Question

4．常温下，一种烷烃A和一种单烯烃B组成的混合气体，A或B分子最多只含有4个碳原子，且B分子的碳原子数比A分子的多．
将1L混合气体充分燃烧，在同温同压下得到2.5LCO₂气体．试通过计算推断原混合气体中A和B所有可能的组合及其体积比，并将结果填入下表：

组合编号	A的分子式	B的分子式	A和B的体积比
①
②
③
④

为进一步确定A、B分子式，继续实验：120℃时，取1L该混合气体与9L氧气混合，充分燃烧后，当恢复到120℃和燃烧前的压强时，体积增大了6.25%．试通过计算确定唯一符合题意的A、B的分子式C₂H₆、C₄H₈．

Answer 1

分析 （1）根据1L碳原子数为n的烷烃或烯烃充分燃烧后均得到n升CO₂，由题意（1L混合气体充分燃烧后生成2.5升CO₂，且B分子的碳原子数比A分子的多）可推断，混合气体只能由碳原子数小于2.5的烷烃（CH₄和C₂H₆）和碳原子数大于2.5的烯烃（C₃H₆和C₄H₈）组成，它们有四种可能的组合，根据每一种组合中烷烃和烯烃的碳原子数及燃烧后生成的CO₂体积，利用十字交叉法可确定A和B的体积比；
（2）根据燃烧方程式利用差量法来计算．

解答 解：（1）因1升混合气体充分燃烧后生成2.5升CO₂，且B分子的碳原子数比A分子的多，混合气体只能由碳原子数小于2.5的烷烃（CH₄和C₂H₆）和碳原子数大于2.5的烯烃（C₃H₆和C₄H₈）组成，它们有四种可能的组合：CH₄、C₃H₆；CH₄、C₄H₈；
C₂H₆、C₃H₆；C₂H₆、C₄H₈；根据每一种组合中烷烃和烯烃的碳原子数及燃烧后生成的CO₂体积，可确定A和B的体积比，
如：，即V（CH₄）：V（C₃H₆）=1：3，
所以①CH₄、C₃H₆、1：3；②CH₄、C₄H₈、1：1③C₂H₆、C₃H₆、1：1④C₂H₆、C₄H₈、3：1，
故答案为：

组合编号	A的分子式	B的分子式	A和B的体积比（VA：VB）
①	CH4	C3H6	1：3
②	CH4	C4H8	1：1
③	C2H6	C3H6	1：1
④	C2H6	C4H8	3：1

；
（2）设1L气态烃与氧充分燃烧后体积变化为△V升，则
CH₄+2O₂$\stackrel{点燃}{→}$CO₂+2H₂O（气）△V1=0（升）
C₂H₆+$\frac{7}{3}$O₂$\stackrel{点燃}{→}$2CO₂+3H₂O（气）△V2=0.5（升）
C₃H₆+$\frac{9}{2}$O₂$\stackrel{点燃}{→}$3CO₂+3H₂O（气）△V3=0.5（升）
C₄H₈+6O₂$\stackrel{点燃}{→}$4CO₂+4H₂O（气）△V4=1.0（升）
各种组合的1升混合气体与氧气充分燃烧，体积增大为
组合①$\frac{△V1+3△V3}{4}$=0.375（升）
组合②$\frac{△V1+△V4}{2}$=0.5（升）
组合③$\frac{△{V}_{2}+△{V}_{3}}{2}$=0.5（升）
组合④$\frac{3△V2+△V4}{4}$=0.625（升）
则$\frac{0.625}{10}$×100%=6.25%，
反应前气体总体积为10L，充分燃烧后，当恢复到120℃和燃烧前的压强时，体积增大了6.25%，增大的体积为：10L×6.25%=0.625L，
只有组合④符合题意，则A为C₂H₆、B为：C₄H₈，
故答案为：C₂H₆、C₄H₈．

点评 本题主要考查了有机物分子式确定的计算，题目难度中等，注意掌握十字交叉法、差量法的应用方法，解答时结合燃烧的方程式进行判断，试题侧重于考查学生的分析能力和计算能力．