化学人教版高中选择性必修三（2019年新编）2.1 烷烃（精讲）

2.1烷烃（精讲）思维导图思维导图常见考点常见考点考点一烷烃的结构与性质【例1-1】（2021·黑龙江·铁人中学高二期中）下列有关链状烷烃的叙述中，正确的是①在链状烷烃分子中，所有的化学键都是单键②链状烷烃中除甲烷外，都能使酸性KMnO4溶液褪色③通常链状烷烃的熔、沸点随分子中碳原子数的增加而升高④所有的链状烷烃在光照条件下都能与氯气发生取代反应⑤丙烷分子中的所有碳原子在一条直线上A．①③④ B．①③⑤ C．②③⑤ D．①②④【答案】A【解析】①烷烃分子中，只含有碳碳单键(甲烷除外)、碳氢单键，故①正确；②烷烃均不能被酸性KMnO4溶液氧化，故②错误；③随碳原子数的增加，烷烃的熔、沸点升高，故③正确；④烷烃的特征反应为取代反应，所有烷烃在光照条件下都能与氯气发生取代反应，故④正确；⑤丙烷分子中的碳原子都是饱和碳原子，与碳原子相连的4个原子形成像甲烷一样的四面体结构，所以丙烷分子中的所有碳原子不可能在一条直线上，故⑤错误；综合以上所述，①③④正确；答案选A。【例1-2】（2021·黑龙江）下列物质的沸点由高到低排列的顺序是①CH3(CH2)2CH3②CH3(CH2)3CH3③(CH3)3CH④(CH3)2CHCH2CH3A．②④①③ B．④②①③ C．④②③① D．②④③①【答案】A【解析】②④中均含5个C原子，但④中含支链，则沸点为②＞④，①③中均含4个C原子，但③中含支链，则沸点为①＞③，相对分子质量越大，沸点越高，所以沸点由高到低排列为②④①③；答案选A。【例1-3】（2021·湖北·汉阳一中）下列有关烷烃的说法中，正确的是A．戊烷的同分异构体有2种，其习惯命名分别为：正戊烷、异戊烷B．沸点：正戊烷>2，2-二甲基戊烷>2，3-二甲基丁烷>丙烷C．符合通式CnH2n+2(n≥0)的物质一定是烷烃的同系物D．随着碳原子数的依次增加，烷烃中碳的质量分数逐渐增大，无限趋近于【答案】D【解析】A．戊烷的同分异构体根据减碳法书写有3种，其习惯命名分别为：正戊烷、异戊烷、新戊烷，故A不正确；B．根据烷烃的沸点比较方法：碳原子越多沸点越高，碳原子相同时，支链越多，沸点越低，故沸点大小顺序为：2，2-二甲基戊烷>2，3-二甲基丁烷>正戊烷>丙烷，故B不正确；C．烷烃的通式中，n的取值>0，最简单的烷烃是甲烷，n的取值不能为0，故C不正确；D．根据烷烃的通式CnH2n+2(n>0)，碳元素的质量分数为：，当n越大，碳的质量分数越大，当n趋近无限大时，质量分数无限趋近于，故D正确；故选答案D。【一隅三反】1．（2021·北京昌平）2021年5月15日，我国首次火星探测任务天问一号探测器在火星着陆，在火星上首次留下中国印记，迈出了我国星际探测征程的重要一步。天问一号利用正十一烷(分子式为C11H24)储存能量，下列关于正十一烷说法不正确的是A．正十一烷属于属于有机化合物B．正十一烷属于烃的衍生物C．正十一烷与甲烷属于同系物D．正十一烷中的碳原子均形成4个共价单键【答案】B【解析】A．正十一烷属于烷烃，属于有机化合物，故A正确；B．正十一烷属于烷烃，不属于烃的衍生物，故B错误；C．正十一烷与甲烷都属于烷烃，两者结构相似、分子组成上相差10个“CH2”，互为同系物，故C正确；D．正十一烷属于烷烃，因此正十一烷的碳原子均形成4个共价单键，故D正确；答案为B。2．（2021·全国·高二课时练习）某些工厂的员工因长期在含有正己烷的环境中工作，健康遭受不利影响。某同学欲按沸点高低将正己烷插入表中(已知表中所列物质按沸点由低到高的顺序排列)，则正己烷最可能插入的位置是①②③④⑤甲烷乙烷戊烷2-甲基戊烷辛烷A．②③之间 B．