新教材2023版高中化学第1章有机化合物的结构与性质烃第3节烃第1课时烷烃及其性质学生用书鲁科版选择性必修3

第1课时烷烃及其性质课程标准1．认识烷烃、烃的组成和结构特点。2．了解烷烃在日常生活、有机合成和化工生产中的重要作用。3．掌握烷烃的化学性质，能够举例说明烷烃与氧气、卤素单质的反应。4．了解取代反应的特点。学法指导1.以典型代表物的具体反应为载体，通过类比迁移学习一类有机化合物的性质。2．通过烷烃与氧气、卤素单质的反应，知道化学变化需要一定的条件，并遵循一定规律。必备知识·自主学习——新知全解一遍过知识点烷烃及其性质1.烷烃的结构2．烷烃的物理性质(1)递变规律(随碳原子数n递增)(2)相似性烷烃均________水，相对密度均________水的密度。3．烷烃的化学性质：烷烃的化学性质与甲烷类似，通常较稳定，与____________________不反应，但一定条件下可燃烧，与氯气等发生取代反应。(1)与卤素单质的反应在光照条件下，烷烃与Cl2、Br2等卤素单质发生取代反应。①乙烷在光照下与氯气发生取代反应生成一氯代物的化学方程式为________________________。②分子中碳链较长的烷烃与氯气反应时，不同________断裂可以得到不同的取代产物，如丙烷与氯气在光照条件下发生取代反应的产物是________(1-氯丙烷)、________(2-氯丙烷)。(2)与氧气的反应烷烃的燃烧通式为____________________________________________。微点拨(1)烷烃只能与卤素单质在光照条件下发生取代反应，不能与其水溶液发生取代反应。取代反应得到的不只是一氯代物，烷烃分子中的所有氢原子都可被氯原子取代。(2)烷烃和氯气发生取代反应，有1molH原子被取代，生成1molHCl，消耗1molCl2，因此参加反应的Cl2的物质的量与生成的HCl的物质的量相等；生成物中HCl最多。学思用1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)分子中全是碳碳单键的烃一定是烷烃。()(2)1molC8H18分子中含有的共价键数目为26NA。()(3)C2H6、C3H8、C4H10的熔沸点依次升高。()(4)丙烷与Cl2在光照下发生取代反应，一氯代物有1种。()(5)烷烃在一定条件下与卤素单质反应生成卤代烃。()2．如图所示是一种烷烃的键线式，下列有关该物质的叙述正确的是()A．属于脂环烃B．与正十六烷互为同分异构体C．常温下为气体D．能使酸性KMnO4溶液褪色关键能力·课堂探究——学科素养全通关提升点一烷烃的取代反应反应条件光照反应物烷烃和气态卤素单质(烷烃与卤素单质的水溶液不反应)化学键变化断键：C—H键和X—X键成键：C—X键和H—X键取代特点分子中的氢原子被卤素原子逐步取代，往往是各步反应同时发生产物特点种类多种卤代烷烃的混合物，HX的物质的量最多产物的量①根据碳元素守恒，烷烃的物质的量等于所有卤代烷烃的物质的量之和②根据取代反应的特点，有机物中卤素的物质的量等于HX的物质的量等于反应了的X2的物质的量，即反应了的n(X2)＝n(一卤代物)＋2n(二卤代物)＋3n(三卤代物)＋……＝n(HX)互动探究氯乙烷具有冷冻麻醉作用，从而使局部产生快速镇痛效果，氯乙烷喷雾剂主要用于运动中各种急性闭合性损伤，如肌肉拉伤、挫伤、关节扭挫伤以及骨折、脱臼整复。该喷雾剂的主要成分为氯乙烷，其结构简式为CH3—CH2Cl。问题1氯乙烷还属于烷烃吗？问题2根据所学知识，探究以下制取氯乙烷的可行性。(1)乙烷和氯气发生取代反应。(2)乙烯和氯化氢发生加成反应。典例示范[典例1]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，假定氯气在水中的溶解度可以忽略。将封闭有甲烷和氯气混合气体的装置放置在有光亮的地方，让混合气体缓慢地反应一段时间。(1)假设甲烷与氯气反应充分，且只产生一种有机物，请写出化学方程式____________________________，该反应的反应类型是________。(2)经过几个小时的反应后，U形管右端的水柱变化是________。A．升高B．降低C．不变D．无法确定(3)若水中含有Na2SiO3，则在U形管左端会观察到________________________________________________________________________。(4)若把1体积CH4和4体积Cl2组成的混合气体充入大试管中，将此试管倒立在盛有饱和食盐水的水槽里，放在光亮处，试推测可观察到的现象是________。