高中化学(有机化学基础)第2章 第1节

第2章第1节课时一烷烃、烯烃1．分子式为C7H16的烷烃中，含有三个甲基的同分异构体的数目是()A．2种 B．3种C．4种 D．5种[答案]B[解析]根据题中信息，经过科学抽象，建立模型，解决问题的方法。C7H16烃分子中只有三个甲基的结构式才符合命题要求，我们可以把它抽象成“T”字形，一横可长可短(六碳或五碳)，竖线可长可短(甲基与乙基)，并可在横向上滑移(从2位→3位……移动)。综合起来有3种，故选B。2．液化石油气作为燃料，已普遍进入城市家庭，它是含有下列物质的混合物。在常压下，这些物质的沸点如下表所示：物质名称乙烷丙烷丁烷戊烷己烷沸点/℃－88.6－42.2－0.536.169.2在常温下使用至无气体放出时，钢瓶中常剩余一些液态物质，这些物质有可能是()A．乙烷、丙烷和丁烷 B．乙烷和丙烷C．只有乙烷 D．戊烷和己烷[答案]D[解析]从题表中可以看出，乙烷、丙烷和丁烷在常温、常压下都是气体，而戊烷和己烷沸点较高，常温、常压下一般呈现液体，故选项D符合题意。3．仔细分析下列表格中烃的排列规律，判断排列在第15位的烃的分子式是()123456789……C2H2C2H4C2H6C3H4C3H6C3H8C4H6C4H8C4H10……A.C6H12 B．C6H14C．C7H12 D．C7H14[答案]B[解析]从表中可知烃的分子组成的规律是：每3个分子为1组，每组之间碳原子数依次增加1，所以第15位的烃的应为第5组，碳原子数为6；而每组内3个烃根据分子式可依次认为是炔烃、烯烃和烷烃。所以第15位烃应为含6个碳原子的烷烃。4．(2009·全国卷Ⅰ)现有乙酸和两种链状单烯烃的混合物，若其中氧的质量分数为a，则碳的质量分数是()A.eq\f(1－a,7) B.eq\f(3,4)aC.eq\f(6,7)(1－a) D.eq\f(12,13)(1－a)[答案]C[解析]乙酸的化学式为C2H4O2，而单烯烃的通式为CnH2n，从化学式可以发现两者中，C与H之间的数目比为1∶2，质量比为6∶1，碳氢的质量分数一共为1－a，其中碳占eq\f(6,7)(1－a)。5．(2010·温州高二检测)有机化合物C4H8是生活中的重要物质。关于C4H8的说法中，错误的是()A．C4H8可能是烯烃B．C4H8中属于烯烃类的同分异构体有3种C．核磁共振氢谱有2种吸收峰的烯烃结构一定是D．C4H8中属于烯烃的顺反异构体有2种[答案]C[解析]C4H8可能是烯烃也可能是环烷烃，属于烯烃的同分异构体有3种：CH2＝CH－CH2－CH3、CH3－CH＝CH－CH3、；核磁共振氢谱有2种吸收峰的烯烃有：CH3－CH＝CH－CH3和CCH2CH3CH3；属于顺反异构体的有和种。6．一定条件下，由5体积某烷烃和1体积某烯烃组成的混合气体的体积是相同条件下等质量H2体积的eq\f(1,16)，则该烷烃、烯烃分别是()A．CH4、C2H4 B．C2H6、C3H6C．C3H8、C4H8 D．C4H10、C5H10[答案]B[解析]本题考查了阿伏加德罗定律的应用，物质的量、质量、相对分子质量之间的关系：n＝eq\f(m,M)，eq\f(V1,V2)＝eq\f(n1,n2)(同温同压下)。由题意可知：V(混合气体)＝eq\f(1,16)V(H2)，得n(混合气体)＝eq\f(1,16)n(H2)由于两者的质量相等，则可得：M(混合气体)＝16M(H2)＝32g/mol，A项中两组分的相对分子质量均小于32，C、D两项中两组分的相对分子质量均大于32，故A、C、D三项不符合平均相对分子质量的意义。7．某气态烃1体积只能与1体积Br2发生加成反应，生成溴代烷，此溴代烷1mol可与4molCl2发生完全取代反应，则该烃的结构简式为()A.CH2CH2B.CH3CHCH2C.CH3CH3D．CH2=CHCH=CH2[答案]A[解析]1体积该烃只能与1体积溴发生加成反应，说明该烃分子中只含1个C=C，生成的溴代烷1mol可与4molCl2发生完全的取代反应，说明1分子该溴代烷中含有4个H原子。8．