2020年高中化学新教材同步必修第二册 第7章 第一节 第2课时　烷烃的性质

第2课时烷烃的性质[核心素养发展目标]1.了解烷烃的主要物理性质和化学性质，培养“变化观念与平衡思想”的素养。2.熟练掌握甲烷的主要性质，提高“证据推理与模型认知”能力。3.认识取代反应的概念及特点，培养“微观探析及变化观念”。1.烷烃的物理性质相似性递变性(随分子中碳原子数增加)熔、沸点较低逐渐升高密度比水小逐渐增大状态气态→液态→固态，常温常压下分子中碳原子数n≤4的烷烃为气态(常温常压下，新戊烷为气态)溶解性难溶于水，易溶于汽油等有机溶剂2.化学性质(1)稳定性：通常条件下与强酸、强碱或高锰酸钾等强氧化剂不反应。(2)可燃性：烷烃都能燃烧。CH4燃烧方程式：CH4＋2O2eq\o(→,\s\up7(点燃))CO2＋2H2OC3H8燃烧方程式：C3H8＋5O2eq\o(→,\s\up7(点燃))3CO2＋4H2O链状烷烃燃烧通式：CnH2n＋2＋eq\f(3n＋1,2)O2eq\o(→,\s\up7(点燃))nCO2＋(n＋1)H2O(3)取代反应①实验探究：CH4和Cl2的取代反应实验操作实验现象A装置：试管内气体颜色逐渐变浅；试管内壁有油状液滴出现，试管中有一层油状液体，且试管内液面上升，水槽中有固体析出B装置：无现象实验结论CH4与Cl2在光照条件下发生化学反应，有关化学方程式为：CH4＋Cl2eq\o(→,\s\up7(光))CH3Cl＋HCl；CH3Cl＋Cl2eq\o(→,\s\up7(光))CH2Cl2＋HCl；CH2Cl2＋Cl2eq\o(→,\s\up7(光))CHCl3＋HCl；CHCl3＋Cl2eq\o(→,\s\up7(光))CCl4＋HCl②甲烷的四种氯代产物的性质。a.水溶性：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4均不溶于水。b.状态：常温下除CH3Cl是气体，其余三种均为油状液体。③取代反应：有机物分子里的某些原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反应。(4)分解反应：烷烃在较高的温度下会发生分解。如：eq\o(C16H34,\s\do8(十六烷))eq\o(→,\s\up7(高温))eq\o(C8H18,\s\do8(辛烷))＋eq\o(C8H16,\s\do8(辛烯))(1)C4H10的熔、沸点比CH4的熔、沸点高(√)(2)常温常压下，C3H8、C4H10和C6H14都呈液态(×)提示常温常压下，分子中碳原子数n≤4的烷烃为气态，故C6H14为液态。(3)烷烃的密度都小于水的密度(√)(4)乙烷也可以和氯气在光照条件下，发生取代反应(√)(5)CH4和Cl2按体积比1∶1混合，发生取代反应生成的产物只有两种(×)提示CH4和Cl2发生取代反应生成物除CH3Cl和HCl外，还有CH2Cl2、CHCl3、CCl4。1.CH4和Cl2发生取代反应中，产物的物质的量最多的是什么？如1molCH4和Cl2发生取代反应，生成的氯代物的物质的量相等，则消耗的氯气为多少摩尔？吗？提示不能，因为烷烃和氯气的反应是连锁反应，故乙烷分子中的氢原子是被氯原子逐步取代，故产物是一氯乙烷到六氯乙烷和HCl的混合物，不能得到纯净的一氯乙烷。烷烃(以甲烷为例)发生取代反应的有关规律(1)反应条件：反应条件为光照，其光照为漫射光，强光直射易发生爆炸。(2)反应物：反应物为卤素单质，如甲烷与氯水、溴水不反应，但可以与氯气、溴蒸气发生取代反应。