高中 化学 必修 第二册 第七章 有机化合物《第一节 第3课时 烷烃的性质》教学设计

第3课时烷烃的性质[学习目标]1.了解烷烃的主要物理性质和化学性质。2.熟练掌握甲烷的主要性质。3.认识取代反应的概念及特点。任务一烷烃的性质1．烷烃的物理性质相似性递变性(随着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续表相似性递变性(随着分子中碳原子数增加)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.烷烃的化学性质(1)稳定性：通常情况下，烷烃与强酸、强碱或高锰酸钾等强氧化剂都不反应。(2)可燃性：烷烃都能燃烧。CH4燃烧方程式：CH4＋2O2eq\o(→,\s\up7(点燃))CO2＋2H2O。C3H8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)高温分解：烷烃在较高温度下会发生分解，如CH4隔绝空气加热至1000℃时，可分解为炭黑和氢气，化学方程式为CH4eq\o(→,\s\up7(高温))C＋2H2。(4)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。CH4和Cl2发生取代反应，生成物除CH3Cl和HCl外，还有CH2Cl2、CHCl3、CCl4。[交流研讨]有①甲烷、②乙烷、③丙烷、④丁烷4种烷烃，试回答下列问题：(1)请写出丁烷在足量的氧气中充分燃烧的化学方程式：_______________________________________________________________________________________________。(2)相同状况下，等体积的上述气态烃完全燃烧，消耗O2的量最多的是________(填序号，下同)。(3)等质量的上述气态烃，在完全燃烧时，消耗O2的量最多的是________。(4)10mL某气态烃，在50mLO2中完全燃烧，得到液态水和体积为35mL的混合气体(所有气体体积均在同温、同压下测定)，该气态烃是________。提示：(1)2C4H10＋13O2eq\o(→,\s\up7(点燃))8CO2＋10H2O(2)④(3)①(4)②eq\a\vs4\al()气态烃完全燃烧的化学方程式通式CxHy＋(x＋eq\f(y,4))O2eq\o(→,\s\up7(点燃))xCO2＋eq\f(y,2)H2O1．下列关于甲烷及烷烃的结构及性质的说法错误的是()A．烷烃均难溶于水，相对密度均小于1B．烷烃不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，因此，烷烃不能发生氧化反应C．物质的沸点：正戊烷>异戊烷>正丁烷>丙烷D．甲烷分子中的4个C—H键的长度相同，相互之间的夹角相等，所以甲烷的空间结构为正四面体答案：B解析：A.烃类由C、H两种元素组成，密度均小于水，而烷烃均难溶于水，相对密度均小于1，故A正确；B.烷烃可以燃烧，能发生氧化反应，故B错误；C．碳原子数越多，沸点越高，相同碳原子数的烷烃，支链越多，沸点越低，正戊烷、异戊烷均含5个碳原子，且支链越多，沸点越低，则沸点：正戊烷>异戊烷，正丁烷含4个碳原子，丙烷含3个碳原子，沸点：正丁烷>丙烷，沸点：正戊烷>异戊烷>正丁烷>丙烷，故C正确；D.甲烷分子中的4个C—H键的长度相同，相互之间的夹角相等，甲烷的空间结构为正四面体，故D正确；故选B。2．下列有关丙烷的叙述正确的是()A．丙烷的分子式是C3H6B．丙烷分子中的碳原子在一条直线上C．丙烷在光照条件下能够与氯气发生取代反应D．丙烷的沸点比乙烷低答案：C解析：A.烷烃的通式为CnH2n＋2，丙烷中的碳原子数是3，所以丙烷的分子式为C3H8，选项A错误；B.甲烷是正四面体结构，所有的原子都不在一条直线上，丙烷相当于甲烷中的两个氢原子被两个甲基取代，所以丙烷分子中的碳原子不在一条直线上，选项B错误；C．烷烃能和氯气发生取代反应生成氯代烃，所以丙烷在光照条件下能够发生取代反应，选项C正确；D.烷烃的物理性质随着分子中碳原子数的递增呈规律性变化，沸点逐渐升高，丙烷的碳原子数大于乙烷的碳原子数，所以丙烷的沸点大于乙烷的沸点，选项D错误；答案选C。3．两种气态烃的混合物共1L，在空气中完全燃烧生成1.5LCO2气体和2L水蒸气(均在120℃下测定)，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，不一定含有乙烷D．