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個碳原子，且B分子的碳原子數比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．試通過計算推斷原混合氣體中A和B所有可能的組合及其體積比，并將結果填入下表：

組合編號	A的分子式	B的分子式	A和B的體積比
①
②
③
④

為進一步確定A、B分子式，繼續(xù)實驗：120℃時，取1L該混合氣體與9L氧氣混合，充分燃燒后，當恢復到120℃和燃燒前的壓強時，體積增大了6.25%．試通過計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1L碳原子數為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分子的碳原子數比A分子的多）可推斷，混合氣體只能由碳原子數小于2.5的烷烴（CH₄和C₂H₆）和碳原子數大于2.5的烯烴（C₃H₆和C₄H₈）組成，它們有四種可能的組合，根據每一種組合中烷烴和烯烴的碳原子數及燃燒后生成的CO₂體積，利用十字交叉法可確定A和B的體積比；
（2）根據燃燒方程式利用差量法來計算．

解答 解：（1）因1升混合氣體充分燃燒后生成2.5升CO₂，且B分子的碳原子數比A分子的多，混合氣體只能由碳原子數小于2.5的烷烴（CH₄和C₂H₆）和碳原子數大于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；根據每一種組合中烷烴和烯烴的碳原子數及燃燒后生成的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	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1L氣態(tài)烴與氧充分燃燒后體積變化為△V升，則
CH₄+2O₂$\stackrel{點燃}{→}$CO₂+2H₂O（氣）△V1=0（升）
C₂H₆+$\frac{7}{3}$O₂$\stackrel{點燃}{→}$2CO₂+3H₂O（氣）△V2=0.5（升）
C₃H₆+$\frac{9}{2}$O₂$\stackrel{點燃}{→}$3CO₂+3H₂O（氣）△V3=0.5（升）
C₄H₈+6O₂$\stackrel{點燃}{→}$4CO₂+4H₂O（氣）△V4=1.0（升）
各種組合的1升混合氣體與氧氣充分燃燒，體積增大為
組合①$\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%，
反應前氣體總體積為10L，充分燃燒后，當恢復到120℃和燃燒前的壓強時，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．

點評 本題主要考查了有機物分子式確定的計算，題目難度中等，注意掌握十字交叉法、差量法的應用方法，解答時結合燃燒的方程式進行判斷，試題側重于考查學生的分析能力和計算能力．