新教材适用2024-2025学年高中化学第7章有机化合物第1节认识有机化合物第3课时烷烃的性质学案新人教版必修第二册

第3课时烷烃的性质学习目标1．相识甲烷的结构及其主要性质和应用。2．了解有机化合物的性质特点。核心素养1．能从原子、分子水平分析烷烃及其反应的微观特征。2．能从烷烃的微观结构说明化学性质的相像性和物理性质的递变性。3．能识记烷烃的物理性质、化学性质。4．能有较强的问题意识。依据已有烷烃的性质，独立完成试验探究。5．能用简洁试验探究烷烃取代反应的条件和反应方程式。6．能依据教材给出的问题，设计简洁的试验方案。一、烷烃的物理性质及可燃性1．烷烃的存在自然气、沼气和煤层气的主要成分均为_甲烷__，“凡士林”、石蜡、汽油、煤油的主要成分是含碳原子数较多的_烷烃__。2．烷烃的物理性质相像性递变性(随分子中碳原子数的增加)熔、沸点较低渐渐_上升__密度比水_小__渐渐_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__3.烷烃的稳定性及可燃性(1)稳定性：通常状况下，烷烃比较稳定，与_强酸__、_强碱__或高锰酸钾等_强氧化剂__不发生反应。(2)可燃性：烷烃可以在空气中完全燃烧，发生_氧化__反应，生成CO2和H2O。CH4燃烧的化学方程式：CH4＋2O2CO2＋2H2O。C3H8燃烧的化学方程式：C3H8＋5O23CO2＋4H2O。链状烷烃燃烧通式：CnH2n＋2＋eq\f(3n＋1,2)O2nCO2＋(n＋1)H2O。(3)分解反应：烷烃在_较高温度__下会发生分解。正|误|判|断(1)常温常压下，CH4、C2H6和C3H8为气体，C4H10、C6H14呈液态。(×)(2)在通常条件下，烷烃和硫酸、氢氧化钠不反应，和酸性KMnO4溶液也不反应。(√)(3)在做甲烷、乙烷燃烧试验前，气体肯定要验纯。(√)(4)运用自然气(主要成分为CH4)的燃气灶，改用液化石油气(主要成分为C4H10)，应增大进气量或减小进风量。(×)(5)烷烃都能燃烧，且完全燃烧的产物肯定是CO2和H2O。(√)深|度|思|考1.在空气中含甲烷5%～15%，氧气中含甲烷5.4%～59.2%时，遇火花将发生爆炸，煤矿中的爆炸事故多数是甲烷气体爆炸引发的。煤矿工人在矿井采矿时，应当实行哪些措施？提示：刚好通风、严禁烟火、刚好检测甲烷浓度等。2．碳原子个数相同的烷烃，其沸点也肯定相同吗？提示：当碳原子数相同时，一般支链越多，沸点越低。如沸点：正戊烷>异戊烷>新戊烷。应|用|体|验1.依据以下数据推断丙烷的沸点可能是(A)物质甲烷乙烷丁烷戊烷沸点－164℃－89℃－1℃＋36℃A．约－40℃B．低于－164℃C．低于－89℃D．高于＋36℃解析：烷烃随分子中碳原子数的增加，熔、沸点渐渐上升，丙烷的沸点介于乙烷和丁烷之间。2．标准状况下，0.1mol某链状烷烃完全燃烧生成11.2LCO2。(1)写出该链状烷烃的分子式：_C5H12__。(2)写出该链状烷烃燃烧的化学方程式：C5H12＋8O25CO2＋6H2O。(3)该链状烷烃的同分异构体有多种，写出分子中含有4个甲基(—CH3)的结构简式：。二、烷烃的典型性质——取代反应1．烷烃的取代反应试验探究(以CH4与Cl2的反应为例)试验操作试验现象A装置：试管内气体颜色渐渐_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__试验结论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＋Cl2_CH3Cl(一氯甲烷)＋HCl__；CH3Cl＋Cl2_CH2Cl2(二氯甲烷)＋HCl__；CH2Cl2＋Cl2_CHCl3(三氯甲烷或氯仿)＋HCl__；CHCl3＋Cl2_CCl4(四氯甲烷或四氯化碳)＋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.