③④之间 C．⑤之后 D．④⑤之间【答案】D【解析】一般来说烃的相对分子质量越大，分子间作用力越强，其沸点越高，所以正己烷的沸点大于①②③的沸点，但比⑤的沸点低；对于相对分子质量相同的烷烃，支链越多，沸点越低，所以④的沸点比正己烷的沸点低，故这几种物质的沸点由低到高的顺序为①<②<③<④<正烷<⑤；综上所述D项正确。3．（2021·宁夏·海原县第一中学高二阶段练习）某烷烃可生成三种沸点不同的一氯代物A．(CH3)2CHCH2CH2CH3 B．(CH3CH2)2CHCH3C．(CH3)2CHCH(CH3)2 D．(CH3)3CCH2CH3【答案】D【解析】A．(CH3)2CHCH2CH2CH3分子中含有5种化学环境不同的H原子，其一氯代物有5种，故A不符合；B．(CH3CH2)2CHCH3分子中含有4种化学环境不同的H原子，其一氯代物有4种，故B不符合；C．(CH3)2CHCH(CH3)2分子中含有2种化学环境不同的H原子，其一氯代物有2种，故C不符合；D．(CH3)3CCH2CH3分子中含有3种化学环境不同的H原子，其一氯代物有3种，故D符合；故选D。4．（2021·山西）下列有关烷烃的叙述中，正确的是①在烷烃分子中，所有的化学键都是单键②烷烃中除甲烷外，很多都能使酸性的高锰酸钾溶液褪色③分子通式为CnH2n+2的烃不一定是烷烃④所有的烷烃在光照条件下都能和氯气发生取代反应⑤光照条件下，乙烷通入溴水中，可使溴水褪色A．①③⑤ B．②③ C．①④ D．②④【答案】C【解析】①在烷烃分子中，只存在C-C键和C-H键，所有的化学键都是单键，故①正确；②所有的烷烃，都不能使酸性KMnO4溶液褪色，故②错误；③烷烃的分子通式为CnH2n+2，符合通式CnH2n+2的烃一定是烷烃，故③错误；④所有的烷烃都含有C-H键，在光照条件下都能与氯气发生取代反应，故④正确；⑤光照条件下，乙烷通入溴水中不发生反应，不能使溴水褪色，故⑤错误；只有①④正确，故选C。考点二甲烷【例2-1】（2021·北京通州·高二期中）甲烷分子不是以碳原子为中心的平面结构，而是以碳原子为中心的正四面体结构，其原因是甲烷的平面结构解释不了下列事实A．CH3Cl不存在同分异构体 B．CH2Cl2不存在同分异构体C．CHCl3不存在同分异构体 D．CH4是非极性分子【答案】B【解析】A．无论甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构，还是平面正方形结构，CH3Cl都不存在同分异构体，故A不选；B．甲烷是正方形的平面结构，而CH2Cl2有两种结构：相邻或者对角线上的氢被Cl取代，而实际上，其二氯取代物只有一种结构，因此只有正四面体结构才符合，故B选；C．无论甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构，还是平面正方形结构，CHCl3都不存在同分异构体，故C不选；D．无论甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构，还是平面正方形结构，CH4都是非极性分子，故D不选；故选：B。【例2-2】（2021·浙江温州）如图所示，用排饱和食盐水法在试管中先后充入等体积的甲烷和氯气，将装置放在光亮处(避免阳光直射)，观察到以下实验现象。下列对实验现象的解释不正确的是实验现象解释A最初，试管口有气体逸出，在液面上方形成白雾反应放热，导致气体膨胀，产物中含有，与空气中的水蒸气形成白雾B试管内液面缓缓上升反应生成极易溶于水，且生成的有机产物常温下均为液态，所以试管内压强减小，液面上升，最终充满试管C试管内壁出现油状液滴，一些液滴沉入水槽底部反应中有难溶于水的油状液体生成，且密度大于水D试管内壁油状液滴呈黄色因为溶解了而呈黄色【答案】B【解析】A．