平均式法是高低求中类计算问题的一种求混合物组成的方法。利用高低求中原理以确定平均式,从而求得混合物中各物质的分子式。这种解法的解题思路和过程有两种:第一种是首先求出平均相对分子质量,找出小于平均值的一种物质,然后再通过计算确定另一种物质及百分含量,用同一性原理检验是否符合题意。第二种是首先求出平均式,然后用居中性原理确定混合物可能出现的组合情况,用同一性原理检验这些组合情况的合理性,用求和公式变式或三角正弦法、或十字交叉法以确定符合题意的每一组合的各物质有关量。
例1.有两种气态烃20 mL,与过量氧气反应后生成40 mL二氧化碳和30 mL水蒸气(体积在相同条件下测定,且温度≥100℃)。求混合烃的物质的量组成。 本文来自化学自习室!
解析:根据相同条件下,气体的体积比即为化学计量数之比,可得出如下化学方程式:CxHy+kO2 ® 2CO2+3H2O 本文来自化学自习室!
由此可求得该混合烃的平均式为C2H3。按照居中性原理,C原子数可都为2,或一种为1,一种大于2;H原子数只有一种情况:一种小于3,一种大于3。
一般情况下,我们认为的气态烃为碳原子数小于4的烃(即不包括新戊烷,这是过去题的叙述和含意,现在的题则准确地叙述为:碳原子数小于4的烃)有:
CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C2H4 C2H6 C4H8 C2H2 C3H4 C4H6 本文来自化学自习室!
从C原子考虑,CH4可与C3、C4的烃组合出6种,C2的烃可相互组合出3种。这样问题弄得很复杂。若从H原子考虑则颇为简单,因为甲烷和碳原子数为3、4的烃,其氢原子数皆大于3,这些组合都不符合题意。而H原子数小于3的只有C2H2,再结合碳原子看,可得出两种组合:C2H4和C2H2和C2H6和C2H2。
由氢原子数的三角正弦,可得出它们的物质的量组成: 本文来自化学自习室!
答:(1) C2H4和C2H2各占50% (2) C2H2占75%,C2H6占25%
注意:在求平均式建立烃的化学方程式时,不必用CxHy+(x+)O2 ® xCO2+H2O(g),而应直接代入相应的数字。由于计算烃的平均式时不需要氧气的数据,故可令O2的化学计量数为任意符号,如上面令为k。
例2.某混合气体由两种气态烃组成,取2.24 L该混合气体完全燃烧后得到4.48 L二氧化碳(气体体积都已折算为标准状况)和3.6 g水。则这两种气体可能是 ( BE )
A. CH4和C3H8 B. CH4和C3H4 C. C2H4和C3H4
D. C2H4和C2H6 E. C2H2和C2H6 (92年上海高考题28)
解析:标准状况下,气体2.24 L为1 mol,4.48 L为2 mol;水3.6 g为2 mol。根据化学方程式中,各物质的物质的量之比即为化学计量数之比,可得出如下化学方程式:
CxHy+kO2 ® 2CO2+3H2O
由此可求得该混合烃的平均式为C2H3。按照居中性原理,C原子数可都为2,或一种为1,一种大于2;H原子数只有一种情况:一种小于3,一种大于3。B、E选项符合题意。
例3.常温下,一种烷烃A和一种单烯烃B组成的混合气体,A与B分子中最多只含有4个碳原子,且B分子的碳原子数比A分子的多。
(1) 将1 L该混合气体充分燃烧,在同温同压下得到2.5 L CO2气体。试推断原混合气体中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(VA∶VB) |
本文来自化学自习室! | 本文来自化学自习室! |
(2) 120℃时取1 L该混合气体与9 L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6.25%。试通过计算确定A和B的分子式。 (MCE91.42)
解析:(1) 1 L碳原子数为n的烷烃或烯烃充分燃烧后均得到n L CO2。由题意1 L该混合气体充分燃烧后生成2.5 L CO2,且B分子的碳原子数比A分子的多,可推断此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4种可能的组合。可根据每一组合中烷烃和烯烃的碳原子数,按三角正弦法确定A和B的组成。如: 本文来自化学自习室!
即的体积比为0.5∶1.5=1∶3。
则① CH4∶C3H6:1∶3 ② CH4∶C4H8:1∶1 ③ C2H6∶C3H6:1∶1 ④C2H6∶C4H8:3∶1
(2) 因O2过量,设燃烧的混合烃为CxHy,耗O2的体积为z。 本文来自化学自习室!
CxHy+zO2 ® 2.5CO2+H2O(g)
由氧原子数相等关系得:2z=2.5×2+,
整理为:4z-y=10 ①
由差量得:=6.25%,
整理得:-2z+y=-1.75 ②
联立①②式解得y=6.5,x=2.5。即混合烃的平均式为:C2.5H6.5,则为上述4组中的第2组和第4组。按同一性原理,由烷烃和烯烃的氢原子数可得出其体积比,第4组仍为3∶1,为该题的解;第2组为3∶5,与碳原子数所得的体积比1∶1不相符,应舍去。即A为C2H6,B为C4H8。 本文来自化学自习室!
答案:(1)
组合编号 | A的分子式本文来自化学自习室! | B的分子式本文来自化学自习室! | A和B的体积比(VA∶VB) |
①本文来自化学自习室! ② ③ ④ | CH4 CH4 C2H6 C2H6 | C3H6 C4H8本文来自化学自习室! C3H6本文来自化学自习室! C4H8 | 1∶3 1∶1本文来自化学自习室! 1∶1 3∶1 本文来自化学自习室! |
(2) A:C2H6 B:C4H8
例4.两种气态链烃各0.1 mol组成的混合物,与过量氧气混合后充分燃烧,燃烧后的产物通过浓硫酸时,溶液质量增加7.2 g;再通过氢氧化钠溶液时,溶液质量增加17.6 g。在下列混合物中:① 烷烃与烷烃;② 烷烃与烯烃;③ 烷烃与炔烃;④ 烯烃与烯烃;⑤ 烯烃与炔烃;⑥ 炔烃与炔烃,符合上述情况的是