可能是甲烷和丙烷的混合物答案：A解析：由1L气态烃的混合物在空气中完全燃烧得到1.5L二氧化碳和2L水蒸气可知，烃的平均分子式为C1.5H4，烃分子中碳原子小于1.5的烃只能为甲烷，则混合物中一定含有甲烷，由甲烷的氢原子个数为4可知，另一个烃分子的氢原子个数也为4，所以混合物中一定含有甲烷，一定不含有乙烷或丙烷，故选A。任务二烷烃的典型性质——取代反应1．实验探究(以CH4与Cl2的反应为例)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，试管中有少量白雾，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需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(一氯代物)＋HCl；CH3Cl＋Cl2eq\o(→,\s\up7(光))CH2Cl2(二氯代物)＋HCl；CH2Cl2＋Cl2eq\o(→,\s\up7(光))CHCl3(三氯代物)＋HCl；CHCl3＋Cl2eq\o(→,\s\up7(光))CCl4(四氯代物)＋HCl产物性质水溶性：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4均不溶于水。状态：常温下除CH3Cl是气体，其余三种均为液体数量关系每取代1mol氢原子，消耗1molCl2，生成1molHCl2.烷烃的取代反应(1)反应条件为光照(室温或阴暗处不反应)。(2)烷烃和卤素的气态单质反应，溶液不反应(例如甲烷和溴水、溴的CCl4溶液不反应)。(3)反应一旦发生，不会停留在某一步，即使氯气不足量，产物依然是五种物质的混合物。(4)“一上一下，取而代之”，用一个卤素原子代替一个氢原子，下来的氢原子与卤素原子形成卤化氢。(5)有机物参加的反应往往比较复杂，有副产物生成，因此有机方程式中用箭头而不用等号。[交流研讨]若1mol甲烷和Cl2发生取代反应，生成相同物质的量的4种有机物，则需要Cl2的物质的量是多少？提示：CH4和Cl2发生取代反应生成4种取代产物CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4，根据碳原子守恒，4种取代产物的物质的量分别为0.25mol，根据取代反应特点，CH4分子中1个氢原子被取代时消耗1个Cl2分子，则需要Cl2的物质的量等于被取代的氢原子的物质的量，即：0.25mol×(1＋2＋3＋4)＝2.5mol。3．有机物的性质(1)物理性质：与无机物相比，大多数有机物的熔点比较低，难溶于水，易溶于汽油、乙醇、苯等有机溶剂。(2)化学性质：大多数有机物容易燃烧，受热会发生分解；有机物的化学反应比较复杂，常伴有副反应发生(有机化学方程式常用“→”连接反应物和生成物)，很多反应需要在加热、光照或使用催化剂的条件下进行。1．下列反应属于取代反应的是()A．2HI＋Cl2=2HCl＋I2B．CH4＋2O2eq\o(→,\s\up7(点燃))CO2＋2H2OC．Zn＋CuSO4=ZnSO4＋CuD．CH2Br2＋Cl2eq\o(→,\s\up7(一定条件))CHClBr2＋HCl答案：D解析：A.该反应属于置换反应，A错误；B.该反应是燃烧反应，属于氧化反应，B错误；C．该反应属于置换反应，C错误；D.该反应中CH2Br2中的氢原子被氯原子取代，属于取代反应，D正确；故选D。2．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∶1混合时只生成CH3ClB．甲烷与氯气反应的产物中CH3Cl的量最多C．甲烷与氯气的取代反应的产物为混合物D．1mol甲烷参加反应生成CCl4最多消耗2mol氯气答案：C解析：A.甲烷与氯气以物质的量之比为1∶1混合时，生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4等有机物，故A错误；B.甲烷与氯气反应的产物中HCl的量最多，故B错误；C．甲烷与氯气的取代反应的产物为CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl的混合物，故C正确；D.每取代1mol氢原子，消耗1molCl2，生成1molHCl，所以1mol甲烷参加反应生成CCl4最多消耗4mol氯气，故D错误；选C。