①黄绿色逐渐消失②试管壁上有黄色油珠出现③水位在试管内上升到一定高度④水槽内有少量晶体析出⑤液面上有白雾A．①③B．①②③C．①②③④⑤D．①②④⑤(5)将1molCH4和一定物质的量的Cl2混合均匀，以漫射光照射使CH4与Cl2发生取代反应。反应后CH4与Cl2均无剩余，且生成了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，则参加反应的Cl2的物质的量是________。素养训练[训练1]烷烃与氯气的取代反应属于常见的自由基反应，其中甲烷与氯气反应的部分历程如下：①引发：Cl2→Cl·＋Cl·等；②链反应：Cl·＋CH4→CH3·＋HCl，CH3·＋Cl2→Cl·＋CH3Cl等；③终止：Cl·＋Cl·→Cl2，Cl·＋CH3·→CH3Cl等以下说法错误的是()A．引发时可以通过热辐射、光照等条件B．链反应可以反复进行C．反应产物只有四种D．产物中可能出现CH3CH3提升点二烃燃烧的规律和应用1.烃的燃烧规律(1)烃类(CxHy)完全燃烧的化学方程式：CxHy＋(x＋y4)O2点燃xCO2＋y2(2)烃完全燃烧的三个规律①等物质的量的烃(CxHy)完全燃烧时，x＋y4的值越大，耗氧量越多。其中x值越大，生成的CO2越多；y②等质量的烃(CxHy)完全燃烧，烃(CxHy)燃烧可看作烃中的C和H分别与氧结合。其关系式为C＋O2～CO24H＋O2～2H2O12g32g4g32g由上面关系可知，等质量的烃的耗氧量的大小取决于yx，yx的值越大，则H③最简式(实验式)相同的有机物不论以何种比例混合，只要混合物的总质量一定，则完全燃烧时生成的CO2的量一定，生成的H2O的量一定，耗氧量也一定。④不同的有机物完全燃烧时，若生成的CO2和H2O的物质的量之比相同，则它们分子中C原子与H原子的原子个数比也相同。2．同温同压下，气态烃(CxHy)完全燃烧前后气体体积变化规律(1)燃烧后温度高于100℃时，水为气态，则烃CxHy(g)＋(x＋y4)O2(g)点燃xCO2(g)＋y2H21x＋y4xy2故反应前后气体体积的变化ΔV仅与氢原子数y有关。(2)燃烧后温度低于100℃时，水为液态，反应后气体变化ΔV(V后－V前)＝－(1＋y4)互动探究问题1甲烷燃烧实验现象是什么？与苯燃烧实验现象有什么区别？问题2等质量的甲烷、乙烯、苯燃烧，消耗的氧气的量最多的是哪种有机物？典例示范[典例2]现有CH4、C2H4、C2H6、C3H6、C3H8五种有机物。(1)等质量的以上物质中，在相同状况下体积最大的是____________；(2)等质量的以上物质完全燃烧时，消耗O2的量最多的是____________；(3)同状况、等体积、等物质的量的以上物质完全燃烧时，消耗O2的量最多的是____________；(4)等质量的以上物质完全燃烧时，生成的CO2最多的是________，生成水最多的是________。素养训练[训练2](双选)一定条件下，两种气态烃的混合物共1mol，在空气中完全燃烧生成1.5molCO2和2mol水蒸气。关于该混合物的说法正确的是()A．一定有甲烷B．一定有乙烷C．一定含有甲烷，可能含有乙烯D．可能是甲烷和丙烷的混合物·课堂总结·知识导图误区警示1.相同状况下，等质量的烷烃，含氢元素的质量分数越大，燃烧时消耗氧气的物质的量越多。2．烷烃与氯气发生取代反应时，其氯代产物种类繁杂，一氯代物可按等效氢的数目计算；二氯代物可按位置异构的方法书写计算。3．在光照条件下，烷烃只能与卤素单质发生取代反应，不能与卤素单质的水溶液反应。4．烷烃与卤素单质的取代反应是逐步进行的，不会停留在第一步。如氯乙烷会继续与氯气反应生成多种多氯代烷，故一卤代烷通常不用烷烃与卤素单质反应来制取。随堂检测·强化落实——基础知能练到位1．下列说法错误的是()A．甲烷和乙烷具有相似的化学性质B．丙烷分子中的所有碳原子不在一条直线上C．用酸性KMnO4溶液可鉴别甲烷和氢气D．通常烷烃的熔、沸点随分子中碳原子数的增加而升高2．已知①丙烷②正丁烷③异丁烷④2-甲基丁烷⑤己烷，上述物质的沸点按由低到高的顺序排列的是()A．①③②④⑤B．⑤④③②①C．①②③④⑤D．⑤①②④③3．下列烷烃在光照下与氯气反应，一氯代物只有一种的是()4．125℃时，1L某气态烃在9L氧气中充分燃烧反应后的混合气体体积仍为10L(相同条件下)，则该烃可能是()A．C2H6B．C2H4C．C2H2D．C6H65．家庭使用的天然气主要成分是甲烷，液化石油气中含丙烷。