第3課時(shí)烴的燃燒規(guī)律及烴分子中原子共線、共面的判斷[核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)]1.掌握烴的燃燒規(guī)律及應(yīng)用。2.能根據(jù)烴分子中碳原子的成鍵特點(diǎn)分析原子共線、共面問(wèn)題。一、烴的燃燒規(guī)律及應(yīng)用1．烴(CxHy)的完全燃燒CxHy＋(x＋eq\f(y,4))O2eq\o(→,\s\up7(點(diǎn)燃))xCO2＋eq\f(y,2)H2O(配平化學(xué)方程式)。(1)烴完全燃燒的耗氧量①相同物質(zhì)的量的烴(CxHy),x＋eq\f(y,4)越大,耗氧量越多,反之越少。②相同質(zhì)量的烴(CxHy),eq\f(y,x)越大,耗氧量越多,反之越少。(2)烴完全燃燒前后氣體體積的變化CxHy＋(x＋eq\f(y,4))O2eq\o(→,\s\up7(點(diǎn)燃))xCO2＋eq\f(y,2)H2OΔV＝V后－V前1x＋eq\f(y,4)xeq\f(y,2)①當(dāng)溫度大于或等于100℃時(shí),水為氣態(tài)則ΔV＝eq\f(y,4)－1eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(當(dāng)y＞4，總體積變大,當(dāng)y＝4，總體積不變,當(dāng)y＜4，總體積減小))②當(dāng)常溫、常壓時(shí),水為液體則ΔV＝－(1＋eq\f(y,4)),反應(yīng)后氣體體積始終減小且減少量與氫原子數(shù)有關(guān)。1．(2023·南寧高一月考)在常溫、常壓下,取下列四種氣態(tài)烴各1mol,分別在足量氧氣中燃燒,消耗氧氣最多的是()A．CH4B．C2H4C．C3H8D．C4H6答案D解析CH4的x＋eq\f(y,4)＝2,1molCH4消耗2mol氧氣,C2H4的x＋eq\f(y,4)＝3,1molC2H4消耗3mol氧氣,C3H8的x＋eq\f(y,4)＝5,1molC3H8消耗5mol氧氣,C4H6的x＋eq\f(y,4)＝5.5,1molC4H6消耗5.5mol氧氣。2．現(xiàn)有CH4、C2H4、C2H6三種有機(jī)化合物：(1)等質(zhì)量的以上三種物質(zhì)完全燃燒時(shí)消耗O2最多的是________。(2)常溫常壓下,同體積的以上三種物質(zhì)完全燃燒時(shí)消耗O2最多的是________。(3)等質(zhì)量的以上三種物質(zhì)燃燒時(shí),生成二氧化碳最多的是__________,生成水最多的是________。(4)在120℃、1.01×105Pa下,以上三種物質(zhì)中的兩種和足量的氧氣混合點(diǎn)燃,相同條件下測(cè)得反應(yīng)前后氣體體積沒(méi)有發(fā)生變化,這兩種氣體是__________________。答案(1)CH4(2)C2H6(3)C2H4CH4(4)CH4和C2H4解析(1)等質(zhì)量的烴(CxHy)完全燃燒時(shí),eq\f(y,x)的值越大,耗氧越多。CH4、C2H4、C2H6的eq\f(y,x)的值依次為4、2、3,故等質(zhì)量的CH4、C2H4、C2H6完全燃燒時(shí)消耗O2最多的是CH4。(2)等物質(zhì)的量的烴(CxHy)完全燃燒時(shí),x＋eq\f(y,4)的值越大,耗氧量越多。三種物質(zhì)的x＋eq\f(y,4)的值依次為2、3、3.5,故常溫常壓下,同體積的以上三種物質(zhì)完全燃燒時(shí)消耗O2最多的是C2H6。(3)質(zhì)量相同時(shí),烴(CxHy)的eq\f(x,y)的值越大,生成二氧化碳越多；eq\f(y,x)的值越大,生成的水越多。故生成二氧化碳最多的是C2H4；生成水最多的是CH4。