根据产物HCl极易溶于水的性质进行判断，故A说法正确；B．有机产物中一氯甲烷是气体且不溶于水判断，水最终不能充满试管，故B不正确；C．有四氯化碳液体生成不溶于水，且密度大于水，故C说法正确；D．反应中氯气是黄绿色，其它物质都是无色，根据“相似相容原理”判断D说法正确；故选答案B。【例2-3】（2021·甘肃）若甲烷与氯气以物质的量之比1∶3混合，在光照下得到的产物可能是下列物质，其中正确的是①CH3Cl②CH2Cl2③CHCl3④CCl4A．只有① B．只有② C．①②③ D．①②③④【答案】D【解析】甲烷和氯气在光照下发生的四步取代反应是连锁反应，一旦有CH3Cl生成，后续反应立即进行，因此反应进行到哪一步与甲烷和氯气的物质的量之比无关，其有机取代产物不是纯净的CH3Cl，而是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4的混合物，答案选D【一隅三反】1．（2021·全国课时练习）如图是、、分子的球棍模型。下列说法正确的是（）A．、和都是正四面体结构B．、和在常温下的状态不完全相同C．中的化学键和中的化学键完全相同D．、和中所有原子均共平面【答案】B【解析】A．中含C-H和C-Cl两种不同的化学键，它们的键长不同，故不是正四面体结构，A项错误；B．常温下，、呈气态，呈液态，B项正确；C．中的化学键为C-H键，中的化学键为C-Cl键，两者中的化学键不相同，C项错误；D．三者都是四面体结构，分子中有3个原子共平面，D项错误。答案选B。2．（2021·全国）下列有关甲烷的叙述错误的是A．甲烷由碳、氢元素组成，属于共价化合物B．沼气、天然气、坑道气的主要成分都是甲烷C．实验室制取甲烷可用排水法收集D．甲烷能使酸性溶液褪色【答案】D【解析】A．中只含共价键，属于共价化合物，故A正确。B．沼气、天然气、坑道气的主要成分均为甲烷，故B正确。C．难溶于水，可用排水法收集，故C正确。D．不能使酸性溶液褪色，故D错误。故选D。3．（2021·全国·高二课时练习）将1mol甲烷和适量的Cl2混合后光照，充分反应后生成的CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4四种有机产物的物质的量依次增大0.1mol，则参加反应的Cl2的物质的量为A．3mol B．4.5mol C．6mol D．7.5mol【答案】A【解析】根据充分反应后生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4四种有机产物的物质的量依次增大0.1mol，可以设其物质的量分别是nmol、(n+0.1)mol、(n+0.2)mol、(n+0.3)mol；根据碳原子守恒可知：1mol=n+n+0.1+n+0.2+n+0.3，解得：n=0.1mol，发生取代反应时，一半的Cl进入HCl，消耗氯气的物质的量为0.1mol+2×0.2mol+3×0.3mol+4×0.4mol=3mol，故A正确；故选A。4．（2021·安徽·蚌埠田家炳中学高二阶段练习）如图所示，U形管的左端被水和胶塞封闭有甲烷和氯气(体积比为1：4)的混合气体，假定氯气在水中不溶解。将封闭有甲烷和氯气的混合气体的装置放置在有光亮的地方，让混合气体缓慢的反应一段时间。(1)下列关于甲烷结构的说法中正确的是___________。a．甲烷的分子式是CH4，5个原子共面b．甲烷中的任意三个原子都不共面c．