知识讲解_甲烷、烷烃

1、甲烷、烷嫌编稿：张灿丽责编：闫玲玲【学习目标】1、初步熟悉有机化合物种类繁多的原因；2、掌握甲烷的结构特点、性质和用途,理解取代反响的本质；3、掌握烷煌的特征、性质和通式；4、了解同系物、同分异构现象、同分异构体等概念,并掌握烷煌同分异构体的书写.【要点梳理】要点一、有机物1、有机物的定义含碳元素的化合物叫有机化合物,简称有机物.要点诠释：个别含碳的化合物如CO、CO2及碳酸和碳酸盐等结构与性质跟无机物相似,故仍属无机物.有机物一定是含碳元素的化合物.有机物除含有氢、氧元素外,还含有氮、硫、卤素、磷等.有机物与无机物的区别见下表所示性质和反响有机物无机物溶解性多数不溶于水,易溶于有机溶剂大多数

2、溶于水,而不溶于后机溶剂耐热性多数不耐热,熔点较低,般在400c以下多数耐热,难熔化,熔点一般比拟高可燃性多数可以燃烧r多数不能燃烧电用性多数是非电解质多数是电解质2、有机物种类繁多的主要原因：碳原子的结构特征是最外层有4个电子,常常以共价键与碳原子或别的原子结合；碳碳间除能形成单键外,还能形成双键和三键,并且能形成长的碳链或碳环,有机物普遍存在同分异构现象.3、煌的定义仅由碳和氢两种元素组成的一类有机物称为烧,也叫碳氢化合物.要点二、甲烷1、分子结构在甲烷分子里,1个碳原子与4个氢原子形成4个CH共价键.甲烷分子是正四面体形,C原子居于正四面体的中央,4个H原子位于4个顶点,4个CH键的键长

3、、键能相等,键角均为109°28'.分子式:电子式:结构式:.甲烷分子结构示意图甲烷球棍模.型甲烷比例模型2、物理性质甲烷是无色无味的气体,标准状况下的密度为0.717g/L,极难溶于水.3、化学性质(1)稳定性：通常情况下,甲烷与强酸、强碱、强氧化剂一般都不发生反响,也不能使酸性KMnO4溶液和滨水褪色.但在特定的条件下,也会发生某些反响.【高清课堂：最简单的有机化合物一一甲烷ID:405334#甲烷与氯气的反响】(2)取代反响：有机物分子里的某些原子或原子团被其它原子或原子团所代替的反响叫取代反响.-喟W'HC+H+Cl+Cl-I|HH一款甲烷?光7Cl-Cf+C

4、l-CC1+HC1Clci三氯甲烷HH'r-光HC-HClHCCI+HC】ClCl二氯甲烷ClClCi一/二百记】:Cl1一C14-HC1laikClCl四显甲境要点诠释：反响需在光照条件下进行,参加反响的物质必须是氯气不能是氯水.反响后生成的有机物中,常温下只有CH3C1为气态,其余三种均为液体.四种产物均不溶于水.四氯甲烷也叫四氯化碳,是一种效率较高的灭火剂.在取代反响中,甲烷的四个氢原子可以依次逐步被取代,最终完全被取代,四级反响同时发生,无先后次序,产物是混合物,通常不能用于制取某卤代燃.实验现象：C12的黄绿色逐渐变淡；管壁上有油状液滴生成；用蘸有浓氨水的玻璃棒靠近瓶口,能看

5、见有白烟产生.书写有机反响的化学方程式通常用“三三,而不用“一取代反响与置换反响的区别反响类型取代反响置换反响定义有机分子内的原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反响一种单质和一种化合物反响生成另一种单质和另一种化合物的反响反响特点反响物：有机物与单质或化合物生成物：不一定有单质很多反响进行不完全,速度慢反响物：一种单质和一种化合物；生成物：新的单质和新的化合物；一般能反响完全,速度快本质反响中无电子得失反响中后电力转移反响条件反响受催化剂、温度、光的影响水溶液中置换遵循“以强制弱的原那么(3)氧化反响：甲烷易燃,燃烧时发出蓝色火焰.1mo1CH4完全燃烧放出890kJ热量.占燃CH4(g)

6、+2O/g)人tCO式或+2%C(l)要点诠释：甲烷在点燃前必须验纯.如果点燃甲烷和氧气或空气的混合物,就会立即发生爆炸.4、存在和用途存在：是天然气、沼气、坑道气或瓦斯气的主要成分用途：(1)高效清洁燃料；(2)化工原料一一甲烷高温分解可得炭黑,用作颜料、油墨、油漆以及橡胶的添加剂等；氯仿和CCl4都是重要的溶剂.要点三、烷烧1、结构特点和通式：煌分子里碳原子间都以单键互相连接成链状,碳原子的其余的价键全部跟氢原子结合,到达饱和状态,这种类型的烧叫饱和烧,也称为烷煌.假设C-C连成环状,称为环烷烧.烷烧的通式：CnH2n+2(n>1)2、物理性质随着分子里碳原子数的递增,它们在常温下的