取代反应(1)概念：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。(2)特点①烷烃的取代反应是一种连锁反应，不会停留在某一步，因此产物一般为_混合物__。②烷烃分子中1mol氢原子被取代，消耗_1_mol__卤素单质，同时生成1mol卤化氢，1molCnH2n＋2与Cl2发生取代反应，最多消耗卤素单质为_2n＋2__mol。③烷烃中有几种不同化学环境的氢就可以生成几种一氯代物。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：大多数有机物简洁燃烧，受热会发生分解；有机物的化学反应比较困难，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)，许多反应须要在加热、光照或运用催化剂的条件下进行。正|误|判|断(1)乙烷、丁烷等烷烃和氯水也可以发生取代反应。(×)(2)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。(×)(3)CH4和Cl2发生取代反应时，每生成1molHCl，则有1molCl2参与反应。(√)(4)CH4分子为正四面体结构，因此其生成物CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4都为正四面体结构。(×)(5)CH4和Cl2发生取代反应的产物中，CH3Cl的含量最多。(×)深|度|思|考1.(1)Cl2与CH4反应生成了哪些产物？物质的量最多的是哪种产物？有机产物中哪种产物常温下是气体？(2)能否用CH4和Cl2按1∶1的体积比混合来制取纯净的CH3Cl？为什么？提示：(1)五种产物，有CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl。HCl的物质的量最多。CH3Cl在常温下是气体。(2)不能。CH4和Cl2的反应是连锁反应，不行能只发生第一步取代反应，生成物为混合物，即CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4四种有机物与氯化氢形成的混合物，CH3Cl的产率低，因此不能用CH4和Cl2按1∶1的体积比混合来制取纯净的CH3Cl。2．丙烷与Cl2发生取代反应，可生成几种一氯丙烷？写出其结构简式。提示：2种；CH3CH2CH2Cl、CH3CHCH3Cl。应|用|体|验1.(2024·青岛高一检测)下列化学反应中不属于取代反应的是(C)A．CH3CH2Cl＋Cl2CH3CHCl2＋HClB．CH3OH＋HClCH3Cl＋H2OC．2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑D．CH3—CH2—Br＋NaOHeq\o(→,\s\up7(水),\s\do5(△))CH3—CH2—OH＋NaBr解析：取代反应是指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。C项中的反应为置换反应，不是有机反应，更不是取代反应。2．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视。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：CH4＋4Cl2CCl4＋4HCl。(2)若题目中甲烷与氯气的体积比为1∶1，则得到的产物为_D__(填字母，下同)。A．CH3Cl、HClB．CCl4、HClC．CH3Cl、CH2Cl2D．CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl(3)经过几个小时的反应后，U形管右侧水柱的变更是_B__。A．上升 B．降低C．不变 D．无法确定解析：(1)因Cl2足量，若充分反应，则CH4中的4个氢原子可完全被取代，生成CCl4和HCl，CH4＋4Cl2CCl4＋4HCl。