1．在光照条件下，甲烷与Cl2充分反应，得到的生成物中物质的量最多的物质是()A．CH3Cl B．CH2Cl2C．CCl4 D．HCl答案：D解析：设甲烷的物质的量都是1mol，1mol甲烷和氯气在光照条件下发生反应，生成有机物有CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4，根据碳原子守恒知，生成的各种氯代烃的物质的量都小于1mol，但生成的氯化氢的物质的量大于1mol，所以生成物的物质的量最多的是HCl。故选D。2．在一定条件下，下列物质可与甲烷发生反应的是()A．Cl2 B．浓硫酸C．氢氧化钠溶液 D．酸性高锰酸钾溶液答案：A解析：A.Cl2和甲烷在光照条件下发生取代反应，A项符合题意；B.甲烷化学性质较稳定，不能与浓硫酸反应，B项不符合题意；C．甲烷不能与碱反应，C项不符合题意；D.甲烷化学性质较稳定，不能与酸性高锰酸钾反应，D项不符合题意；故答案选A。3．下列性质不是烷烃所具有的是()A．常温下都为气态，都不溶于水B．完全燃烧时产物只有CO2和H2OC．通常不与强酸、强碱及酸性高锰酸钾反应D．与卤素单质可以发生取代反应答案：A解析：常温下，碳原子数较多时，烷烃可能为液态或固态。4．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)＝eq\f(100mL,20mL)＝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。5．某课外活动小组利用如图所示装置探究CH4和Cl2的反应，据题意，回答下列问题：(1)CH4和Cl2发生反应的条件是________，若用日光直射，可能会引起________，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：__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)若题目中甲烷与氯气的体积比为1∶1，则得到的产物为________(填字母)。A．CH3ClHClB．CCl4HClC．CH3ClCH2Cl2D．CH3ClCH2Cl2CHCl3CCl4HCl(3)经过几个小时的反应后，U形管右端的水柱变化是________(填字母)。A．升高 B．降低C．不变 D．无法确定(4)若水中含有Na2SiO3，则在U形管左端会观察到____________________。(5)右端玻璃管的作用是____________________________________________________________________________________________________________________________。答案：(1)漫射光爆炸CH4＋4Cl2eq\o(→,\s\up7(光照))CCl4＋4HCl(2)D(3)B(4)有白色胶状沉淀生成(5)平衡气压解析：(1)因Cl2足量，若充分反应，则CH4中的四个H原子可完全被取代，生成CCl4和HCl，即化学方程式为CH4＋4Cl2eq\o(→,\s\up7(光照))CCl4＋4HCl。(2)甲烷与氯气的取代反应，是四步反应同时发生，故得到四种氯代产物和HCl。(3)甲烷和氯气在光照的条件下发生取代反应，U形管左端生成的氯化氢气体易溶于水，压强减小，U形管右端液面下降，左端液面上升。(4)因左端生成HCl溶于水后发生反应2HCl＋Na2SiO3=H2SiO3↓＋2NaCl，所以观察到有白色胶状沉淀生成。(5)为了平衡气压，在U形管右端插一个玻璃管。课时测评16烷烃的性质)(本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！)题点一烷烃的性质1．(2023·四川南充高级中学高一校考)下列物质：①正丁烷、②异丁烷、③正戊烷、④四氯化碳，其沸点排列顺序正确的是()A．③>①>②>④ B．④>③>②>①C．④>③>①>② D．②>①>④>③答案：C解析：由烷烃中碳原子个数越多，沸点越高，则沸点：丁烷＜戊烷，同分异构体中支链越多，沸点越低，所以沸点：正戊烷＞正丁烷＞异丁烷；四氯化碳常温下为液体，相对分子质量最大，分子间作用力最大，故其沸点最高，综上所述沸点高低的顺序为④＞③＞①＞②。2．(2024·广州十六中高一期中)下列关于CH4叙述中正确的是()A．