(4)由題意可知,在120℃、1.01×105Pa下,CxHy＋(x＋eq\f(y,4))O2eq\o(→,\s\up7(點(diǎn)燃))xCO2＋eq\f(y,2)H2O(g)1x＋eq\f(y,4)xeq\f(y,2)由于ΔV＝0,則1＋x＋eq\f(y,4)＝x＋eq\f(y,2),得y＝4,即該條件下,當(dāng)烴分子中含有4個(gè)氫原子時(shí),該烴完全燃燒前后氣體體積不變。故符合要求的兩種烴為CH4和C2H4。2．烴的分子式的確定(1)原子守恒法0.1L某氣態(tài)烴完全燃燒,在相同條件下測(cè)得生成0.1LCO2和0.2L水蒸氣,該烴的分子式是()A．CH4 B．C2H4C．C2H2 D．C3H6答案A解析在同溫、同壓條件下,氣體的體積之比等于其物質(zhì)的量之比,故該烴分子中n(CxHy)∶n(C)∶n(H)＝0.1∶0.1∶(0.2×2)＝1∶1∶4,1mol該烴中含C、H分別為1mol、4mol,即該烴為CH4。(2)氣體體積差量法常溫下某氣態(tài)鏈狀烷烴10mL與過(guò)量O285mL充分混合,點(diǎn)燃后生成液態(tài)水,在相同條件下測(cè)得氣體體積變?yōu)?0mL,求該烴的分子式。答案C2H6解析根據(jù)化學(xué)方程式CxHy(g)＋(x＋eq\f(y,4))O2(g)eq\o(→,\s\up7(點(diǎn)燃))xCO2(g)＋eq\f(y,2)H2O(l)ΔV11＋eq\f(y,4)10mL25mL解得：y＝6,鏈狀烷烴通式為CnH2n＋2,2n＋2＝6,n＝2,則該烴的分子式為C2H6。(3)平均分子式法由兩種氣態(tài)烴組成的混合烴20mL,跟過(guò)量O2完全燃燒。同溫同壓條件下當(dāng)燃燒產(chǎn)物通過(guò)濃H2SO4后體積減小了30mL,然后通過(guò)堿石灰又減小了40mL。這種混合氣體的組成可能有幾種？答案可能有兩種,分別為C2H2和C2H6或C2H2和C2H4。解析因?yàn)閂(混烴)∶V(CO2)∶V(H2O)＝1∶2∶1.5,所以V(混烴)∶V(C)∶V(H)＝1∶2∶3,平均組成為C2H3,eq\x\to(Mr)＝27。能滿足平均組成C2H3的混烴只有兩種,即C2H2和C2H6或C2H2和C2H4組成的混烴。二、常見烴分子中原子共線、共面的判斷1．常見分子構(gòu)型(1)甲烷型：正四面體→凡是碳原子形成4個(gè)共價(jià)單鍵時(shí),其空間結(jié)構(gòu)都是四面體形,5個(gè)原子中最多有3個(gè)原子共平面。(2)乙烯型：平面結(jié)構(gòu)→碳碳雙鍵直接相連的4個(gè)原子與2個(gè)碳原子共平面。(3)乙炔型：—C≡C—直線結(jié)構(gòu)→碳碳三鍵直接相連的2個(gè)原子與2個(gè)碳原子共直線。(4)苯型：平面結(jié)構(gòu)→位于苯環(huán)上的12個(gè)原子共平面,位于對(duì)角線位置上的4個(gè)原子共直線。2．原子共面的分析方法(1)甲烷、乙烯、苯三種分子中的氫原子如果被其他原子取代,則取代后的分子結(jié)構(gòu)基本不變。(2)共價(jià)單鍵可以自由旋轉(zhuǎn),共價(jià)雙鍵和共價(jià)三鍵不能旋轉(zhuǎn)。(3)根據(jù)分子的結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵之間的夾角畫出分子中原子的相對(duì)位置,如。1．分子中,在同一平面上的碳原子至少有()A．7個(gè)B．8個(gè)C．9個(gè)D．14個(gè)答案C解析苯環(huán)是平面正六邊形結(jié)構(gòu),分子中12個(gè)原子共平面,且處于對(duì)位的4個(gè)原子共直線。