7、状态由气态、液态到固态：CiC4为气态,C5Ci6为液态,C17以上为固态；它们的沸点和液态时的密度也都逐渐升高和增大.其原因是烷烧是分子晶体,随着碳原子数增多,相对分子质量逐渐增大,分子间作用力增大,因而熔沸点逐渐升高.当相对分子质量相同时,烷烧支链越多,熔沸点越低.注意分析随着碳原子数增加,烷胫分子的含碳量和含氢量的递变规律：含碳量逐渐增大,含氢量逐渐减小.3、化学性质烷煌的化学性质与其代表物甲烷的相似.一般比拟稳定,在通常情况下跟酸、碱和酸性高镒酸钾等氧化剂都不起反响,也不跟其它物质化合.但在特定条件下也能发生以下反响：在光照条件下均可与氯气发生取代反响；氧化反响：均可点燃；烷燃燃烧的通

8、式为：占燧>nCO：-<n-l)H:O要点四、同系物同系物：结构相似,在分子组成上相差一个或假设干个CH2原子团的物质互称为同系物.要点诠释：(1)同系物必须结构相似,即组成元素相同、分子组成通式相同.(2)同系物间相对分子质量相差14或14的整数倍.(3)同系物有相似的化学性质,物理性质有一定的递变规律.要点五、同分异构现象与同分异构体1、定义化合物具有相同的分子式,但具有不同结构的现象,叫做同分异构现象.具有同分异构现象的化合物互称为同分异构体.二要点诠释：同分异构体必须是分子式相同而结构不同的物质.它们可以是同一类(系列)物质,如：正丁烷和异丁烷,也可以是不同类(非同系物)的

9、物质,如：丙烯和环丙烷.同分异构体可以是有机物和有机物,还可以是无机物和有机物之间构成.如：NH4CNO和CO(NH2)2.“四同总结如下表：念为企、同位素同素异形体同系物同分异构体造用对象子单质有机物有机物、无机物判断侬据(1)质子数相同,中子期不同：(2)原子之间(1)属同一种元素：(2)单质之间结构相似的同一类物质:(2)苻合同一通式士(3)相对分子演量不同(相差14n)(1)分子式相同;(2)结构不同之(3)不一定是同一类物旗性负化学性贫几乎一样,物理性曳有差异化学性质相似,物琏性质差别较大化学性质相i以熔沸点、密堂呈规律性变化化学性脸可能相似,也可度不同,物理性旗不同实例HrD>

10、;Tti苜0与第0红秀与左磷;金刚石与石墨甲烷与丁烷：乙烯与丙烯戈烧有正虎烷、异戊烷、身戈烷三种2、烷煌同分异构体的写法书写规律可概括为：主链由长到短,支链由整到散,位置由心到边.要点诠释：先写出碳原子数量最多的主链；写出少一个碳原子的主链,另一个碳原子作为甲基接在主链某碳原子上.写出少两个碳原子上的主链,另两个碳原子作为乙基或两个甲基接在主链碳原子上,以此类推.对由于碳原子的连接方式不同而产生异构的同分异构体,称为碳链异构.常常采用“碳链缩短法来书写并确定异构体的数目.现以C6H14为例,具体说明如下：先写出六个碳原子都在同一条线上,即主链上为6个碳原子：ch3-ch2-ch2-ch2-ch

11、2-ch3缩减主链(注意主链位置的对称性)：去掉主链上一个碳原子,使主链为五个碳原子,将取下来的碳原子摆放在主链不同位置上,并由主链中间位置开始摆放,逐渐向外移,但不能移到端碳上.可形象的称为：去一个,挂中间；向外移,不靠边(只分叉,不拐弯).CH3CHCH2CH2CH3CHCH3(n)再去掉一个碳原子,使主链为四个碳原子,将两个碳原子摆放在主链不同位置上(去两个,同碳挂；去两个,肩并肩)：ch3CH3-CC%CH3CH3CHCHCH3IIICH3CHgCH3不能再缩短碳链了,碳原子也没有可摆放的位置了(否那么,会出现重复).在书写同分异构体时一定要随时注意满足碳四价、氢一价的原那么.因此C6

12、H14共有5种同分异构体.要点六、烷烧分子式确实定1、直接法：直接求算出1mol烷烧中各元素原子的物质的量即可推出烷烧的分子式,如给出一定条件下的密度(或相对密度)以及各元素的质量比求算分子式的途径为：密度(或相对密度)摩尔质量>1mol烷煌中C、H原子的物质的量*分子式.2、最简式法：根据分子式为最简式的整数倍,利用相对分子质量和最简式量可确定其分子式.MFC也-碳的质量分数氢的质量分数,尸=a:b即121最简整数比.最简式为CaHb,那么分子式为CaHbn,12a+bM为烷煌的相对分子质量,12a+b为最简式量.3、商余法：烷煌的通式为CnH2n+2,相对分子质量为14n+2,即用烷