甲烷中混有乙烯，欲除去乙烯得纯净的甲烷，最好依次通过盛有何种试剂的洗气瓶()A．澄清石灰水、浓硫酸B．酸性KMnO4溶液、浓硫酸C．溴水、浓硫酸D．浓硫酸、酸性KMnO4溶液[答案]C[解析]乙烯分子中存在双键，能与Br2加成除去乙烯。酸性KMnO4溶液具有强氧化性，能将乙烯氧化成CO2混入CH4中，使CH4不纯净。浓硫酸虽有强氧化性，但常温下却无法氧化乙烯，只能吸收乙烯中的水分。9．由乙烯推测丙烯的结构或性质正确的是()A．分子中3个碳原子在同一直线上B．分子中所有原子在同一平面上C．与氯化氢加成只生成一种产物D．能使酸性KMnO4溶液褪色[答案]D[解析]丙烯结构简式为CH3CHCH2，分子中3个碳原子在同一平面上，而CH3C≡CH中3个碳原子在同一直线上，A错；丙烯分子中的—CH3中C与H并不共面，B错；丙烯与HCl加成可生成CH3CH2—CH2Cl或CH3CHClCH3，C错；丙烯分子中含有双键，可使酸性KMnO410．将下列物质按沸点由高到低的顺序排列(填序号)________①CH3(CH2)2CH3②CH3(CH2)3CH3③(CH3)3CH④(CH3)4⑤(CH3)2CHCH2CH3[答案]②⑤④①③[解析]一般情况下，随着同系物中碳原子数的递增，相对分子质量增大，分子间作用力增强，沸点升高。在烷烃的同分异构体中，支链越多，对称性越好，分子间作用力越小，沸点越低。依据上述原则不难看出：①③沸点应低于②④⑤.①和③中③的支链多，沸点低。②④⑤中根据支链的多少可得出：④低于⑤，⑤低于②。11．乙烯的产量标志着一个国家的石油发展水平，它是很重要的工业原料。(1)室温下，将1mol乙烯完全燃烧，生成的气体产物通过足量的Na2O2时转移的电子数是________mol；(2)已知，聚苯乙烯塑料的单体是苯乙烯，由苯乙烯合成聚苯乙烯塑料属于________反应；苯乙烯也能使溴水褪色，简答其原因是______________________________；(3)乙烯的某同系物A(化学式为C5H10)和氢气加成后的产物一氯取代物有三种，试写出A可能有的结构简式：__________________________。[答案](1)2(2)加聚或聚合苯乙烯分子中有碳碳双键与溴水发生了加成反应(3)CH2=CHCH2CH2CH3CH3CH=CHCH2CH3[解析]该题考查了烯烃的有关知识，加成反应是烯烃的特征反应。C5H10加成后为C5H12，C5H12的结构有三种，我们将其结构一一写出，然后看哪种结构的一氯代物为三种，然后再补双键还原出C5H10的结构。12．(2010·温州高二检测)有机化学中的反应类型较多，请将下列反应归类。①由乙炔制氯乙烯②乙烷在空气中燃烧③乙烯使溴的四氯化碳溶液褪色④乙烯使酸性KMnO4溶液褪色⑤由乙烯制聚乙烯⑥甲烷与氯气在光照条件下反应其中，属于取代反应的是________，属于氧化反应的是________，属于加成反应的是________，属于聚合反应的是________。[答案]⑥②④①③⑤13．含有一个双键的气态某烯烃和另一气态烷烃的混合气体，在同温同压下其密度是H2的13.2倍。在标准状况下将4.48L混合气体通过足量的溴水，结果溴水增重3.36g，求原混合气体中各烃的体积分数。[答案]混合气体中甲烷的体积分数为60%，烯烃的体积分数为40%[解析]eq\x\to(M)＝13.2×2g/mol＝26.4g/mol由于在所有烃中，M小于26.4g/mol只有甲烷和乙炔(不合题意)，故混合气体中必有CH4。n＝eq\f(4.48L,22.4L/mol)＝0.2mol，m＝26.4g/mol×0.2mol＝5.28gm(CH4)＝5.28g－3.36g＝1.92gn(CH4)＝eq\f(1.92g,16g/mol)＝0.12mol所以，n(烯)＝0.2mol－0.12mol＝0.08mol则甲烷的体积分数为eq\f(0.12mol,0.2mol)×100%＝60%烯烃的体积分数为eq\f(0.08mol,0.2mol)×100%＝40%。【培优题】14．