分析的結(jié)構(gòu)時(shí),容易受苯環(huán)書寫形式的局限而認(rèn)為至少有8個(gè)碳原子共平面,實(shí)質(zhì)上4、7、8、11四個(gè)碳原子共直線,至少有9個(gè)碳原子共平面。2．已知某有機(jī)分子(C11H10)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為,則該分子中：(1)可能共面的C原子最多有________個(gè),一定共面的C原子最多有________個(gè)。(2)可能共面的原子最多有________個(gè),一定共面的原子最多有________個(gè)。(3)一定共直線的C原子最多有________個(gè),一定共直線的原子最多有________個(gè)。答案(1)118(2)1912(3)44解析根據(jù)CH4、CH2=CH2、和CH≡CH的空間結(jié)構(gòu),可知該有機(jī)物分子中原子空間位置有如下特點(diǎn)：(1)由此可知,苯環(huán)和乙烯基團(tuán)所在平面內(nèi)的所有碳原子,即11個(gè)碳原子都有可能共面,根據(jù)苯的結(jié)構(gòu),一定共面的C原子共有8個(gè)。(2)因?yàn)閱捂I可以旋轉(zhuǎn),甲基(—CH3)上的3個(gè)H原子,最多有一個(gè)H原子可以旋入苯環(huán)和乙烯基團(tuán)所在的平面內(nèi),故可能共面的原子最多為19個(gè),一定共面的原子應(yīng)為苯環(huán)和與其連接的2個(gè)C原子,共12個(gè)。(3)苯環(huán)對(duì)位及對(duì)位上連接的兩個(gè)碳原子共4個(gè)C原子一定共直線,乙炔基團(tuán)及所連接的一個(gè)C原子和一個(gè)H原子也一定共直線。判斷烴分子中原子共面的方法1．兩種氣態(tài)烴以一定比例混合,在105℃時(shí)1L該混合烴與9L氧氣混合,充分燃燒后恢復(fù)到原狀態(tài),所得氣體總體積仍是10L,下列混合烴中不符合此條件的是()A．CH4、C2H4 B．CH4、C3H8C．C2H4、C3H4 D．C2H2、C3H6答案B解析反應(yīng)前后氣體的體積不變,烴類物質(zhì)完全燃燒的通式為CxHy＋(x＋eq\f(y,4))O2eq\o(→,\s\up7(點(diǎn)燃))xCO2＋eq\f(y,2)H2O,因?yàn)?05℃時(shí),生成的H2O是氣體,則1＋(x＋eq\f(y,4))＝x＋eq\f(y,2),解得y＝4,即氫原子平均數(shù)為4的混合烴符合題意,而CH4、C3H8無(wú)論按什么比例混合,均不能使氫原子平均數(shù)為4；C2H2、C3H6只有在體積比1∶1混合時(shí)H原子平均數(shù)才為4,CH4、C2H4及C2H4、C3H4以任意比混合時(shí)H原子平均數(shù)均為4。2．下列各組中的兩種有機(jī)物,無(wú)論以何種比例混合,只要混合物總質(zhì)量不變,完全燃燒時(shí)生成的水的質(zhì)量也不變的是()A．C2H4、C4H8 B．C8H10、C4H10C．C2H4、C2H4O D．C8H8、C4H8答案A解析要使混合物總質(zhì)量一定,生成水的量不變,必須滿足有機(jī)物中H的含量相等。A項(xiàng),C2H4和C4H8二者最簡(jiǎn)式相同,分子中含H量相同,生成H2O的量相同；B、C、D三項(xiàng)中有機(jī)物的最簡(jiǎn)式不相同,含氫量都不相同,故生成水的量一定會(huì)變,錯(cuò)誤。3．下列關(guān)于烴的說(shuō)法正確的是()A．共面的C原子最多為14個(gè)B．共直線的C原子只有4個(gè)C．1mol該烴最多可以和6molH2發(fā)生加成反應(yīng)D．