13、烧的相对分子质量除以14,假设余数为2,M即14=x2M为烷煌的相对分子质量,那么为含x个碳原子的烷烧CxH2x+2.4、利用燃烧反响化学方程式,抓住以下关键：气体体积变化；气体压强变化；气体密度变化.【典型例题】类型一：有机物例1、2021福建省建瓯二中期中考以下有关有机物的组成和结构的表达中,正确的选项是.A.仅由碳、氢两种元素组成B.仅由碳、氢、氧三种元素组成C.有机化合物中的碳原子只能以共价键形成碳链,不能形成碳环D.有机化合物分子中可存在碳碳单键,也可以存在碳碳双键或碳碳三键【思路点拨】有机物除了含有碳元素外,还含有其它多种元素；有机物中碳原子间可以以碳碳单键、双键或三键的形式形成碳

14、链、碳环.【答案】D【解析】构成有机物的元素有C、H、O、N、P、S、卤素等,只含C、H两种元素的有机化合物称为烧,故A、B都不正确.有机化合物分子中的碳原子能以共价键结合成碳链,也可以形成碳环；可形成碳碳单键,也可形成碳碳双键或三键,故C不正确、D正确.【总结升华】要从有机化合物整体去把握其组成和结构特点.举一反三：【变式1】在人类的化合物中,种类最多的是.A.过渡元素的化合物B.第nA族的化合物C.第mA族的化合物D.第IVA族的化合物【答案】D【解析】种类最多的化合物是含碳化合物,碳位于元素周期表第IVA族.应选D.解：A.由于甲烷为平面正方形结构时,甲烷的4个碳氢键的键能也相等,所以无

15、法判断甲烷为正四面体结构,故A错误；甲烷无论是正四面体结构,还是正方形,甲烷的4个碳氨诞的键长都相等,无法判断甲烷的结构,故B错误产C.甲烷无论是正四面体结构,还是正方形,茸一氯代物只有1种,不能说明分子结构,故C错误手D.假设为平面正方形结构,二氯甲烷有两种同分异构体,而正四面体的二氯甲烷不存在同分异构体,故D正确a应选D.类型二：甲烷例2、2021内蒙古杭锦奋斗中学期中考能够证实甲烷分子的空间结构为正四面体的事实是.A.甲烷的4个碳氢键的键能相等B.甲烷的4个碳氢键的键长相等C.甲烷的一氯代物只有1种D.甲烷的二氯代物只有1种【思路点拨】关于甲烷的空间结构有两种说法,一种说法为平面型结构,

16、一种说法为正四面体结构,根据两种结构的不同点作答.【答案】D【解析】A项,甲烷无论是正四面体结构,还是正方形,甲烷的4个碳氢键键能也相等,所以无法判断甲烷为正四面体结构,故A错误；B项,甲烷无论是正四面体结构,还是正方形,甲烷的4个碳氢键的键长都相等,无法判断甲烷的结构,故B错误；C项,甲烷无论是正四面体结构,还是正方形,其一氯代物只有1种,不能说明分子结构,故C错误；D项,假设为平面正方形结构,二氯甲烷有2种同分异构体,只有甲烷分子为正四面体结构时,其二氯代物只有1种,故D正确.【总结升华】理解并掌握CH4的结构.举一反三:【变式1】以下分子具有正四面体结构的是IIIA, 11CIIIIII

17、II.B, 11CClIIIBrIC,IIC1III【答案】A、DClII).Cl-cClICl【解析】此题主要考查甲烷分子的正四面体结构.由甲烷分子的结构,推导其取代物的分子结构.同时应明确正面体结构中各键应完全一样.CH4为正四面体结构,假设CH4分子中4个氢原子被氯原子取代后,与CH4分子结构相似,而CHCI3、CH2BrCl分子中各键不完全相同,均不属于正四面体结构.例3、1molCH4与Cl2发生取代反响,等反响完成后测得四种取代物的物质的量相等,那么消耗C12为.A.0.5mo1B.2mo1C.2.5mo1D.4mo1【思路点拨】根据守恒定律,理清数量关系.【解析】由于参加反响的C