2010年7月18日，20时许，辽宁某煤电股份有限公司大窑沟煤矿发生一起瓦斯爆炸事故，造成4人死亡，13人受伤。煤在形成过程中产生大量气体，其中甲烷占85%以上，吸附在煤体上，成为煤层气，通常称为“瓦斯”。在煤开采过程中，煤层气在煤体上的吸附平衡条件受到破坏，大量的煤层气就会释放出来。煤层气具有正、负两面性：如果先于煤炭开采利用，煤层气是优良的一次性清洁能源。如果后于煤炭开采，则煤层气就会随煤炭开采而释放：一是成为煤矿瓦斯爆炸的事故源，成为煤矿安全生产的“大敌”；二是破坏力很大的温室气体，CH4的温室效应是CO2的约20倍，对臭氧的破坏力是CO2的7倍。请根据上述材料回答下列问题：(1)当空气中含甲烷的体积分数为5%～15%时，点燃就会发生爆炸，发生爆炸最强烈时，甲烷在空气中所占的体积分数是(同温同压)________(填序号)。A．1.5% B．9.5%C．3.12% D．4.15%(2)下列做法不利于煤矿安全生产的是________(填序号)。A．采用矿井通风和控制瓦斯涌出等方法，防止瓦斯浓度超过规定B．控制火源，杜绝非生产需要的火源，如吸烟、火柴、明火照明等C．矿灯不亮，在井下私自拆卸维修D．定期检查工作地点的CH4浓度和通风状况(3)已知天然气的主要成分CH4是一种会产生温室效应的气体，等物质的量的CH4和CO2，产生的温室效应前者大。下面是有关天然气的几种叙述：①天然气与煤、柴油相比是较洁净的能源；②等质量的CH4和CO2产生的温室效应也是前者大；③燃烧天然气也是酸雨的成因之一。其中正确的是________(填序号)。A．①②③ B．只有①C．①和② D．只有③(4)有人利用反应：CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l)ΔH＝－890kJ·mol－1，将铂丝插入KOH溶液中作电极，分别在两极上通入CH4和O2，从而设计出一种燃料电池。①电池中通入CH4的是________极，电极反应式________，该电池的化学反应方程式为________，溶液中的pH将________(填“增大”、“减小”或“不变”)。②若该燃料电池释放364.9kJ电能时，生成1mol液态水，该电池的能量转化率为________。(5)甲烷与过量氧气混合，用电火花引爆后，测得爆炸后的气体密度为同温同压时氢气密度的15倍，求原混合气体中甲烷与氧气的体积之比________。[答案](1)B'(2)C'(3)C'(4)①负'CH4＋10OH－－8e－=CO32－＋7H2OCH4＋2O2＋2KOH=K2CO3＋3H2O'减小'②82%'(5)1∶7[解析](1)爆炸时发生的反应为CH4＋2O2eq\o(=,\s\up7(爆炸))CO2＋2H2O，当两者体积比为1∶2时恰好完全反应，此时爆炸最剧烈，V(CH4)∶V(空气)＝1∶(2÷0.21)≈1∶9.5，甲烷的体积在空气中占的体积分数为：eq\f(1,10.5)×100%≈9.5%。(2)C项对矿灯私自拆卸，就可能短路，产生电火花，如果井下瓦斯浓度控制不好，则可引起爆炸。其他三项有利于防止瓦斯爆炸。(3)天然气是气体燃料，燃烧时更容易充分燃烧产生CO2和H2O，相比于煤、柴油而言是比较清洁的能源；从题给的信息看，等物质的量的CH4和CO2产生的温室效应是前者大，等质量时，CH4的物质的量大，所以产生的温室效应大；SO2、NOx的过度排放是引起酸雨的原因，天然气燃烧产物是CO2和H2O，不会产生酸雨，故③错。(4)①根据发生的氧化还原反应类型，可知CH4在负极上发生反应，O2在正极上发生反应。负极上的甲烷，在碱性介质中变成了CO32－，所以负极反应式为CH4＋10OH－－8e－=CO32－＋7H2O。甲烷燃料电池设计的原理是：CH4＋2O2=CO2＋2H2O(a)。负极上生成的CO2，在KOH介质中发生反应：CO2＋2KOH=K2CO3＋H2O(b)，将(a)＋(b)，即可得电池的总反应式：CH4＋2O2＋2KOH=K2CO3＋3H2O。由总反应可知，甲烷燃料电池在工作时消耗KOH，溶液的pH减小。