甲烷分子的空间构型属于正四面体结构(2)1molCH4与氯气发生取代反应，待反应完全后，测得四种产物的物质的量相等，则消耗氯气的物质的量是___________a．1molb．2.5molc．4mold．5mol(3)下列事实能证明甲烷分子是正四面体结构的是___________。a．CH3Cl只代表一种物质b．CH2Cl2只代表一种物质c．CHCl3只代表一种物质d．CCl4只代表一种物质(4)烃分子中的碳原子与氢原子结合的方式是___________。a．通过1个共价键b．通过2个共价键c．形成4对共用电子对d．通过离子键和共价键【答案】（1）c（2）b（3）b（4）a【解析】(1)a．甲烷的分子式是CH4，为正四面体结构，5个原子不可能共面，a错误；b．甲烷的空间构型属于正四面体结构，其任意一面的3个原子共平面，b错误；c．甲烷的空间构型属于正四面体结构，氢原子位于四面体的顶点，碳原子位于体心，c正确；答案选c；(2)1molCH4与氯气发生取代反应，待反应完全后，测得四种产物的物质的量相等，即分别都是0.25mol，根据Cl原子守恒可知，消耗氯气的物质的量为0.25+0.25×2+0.25×3+0.25×4=2.5mol，故答案选b；(3)a．CH3Cl只代表一种物质，不能说明甲烷一定是正四面体结构，如果甲烷是平面四边形，其一氯代物也只有一种，a不选；b．CH2Cl2只代表一种物质，可以证明甲烷分子一定是以碳原子为中心的正四面体结构，如果甲烷是平面四边形结构，其二氯代物有2种，b选；c．CHCl3只代表一种物质，不能说明甲烷一定是正四面体结构，如果甲烷是平面四边形，其三氯代物也只有一种，c不选；d．CCl4只代表一种物质，不能说明甲烷一定是正四面体结构，如果甲烷是平面四边形，其四氯代物也只有一种，d不选；答案选b；(4)烃分子中的碳原子与氢原子只形成一对共用电子对，即通过1个共价键相结合，故答案选a。考点三烷烃的命名【例3】（2021·全国·高二）回答下列问题：(1)按照系统命名法写出下列烷烃的名称：①：___。②：____。③：___。(2)根据下列有机化合物的名称，写出相应的结构简式：①2，4—二甲基戊烷：___。②2，2，5—三甲基—3—乙基己烷：___。【答案】（1）①3，3，4，6—四甲基辛烷②3，3，5—三甲基庚烷③4—甲基—3—乙基辛烷（2）①②【解析】(1)①按照中碳链命名，名称为3，3，4，6-四甲基烷；②按照中碳链命名，名称为3，3，5-三甲基庚烷;③按照中碳链命名，名称为4-甲基-3-乙基辛烷;(2)①先根据烷烃的名称确定主链碳原子数，再根据取代基名称和位置写出取代基，则2，4—二甲基戊烷的结构简式为：；②2，2，5—三甲基—3—乙基己烷主链有6个碳，2号位上有两个甲基，3号位上有一个甲基和一个乙基，结构简式为：。【一隅三反】1．（2021·全国·高二课时练习）下列有机化合物的命名正确的是A．2，2-二甲基-4-乙基戊烷 B．2，4，5-三甲基己烷C．3，4，4-三甲基己烷 D．2，3，3-三甲基己烷【答案】D【解析】A．碳链的主链选错，应该选择分子中含有C原子数目最多的碳链为主链，该物质分子中最长碳链上有6个C原子，其正确的命名应是2，2，4－三甲基己烷，A错误；B．碳链的首端选错，应该从离支链较近的右端为起点，给主链上的C原子编号，以确定支链的位置，该物质正确名称为：2，3，5­三甲基己烷，B错误；C．碳链的首端选错，应该从离支链较近的右端为起点，给主链上的C原子编号，以确定支链的位置，该物质正确名称为3，3，4－三甲基己烷，正确的命名为3，3，4－三甲基己烷，C正确；D．名称符合烷烃的系统命名方法，命名合理，D正确；故合理选项是D。2．（2021·全国·高二课时练习）关于烷烃的命名正确的是A．