有机物燃烧的规律是中学有机化学基础中的常见题型,也是高考化学中的热点内容,许多学生对这些知识点往往容易产生混淆,现将其归纳总结如下:
有机物完全燃烧的通式: 烃: CxHy+(x+y/4)O2→xCO2+(y/2)H2O 烃的衍生物: CxHyOz+(x+ y/4 - z/2)O2→xCO2+(y/2)H2O
题型一:有机物的质量一定时: 1、烃类物质(CxHy)完全燃烧的耗氧量与成正比。 2、有机物完全燃烧时生成的CO2或H2O的物质的量一定,则有机物中含碳或氢的质量分数一定;若混合物总质量一定,不论按何种比例混合,完全燃烧后生成的CO2或H2O的物质的量保持不变,则混合物中各组分含碳或氢的质量分数相同。 3、燃烧时耗氧量相同,则两者的关系为:⑴同分异构体 或 ⑵最简式相同。 例1 下列各组有机物完全燃烧时耗氧量不相同的是 A、50g乙醇和50g甲醚 B、100g乙炔和100g苯 C、200g甲醛和200g乙酸 D、100g甲烷和100g乙烷 解析:A中的乙醇和甲醚互为同分异构体,B、C中两组物质的最简式相同,所以答案为D。 例2 下列各组混合物中,不论二者以什么比例混合,只要总质量一定,完全燃烧时生成CO2的质量也一定的是 A、甲烷、辛醛 B、乙炔、苯乙烯 C、甲醛、甲酸甲酯 D、苯、甲苯 解析:混合物总质量一定,不论按什么比例混合,完全燃烧后生成CO2的质量保持不变,要求混合物中各组分含碳的质量分数相同。B、C中的两组物质的最简式相同,碳的质量分数相同,A中碳的质量分数也相同,所以答案为D。 例3 分别取等质量的甲烷和A(某饱和一元醇)、B(某饱和一元醛)、C(某稠环芳香烃含氧衍生物),若它们完全燃烧,分别生成了物质的量相同的CO2 .则: ⑴A的分子式为_______;B的分子式为_______,C的分子式为_________(C的分子式有多种可能,只写分子量最小的一种)。 ⑵写出符合上述要求时,CH4和A、B、C的分子组成必须满足的条件是__________(以n表示碳原子数,m表示氧原子数,只写通式)。 解析:A、B、C中的碳的质量分数与甲烷中相同,⑴中A、B的分子式只要结合醇、醛的通式就可以求出答案。稠环芳香烃中最简单的是萘,通过增加氧原子维持含碳的质量分数不变可推出C .⑵的通式推导抓住每少16个氢原子增加一个氧原子即可。 答案:(1)A、C9H20O B、C8H16O C、C10H8O2
(2)CnH4n-16mOm 题型二:有机物的物质的量一定时: 1、比较判断耗氧量的方法步聚:①若属于烃类物质,根据分子中碳、氢原子个数越多,耗氧量越多直接比较;若碳、氢原子数都不同且一多一少,则可以按1个碳原子与4个氢原子的耗氧量相当转换成碳或氢原子个数相同后再进行比较即可。②若属于烃的含氧衍生物,先将分子中的氧原子结合氢或碳改写成H2O或CO2的形式,即将含氧衍生物改写为CxHy·(H2O)n或CxHy·(CO2)m或CxHy·(H2O)n·(CO2)m形式,再按①比较CxHy的耗氧量。 2、有机物完全燃烧时生成的CO2或H2O的物质的量一定,则有机物中碳原子或氢原子的个数一定;若混合物总物质的量一定,不论按何种比例混合,完全燃烧后生成的CO2或H2O的量保持不变,则混合物中各组分中碳或氢原子的个数相同。 例4 相同物质的量的下列有机物,充分燃烧,消耗氧气量相同的是 A、C3H4和C2H6 B、C3H6和C3H8O C、C3H6O2和C3H8O D、C3H8O和C4H6O2 解析:A中C3H4的耗氧量相当于C2H8,B、C、D中的C3H8O可改写为C3H6·(H2O),C中的C3H6O2可改为C3H2·(H2O)2,D中的C4H6O2可改为C3H6·(CO2),显然答案为B、D。 例5 1molCxHy(烃)完全燃烧需要5molO2,则X与Y之和可能是 A、X+Y=5 B、X+Y=7 C、X+Y=11 D、X+Y=9 解析:根据烃燃烧通式可知,1molCxHy的耗氧量为 ,讨论易知,当x=3,y=8时合理,答案为C。 例6 有机物A、B只可能烃或烃的含氧衍生物,等物质的量的A和B完全燃烧时,消耗氧气的量相等,则A和B的分子量相差不可能为(n为正整数) ( ) A、8n B、14n C、18n D、44n 解析: A中的一个碳原子被B中的四个氢原子代替,A和B的分子量相差8的倍数,即答案A. 如果A和B的分子组成相差若干个H2O或CO2 ,耗氧量也不变,即分别对应答案C和D。 