能使酸性高锰酸钾溶液褪色B．所有的原子共平面C．一定条件下可以与氯气发生取代反应D．是烷烃中碳元素含量最高的答案：C解析：A.CH4均为单键，化学性质较稳定，不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，A错误；B.CH4是正四面体结构，所有的原子一定不共平面，B错误；C．CH4与氯气在光照条件下能发生取代反应，C正确；D.CH4是烷烃中氢元素含量最高，含碳量最低的，D错误。3．下列有关丙烷的说法错误的是()A．丙烷的结构简式为CH3CH2CH3B．丙烷在光照条件下能与Cl2发生取代反应C．等质量的丙烷和甲烷完全燃烧，丙烷的耗氧量更少D．丙烷燃烧时将化学能完全转化为热能答案：D解析：A.丙烷的结构简式为CH3CH2CH3，故A正确；B.丙烷中的氢原子在光照条件下能与Cl2发生取代反应，故B正确；C．烷烃中H元素的质量分数越大，等质量的烷烃完全燃烧时消耗氧气越多，所有烷烃中甲烷的含氢量最高，所以相同质量的烷烃完全燃烧时，甲烷的耗氧量最高，故等质量的丙烷和甲烷完全燃烧，丙烷的耗氧量更少，故C正确；D.丙烷燃烧时将化学能转化为光能和热能，故D错误。4．(2023·山西运城高一统考)关于烷烃的结构和性质下列说法不正确的是()A．甲烷的二氯代物只有一种结构证明甲烷是正四面体结构B．甲烷易燃易爆，点燃前必须要验纯C．甲烷和氯气物质的量之比为1∶1混合，发生取代反应只生成一氯甲烷D．烷烃性质稳定，均不能使酸性高锰酸钾溶液褪色答案：C解析：A.甲烷若为平面结构，则其二氯代物有2种不同结构，甲烷的二氯代物只有一种可证明甲烷为正四面体结构，A正确；B.点燃甲烷和空气的混合气体易发生爆炸，故在点燃甲烷前，先进行验纯操作，B正确；C．甲烷与氯气的物质的量之比为1∶1混合，发生取代反应生成物有CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl，C错误；D.烷烃性质稳定，不能与强酸强碱反应，也不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，D正确。5．在常温、常压下，取下列四种气态烷烃各1mol，分别在足量的氧气中燃烧，消耗氧气最多的是()A．CH4 B．C3H8C．C4H10 D．C2H6答案：C解析：设气态链状烷烃的分子式为CnH2n＋2，其完全燃烧的化学方程式为CnH2n＋2＋eq\f(3n＋1,2)O2eq\o(→,\s\up7(点燃))nCO2＋(n＋1)H2O，则1mol该烃完全燃烧时耗氧量为eq\f(3n＋1,2)mol，将选项分别代入，比较可知C4H10耗氧量最多。题点二取代反应的理解与实验探究6．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．②③ B．①③C．②④ D．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。7．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．生成物只有CCl4、HClB．瓶中气体的黄绿色逐渐变浅，瓶内壁有油状液滴形成C．该反应类型为取代反应D．产物中只有四氯化碳分子是正四面体结构答案：A解析：不管甲烷与氯气的体积比如何，甲烷的四步取代反应都发生，随着反应的进行，c(Cl2)不断减小，气体的颜色不断变浅；产物中，CH3Cl、HCl为气体，其他为液体，液体呈油状，附着在集气瓶内壁上。A.甲烷发生取代反应，四步反应都发生，所以生成物有CCl4、HCl、CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3，A错误；B.随着反应的进行，c(Cl2)不断减小，瓶中气体的黄绿色逐渐变浅，反应生成的CCl4、CH2Cl2、CHCl3呈液态，附着在瓶内壁上，所以有油状液滴形成，B正确；C．甲烷与氯气的反应中，四步反应类型都为取代反应，C正确；D.产物中，CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3呈四面体结构，但不是正四面体结构，只有四氯化碳分子是正四面体结构，D正确；故选A。8．下列烷烃在光照下与氯气发生取代反应，生成的一氯代物只有一种的是()A．CH3CH2CH2CH3 B．CH3CH(CH3)2C．CH3C(CH3)3 D．