(3)反应产物：虽然反应物的比例、反应的时间长短等因素会造成各种产物的比例不同，但甲烷与氯气反应生成的产物都是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4四种有机物与HCl形成的混合物。反应产物中HCl的物质的量最多。(4)反应特点①连锁反应甲烷分子中的氢原子被氯原子逐步取代，第一步反应一旦开始，后续反应立即进行，且各步反应可同时进行。即当n(CH4)∶n(Cl2)＝1∶1时，并不只发生反应CH4＋Cl2eq\o(→,\s\up7(光))CH3Cl＋HCl，其他反应也在进行。②数量关系CH4与Cl2发生取代反应时，每有1molH被取代，则消耗1molCl2，同时生成1molHCl，即n(Cl2)＝n(H)＝n(HCl)。1molCH4与Cl2发生取代反应，最多消耗4molCl2。1.(2019·济南月考)下列关于烷烃性质的叙述正确的是()A.烷烃的沸点随碳原子数增加而逐渐降低B.烷烃易被酸性高锰酸钾溶液氧化C.在光照条件下，烷烃易与溴水发生取代反应D.烷烃的卤代反应很难得到纯净的产物答案D解析烷烃的沸点一般随碳原子数增加而逐渐升高，A项错误；烷烃通常情况下性质稳定，不与酸性高锰酸钾溶液反应，B项错误；在光照条件下，烷烃只能与纯净的卤素单质发生取代反应，不与溴水反应，C项错误；由于卤素原子取代烷烃分子中氢原子的位置和个数难以控制，故很难得到纯净的产物，D项正确。2.几种烷烃的沸点如下：烷烃甲烷乙烷丁烷戊烷沸点/℃－162－89－136根据以上数据推断丙烷的沸点可能是()A.约－40℃ B.低于－162℃C.低于－89℃ D.高于36℃答案A解析之间。3.若甲烷与氯气以物质的量之比1∶3混合，在光照下得到的有机产物：①CH3Cl，②CH2Cl2，③CHCl3，④CCl4，其中正确的是()A.只有① B.只有③C.①②③的混合物 D.①②③④的混合物答案D解析CH4和Cl2的取代反应为连锁反应，无论两者的物质的量之比为多少，其产物都是HCl和CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4的混合物，故选D。4.(2018·上海静安区高一检测)将体积比为1∶4的甲烷与氯气混合于一集气瓶中，加盖后置于光亮处，下列有关此实验的现象和结论叙述不正确的是()A.产物中只有四氯化碳分子是正四面体结构B.瓶中气体的黄绿色逐渐变浅，瓶内壁有油状液滴形成C.若日光直射，可能发生爆炸D.生成物只有CCl4、HCl答案D解析A项，CCl4与CH4结构一样，为正四面体，正确。B项，CH4与Cl2反应消耗Cl2，所以黄绿色逐渐变浅，反应生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4都是油状液体，正确。C项，若日光直射，反应剧烈，放出大量的热，气体体积膨胀，可能发生爆炸，正确。D项，CH4与Cl2反应，生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl，错误。课时对点练A组基础对点练题组一烷烃的性质1.(2019·合据如下表：烷烃名称乙烷丙烷丁烷戊烷沸点/℃－88.6－42.1－0.536.0燃烧热/kJ·mol－11560.72219.22877.63535.6燃烧热：25℃、101kPa时，1mol纯物质完全燃烧，生成稳定的氧化物所放出的热量，单位为kJ·mol－1。根据表中数据，下列判断错误的是()A.正庚烷在常温、常压下肯定不是气体B.随分子中碳原子数增加，烷烃的燃烧热逐渐增大C.随分子中碳原子数增加，烷烃沸点逐渐升高D.