题型三:一定量的有机物完全燃烧,生成的CO2和消耗的O2的物质的量之比一定时: 1、生成的CO2的物质的量小于消耗的O2的物质的量的情况 例7 某有机物的蒸气完全燃烧时,需要三倍于其体积的O2,产生二倍于其体积的CO2,则该有机物可能是(体积在同温同压下测定) A、C2H4 B、C2H5OH C、CH3CHO D、CH3COOH 解析:产生的CO2与耗氧量的体积比为2:3,设该有机物为1mol,则含2mol的C原子,完全燃烧时只能消耗2mol的氧气,剩余的1mol氧气必须由氢原子消耗,所以氢原子为4mol,即该有机物可以是A,从耗氧量相当的原则可知B也正确。答案为A、B。 2、生成的CO2的物质的量等于消耗的O2的物质的量的情况 符合通式Cn·(H2O)m 3、生成的CO2的物质的量小于消耗的O2的物质的量的情况 ⑴若CO2和O2体积比为4∶3 ,其通式为(C2O)n ·(H2O)m。 ⑵若CO2和O2体积比为2∶1 ,其通式为(CO)n ·(H2O)m。 题型四:有机物完全燃烧时生成的CO2和H2O的物质的量之比一定时: 有机物完全燃烧时,若生成的CO2和H2O的物质的量之比为a:b,则该有机物中碳、氢原子的个数比为a:2b,该有机物是否存在氧原子,有几个氧原子,还要结合燃烧时的耗氧量或该物质的摩尔质量等其他条件才能确定。 例8 某有机物在氧气中充分燃烧,生成的水蒸气和二氧化碳的物质的量之比为1:1,由此可以得出的结论是 A、该有机物分子中C:H:O原子个数比为1:2:1 B、分子中C:H原子个数比为1:2 C、有机物必定含O
D、无法判断有机物是否含O 答案:B、D 题型五:有机物完全燃烧前后气体体积的变化: 1、气态烃(CxHy)在100℃及其以上温度完全燃烧时气体体积变化规律与氢原子个数有关 ①若y=4,燃烧前后体积不变,△V=0 ②若y>4,燃烧前后体积增大,△V>0 ③若y<4,燃烧前后体积减少,△V<0 2、气态烃(CxHy)完全燃烧后恢复到常温常压时气体体积的变化直接用烃类物质燃烧的通式通过差量法确定即可。 例9 120℃时,1体积某烃和4体积O2混和,完全燃烧后恢复到原来的温度,压强体积不变,该烃分子式中所含的碳原子数不可能是 (A)1 (B)2 (C)3 (D)4 解析:要使反应前后压强体积不变,只要氢原子个数可以等于4并保证能使1体积该烃能在4体积氧气里完全燃烧即可。答案:D 例10 两种气态烃以任意比例混合,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,所得气体体积仍是10 L.下列各组混合烃中不符合此条件的是 (A)CH4 C2H4 (B)CH4 C3H6 (C)C2H4 C3H4 (D)C2H2 C3H6 答案:B、D 3、液态有机物(大多数烃的衍生物及碳原子数大于4的烃)的燃烧,如果燃烧后水为液态,则燃烧前后气体体积的变化为:氢原子的耗氧量减去有机物本身提供的氧原子数的 。 例11 取3.40ɡ只含羟基、不含其他官能团的液态饱和多元醇,置于5.00L的氧气中,经点燃,醇完全燃烧.反应后气体体积减少0.560L ,将气体经CaO吸收,体积又减少2.8L(所有体积均在标况下测定)。则:3.4ɡ醇中C、H、O的物质的量分别为:C____; H______; O_______;该醇中C、H、O的原子个数之比为___________。 解析:设3.40ɡ醇中含H、O原子的物质的量分别为x和y 则: x+16y=3.40ɡ-2.80L/22.4L·mol-1×12ɡ·mol-1 …………方程① x/4 –y/2 =0.560L/22.4L·mol-1 …………方程② ⑴、⑵联解可得:x=0.300mol y=0.100mol 进而求得原子个数比。 答案:C. 0.125 mol、H. 0.300 mol、O.0.100 mol; 该醇中C、H、O的原子个数之比为 5∶12∶4
1.氧化还原反应方程式的配平
(1)常规配平
其关键是确定还原剂(或氧化剂)化合价升高(或降低)总数,这就必须弄清还原剂(或
考点一、氧化还原的本质
例1.(2009·重庆)下列叙述正确的是
A.二氧化硫具有还原性,故可作漂白剂
B.金属钠的金属活性比金属镁强,故可用钠与氯化镁溶液反应制单质镁
C.浓硝酸见光易分解,故有时在实验室看到的浓硝酸呈黄色
D.Fe在氯气中燃烧生成三氯化铁,故在与其他金属反应的产物中的Fe也显+3价