(2)甲烷与氯气的取代反应是一种连锁反应，第一步反应一旦起先，后续反应马上进行，因此四步反应均可发生，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形管左侧生成的氯化氢气体易溶于水，生成的4种氯代物中，除CH3Cl外其他三种均为液体，气体压强减小，U形管右侧液面下降，左侧液面上升。1．烷烃与氯气的取代反应要点归纳(以甲烷为例)反应物甲烷与氯气(不能用氯水)反应条件漫射光照耀(不用太阳光直射，以防爆炸)生成物甲烷与氯气反应生成四种有机产物：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和无机物HCl，其中HCl的产量最多反应特点连锁反应甲烷中的氢原子被氯原子逐步取代，各步反应同时进行，即第一步反应一旦起先，后续反应马上进行数量关系每取代1mol氢原子，消耗1molCl2，生成1molHCl2.烷烃取代反应的连续性及化学方程式的书写(1)在光照条件下，烷烃与Cl2、Br2等卤素单质的气体都可以发生取代反应，生成多种卤代产物和相应的卤化氢气体。CnH2n＋2＋X2CnH2n＋1X＋HX，CnH2n＋1X可与X2接着发生取代反应。(2)取代反应的特点是“一下一上，有出有进”，类似无机反应中的复分解反应，留意在书写化学方程式时，防止漏写产物中的小分子。3．取代反应的几点理解(1)烷烃在光照条件下只能与纯净的卤素单质发生取代反应，而不能与卤素单质的水溶液反应。(2)取代反应和置换反应不同，取代反应是一种化合物和另一种化合物或单质反应，一般生成两种新化合物；置换反应是一种单质与一种化合物反应，生成另一种单质和另一种化合物。1．液化石油气中含有丁烷，在运输、储存、运用过程中肯定要留意平安。丁烷中碳原子成键特点与CH4中碳原子相像，性质相像。下列有关丁烷的叙述不正确的是(D)A．丁烷沸点高于甲烷B．丁烷与甲烷是同系物C．常温常压下丁烷是没有颜色、没有气味的气体D．丁烷极易溶于水解析：烷烃均难溶于水，常温常压下1－4个碳的烃均为无色、无味的气体，甲烷、丁烷均为烷烃，属同系物，烷烃中所含碳原子数越多，熔沸点越高，故选D。2．试验室中用如图所示的装置进行甲烷与氯气在光照下反应的试验。光照下反应一段时间后，下列装置示意图中能正确反映试验现象的是(D)解析：在光照条件下氯气与甲烷发生取代反应生成氯化氢和四种氯代烃，氯化氢易溶于水，所以液面会上升。但氯代烃是不溶于水的气体或油状液体，所以最终水不会充溢试管，D正确。3．下列关于有机物的叙述不正确的是(C)A．二氯甲烷在光照条件下能和Cl2发生取代反应B．烷烃不能与氯水发生取代反应C．有机物均难溶于水D．有机物的反应经常伴有副反应发生解析：A项，二氯甲烷中含有氢原子，是甲烷被部分取代的产物，在光照条件下能和Cl2接着发生取代反应，正确；B项，烷烃和氯气在光照条件下发生取代反应，与氯水不反应，正确；C项，大多数有机物难溶于水，但也有部分有机物如乙醇、乙酸等易溶于水，错误；D项，有机物的反应比较困难，经常伴有副反应发生，正确。4．下列反应属于取代反应的是(D)A．C2H4＋3O22CO2＋2H2OB．Zn＋CuSO4=ZnSO4＋CuC．NaCl＋AgNO3=AgCl↓＋NaNO3D．CH2Cl2＋Cl2CHCl3＋HCl解析：取代反应是有机物分子中的某些原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反应。A项C2H4的燃烧不是取代反应；B项为置换反应；C项为复分解反应；D项中Cl原子取代了CH2Cl2中的一个H原子，故属于取代反应。5．(2024·安阳高一检测)把1体积CH4和4体积Cl2组成的混合气体充入试管中，将此试管倒立在盛有AgNO3溶液的水槽中，放在光亮处，片刻后发觉试管壁上有油状液滴出现，该油状液滴可能是_CH2Cl2、CHCl3、CCl4__，水槽中还视察到_有白色沉淀产生__，缘由是Ag＋＋Cl－=AgCl↓(用离子方程式说明)。