随分子中碳原子数增加，烷烃沸点和燃烧热都成比例增加答案D解析根据表格中数据可知，随分子中碳原子数增加，烷烃的沸点升高，燃烧热增加，由于正庚烷分子中碳原子数大于戊烷分子中的碳原子数，所以正庚烷在常温、常压下肯定不是气体，A正确；根据表中数据可知，烷烃的沸点和燃烧热并不是成比例增加，B、C正确，D错误。2.(2019·广州高一下学期段考)C5H12有3种不同结构，甲：CH3(CH2)3CH3，乙：CH3CH(CH3)CH2CH3，丙：C(CH3)4，下列相关叙述正确的是()A.甲、乙、丙属同系物，均可与氯气、溴蒸气发生取代反应B.C5H12表示一种纯净物C.甲、乙、丙中，丙的沸点最低D.丙有4种不同沸点的一氯取代物答案C解析甲、乙、丙的结构不同，分子式相同，互为同分异构体，A错误；C5H12有3种同分异构体，所以不能表示纯净物，B错误；同分异构体中，支链越多，沸点越低，丙分子中支链最多，所以沸点最低，C正确；丙分子中4个甲基上的氢原子是等效的，所以只有1种一氯代物，D错误。题组二取代反应的理解及判断3.(2018·山东烟台一中高一期末)下列有关甲烷的取代反应的叙述正确的是()A.甲烷与氯气以物质的量之比为1∶4混合时只生成CCl4B.甲烷与氯气反应生成的产物中CH3Cl的量最多C.甲烷与氯气的取代反应生成的产物为混合物D.1mol甲烷生成CH2Cl2最多消耗1mol氯气答案C解析甲烷与氯气发生取代反应生成的有机物为CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4，故得不到纯净的CH3Cl，A错误，C正确；甲烷与氯气的反应中每取代1mol氢原子，消耗1mol氯气，生成1molHCl，故产物中HCl的量最多，B错误；1mol甲烷生成CH2Cl2最多消耗2mol氯气，D错误。4.下列反应属于取代反应的是()①Mg＋H2SO4=MgSO4＋H2↑②NaOH＋CH3COOH=CH3COONa＋H2O③CH3CH3＋2Br2eq\o(→,\s\up7(光照))CH2BrCH2Br＋2HBr④CH2Cl2＋Br2eq\o(→,\s\up7(光照))CHBrCl2＋HBrA.②③B.①③C.②④D.③④答案D解析反应①为置换反应；反应②属于复分解反应；反应③中CH3CH3的2个H原子分别被2个Br原子替代，该反应为取代反应，反应④中CH2Cl2中的一个H原子被一个Br原子替代也为取代反应，故选D。5.常温下，把体积相同的甲烷和氯气充入一个无色的集气瓶中，光照一段时间后，发现气体的黄绿色变浅，集气瓶内壁上有油状液滴，此时集气瓶中最多含有气体物质的种数是()A.5种B.6种C.4种D.3种答案C解析产物是气体的有CH3Cl、HCl，没有完全反应的CH4和Cl2也为气体，所以集气瓶中最多含有4种气体，故选项C正确。题组三烷烃燃烧及烃分子判定6.某气态烷烃的体积是20mL，完全燃烧时，正好消耗同温、同压下的氧气100mL，该烷烃的化学式是()A.C2H6 B.C3H8C.C4H10 D.C5H12答案B解析根据题意，气态烃和消耗氧气的物质的量之比为1∶5，根据烃的燃烧通式：CxHy＋(x＋eq\f(y,4))O2eq\o(→,\s\up7(点燃))xCO2＋eq\f(y,2)H2O，知x＋eq\f(y,4)＝5。C2H6中，x＋eq\f(y,4)＝3.5，A错误；C3H8中，x＋eq\f(y,4)＝5，B正确；C4H10中，x＋eq\f(y,4)＝6.5，C错误；C5H12中，x＋eq\f(y,4)＝8，D错误。7.