3，3，5-甲基-5-乙基辛烷B．3，5-二甲基-5-乙基-3-丙基己烷C．4，6，6-三甲基-4-乙基辛烷D．3，3，5-三甲基-5-乙基辛烷【答案】D【解析】题给烷烃的最长碳链有8个碳原子，改写后的结构简式为，根据“近”“简”“小”原则可知：应从右向左对主链碳原子进行编号，以确定支链连接在主链上C原子的位置，其系统命名方法命名为：3，3，5­三甲基­5­乙基辛烷，故合理选项是D。3．（2021·江西省铜鼓中学）用系统命名法命名下列各物质或根据有机物的名称，写出相应的结构简式。(1)________(2)________(3)2,4－二甲基戊烷_____________(4)2,2-二甲基-3-乙基己烷______________【答案】（1）2,2,4-三甲基戊烷（2）3,4-二甲基己烷（3）（4）【解析】(1)根据烷烃系统命名原则，主链有5个碳原子，2号碳原子上有2个甲基、4号碳原子上有1个甲基，名称是2,2,4-三甲基戊烷；(2)根据烷烃系统命名原则，主链有6个碳原子，3号碳原子上有1个甲基、4号碳原子上有1个甲基，名称是3,4-二甲基己烷；(3)根据烷烃系统命名原则，2,4－二甲基戊烷的结构简式是(4)根据烷烃系统命名原则，2,2-二甲基-3-乙基己烷的结构简式是。考点四烷烃的同系物【例4】（2021·全国·高二课时练习）下列物质中，与2-甲基丁烷互为同系物的是A． B．C． D．【答案】A【解析】A．名称是2-甲基丙烷，与2-甲基丁烷结构相似，在分子组成上相差1个CH2原子团，因此二者互为同系物，A符合题意；B．名称是2-甲基丁烷，就是2-甲基丁烷本身，B不符合题意；C．分子式是C5H12，与2-甲基丁烷分子式相同，结构不同，二者互为同分异构体，C不符合题意；D．分子式是C5H12，与2-甲基丁烷分子式相同，结构不同，二者互为同分异构体，D不符合题意；故合理选项是A。【一隅三反】1．（2021·宁夏·平罗中学高二期中）下列物质属于同系物的是A．CH3CH2CH2Cl与CH3CH2CHClCH2ClB．CH3CH2OH与CH3CH2CHOC．CH3COOH与HCOOCH3D．CH3CH2CH2OH与CH3CH2CH2CH2OH【答案】D【解析】A．CH3CH2CH2Cl与CH3CH2CHClCH2Cl含有的官能团的数目不等，结构不相似，不属于同系物，故A不符合题意；B．CH3CH2OH与CH3CH2CHO的结构不相似，不属于同系物，故B不符合题意；C．CH3COOH与HCOOCH3的结构不相似，不属于同系物，分子式相同，结构不同，属于同分异构体，故C不符合题意；D．CH3CH2CH2OH与CH3CH2CH2CH2OH的结构相似，分子组成上相差1个CH2原子团，属于同系物，故D符合题意；故选D。2（2021·甘肃·民勤县第四中学高二期中）下列物质一定属于同系物的是①②③④C2H4⑤CH2=CH-CH=CH2⑥C3H6⑦⑧A．④和⑧ B．①、②和③ C．⑤和⑦ D．④、⑥和⑧【答案】A【解析】①该有机物为甲苯，含有1个苯环；②为萘，含有两个苯环；③为苯乙烯，含有苯环和碳碳双键；④为乙烯，含有碳碳双键；⑤为1，3-丁二烯，含有两个碳碳双键；⑥为丙烯或者环丙烷；⑦为1，3-丁二烯；⑧为2-甲基-1-丙烯，互为同系物的有机物，必须满足含有官能团类型、个数相等，且在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团，以上8种物质中，满足该条件的是④和⑧，故选：A。3．（2021·全国·高二期末）下列关于同系物的说法中，错误的是A．同系物具有相同的最简式B．同系物都符合同一通式C．