考点二、氧化还原反应的规律
例2.(2009· 广东)常温下,往H2O2溶液中滴加少量FeSO4溶液,可发生如下两个反应:2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O;2Fe3++H2O2=2Fe2++O2+2H+下列说法正确的是( )
A.H2O2的氧化性比Fe3+ 强,其还原性比Fe2+ 弱
B.在H2O2分解过程中,溶液的pH逐渐下降
C.在H2O2分解过程中,Fe2+和Fe3+的总量保持不变
D.H2O2生产过程要严格避免混入Fe2+
考点三、氧化还原反应的计算
例3.(2009·全国I)含有a mol FeBr2的溶液中,通入x mol Cl2。下列各项为通Cl2过程中,溶液内发生反应的离子方程式,其中不正确的是 ( )
A.x=0.4a,2Fe2-+Cl2=2Fe3++2Cl-
B.x=0.6a,2Br-+ Cl2=Br2+2Cl-
C.x=a,2Fe2++2Br-+2Cl2=Br2+2Fe3++4Cl-
D.x=1.5a,2Fe2++4Br-+3Cl2=2Br2+2Fe3++6Cl-
考点四、氧化还原反应方程式的配平
例4.(2009·上海)某反应中反应物与生成物有:AsH3、H2SO4、KBrO3、K2SO4、H3AsO4、H2O和一种未知物质X。
(1)已知KBrO3在反应中得到电子,则该反应的还原剂是 。
(2)已知0.2molKBrO3在反应中得到1mol电子生成X,则X的化学式为 。
(3)根据上述反应可推知 。
a.氧化性: b.氧化性:
c.还原性: d.还原性:
(4)将氧化剂和还原剂的化学式及其配平后的系数填入下列方框中,并标出电子转移的方向和数目:
例1.(2009全国Ⅱ卷)物质的量之比为2:5的锌与稀硝酸反应,若硝酸被还原的产物为N2O,反应结束后锌没有剩余,则该反应中被还原的硝酸与未被还原的硝酸的物质的量之比是 ( )
A. 1:4 B.1:5 C. 2:3 D.2:5
[解析]设2molZn参与反应,因Zn无剩余,则最终产物为2molZn(NO3)2,有4mol HNO3没有参与氧化还原反应;根据电子转移守恒有:2×n(Zn)=n(HNO3)×4,则n(HNO3)=1mol,即有1molHNO3被还原。答案A正确。
[答案]A
例2.(2008全国Ⅱ卷)(NH4)2SO4在高温下分解,产物是SO2、H2O、N2和NH3。在该反应的化学方程式中,化学计量数由小到大的产物分子依次是( )
A.SO2、H2O、N2、NH3 B.N2、SO2、H2O、NH3
C.N2、SO2、NH3、H2O D.H2O、NH3、SO2、N2
例3.(2009上海)在下列变化①大气固氮②硝酸银分解③实验室制取氨气中,按氮元素被氧化、被还原、既不被氧化又不被还原的顺序排列,正确的是( )
A.①②③ B.②①③ C.③②① D.③①②
[解析]大气固氮是将大气中游离态的N转变为N2,N被氧化;硝酸银的分解则是+5价的N价态下降变为N的氧化物,N被还原;实验室中氨气的制备是铵盐与碱共热的复分解反应,N 的价态不变。
[答案]A
例4.(2008海南卷)锌与很稀的硝酸反应生成硝酸锌、硝酸铵和水。当生成1 mol硝酸锌时,被还原的硝酸的物质的量为( )
A.2mol B.1 mol C.0.5mol D.0.25mol
例5.(2008宁夏卷)为测试一铁片中铁元素的含量,某课外活动小组提出下面两种方案并进行了实验(以下数据为多次平行实验测定结果的平均值):
方案一:将a g铁片完全溶解于过量稀硫酸中,测得生成氢气的体积为580mL(标准状况);
方案二:将 g铁片完全溶解于过量稀硫酸中,将反应后得到的溶液用0.02000mol·L-1
的KMnO4溶液滴定,达到终点时消耗了25.00mL KMnO4溶液。
请回答下列问题:
(1)配平下面的化学方程式(将有关的化学计量数填入答题卡的横线上):
□KMnO4+□FeSO4+□H2SO4=□Fe2(SO4)3+□MnSO4+□K2SO4+□H2O
(2)在滴定实验中不能选择 式滴定管,理由是 ;
(3)根据方案一和方案二测定的结果计算,铁片中铁的质量分数依次为 和
;(铁的相对原子质量以55.9计)
(4)若排除实验仪器和操作的影响因素,试对上述两种方案测定结果的准确性做出判断和分析。