两种气态烃以一定比例混合，在105℃时1L该混合烃与9L氧气混合，充分燃烧后恢复到原状态，所得气体总体积仍是10L，下列混合烃中不符合此条件的是()A.CH4、C2H4 B.CH4、C3H8C.C2H4、C3H4 D.C2H2、C3H6答案B解析题述反应前后气体的体积不变，烃类物质完全燃烧的通式为CxHy＋(x＋eq\f(y,4))O2eq\o(→,\s\up7(点燃))xCO2＋eq\f(y,2)H2O，因为105℃时，生成的H2O是气体，则1＋(x＋eq\f(y,4))＝x＋eq\f(y,2)，解得y＝4，即氢原子平均数为4的混合烃符合题意，而CH4、C3H8无论按什么比例混合，均不能使氢原子平均数为4；C2H2、C3H6只有在体积比1∶1混合时H原子平均数才为4，CH4、C2H4及C2H4、C3H4以任意比混合时H原子平均数均为4。8.(1)完全燃烧0.1mol某烃，燃烧产物依次通过浓硫酸、浓碱溶液，实验结束后，称得浓硫酸质量增加9g，浓碱溶液质量增加17.6g。该烃的化学式为________，并写出其所有可能的结构简式：________________________________________________________________________。(2)某链状烷烃的相对分子质量为128，该烷烃的化学式为________。(3)在120℃和101kPa的条件下，某气态烃和一定质量的氧气混合，点燃，完全反应后再恢复到原来的温度时，气体体积不变，则该烃分子内的氢原子个数________(填字母)。A.小于4 B.大于4C.等于4 D.无法判断答案(1)C4H10CH3—CH2—CH2—CH3、(2)C9H20(3)C解析(1)浓硫酸的作用是吸收H2O，浓硫酸增加的质量为H2O的质量，根据氢元素守恒，烃中n(H)＝eq\f(9g,18g·mol－1)×2＝1mol；浓碱溶液吸收的是CO2，浓碱溶液增加的质量为CO2的质量，根据碳元素守恒，烃中n(C)＝eq\f(17.6g,44g·mol－1)＝0.4mol，因此1mol该烃中含C的物质的量为4mol，含H的物质的量为10mol，即该烃的分子式为C4H10，其同分异构体为正丁烷和异丁烷，相应的结构简式分别是CH3—CH2—CH2—CH3、。(2)根据链状烷烃的通式CnH2n＋2，相对分子质量为128，即14n＋2＝128，解得n＝9，故该烷烃的分子式为C9H20。(3)烃燃烧的通式：CxHy＋(x＋eq\f(y,4))O2eq\o(→,\s\up7(点燃))xCO2＋eq\f(y,2)H2O，温度高于100℃时，水以气态形式存在，反原子个数为4。9.(2019·上海高一期中)某研究小组为了探究甲烷和氯气反应的情况，设计了几个实验。请填写下列空白：[实验一]用如图所示装置，收集一试管甲烷和氯气的混合气体，光照后观察到量筒内形成一段水柱，认为有氯化氢生成。(1)该反应的反应类型为_____________________________________________________。(2)该反应的化学方程式为(只写第一步)_________________________________________。(3)水槽中盛放的液体应为________(填字母)。A.水 B.饱和石灰水C.饱和食盐水 D.饱和NaHCO3溶液(4)该实验的实验现象为_______________、______________、试管壁上出现油状液滴。(5)该油状液滴中含有的有机产物共有________种。[实验二]收集一试管甲烷和氯气的混合气体，光照反应后，滴加AgNO3溶液，看到有白色沉淀生成，认为甲烷与氯气反应有氯化氢生成。(6)你认为该实验设计得出的结论是否正确：_______________________________________；若不正确，理由是________________________________________________________。