18、H4只有1mo1,CH4与C12发生取代反响有4种产物,根据碳原子守恒,4种取代产物的物质的量相等,那么每种取代物均为0.25mo1,而取代物中的氯均来自于氯气,且有1mo1氢原子被取代,消耗1mo1氯气,那么共需氯气的物质的量为：0.25X11mo1+2mo1+3mo1+4mo1=2.5mo1【总结升华】抓住守恒定律,根据取代反响的特征,找出数量关系.举一反三：【变式1】2021湖南省衡阳四中期中考甲烷和氯气以物质的量1：1混合,在光照条件下,得到的产物是.CH3C1CH2c12CHC13CC14HC1A.只有B.的混合物C.只有D.的混合物【答案】D【解析】C12与CH4发生取代反响,无论

19、按何种体积比混合,都有两种气体接触不均匀的现象,将会发生各步取代反响,生成CH3C1、CH2c12、CHC%、CC14、HC1,不像无机反响那样可由反响物的比例关系确定生成物种类,无机反响易于限制,有机反响都不易限制在某一阶段.因此,各步取代反响的产物都将存在.倒立于盛有饱和食盐水【变式2】2021四川眉山期末考将甲烷与氯气按1:3的体积比混合于一试管中,的水槽,置于光亮处如图所地,以下有关此实验的现象和结论的表达不正确的选项是.A.试管中气体的黄绿色逐渐变浅,水面上升B.生成物只有三氯甲烷和氯化氢在标准状况下是气体C.试管内壁有油状液滴形成D.试管内有少量白雾【答案】B【解析】A.氯气是黄绿

20、色气体,光照条件下,甲烷和氯气发生取代反响生成氯代燃和氯化物,所以气体颜色变浅,氯化氢溶于水后导致试管内液面上升,故A正确；B.甲烷和氯气反响的生成物有一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和氯化氢,标况下三氯甲烷为液态,故B错误；C.二氯甲烷、三氯甲烷和三氯甲烷都是液态有机物,所以瓶内壁有油状液滴生成,故C正确；D.该反响中有氯化氢生成,氯化氢与空气中的水蒸气形成白雾,故D正确.类型三：烷烧例4、以下表达错误的选项是.A.烷烧分子中的每个C原子都和其他原子形成四个共价键B.但凡烷烧,不管碳链长短都可视为结构相似C.符合通式为CnH2n+2n>1的煌一定为烷煌D.烷煌必须是直链的【思路点

21、拨】烷煌的定义：煌分子里碳原子间都以单键互相连接成链状,碳原子的其余的价键全部跟氢原子结合,到达饱和状态,这种类型的煌称为烷煌.【答案】D【解析】掌握烷煌的结构特点,每个碳原子都占四个共价键,且结构相似,可以是直链的,也可带支链.【总结升华】理解烷煌的结构特点,并能熟练应用.举一反三：【变式1】烷煌C4H10中的CC键和C-H键的数目分别是.A.4个,10个B.3个,10个C.4个,8个D.3个,8个【答案】B类型四：同系物例5、以下各组物质中,互为同系物的是.A. CH4和CH3CIB. CH4和C3H8C. C2H6和C6H12D. Cll3CHCHj和Gll5ClhCH：1cHiCl/：

22、|?【思路点拨】结构相似,组成上相差一个或假设干个CH2原子团的化合物互称同系物.【答案】B、DCJh11ClhI-【解析】CH4和C3H8均属于烷煌,和CH3CH2CH2CH2CH3土匀为烷烧,它们互为同系物.【总结升华】判断两种物质是否为同系物的方法：1同系物必须符合同一通式,且分子式不能相同；2同系物结构相似,如含官能团,其数目应相等；3在组成上相差一个或假设干个CH2原子团,即相对分子质量之差为14nn为同系物分子间的碳原子数的差值.举一反三：【变式1】以下有机物中,不属于乙烷同系物的是.A.C2H4B.CH33CHC.CH4D.CH32CH2【答案】A【解析】同系物的特点：结构相似,

23、通式相同,在分子组成上相差一个或多个CH2原子团.只有C2H4不属于乙烷同系物.类型五：同分异构现象与同分异构体例6、在以下结构的有机化合物中,属于同分异构体的正确组合是. CH3CH2CH2CH2CH3 CH3CH2CH2CH2CH2CH3CII3CI1NILCI1CMCH,ClUA.和B.C.和D.和【思路点拨】同分异构体的特点：分子式相同,结构不同.【答案】B【解析】首先找出具有相同碳原子数的有机物,和都有5个碳原子,都是6个碳原子,然后再看它们的结构,都是烷烧,但是结构不同,所以和互为同分异构体,互为同分异构体.【总结升华】同分异构体必须是分子式相同而结构不同的物质.举一反三：【变式1】以下物质进行一氯取代反响后,只能生成四种沸点不同的产物的煌是().A.(CH3)2CHCH2CH2CH3B.(CH3CH2)2CHCH3C.(CH3)2CHCH(CH3)2D.(CH3)3CCH2CH3【答案】B【解析】此题实际上是对有机物中一个氢分子被氯原子取代后得到的同分异构体的数目