同系物中，相邻的同系物彼此在组成上相差一个CH2原子团D．同系物的化学性质基本相似【答案】A【解析】A．同系物是指结构相似，分子组成相差若干个CH2原子团的同一类物质。因此同系物的最简式不相同（比如烷烃、炔烃等），也可能相同（比如单烯烃）；由于结构相似，化学性质是相似的，因此选项A是错误的，A错误；B．同系物结构相似，其分子的通式相同（分子组成相差若干个CH2原子团的同一类物质），B正确；C．分子组成相差若干个CH2原子团的同一类物质，C正确；D．同系物的结构相似，所以其化学性质也相似，D正确；故选A。4．（2022·重庆·高二期末）下列说法正确的是A．O2-和O3互为同素异形体 B．二氯甲烷有两种同分异构体C．H2O和D2O互为同位素 D．C2H6和C3H8互为同系物【答案】D【解析】A．O2-是离子，O3是单质，两者不是同素异形体，故A错误；B．甲烷为正四面体结构，任意2个氢原子都处在邻位，其中的2个氢原子被氯原子取代后得二氯甲烷，则二氯甲烷有1种同分异构体，故B错误；C．两者为化合物，不符合同位素的概念，故C错误；D．C2H6和C3H8都属于烷烃，结构相似，分子间相差1个CH2原子团，二者互为同系物，故D正确；故选：D。5．（2021·全国·高三专题练习）下列各对物质，互为同系物的是A．CH3CH2CH2CH=CH2和 B．和C．HCOOCH3和CH3CH2COOCH3 D．CH3CH2Br与CH2BrCH2CH2Br【答案】C【解析】A．CH3CH2CH2CH=CH2和结构不相似，不是同系物，A错误；B．和前者是酚，后者是醇，结构不相似，不是同系物，B错误；C．HCOOCH3和CH3CH2COOCH3都属于酯类，结构相似，且组成上相差两个-CH2，是同系物，C正确；D．CH3CH2Br与CH2BrCH2CH2Br前者是一溴代烃，后者是二溴代烃，结构不相似，不是同系物，D错误；故选C。6．（2021·甘肃）下列说法中错误的个数的是①化学性质相似的有机物是同系物②分子组成相差一个或几个CH2的有机物是同系物③若烃中碳、氢元素的质量分数相同，它们必是同系物④沸点由高到低的顺序为：戊烷>2﹣甲基丁烷>2，2﹣二甲基丙烷>正丁烷>2﹣甲基丙烷⑤互为同分异构体的两种有机物的物理性质有差别，但化学性质必定相似⑥相对分子质量相同分子结构不同的有机物互为同分异构体⑦C4H10和CH4一定互为同系物A．3 B．4 C．5 D．6【答案】C【解析】①结构相似、在分子组成上相差一个或n个﹣CH2原子团的有机物互称同系物，化学性质相似的有机物如果结构不相似，且在分子组成上相差一个或n个﹣CH2原子团，所以不一定是同系物，故①错误；②分子组成相差一个或若干个﹣CH2原子团的有机物不一定是同系物，如苯酚和苯甲醇，故②错误；③若烃中碳、氢元素的质量分数相同，它们的最简式相同，但不一定是同系物，如苯和乙炔最简式相同但不是同系物，故③错误；④随着相对分子质量的增大，分子间的范德华引力增大，烷烃的沸点随着相对分子质量的增加而升高，一般来说分子中碳数越多，沸点越高；对于含碳数相同的烷烃而言，支链越多，沸点越低，则烷烃沸点由高到低的顺序为：戊烷>2﹣甲基丁烷>2，2﹣二甲基丙烷>正丁烷>2﹣甲基丙烷，故④正确；⑤同分异构体物理性质有差别，但化学性质不一定相似，如丙烯与环丙烷，故⑤错误；⑥相对分子质量相同的有机物的分子式不一定相同，如乙醇与甲酸，故⑥错误；⑦C4H10和C6H14结构相同，分子间相差2个﹣CH2原子团，二者互为同系物，故⑦正确；故选：C。考点五烷烃的同分异构体【例5】（2021·上海·华东师范大学附属东昌中学高二期中）下列分子式中，只可能表示一种物质的(即不可能有同分异构体)是A．C3H8 B．C4H1