[实验三]步骤一：收集半试管氯气，加入10mL蒸馏水，充分振荡，采用DIS系统的pH传感器测溶液的pH(下同)，测得pH＝3.26；步骤二：收集一试管甲烷和氯气的混合气体(各占50%)，在40W的日光灯下光照6min后，加入10mL蒸馏水，充分振荡，测得pH＝1.00。(7)判断该反应中有氯化氢生成的依据是_____________________________________。答案(1)取代反应(2)CH4＋Cl2eq\o(→,\s\up7(光))CH3Cl＋HCl(3)C(4)量筒内液面上升黄绿色逐渐变浅(5)3(6)错误氯气中滴加AgNO3溶液也会产生白色沉淀(7)步骤二测得的pH比步骤一测得的pH低解析(1)甲烷与氯气在光照条件下发生取代反应。(2)甲烷和氯气发生取代反应的第一步化学方程式为CH4＋Cl2eq\o(→,\s\up7(光))CH3Cl＋HCl。(3)因为氯气可溶于水，且能与水发生反应，因此水槽中不能盛放H2O，A错误；氯气与饱和石灰水发生反应，水槽中不能盛放饱和石灰水，B错误；饱和食盐水可抑制氯气的溶解，且饱和食盐水能吸收甲烷与氯气反应生成的HCl，使量筒中气体压强减小，量筒中的液面上升，C正确；氯气与饱和NaHCO3溶液发生反应，且有杂质气体CO2产生，D错误。(4)甲烷与氯气发生反应消耗氯气，故量筒内黄绿色变浅，因为生成物中CH2Cl2、CHCl3、CCl4为液体，量筒内壁上出现油状液滴，且HCl溶于饱和食盐水，造成量筒中气体压强减小，即量筒中液面上升。(5)甲烷与氯气反应的有机产物为CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4，其中CH3Cl为气态，另外3种为液态，因此油状液滴中含有的有机物为CH2Cl2、CHCl3、CCl4，共3种。(6)氯气能与AgNO3溶液中的水反应，产生Cl－，与Ag＋结合产生白色沉淀，因此该实验得出的结论错误。(7)根据实验，步骤二测得的pH小于步骤一测得的pH，说明c(H＋)增大，即甲烷与氯气反应产生了HCl。B组综合强化练1.(2019·济宁一中高一月考)下列性质不属于甲烷性质的是()A.完全燃烧时生成二氧化碳和水B.常温常压下能溶于水C.光照下能与卤素单质发生取代反应D.通常情况下，与强酸、强碱和强氧化剂不反应答案B解析常温常压下，甲烷是一种极难溶于水的气体；甲烷的化学性质稳定，与强酸、强碱、强氧化剂等都不反应，但甲烷可燃，完全燃烧时生成二氧化碳和水，在光照条件下能与卤素单质发生取代反应，B项符合题意。2.(2018·江苏常州期中)在光照条件下，CH4与Cl2能发生取代反应。若1molCH4与Cl2反应，待反应完成后测得四种有机取代物的物质的量之比为n(CH3Cl)∶n(CH2Cl2)∶n(CHCl3)∶n(CCl4)＝1∶2∶3∶4，则消耗Cl2的物质的量为()A.1.0mol B.2.0molC.3.0mol D.4.0mol答案C解析在光照条件下，CH4与Cl2发生取代反应时，生成1molCH3Cl消耗1mol氯气；生成1molCH2Cl2消耗2mol氯气；生成1molCHCl3消耗3mol氯气；生成1molCCl4消耗4mol氯气。四种有机取代物的物质的量之比为n(CH3Cl)∶n(CH2Cl2)∶n(CHCl3)∶n(CCl4)＝1∶2∶3∶4，根据碳元素守恒，生成四种有机取代物的物质的量n(CH3Cl)、n(CH2Cl2)、n(CHCl3)、n(CCl4)分别是0.1mol、0.2mol、0.3mol、0.4mol，消耗的Cl2为0.1mol＋2×0.2mol＋3×0.3mol＋4×0.4mol＝3.0mol。3.正己烷是优良的有机溶剂，其球棍模型为，下列有关说法正确的是()A.