(CH3)2CHCH2CH3答案：C解析：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。9．下列各组有机物中，其一氯代物的数目不相等的是()A．正戊烷和正己烷B．新戊烷和C．环戊烷()和乙烷D．丙烷和答案：B解析：正戊烷、正己烷有3种等效的H原子，其一氯代物有3种，A项不符合题意；新戊烷中所有H原子等效，其一氯代物只有1种；有2种等效H原子，其一氯代物有2种，B项符合题意；环戊烷、乙烷中所有H原子等效，其一氯代物均只有1种，C项不符合题意；丙烷及均有2种等效H原子，其一氯代物有2种，D项不符合题意。10．(2024·石家庄高一期末)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)。下列说法错误的是()A．该反应为取代反应，生成物中HCl的物质的量分数最大B．此方法不能制得纯净的一氯甲烷C．试管内液面缓缓上升，是由于反应生成的HCl极易溶于水，且生成的有机产物常温下均为液态，使试管内压强减小D．反应结束后，向饱和食盐水中滴加紫色石蕊溶液，溶液呈红色答案：C解析：甲烷和氯气在光照条件下发生取代反应，生成HCl、CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4，其中HCl和CH3Cl为气态，其余为液态。A.甲烷和氯气在光照条件下发生取代反应，生成物中HCl的物质的量分数最大，A正确；B.该反应为连锁反应，一旦发生会生成多种物质，不会得到纯净的一氯甲烷，B正确；C．产物CH3Cl为气态，CH2Cl2、CHCl3和CCl4为油状液体，且密度大于水，C错误；D.该反应会有HCl生成，滴加紫色石蕊溶液，溶液呈红色，D正确；故答案选C。11．分子中含有2～5个碳原子的直链烷烃沸点和燃烧热的数据如下表：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-1)1560.72219.22877.63535.6燃烧热：25℃、101kPa时，1mol纯物质完全燃烧，生成指定产物所放出的热量，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。12．1mol某烷烃在氧气中充分燃烧。需要消耗氧气246.4L(标准状况)，它在光照条件下与Cl2反应，生成4种不同的一氯代物。该烷烃的结构简式是()答案：A解析：由题意知，该有机物充分燃烧消耗O2物质的量n(O2)＝eq\f(246.4L,22.4L/mol)＝11mol，由烷烃燃烧通式CnH2n＋2＋eq\f(3n＋1,2)O2eq\o(→,\s\up7(点燃))nCO2＋(n＋1)H2O，得eq\f(3n＋1,2)＝11，解得n＝7，即该烷烃中有7个碳，即C7H16，它在光照条件下与Cl2反应，生成4种不同的一氯代物，即该有机物含4种氢原子，故A符合题意。13．(2024·辽宁抚顺高一期中)异辛烷在内燃机的汽缸里燃烧时抗震性较好，是优良的发动机燃料，异辛烷的球棍模型如图所示。下列说法正确的是()A．异辛烷的分子式为C7H16B．异辛烷中所有的碳原子共平面C．异辛烷与环己烷互为同系物D．异辛烷可以发生取代反应和氧化反应答案：D解析：由题给球棍模型图可知，异辛烷的分子式为C8H18，A错误；异辛烷中的碳原子都是饱和碳原子，所有的碳原子不可能共平面，B错误；异辛烷与环己烷结构不相似，不互为同系物，C错误。14．烷烃是重要的化工原料和能源物资。(1)某课外活动小组利用如图所示装置探究甲烷和氯气的反应：①实验中可观察到的现象有________(填字母)。A．试管内液面上升，最终充满试管B．试管内气体颜色逐渐变深C．试管内壁出现油状液滴D．试管内有少量白雾生成②用饱和食盐水而不用水的原因是__________________________________________________________________________________________________________________。③请写出生成一氯甲烷的化学方程式：______________________________________________________________________________________________________________。(2)某链状烷烃的相对分子质量为114，该烷烃的分子式为________。(3)有机物C2H6O、C2H5Cl、C