1mol該烴最多可以消耗6molBr2答案C解析苯環(huán)上所有原子共平面、直接連接碳碳雙鍵兩端的原子共平面、直接連接碳碳三鍵兩端的原子共直線,則該分子中最多有13個(gè)C原子共面,A項(xiàng)錯(cuò)誤；苯環(huán)上對(duì)稱位置碳原子及其連接的原子共直線,碳碳三鍵中碳原子及其連接的原子共直線,共直線的C原子最多有6個(gè),B項(xiàng)錯(cuò)誤；苯環(huán)、碳碳三鍵和碳碳雙鍵都能和氫氣發(fā)生加成反應(yīng),則1mol該烴最多可以和6molH2發(fā)生加成反應(yīng),C項(xiàng)正確；該分子中只有碳碳雙鍵和碳碳三鍵能和溴發(fā)生加成反應(yīng),1mol該烴最多可以消耗3molBr2,D項(xiàng)錯(cuò)誤。題組一烴的燃燒規(guī)律1．下列烴①C4H10、②C4H8、③C7H8、④C6H12分別完全燃燒,耗氧量分析不正確的是()A．等物質(zhì)的量時(shí)耗氧量最少的是①B．等物質(zhì)的量時(shí)③和④的耗氧量相等C．等質(zhì)量時(shí)耗氧量最大的是①D．等質(zhì)量時(shí)②和④的耗氧量相等答案A解析等物質(zhì)的量時(shí),若寫成CxHy,x＋eq\f(y,4)越大,耗氧量越大；等質(zhì)量時(shí),若寫成CHx,x越大,耗氧量越大。2．在120℃時(shí),1L某烴在aLO2中完全燃燒,得到相同條件下的氣體體積為(1.5＋a)L,則該烴可能是()A．甲烷 B．乙烷C．乙烯 D．乙炔答案B解析設(shè)烴的分子式為CxHy,在aLO2中完全燃燒,有CxHy＋(x＋eq\f(y,4))O2eq\o(→,\s\up7(點(diǎn)燃))xCO2＋eq\f(y,2)H2OΔV1eq\f(y,4)－11L(1.5＋a)L－(1＋a)L有eq\f(y,4)－1＝0.5,解得y＝6,故該烴可能為C2H6。3．(2022·黑龍江雙鴨山高一期末)兩種氣態(tài)烴的混合物共1L,在氧氣中完全燃燒生成1.5LCO2氣體和2L水蒸氣(均在120℃下測(cè)定),關(guān)于該混合物的說(shuō)法正確的是()A．一定有甲烷B．一定有乙烷C．一定含有甲烷,不一定含有乙烷D．可能是甲烷和丙烷的混合物答案A解析由1L氣態(tài)烴的混合物在氧氣中完全燃燒得到1.5LCO2和2L水蒸氣可知,烴的平均分子式為C1.5H4,烴分子中碳原子數(shù)小于1.5的烴只能為甲烷,由甲烷的氫原子個(gè)數(shù)為4可知,另一個(gè)烴分子的氫原子個(gè)數(shù)也為4,所以混合物中一定含有甲烷,一定不含有乙烷或丙烷,故選A。4．(2023·浙江金華高一期中)一種氣態(tài)烷烴和一種氣態(tài)烯烴,它們分子里的碳原子數(shù)相等,將1.0體積這種混合氣體在氧氣中完全燃燒,生成2.0體積的CO2和2.4體積的水蒸氣(氣體體積均在相同狀況下測(cè)定),則混合氣體中烷烴和烯烴的體積比為()A．3∶1 B．1∶3C．2∶3 D．3∶2答案C解析將1.0體積這種混合氣體在氧氣中完全燃燒,生成2.0體積的CO2和2.4體積的水蒸氣,根據(jù)烴燃燒的通式CxHy＋(x＋eq\f(y,4))O2eq\o(→,\s\up7(點(diǎn)燃))xCO2＋eq\f(y,2)H2O1x＋eq\f(y,4)xeq\f(y,2)122.4x＝2,y＝4.8；平均分子式為C2H4.8,則烷烴是乙烷,烯烴是乙烯,設(shè)乙烷、乙烯的物質(zhì)的量分別是amol、bmol,eq\f(6a＋4b,a＋b)＝4.8,a∶b＝2∶3,故選C。題組二原子共面、共線的判斷5．下列物質(zhì)的所有原子,不可能處于同一平面內(nèi)的是()A．CH2Cl2B．CH2=CH2C．D.