Question

4．常溫下，一種烷烴A和一種單烯烴B組成的混合氣體，A或B分子最多只含有4個(gè)碳原子，且B分子的碳原子數(shù)比A分子的多．
將1L混合氣體充分燃燒，在同溫同壓下得到2.5LCO₂氣體．試通過(guò)計(jì)算推斷原混合氣體中A和B所有可能的組合及其體積比，并將結(jié)果填入下表：

組合編號(hào)	A的分子式	B的分子式	A和B的體積比
①
②
③
④

為進(jìn)一步確定A、B分子式，繼續(xù)實(shí)驗(yàn)：120℃時(shí)，取1L該混合氣體與9L氧氣混合，充分燃燒后，當(dāng)恢復(fù)到120℃和燃燒前的壓強(qiáng)時(shí)，體積增大了6.25%．試通過(guò)計(jì)算確定唯一符合題意的A、B的分子式C₂H₆、C₄H₈．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)1L碳原子數(shù)為n的烷烴或烯烴充分燃燒后均得到n升CO₂，由題意（1L混合氣體充分燃燒后生成2.5升CO₂，且B分子的碳原子數(shù)比A分子的多）可推斷，混合氣體只能由碳原子數(shù)小于2.5的烷烴（CH₄和C₂H₆）和碳原子數(shù)大于2.5的烯烴（C₃H₆和C₄H₈）組成，它們有四種可能的組合，根據(jù)每一種組合中烷烴和烯烴的碳原子數(shù)及燃燒后生成的CO₂體積，利用十字交叉法可確定A和B的體積比；
（2）根據(jù)燃燒方程式利用差量法來(lái)計(jì)算．

解答 解：（1）因1升混合氣體充分燃燒后生成2.5升CO₂，且B分子的碳原子數(shù)比A分子的多，混合氣體只能由碳原子數(shù)小于2.5的烷烴（CH₄和C₂H₆）和碳原子數(shù)大于2.5的烯烴（C₃H₆和C₄H₈）組成，它們有四種可能的組合：CH₄、C₃H₆；CH₄、C₄H₈；
C₂H₆、C₃H₆；C₂H₆、C₄H₈；根據(jù)每一種組合中烷烴和烯烴的碳原子數(shù)及燃燒后生成的CO₂體積，可確定A和B的體積比，
如：，即V（CH₄）：V（C₃H₆）=1：3，
所以①CH₄、C₃H₆、1：3；②CH₄、C₄H₈、1：1③C₂H₆、C₃H₆、1：1④C₂H₆、C₄H₈、3：1，
故答案為：

組合編號(hào)	A的分子式	B的分子式	A和B的體積比（VA：VB）
①	CH4	C3H6	1：3
②	CH4	C4H8	1：1
③	C2H6	C3H6	1：1
④	C2H6	C4H8	3：1

；
（2）設(shè)1L氣態(tài)烴與氧充分燃燒后體積變化為△V升，則
CH₄+2O₂$\stackrel{點(diǎn)燃}{→}$CO₂+2H₂O（氣）△V1=0（升）
C₂H₆+$\frac{7}{3}$O₂$\stackrel{點(diǎn)燃}{→}$2CO₂+3H₂O（氣）△V2=0.5（升）
C₃H₆+$\frac{9}{2}$O₂$\stackrel{點(diǎn)燃}{→}$3CO₂+3H₂O（氣）△V3=0.5（升）
C₄H₈+6O₂$\stackrel{點(diǎn)燃}{→}$4CO₂+4H₂O（氣）△V4=1.0（升）
各種組合的1升混合氣體與氧氣充分燃燒，體積增大為
組合①$\frac{△V1+3△V3}{4}$=0.375（升）
組合②$\frac{△V1+△V4}{2}$=0.5（升）
組合③$\frac{△{V}_{2}+△{V}_{3}}{2}$=0.5（升）
組合④$\frac{3△V2+△V4}{4}$=0.625（升）
則$\frac{0.625}{10}$×100%=6.25%，
反應(yīng)前氣體總體積為10L，充分燃燒后，當(dāng)恢復(fù)到120℃和燃燒前的壓強(qiáng)時(shí)，體積增大了6.25%，增大的體積為：10L×6.25%=0.625L，
只有組合④符合題意，則A為C₂H₆、B為：C₄H₈，
故答案為：C₂H₆、C₄H₈．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查了有機(jī)物分子式確定的計(jì)算，題目難度中等，注意掌握十字交叉法、差量法的應(yīng)用方法，解答時(shí)結(jié)合燃燒的方程式進(jìn)行判斷，試題側(cè)重于考查學(xué)生的分析能力和計(jì)算能力．