②由热化学方程式知生成1mol液态水时放出的热量为890kJ×eq\f(1,2)＝445kJ，故该电池的能量转化率：eq\f(364.9kJ,445kJ)×100%＝82%。(5)爆炸后混合气体的平均相对分子质量：eq\x\to(M)＝2×15＝30，过量的O2和生成的CO2两种气体的相对分子质量都大于30，则另一生成物H2O必为气体。在甲烷燃烧的化学反应中CH4＋2O2eq\o(=,\s\up7(点燃))CO2＋2H2O，当生成水蒸气时，反应前后气体物质的量不变，质量也守恒，据此可进行计算。设反应混合气体的总物质的量为1mol，其中CH4物质的量为xmol，O2物质的量为(1－x)mol。16g·mol－1·xmol＋32g·mol－1·(1－x)mol＝1mol×30g·mol－1，得n(CH4)＝0.125mol，n(O2)＝(1－0.125)mol＝0.875mol，同温同压条件下，eq\f(VCH4,VO2)＝eq\f(nCH4,nO2)＝eq\f(0.125mol,0.875mol)＝eq\f(1,7)。课时二炔烃及脂肪烃的来源1．(2010·河南焦作市高二期末)石油在国民经济中的地位和作用十分重要，被誉为“黑色的金子”“工业的血液”等。下列关于石油及其应用的说法正确的是()A．液化石油气主要成分是甲烷B．石油主要含有碳、氢两种元素C．石油的裂化是物理变化D．石油分馏的各馏分均是纯净物[答案]B[解析]液化石油气是一些烃的混合物；石油的裂化是化学变化，石油分馏的各馏分均是混合物。2．某气态烃0.5mol能与1molHCl完全加成，加成后产物分子上的氢原子又可被3molCl2取代，则此气态烃可能是()A．C2H2 B．CH2=CH2C．CH≡C——CH3 D．CH2=C(CH3)2[答案]C[解析]0.5mo1烃与1molHCl加成，则每个分子中多加了2个H、2个Cl，加成后0.5mol产物可与3molCl2取代，说明每个分子中有6个氢，那么与HCl加成前分子中应有4个氢原子，所以原来的烃是丙炔。3．某气态烷烃和丙炔的混合气体对空气的相对密度为0.83。混合气体中的烷烃为()A．甲烷 B．乙烷C．丙烧 D．丁烷[答案]A[解析]混合气体的平均相对分子质量Mr＝0.83×29＝24.07。丙炔的相对分子质量为40，则烷烃的相对分子质量一定小于24，只能是甲烷。4．下列各组物质中，碳氢两元素的质量比为一定值的是()A．CH4、C2H4 B．C2H4、C4H8C．C2H6、C2H2 D．C2H4、C2H2[答案]B[解析]组成符合CnH2n或最简式相同的烃，碳氢两元素的质量比为定值。5．下列说法正确的是()A．丙炔分子中三个碳原子不可能位于同一直线上B．乙炔分子中碳碳间的三个共价键性质完全相同C．分子组成符合CnH2n－2的链烃一定是炔烃D．在所有炔烃中，乙炔所含碳的质量分数最高[答案]D[解析]丙炔可看作是乙炔分子中的一个氢原子被甲基取代的产物，因此，乙炔分子中三个碳原子有可能位于同一直线上。对于炔烃，随着相对分子质量的递增，所含碳的质量分数递减。6．下列关于碳氢化合物的叙述正确的是()A．碳氢化合物的通式为CnH2n＋2B．石油的主要成分是碳氢化合物C．乙炔是含碳量最高的碳氢化合物D．碳氢化合物中的化学键都是极性键[答案]B[解析]本题主要考查考生对碳氢化合物组成的认识。碳氢化合物包括烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃等，显然A不正确；石油是由各种烷烃、环烷烃和芳香烃组成的，它们都是碳氢化合物，B正确；稠环芳香烃中许多物质如C10H8的含碳量都大于C2H2；碳氢化合物中碳原子与碳原子间为非极性键。7．科学家于1995年合成了一种分子式为C200H200含多个碳碳三键(—C≡C—)的链状烃，其分子中含碳碳三键最多()A．49个 B．50个C．51个 D．无法确定[答案]B[解析]一个碳碳三键(—C≡C—)可与2分子氢气加成。设该分子含有的碳碳三键为x，则4x＝202，x＝50.5。所以，该烃分子中最多含50个碳碳三键。8．