Question

在1.01×10⁵Pa，120℃時，兩種常溫呈氣態的烷烴A和烯烴B組成的混合氣體1L，在足量氧氣中充分燃燒后，得到同溫同壓下1.5LCO₂和2.25L水蒸氣，試計算確定A、B的分子式及體積比．（已知烯烴通式為C_nH_2n，常溫呈氣態時碳原子數不超過4．）

Answer 1

考點：有關有機物分子式確定的計算

專題：烴及其衍生物的燃燒規律

分析：根據體積之比等于物質的量之比，由混合氣體1L充分燃燒后得到同溫同壓下1.5LCO₂和2.25L水蒸氣，可知混合氣體的平均分子式為C_1.5H_4.5，然后根據要想碳原子的平均值為1.5，必須有一種烴的碳原子數小于1.5，另一種烴的碳原子數大于1.5，氫原子的平均值為4.5，必須有一種烴的，氫原子數小于4.5，另一種烴的氫原子數大于4.5來討論．

解答： 解：在同溫同壓下，體積之比等于物質的量之比．設混合氣體的平均分子式為C_XH_Y，根據混合氣體1L充分燃燒后得到同溫同壓下1.5LCO₂和2.25L水蒸氣，根據C和H原子的守恒可知，混合氣體的平均分子式為C_1.5H_4.5．
碳原子的平均值為1.5，必須有一種烴的碳原子數小于1.5．由于氣體是烷烴A和烯烴B組成的，而碳原子數小于1.5的只有CH₄，故烷烴A為甲烷；
設烯烴B的分子式為為C_nH_2n，則B中的碳原子數n≥2，而常溫呈氣態時碳原子數不超過4，則有碳原子數4≥n≥2；
氫原子數2n＞4.5，由于在烯烴中氫原子數不能為奇數，故2n≥6，即n≥3；綜合可知，n可能為3或4，即B可能為丙烯C₃H₆或丁烯C₄H₈．
討論：
①若B為丙烯C₃H₆，可知要達到碳原子為1.5的平均值，需要A（CH₄）和B（C₃H₆）的物質的量之比為3：1；要達到氫原子為4.5的平均值，需要的A（CH₄）和B（C₃H₆）的物質的量之比也為3：1；故B是丙烯時，將甲烷和丙烯按3：1混合，得到的混合氣體的平均分子式即為，C_1.5H_4.5，故B可以是丙烯；
②若B為丁烷（C₄H₈），可知要達到碳原子為1.5的平均值，需要A（CH₄）和B（C₄H₈）的物質的量之比為5：1；要達到氫原子為4.5的平均值，需要的A（CH₄）和B（C₄H₈）的物質的量之比為7：1，故如果B是丁烯，則混合氣體的平均分子式不可能為C_1.5H_4.5，故B不能為丁烯．
答：A的分子式為CH₄，B為C₃H₆，兩者的體積比為3：1．

點評：本題考查了根據混合氣體的平均分子式來確定成分氣體的化學式和體積比，要用討論的方法來確定物質的成分，難度不大．