若向水槽中再滴入几滴紫色石蕊试液又视察到_溶液变红__。解析：CH4和Cl2在光照条件下反应生成CH3Cl(气体)、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl，随着反应进行，Cl2不断消耗，试管中黄绿色渐渐消逝，又由于生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4常温下均为无色油状液体，使试管壁上有油状液滴出现；因生成的HCl易溶于水，反应后，试管内气体压强减小，试管内水位上升，HCl溶于水后，与AgNO3反应生成AgCl白色沉淀，同时溶液显酸性，故加入紫色石蕊试液后溶液变红。对点训练题组一烷烃的性质1．某烃分子的球棍模型如图所示，关于该烃的说法不正确的是(B)A．分子式为C3H8B．该烃含有碳碳双键C．结构简式为CH3CH2CH3D．化学性质与甲烷相像解析：依据该烃分子的球棍模型可知，分子中含有3个C原子和8个H原子，分子式为C3H8，故A正确；分子中只存在碳碳单键，没有碳碳双键，该烃属于烷烃，故B错误；依据分子的球棍模型可知，该烃分子的结构简式为CH3CH2CH3，故C正确；分子中只存在碳碳单键，没有碳碳双键，该烃属于烷烃，化学性质与甲烷相像，故D正确。2．(2024·广州高一检测)下列关于CH4和叙述正确的是(B)A．互为同素异形体B．均能用组成通式CnH2n＋2来表示C．它们的物理性质和化学性质均相同D．常温下，都能与酸性高锰酸钾溶液反应解析：CH4和互为同系物，故A错误；CH4和都是烷烃，烷烃通式为CnH2n＋2，故B正确；CH4和互为同系物，所以二者化学性质相像，物理性质不同，故C错误；烷烃性质稳定，不能被酸性高锰酸钾氧化，二者都不能与酸性高锰酸钾溶液反应，故D错误。3．20mL某气态烷烃完全燃烧时，恰好消耗同温同压下的氧气100mL，该烃的化学式是(B)A．CH4 B．C3H8C．C4H10 D．C5H124．在1.01×105Pa下，测得某些烷烃的沸点见表。据表分析下列选项正确的是(C)物质名称沸点(℃)正丁烷CH3(CH2)2CH3－0.5正戊烷CH3(CH2)3CH336.0异戊烷CH3CH2CH(CH3)227.8新戊烷C(CH3)49.5正己烷CH3(CH2)4CH369.0A．在标准状况下，新戊烷是气体B．在1.01×105Pa、20℃下，C5H12是液体C．随着碳原子数的增加，烷烃的沸点渐渐上升D．C5H12随支链的增加，沸点渐渐上升解析：依据表中信息知，在1.01×105Pa下，新戊烷的沸点为9.5℃，故在标准状况下不是气体，而在20℃时新戊烷是气体，所以A、B两项均错误；随着碳原子数的增加，烷烃的沸点渐渐上升，C项正确；C5H12随支链的增加，沸点渐渐降低，D项错误。题组二取代反应的理解及推断5．1834年迈克尔·法拉第首次制造了乙烷，但他错误地以为这个产物是甲烷。在1847年和1849年间阿道夫·威廉·赫尔曼·科尔贝和爱德华·弗兰克兰利用其他方法制造了乙烷。同样他们错误地以为产物是甲基自由基。1864年卡尔·肖莱马校正了这个错误，他证明这些反应的全部产物都是乙烷。下列物质在肯定条件下可与乙烷发生化学反应的是(A)A．氯气B．溴水C．氯水D．酸性高锰酸钾溶液解析：类比甲烷的化学性质，乙烷与氯气在光照条件下发生取代反应，和溴水、氯水、酸性高锰酸钾溶液不反应。6．在常温下，把一个盛有肯定量甲烷和氯气混合气体的密闭玻璃容器放在光亮的地方，两种气体发生反应，下列叙述中正确的是(D)A．因为有氯化氢生成，故容器内壁上有油状液滴产生B．容器内分子数发生变更C．反应前后容器内压强不变D．发生的反应都属于取代反应解析：该反应因有CH2Cl2、CHCl3、CCl4生成而试管内壁上有油状液滴产生，故A错误；如CH4与Cl2发生取代反应，结合其反应化学方程式分析可知，反应前后分子总数相等，容器内分子数不变，故B错误；CH4与Cl2发生取代反应，由于CH2Cl2、CHCl3、CCl4为液态产物，因此容器内压强减小，故C错误；CH4与Cl2发生的反应都属于取代反应，故D正确。