由两种气态烃组成的混合物0.1mol，在氧气中完全燃烧，生成0.16molCO2和3.6g水，则下列说法正确的是()A．混合气体中一定有甲烷B．混合气体一定是甲烷和乙烯C．混合气体中一定没有乙烷D．混合气体中一定有乙炔[答案]A[解析](1)先求出平均分子式：物质的量之比n(烃)∶n(碳)∶n(氢)＝0.1∶0.16∶0.4＝1∶1.6∶4，由此可知，1mol烃的混合物含碳为1.6mol，氢为4mol，即平均分子式为C1.6H4。(2)根据平均分子式判断分子组成：根据碳原子数为1.6讨论：因碳原子数必须为整数，肯定有一种烃的碳原子数为1，故一定含甲烷，而另一烃的碳原子可能是≥2的正整数，即可能为2、3、4、…；再根据氢原子为4讨论：因平均分子组成中的氢原子为4，而甲烷分子中氢原子也为4，则另一烃的氢原子一定等于4(不可能大于4或小于4)。氢原子数等于4的烃除甲烷外，还有C2H4、C3H4、C4H4，故混合物组成可能有3组：①CH4与C2H4，②CH4与C3H4，③CH4与C4H4。9．据报道，近来发现了一种新的星际分子氰基辛炔，其结构简式为。对该物质判断正确的是()A．晶体的硬度与金刚石相当B．能使酸性高锰酸钾溶液褪色C．不能发生加成反应D．可由乙炔和含氮化合物加聚制得[答案]B[解析]由题给星际分子氰基辛炔的结构式可知，它只是一个分子中含有“—C≡C—”的直链小分子，不是空间网状结构的原子晶体，故A错。因分子中含有—C≡C—键，故可发生加成反应，也可使KMnO4酸性溶液褪色，B正确，C不正确；所给分子结构不是CH≡CH与含氮化合物的加聚产物(H元素不守恒)，故本题答案为B。10．某烷烃A与炔烃B的混合气体1mol的质量为25.6g，取标准状况下的此混合气体6.72L通入足量的溴水中，结果溴水质量增加4.8g，由此推断A为________，B为________。[答案]CH4C3H[解析]混合气体的平均相对分子质量为25.6，最简单的炔烃C2H2的相对分子质量为26，而烷烃中只有CH4的相对分子质量小于25.6。据平均相对分子质量的含义可知：混合气体中必有CH4。由于炔烃可与Br2发生加成反应，引起溴水增重，所以m(炔烃)＝4.8gn(混合气体)＝eq\f(6.72L,22.4L/mol)＝0.3moln(混合气体)＝0.3mol×25.6g/mol＝7.68g则n(CH4)＝eq\f(7.68g－4.8g,16g/mol)＝0.18moln(炔烃)＝0.3mol－0.18mol＝0.12mol炔烃的摩尔质量为eq\f(4.8g,0.12mol)＝40g/mol即14n－2＝40，n＝3，所以B为C3H4。11．若气态烃D的密度为1.25g/L(标准状况)，根据下列转化关系推断：Aeq\o(→,\s\up7(HCl))Beq\o(→,\s\up7(聚合))CAeq\o(→,\s\up7(H2))Deq\o(→,\s\up7(聚合))E(1)写出A→E的结构简式：A．________，B.________，C.________，D.________，E.________。(2)写出下列反应的化学方程式：A→B____________________________________________________________________；B→C____________________________________________________________________。[答案](1)CH≡CHCH2＝CHClCH2＝CH2CH2－CH2(2)CH≡CH＋HCleq\o(→,\s\up7(催化剂))CH2＝CHClnCH2＝CHCleq\o(→,\s\up7(引发剂))[解析]烃D的摩尔质量为M＝1.25g/L×22.4L/mol＝28g/mol，所以烃D为乙烯，由转化关系很容易判断A为乙炔，B为氯乙烯，C为聚氯乙烯，E为聚乙烯。12．下图中每一方框的字母代表一种反应物或生成物：已知气态烃D(其密度在同温同压下是氢气密度的13倍)跟物质F反应时产生明亮而带浓烈黑烟的火焰。请写出下列字母代表的物质的化学式(分