Question

在1.01×10⁵Pa，120℃时，两种常温呈气态的烷烃A和烯烃B组成的混合气体1L，在足量氧气中充分燃烧后，得到同温同压下1.5LCO₂和2.25L水蒸气，试计算确定A、B的分子式及体积比．（已知烯烃通式为C_nH_2n，常温呈气态时碳原子数不超过4．）

Answer 1

考点：有关有机物分子式确定的计算

专题：烃及其衍生物的燃烧规律

分析：根据体积之比等于物质的量之比，由混合气体1L充分燃烧后得到同温同压下1.5LCO₂和2.25L水蒸气，可知混合气体的平均分子式为C_1.5H_4.5，然后根据要想碳原子的平均值为1.5，必须有一种烃的碳原子数小于1.5，另一种烃的碳原子数大于1.5，氢原子的平均值为4.5，必须有一种烃的，氢原子数小于4.5，另一种烃的氢原子数大于4.5来讨论．

解答： 解：在同温同压下，体积之比等于物质的量之比．设混合气体的平均分子式为C_XH_Y，根据混合气体1L充分燃烧后得到同温同压下1.5LCO₂和2.25L水蒸气，根据C和H原子的守恒可知，混合气体的平均分子式为C_1.5H_4.5．
碳原子的平均值为1.5，必须有一种烃的碳原子数小于1.5．由于气体是烷烃A和烯烃B组成的，而碳原子数小于1.5的只有CH₄，故烷烃A为甲烷；
设烯烃B的分子式为为C_nH_2n，则B中的碳原子数n≥2，而常温呈气态时碳原子数不超过4，则有碳原子数4≥n≥2；
氢原子数2n＞4.5，由于在烯烃中氢原子数不能为奇数，故2n≥6，即n≥3；综合可知，n可能为3或4，即B可能为丙烯C₃H₆或丁烯C₄H₈．
讨论：
①若B为丙烯C₃H₆，可知要达到碳原子为1.5的平均值，需要A（CH₄）和B（C₃H₆）的物质的量之比为3：1；要达到氢原子为4.5的平均值，需要的A（CH₄）和B（C₃H₆）的物质的量之比也为3：1；故B是丙烯时，将甲烷和丙烯按3：1混合，得到的混合气体的平均分子式即为，C_1.5H_4.5，故B可以是丙烯；
②若B为丁烷（C₄H₈），可知要达到碳原子为1.5的平均值，需要A（CH₄）和B（C₄H₈）的物质的量之比为5：1；要达到氢原子为4.5的平均值，需要的A（CH₄）和B（C₄H₈）的物质的量之比为7：1，故如果B是丁烯，则混合气体的平均分子式不可能为C_1.5H_4.5，故B不能为丁烯．
答：A的分子式为CH₄，B为C₃H₆，两者的体积比为3：1．

点评：本题考查了根据混合气体的平均分子式来确定成分气体的化学式和体积比，要用讨论的方法来确定物质的成分，难度不大．