法求出】1、CH4 C3H6 1:5 2、CH4 C4H8 1:13、C2H6 C3H6 1:1 4、C2H6 C4H8 3:12、因为第二问说的还是上面那种气体，所以只要试探上面的组合中哪种符合题意就行了。体积增大6.25就是说增大了0.625L，9L氧气一定过量，所以发生完全燃烧。你写一下上面那两种烷烃、烯烃的完全燃烧方程式，即可以看出我下面的结论：1L烃完全燃烧，水为气体时，能够使气体总体积增大的L数是：CH4 0，C2H6 0.5,C3H6 0.5,C4H8 1.套上面的答案：1、CH4 C3H6 1:5 0和0.5不可能平均成0.6252、CH4 C4H8 1:1 0和1可能平均成0.625，但是不能够是1：1【1：1平均成0.5】3、C2H6 C3H6 1:1 0.5和0.5只能平均成0.54、C2H6 C4H8 3:1 （0.53+1）4=0.625 吻合！ a是C2H6 b是C4H8点燃1从有机物完全燃烧的总反应式入手的计算规律点燃依据烃CxHy：CxHy+(x+y/4)O2xCO2+y/2 H2O烃的含氧衍生物CxHyOz：CxHyOz+(x+y/4z/2)O2xCO2+y/2 H2O（1）由燃烧通式CxHy + (x+y/4)O2 = xCO2 + y/2 H2O由题意，1：y/2=2：7，所以y=7，即混合气体平均含氢7个，换句话说，A和B必然一个含氢原子不到7个，另一个多于7个。假设A含氢多于7个，可能是C3H8，C4H10。已知B含碳多于A，若A为C3H8，B只能为C4H8，两个都大于7，所以舍去。若A为C4H10，B至少要有5个碳，就不是气体了，所以也要舍去。综合以上，A含氢不能多于7个，那么这个只能是B，所以B为C4H8。A是含氢少于7个的烷，只能是CH4或C2H6。若A为CH4，十字交叉求比例41783得A:B=1:3若A为C2H6，十字交叉求比例61781得A:B=1:1（2）CxHy + (x+y/4)O2 = xCO2 + y/2 H2O由题意，1：(x+y/4)=2：9.5，(x+y/4)=4.75已知B是C4H8，(x+y/4)=6若A是C2H6，(x+y/4)=3.5，十字交叉求比例3.51.254.7561.25得A:B=1:1，与前一问的比例一致。若A是CH4，(x+y/4)=2，十字交叉求比例21.254.7562.75得A:B=5:11，与前一问的比例不一致。所以A为C2H6，B为C4H8（1）平均分子式平均碳C2.5。十字交叉法。可能组合：CH4和C3H6。1：3。CH4和C4H8。1：1。C2H6和C3H6。1：1。C2H6和C4H8。3：1（2）原总体积10L ，增加6.25%是增加0.625L。平均HCxHy+(x+0.25y)O2-xCO2+0.5yH2O体积增加1-x+0.25y-x-0.5y-0.25y-11-0.625y=6.5C2.5H6.5只有最后一组符合。A是C2H6，B是C4H8。生成2aLCO2和2.4aL的H20说明原混合物中有（2a/22.4）mol的C和（2.4a2/22.4）mol 的H即原混合物中n（C）：n（H）=1：2.4又原混合气体有aL，两气体中C的数量相同所以是两种含2个C的烷烃的混合物，即C2H6（乙烷）和C2H4（乙烯）C2H6的n（C）：n（H）=1：3，C2H4的n（C）：n（H）=1：2原混合物中n（C）：n（H）=1：2.4设乙烷所占比例为x，3x+2（1-x）=2.4，x=0.4所以乙烷为40%，乙烯为60%12