答案A解析根據(jù)已有知識(shí),乙烯和苯都屬于平面形結(jié)構(gòu),所有原子都處于同一平面內(nèi),碳原子形成4個(gè)共價(jià)單鍵時(shí)為四面體結(jié)構(gòu),所有原子不可能處于同一平面內(nèi)。6．下列說(shuō)法正確的是()A．丙烷是直鏈烴,所以分子中3個(gè)碳原子也在一條直線上B．丙烯分子中所有原子均在同一平面上C．所有碳原子一定在同一平面上D．CH3—CH=CH—C≡C—CH3分子中所有碳原子可能在同一平面上答案D解析丙烯中含甲基,甲基為四面體結(jié)構(gòu),則所有原子一定不能共面,B項(xiàng)錯(cuò)誤；環(huán)上含4個(gè)四面體結(jié)構(gòu)的C,所有碳原子不可能在同一平面上,C項(xiàng)錯(cuò)誤；雙鍵為平面結(jié)構(gòu)、三鍵為直線結(jié)構(gòu),且直接相連,則所有碳原子可能在同一平面上,D項(xiàng)正確。7．甲烷分子中的4個(gè)氫原子都可以被取代,若甲烷分子中的4個(gè)氫原子被苯基取代,則可得到的分子如圖所示,下列描述中正確的是()A．分子式為C25H24B．所有原子都在同一平面上C．此物質(zhì)屬芳香烴類物質(zhì)D．最多有3個(gè)碳原子在同一平面上答案C解析由結(jié)構(gòu)可知該物質(zhì)的分子式為C25H20,A項(xiàng)錯(cuò)誤；分子中與4個(gè)苯環(huán)相連的C為四面體結(jié)構(gòu),則所有原子不可能共平面,B項(xiàng)錯(cuò)誤；只含C、H元素,且含苯環(huán),為芳香烴類物質(zhì),C項(xiàng)正確；最多2個(gè)苯環(huán)與中間的C共面,則最多有13個(gè)碳原子共面,D項(xiàng)錯(cuò)誤。8．已知有機(jī)物M在一定條件下可轉(zhuǎn)化為N。下列說(shuō)法正確的是()A．該反應(yīng)類型為取代反應(yīng)B．N分子中所有碳原子共平面C．可用溴水鑒別M和ND．M中苯環(huán)上的一氯代物共4種答案C解析M中碳碳雙鍵和氫氣發(fā)生加成反應(yīng)生成N,該反應(yīng)為加成反應(yīng),A項(xiàng)錯(cuò)誤；N分子中取代基上的3個(gè)碳原子都是飽和碳原子,具有甲烷結(jié)構(gòu)特點(diǎn),則N中所有碳原子不能共平面,B項(xiàng)錯(cuò)誤；M和溴發(fā)生加成反應(yīng)、N和溴不反應(yīng),前者褪色,后者分層且上層有色,現(xiàn)象不同可以鑒別,C項(xiàng)正確；M苯環(huán)上有3種氫原子,所以M苯環(huán)上的一氯代物有3種,D項(xiàng)錯(cuò)誤。9．一種氣態(tài)烷烴和氣態(tài)烯烴組成的混合物共10g,混合氣體的密度是相同狀況下H2密度的12.5倍,該混合氣體通過(guò)裝有溴水的試劑瓶時(shí),試劑瓶總質(zhì)量增加了8.4g,該混合氣體可能是()A．乙烯和乙烷B．乙烷和丙烯C．甲烷和乙烯D．丙烯和丙烷答案C解析混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為12.5×2g·mol－1＝25g·mol－1,則混合氣體的物質(zhì)的量為eq\f(10g,25g·mol－1)＝0.4mol；又烯烴中最簡(jiǎn)單的乙烯的摩爾質(zhì)量是28g·mol－1,故烷烴的摩爾質(zhì)量一定小于25g·mol－1,只能是甲烷。當(dāng)混合氣體通過(guò)溴水時(shí),由于只有烯烴和溴水反應(yīng),因此增重的8.4g為烯烴的質(zhì)量,則甲烷的質(zhì)量為10g－8.4g＝1.6g,甲烷的物質(zhì)的量為0.1mol,則烯烴的物質(zhì)的量為0.3mol,烯烴的摩爾質(zhì)量為eq\f(8.4g,0.3mol)＝28g·mol－1,根據(jù)烯烴通式CnH2n,即14n＝28,可求出n＝2,即烯烴為乙烯。