7．下列烷烃在光照条件下与氯气反应，只生成2种一氯代物的是(B)A．CH3CH3解析：A项的一氯代物只有一种；B项的一氯代物有两种：C项的一氯代物只有一种；D项的一氯代物有四种。8．(2024·太原高一检测)下列有关烷烃的叙述正确的是(C)①在烷烃分子中，全部的化学键都是单键②烷烃中除甲烷外，许多都能使酸性KMnO4溶液褪色③通式为CnH2n＋2的烃不肯定是烷烃④全部的烷烃在光照条件下都能与氯气发生取代反应⑤光照条件下，乙烷通入溴水中，可使溴水褪色A．①③⑤ B．②③C．①④ D．①②④解析：烷烃分子中无论是碳碳键还是碳氢键，都是单键，①说法正确；烷烃属饱和烃，其化学性质一般比较稳定，通常烷烃不与强酸、强碱、强氧化剂(如酸性KMnO4溶液)反应，也不能与溴水发生取代反应，②⑤说法不正确；因通式CnH2n＋2中的碳原子已完全饱和，因此符合通式CnH2n＋2的有机物肯定是烷烃，③说法不正确；烷烃在光照下都能与氯气发生取代反应，这是烷烃的主要特性之一，④说法正确。9．在光照的条件下，将1mol甲烷与肯定量的氯气充分混合，经过一段时间，甲烷和氯气均无剩余，生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和氯化氢，若已知生成的二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳的物质的量分别为amol、bmol、cmol，该反应中消耗的氯气的物质的量是(C)A．(1＋a＋b＋c)molB．(2a＋3b＋4c)molC．(1＋a＋2b＋3c)molD．(a＋b＋c)mol解析：依据碳原子守恒可知，生成一氯甲烷的物质的量是(1－a－b－c)mol。依据取代反应的特点可知，消耗的氯气的物质的量为(1－a－b－c)mol＋2amol＋3bmol＋4cmol＝(1＋a＋2b＋3c)mol。10．正己烷是优良的有机溶剂，其某种模型如图所示。下列有关说法正确的是(B)A．正己烷的分子式为C6H12B．正己烷的一氯代物有3种C．正己烷能与溴水发生取代反应D．正己烷中的全部碳原子位于同一条直线解析：由球棍模型可知正己烷的结构简式为CH3CH2CH2CH2CH2CH3，分子式为C6H14，故A错误；CH3CH2CH2CH2CH2CH3中含有3种H原子，则一氯代物有3种，故B正确；正己烷与溴水不反应，可在光照条件下与溴蒸气发生取代反应，故C错误；正己烷为饱和烃，具有甲烷的结构特点，则全部碳原子不行能在一条直线上，故D错误。综合强化11．为验证甲烷分子中含碳、氢两种元素，可将其燃烧产物通过①浓硫酸、②澄清石灰水、③无水硫酸铜，正确的依次是(D)A．①②③ B．②③C．②③① D．③②

12.如图是某同学利用注射器设计的简易试验装置。甲管中注入10mLCH4，同温同压下乙管中注入50mLCl2，将乙管气体推入甲管中，气体在甲管中反应，试管放在光亮处一段时间。(1)下列是某同学预料的试验现象：①气体最终变为无色；②试验过程中，甲管活塞向内移动；③甲管内壁有油珠；④产生火花。其中正确的是_②③__。(2)甲管中发生化学反应的类型为_取代反应__。(3)反应后，甲管中剩余可溶于水的气体能用下列试剂汲取的是_B__(选填字母)。A．水 B．NaOH溶液C．AgNO3溶液 D．饱和食盐水(4)反应后，若将甲中的物质全部推入盛有适量AgNO3溶液的小试管中，会视察到_液体分为两层，产生白色沉淀__；若再向其中滴入几滴石蕊溶液，又视察到_溶液先变红后褪色__。解析：在光照条件下，甲烷与氯气发生反应：CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl，CH3Cl＋Cl2CH2Cl2＋HCl，CH2Cl2＋Cl2CHCl3＋HCl，CHCl3＋Cl2CCl4＋HCl。(1)理论上，甲烷