Question

5．3.0g某有机物样品通入足量氧气后充分燃烧，在120℃条件下将燃烧后的气体通入足量的浓H₂SO₄中，浓H₂SO₄增重1.8g，然后将气体再通入足量的氢氧化钡溶液中，可得到沉淀19.7g（不考虑溶解的沉淀物），此时还有标准状况下的气体2.24L，该剩余气体可用于抢救危重病人．实验测得同体积的该有机物蒸气与氦气的质量之比为15．求该有机物的分子式和通入氧气的总体积（标准状况下）．

Answer 1

分析 实验测得同体积的该有机物蒸气与氦气的质量之比为15，可知该有机物的相对分子质量为15×4=60．
3.0g有机物燃烧，燃烧后的气体通入足量的浓H₂SO₄中，浓H₂SO₄增重1.8g为水的质量，根据氢原子的守恒可求出3.0g有机物中含有的氢原子的质量为0.2g；
然后将气体再通入足量的氢氧化钡溶液中，可得到沉淀19.7g为BaCO₃，根据碳原子的守恒可求出3.0g有机物中的碳原子的质量为1.2g．
由于（0.2g+1.2g）＜3.0g，故有机物中还含氧原子，且含有的氧原子的质量为1.6g，物质的量为0.1mol．故可求出有机物的最简式为CH₂O．
设有机物的分子式为（CH₂O）n，根据其相对分子质量为60，可知有：30n=60，即可解得n=2，从而求出有机物分子式．
由于最后还剩余标准状况下的气体2.24L，该剩余气体可用于抢救危重病人，故剩余的气体为氧气，则氧气的总量=被消耗掉的+剩余的，据此计算．

解答 解：实验测得同体积的该有机物蒸气与氦气的质量之比为15，可知该有机物的相对分子质量为15×4=60．
3.0g有机物燃烧，燃烧后的气体通入足量的浓H₂SO₄中，浓H₂SO₄增重1.8g为水的质量，则水的物质的量n=$\frac{1.8g}{18g/mol}$=0.1mol，0.1mol水中含有的0.2mol氢原子全部来自于此有机物，即3.0g有机物中含有的氢原子的物质的量为0.2mol，质量m=nM=0.2mol×1g/mol=0.2g；
然后将气体再通入足量的氢氧化钡溶液中，可知得到沉淀19.7g为BaCO₃，n_（BaCO3）=$\frac{19.7g}{197g/mol}$=0.1mol，生成0.1molBaCO₃沉淀需要的0.1molCO₂中含0.1molC原子全部来自于此有机物，几3.0g有机物中的碳原子的物质的量为0.1mol，质量m=nM=0.1mol×12g/mol=1.2g．
由于（0.2g+1.2g）＜3.0g，故有机物中还含氧原子，且含有的氧原子的质量m=3.0g-0.2g-1.2g=1.6g，氧原子的物质的量n=$\frac{1.6g}{16g/mol}$=0.1mol．
故此有机物中C、H、O原子个数之比为为0.1：0.2：0.1=1：2：1，即此有机物的最简式为CH₂O．设有机物的分子式为（CH₂O）n，根据其相对分子质量为60，可知有：30n=60，即可解得n=2，即有机物分子式为C₂H₄O₂．
3.0gC₂H₄O₂的物质的量n=$\frac{3.0g}{60g/mol}$=0.05mol，设燃烧时的耗氧量为Xmol．
根据燃烧反应可知：C₂H₄O₂～2O₂
                  1             2
                0.05mol        Xmol
可有：$\frac{1}{0.05mol}=\frac{2}{Xmol}$
解得X=0.1mol
则消耗掉的氧气在标况下的体积V=nVm=0.1mol×22.4L/mol=2.24L．
由于最后还剩余标准状况下的气体2.24L，该剩余气体可用于抢救危重病人，故剩余的气体也为氧气，故通入的氧气的总体积V_总=2.24L+2.24L=4.48L．
答：有机物分子式为C₂H₄O₂，通入氧气的总体积为4.48L．

点评 本题考查了用燃烧法来确定有机物分子式，应注意的是根据产物的定性分析只能确定有机物中含C和H两元素，要确定O元素的存在，必须通过定量计算．