10．某烴的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為,下列說(shuō)法不正確的是()A．1mol該烴完全燃燒消耗11molO2B．與氫氣完全加成后的產(chǎn)物中含2個(gè)甲基C．1mol該烴完全加成消耗3molBr2D．分子中一定共平面的碳原子有6個(gè)答案B解析該烴的分子式為C8H12,1mol該烴完全燃燒消耗11molO2,A正確；與氫氣完全加成后的產(chǎn)物中含有3個(gè)甲基,B不正確；分子中含有一個(gè)碳碳雙鍵和一個(gè)碳碳三鍵,所以1mol該烴完全加成需要消耗3molBr2,C正確；根據(jù)乙烯和乙炔的結(jié)構(gòu)可判斷該烴分子中一定共平面的碳原子有6個(gè),D正確。11．如圖有a、b兩種物質(zhì),下列說(shuō)法正確的是()A．a(chǎn)的分子式為C10H14B．a(chǎn)、b都屬于芳香烴C．a(chǎn)、b均可以發(fā)生加成反應(yīng)D．a(chǎn)中所有原子均在同一平面上答案C解析由a的結(jié)構(gòu)可知a的分子式為C10H16,A項(xiàng)錯(cuò)誤；a含有雙鍵,可以發(fā)生加成反應(yīng),b中含有苯環(huán),也可以發(fā)生加成反應(yīng),C項(xiàng)正確；a中含有飽和碳原子,故所有原子不可能在同一平面上,D項(xiàng)錯(cuò)誤。12．四元軸烯(a)、苯乙烯(b)、立方烷(c)的分子式均為C8H8,下列說(shuō)法正確的是()A．a(chǎn)的同分異構(gòu)體只有b和c兩種B．a(chǎn)、b、c均能使溴的四氯化碳溶液褪色C．a(chǎn)、b分子中的所有原子一定處于同一平面D．不考慮立體異構(gòu),a、c的二氯代物均只有3種,b的一氯代物有5種答案D解析a的分子式為C8H8,對(duì)應(yīng)的同分異構(gòu)體也可能為鏈狀烴,A項(xiàng)錯(cuò)誤；c不含碳碳雙鍵,與溴的四氯化碳溶液不反應(yīng),B項(xiàng)錯(cuò)誤；b含有苯環(huán)和碳碳雙鍵,都為平面形結(jié)構(gòu),兩個(gè)平面之間為碳碳單鍵,可自由旋轉(zhuǎn),則不一定在同一個(gè)平面上,C項(xiàng)錯(cuò)誤；兩個(gè)氯原子可在a中的同一碳原子上,也可在相鄰、相對(duì)的碳原子上,其二氯代物有3種,兩個(gè)氯原子可在c中的邊、面、體對(duì)角線位置,其二氯代物有3種,b有5種不同的H,則一氯代物有5種,D項(xiàng)正確。13．中,可能共面的碳原子最多有____個(gè),一定共面的碳原子有____個(gè),可能共面的原子最多有____個(gè),一定共面的原子有____個(gè)。答案97171214．(2023·開封高一檢測(cè))現(xiàn)有下列幾種有機(jī)物：①CH4,②CH3CH2OH,③,④乙烯,⑤CH3COOH,⑥,⑦,⑧丙烷。請(qǐng)根據(jù)上述物質(zhì)按要求回答下列問(wèn)題。(1)相對(duì)分子質(zhì)量為44的烷烴的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為________。(2)與③互為同分異構(gòu)體的是________(填序號(hào),下同),與①互為同系物的有________。(3)用來(lái)衡量一個(gè)國(guó)家石油化工發(fā)展水平的物質(zhì)是________,該物質(zhì)具有較為活潑的化學(xué)性質(zhì),可與很多物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),