正己烷的分子式为C6H12B.正己烷的一氯代物有3种C.正己烷能与溴发生取代反应而使溴水褪色D.主链上含有4个碳原子的正己烷的同分异构体只有1种答案B解析正己烷分子式为C6H14，A项错误；正己烷的结构简式为CH3CH2CH2CH2CH2CH3，分子中存在三种位置不同的氢原子，故其一氯代物有3种，B项正确；烷烃不能与溴水发生反应，C项错误；主链上有4个碳原子时，正己烷的同分异构体有2种：、，D项错误。4.(2019·福州高一段考)土卫六是环绕土星运行的一颗卫星，据国外媒体报道，土卫六表面的“海洋”中有可能存在生命，又知这些“海洋”的主要成分是液态甲烷、乙烷以及这两种物质形成的聚合物。下列说法错误的是()A.甲烷和乙烷和溴水在光照条件下都能发生取代反应B.甲烷和乙烷分子中所有原子不在同一平面内C.通常条件下，甲烷、乙烷和强酸、强碱、强氧化剂都不反应D.1mol乙烷分子中含有6molC—H共价键答案A解析甲烷、乙烷和溴蒸气在光照条件下可以发生取代反应，和溴水不反应，故A项错误；烷烃分子中都是以碳原子为中心的四面体结构，故甲烷、乙烷分子中所有原子不在同一平面内，B正确；烷烃性质稳定，通常条件下和强酸、强碱、强氧化剂都不反应，C正确；乙烷的结构式为，1mol乙烷中含6molC—H共价键，D正确。5.由一氧化碳、甲烷和乙烷组成的混合气体8.96L(标准状况下)，在足量氧气中充分燃烧后，生成的气体先通过足量浓硫酸，再通过足量氢氧化钠溶液，测知氢氧化钠溶液质量增加26.4g，则原混合气体中乙烷的物质的量()A.等于0.1molB.大于或等于0.2mol，小于0.3molC.等于0.2molD.大于0.1mol，小于0.3mol答案Cmol。设一氧化碳、甲烷的总物质的量为xmol，乙烷的物质的量为ymol，则xmol＋ymol＝0.4mol，确。6.(2018·河南平顶山月考)下列烷烃在光照下与氯气发生取代反应，生成的一氯代烃只有一种的是()A.CH3CH2CH2CH3 B.CH3CH(CH3)2C.CH3C(CH3)3 D.(CH3)2CHCH2CH3答案C解析此题是同分异构体的一种考查形式，解题关键是清楚每一种烷烃中有几种等效氢。同一个碳上的氢为等效氢，对称碳上的氢为等效氢，同一个碳所连甲基上的氢为等效氢。等效氢被取代得到的物质为同种物质。A、B项中有2种氢，C项中有1种氢，D项中有4种氢，故C项符合题意。7.“可燃冰”是天然气与水作用形成的晶体物质，主要存在于冻土层和海底大陆架中，其结构如图所示，请回答下列问题：(1)下列有关“可燃冰”的说法不正确的是________(填字母)。A.“可燃冰”是混合物B.“可燃冰”释放的甲烷为烷烃C.“可燃冰”将成为人类的后续能源D.甲烷和溴蒸气在光照条件下可发生取代反应，生成的一溴甲烷为正四面体结构(2)下图是某同学利用日常用品注射器设计的简易实验装置。加热分离出可燃冰中的甲烷，将10mL甲烷注入甲管中，同温、同压下向乙管中注入50mLCl2，将乙管中气体推入甲管，用日光照射甲管一段时间，气体在甲管中反应。①下列是某同学预测的实验现象，其中正确的是______(填字母)。A.气体最终变为无色B.实验过程中，甲管活塞向内移动C.甲管内壁有油状液滴产生D.产生火花②甲管中发生的化学反应类型为___________________________________________。③反应后，甲管中剩余气体最好用________(填字母)吸收。A.水 B.氢氧化钠溶液C.硝酸银溶液 D.饱和食盐水答案(1)AD(2)①BC②取代反应③B解析(1)CH4和H2O结合形成可燃冰，为纯净物，故A错误；“可燃冰”不稳定，可释放出甲烷，甲烷属于烷烃，B正确；