(1)将等物质的量的甲烷和氯气混合后，在漫射光的照射下充分反应，所得产物中物质的量最大的是________(写化学式，下同)；在所有生成物中，和甲烷分子一样具有正四面体结构的物质是________。(2)丙烷燃烧的化学方程式为________________。第1课时烷烃及其性质必备知识[知识点]1．碳碳单键链状氢原子2．(1)气态升高增大(2)不溶于小于3．强酸、强碱及强氧化剂和还原剂等(1)①CH3CH3＋Cl2hνCH3CH2Cl＋HCl②碳氢键(2)CnH2n＋2＋3n+12O2点燃nCO2＋(n＋[学思用]1．答案：(1)×(2)×(3)√(4)×(5)√2．解析：烷烃是链烃，不是环烃，A项错误；该烷烃与正十六烷的分子式相同，而结构不同，互为同分异构体，B项正确；该烷烃分子中碳原子数比较多，常温下不是气体，C项错误；该烷烃分子中无碳碳不饱和键，不能使酸性KMnO4溶液褪色，D项错误。答案：B关键能力提升点一[互动探究]问题1：提示：不属于烷烃，氯乙烷中除含有碳、氢元素外，还含有氯元素，属于烃的衍生物。问题2：提示：(1)乙烷和氯气发生取代反应得到一氯乙烷到六氯乙烷及HCl的混合物。方案不可行。(2)乙烯和氯化氢发生加成反应得到纯净的一氯乙烷，方案可行。[典例1]解析：CH4和Cl2在光照条件下生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl，为取代反应，随着反应的进行，Cl2不断消耗，黄绿色逐渐消失，生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4常温下均为无色油状液体且HCl易溶于水，增大了溶液中氯离子的浓度，使氯化钠晶体析出。反应后试管内气体压强减小，液面在试管内上升。HCl溶于水后与Na2SiO3反应生成白色絮状沉淀。因为CH4与Cl2发生取代反应生成的4种取代产物中的碳原子均来自CH4，由碳原子守恒可知，1molCH4共生成1mol取代产物，且关系满足n(CH3Cl)∶n(CH2Cl2)∶n(CHCl3)∶n(CCl4)＝1∶2∶3∶4，则生成的四种产物的物质的量分别为0.1mol、0.2mol、0.3mol、0.4mol。由于CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4分子中的氯原子均来自Cl2，由CH4和Cl2反应的方程式知有机物中含有氯原子的物质的量：0.1mol＋0.2mol×2＋0.3mol×3＋0.4mol×4＝3mol，故消耗的n(Cl2)＝3mol。答案：(1)CH4＋4Cl2光CCl4＋4HCl取代反应(2)B(3)有白色絮状沉淀生成(4)C[训练1]解析：烷烃发生卤代反应的条件一般为光照，引发时可以通过热辐射、光照等条件，故A正确；依据反应历程可知Cl·在链反应中既有消耗又有生成，所以链反应可以反复进行，故B正确；甲烷与氯气反应可以生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳，依据题给反应历程可知生成物还有HCl等，反应产物不止四种，故C错误；两个·CH3可以结合生成CH3CH3，所以产物中可能出现CH3CH3，故D正确。答案：C提升点二[互动探究]问题1：提示：纯净的甲烷在空气中燃烧，火焰呈淡蓝色。苯燃烧时有明亮的火焰，并伴有浓烈的黑烟，苯中碳的质量分数大，不完全燃烧，所以产生浓烟。问题2：提示：甲烷消耗的氧气的量最多。设甲烷、乙烯、苯的质量为mg，则甲烷消耗的氧气的量为n(O2)＝m16×2mol，乙烯消耗的氧气的量为n(O2)＝m28×3mol，苯消耗的氧气的量为n(O2)＝m[典例2]解析：V＝Vm·mM，等质量时，气体体积与气体的摩尔质量成反比，所以等质量的五种气体，在相同状况下，CH4的体积最大。对于等质量的烃CxHy，完全燃烧时耗氧量的多少取决于yx的大小，yx越大，耗氧量越多，生成的H2O物质的量越大，CO2的物质的量越小。同状况、等体积、等物质的量的烃CxHy完全燃烧，耗氧量取决于(x＋答案：(1)CH4(2)CH4(3)C3H8(4)C2H4、C3H6CH4[训练2]解析：设混合烃的平均分子式为CxHy，则有CxHy＋(x＋y4)O2点燃xCO2＋y1xy1mol1.5mol2mol列式解得x＝1.5，y＝4。即混合烃的平均分子式为C1.5H4，则其中一定含有CH4，且另一种必须是含有4个H的烃。答案：AC随堂检测1．解析：甲烷与乙烷都是烷烃，互为同系物，具有相似的结构，化学性质相似，故A正确；甲烷是正四面体结构，则甲烷分子中