①方案一 (填“准确”“不准确”“不一定准确”),理由是 ;
②方案二 (填“准确”“不准确”“不一定准确”),理由是 。
2.有关氧化还原反应的计算种类
(1)求氧化剂与还原剂、或氧化产物与还原产物的量之间的关系。
(2)题目给定反应物和生成物,要求求出氧化剂与还原剂或氧化产物与还原产物的量的关系。
(3)题目给定氧化剂和还原剂的物质的量之比,求氧化产物或还原产物的化合价。
(4)某一氧化还原反应中氧化剂或还原剂不止一种,求某一部分氧化剂(或还原剂)氧化(或还原)还原剂(或氧化剂)的物质的量。
1.常见的几种守恒
得失电子守恒:氧化还原反应中得失电子的物质的量相等;
质量守恒:反应前后各元素原子的物质的量相等;
电荷守恒:在离子反应中,阴离子所带的电荷总数与阳离子所带的电荷总数相等
1.强弱规律
⑴氧化性、还原性的判断
①氧化性是指得电子的能力,还原性是指失电子的能力。
②氧化性、还原性的强弱取决于得失电子的难易程度,与得失电子的多少无关。
③从元素的价态考虑:最高价态只有氧化性;最低价态只有还原性;中间价态既有氧化性又有还原性。
(2)判断氧化性、还原性强弱常用的方法
①根据金属的活泼性判断
a.金属的金属性越强,单质的还原性越强,其对应的离子的氧化性越弱。
b.单质的还原性:按金属活动性顺序依次减弱。
c.离子的氧化性:按金属活动性顺序依次增强(铁为Fe2+)。如:Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+。
②根据非金属的活泼性判断
非金属性越强,单质的氧化性越强,其对应离子的还原性越弱。如:氧化性 F2>Cl2>Br2>I2>S;
还原性 S2- > I- > Br- > Cl- > F-。
③根据氧化还原反应进行的方向以及反应条件或剧烈程度来判断
a.氧化性:氧化剂 > 氧化产物。
b.还原性:还原剂 > 还原产物。
c.不同氧化剂(还原剂)与同一还原剂(氧化剂)反应时,反应条件越易,氧化性(还原性)越强。
如:根据浓盐酸分别与KMnO4、MnO2、O2反应的条件分别为常温、加热、催化剂并加热,由反应条件可以判断氧化剂的氧化性顺序为KMnO4 > MnO2 > O2。
d.不同氧化剂(还原剂)与同一还原剂(氧化剂)反应时,反应现象越剧烈,氧化性(还原性)越强。
如:钠和钾分别与水反应时,钾更剧烈,所以还原性:K > Na
④根据原电池或电解池的电极反应判断
3.具有中间价态的化合物
既有氧化性,又有还原性,一般情况下主要表现某一方面的性质
具有中间 价态的物质 |
Fe2+ |
S02、S032-、H2SO3 |
H202 |
氧化产物 |
Fe3+ |
SO42- |
O2 |
还原产物 |
Fe |
S |
H2O |
通常表现的主要性质 |
还原性 |
还原性 |
氧化性 |
2.常见的还原剂:
物质类型 |
类例 |
对应氧化产物 |
|
活泼的金属单质 |
K、Na、Mg |
Mn |
|
活泼的非金属单质 |
H2 |
H+或H2O |
|
C |
CO或CO2 |
||
元素处于低化合价 时的化合物 |
氧化物 |
C0 |
CO2 |
S02 |
SO3或H2SO4 |
||
酸 |
H2S |
S |
|
HI |
I2 |
||
盐 |
S032- |
SO42- |
|
Fe2+ |
Fe3+ |
1.常见的氧化剂:
物质类型 |
举例 |
对应还原产物 |
|
活泼的非金属单质 |
F2、C12、Br2 |
X- |
|
O2、03 |
H2O |
||
元素处于高化合价 时的化合物 |
氧化物 |
Mn02 |
Mn2+ |
含氧酸 |
浓硫酸 |
SO2 |
|
HN03 |
NO2或NO |
||
盐 |
KMnO4 |
K2MnO4、MnO2 |
|
Fe3+、Cu2+ |
Fe2+、Cu+ |
||
过氧化物 |
|
Na202、H202 |
H2O或OH- |
20.仿照示例,从鲁迅、巴金、老舍、曹禺、莎士比亚、巴尔扎克中任选一位,另写-段话。(要求:句式大致相同,字数大致相等)(6分)
示例:向你致敬,冰心。你的《寄小读者》养育了我。从此,什么仇恨也不能把我拉入深渊,唯有童心的向导能把我引入爱的天国;什么困难也不能使我消沉颓靡,唯有乐观的心态能载我驶向成功的彼岸。
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