2025版高一化学必修第二册（含不定项选择）第七章 第一节 第3课时 烷烃的性质

第3课时烷烃的性质课标定向目标定位1.能列举、描述、辨识甲烷的物理性质、存在及用途,能用化学方程式正确表示甲烷的化学性质。(宏观辨识与微观探析)2.以甲烷为例,理解取代反应的概念,从化学键的角度认识有机化合物之间是如何相互转化的。(证据推理与模型认知)3.能从有机化合物及其性质的角度对有关能源的实际问题进行分析、讨论和评价。(科学态度与社会责任)厘清重点以甲烷为代表物质,明晰烷烃的结构和化学性质突破难点从化学键和物质变化角度认识烷烃发生取代反应的方式和特征学习任务一:甲烷的性质必备知识·导学[引入]天然气、沼气和煤层气的主要成分都是甲烷。一、甲烷的物理性质颜色状态气味密度水溶性无色气体无味比空气小难溶于水二、甲烷的化学性质通常状况下,甲烷性质比较稳定,与强酸、强碱、强氧化剂都不反应,如甲烷不能使酸性高锰酸钾溶液褪色,但在特定的条件下,甲烷也能发生某些反应。(1)氧化反应甲烷燃烧方程式:CH4+2O2CO2+2H2O(火焰呈淡蓝色)[注意]①点燃甲烷前必须验纯,否则易发生爆炸。②有机反应比较复杂,常伴随很多副反应发生,因此有机反应的化学方程式常用“→”代替“===”。[思考]如何验证CH4燃烧时的产物是CO2和H2O?提示:用无水CuSO4检验水蒸气的存在(由白色变成蓝色),用澄清石灰水检验CO2的存在(澄清石灰水变浑浊)。(2)取代反应实验装置实验现象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。B装置:无明显现象[思考]CH4和Cl2发生取代反应中,产物的物质的量最多的是什么?提示:产物中最多的为HCl。[结论]甲烷的取代反应的数量关系:每取代1mol氢原子,消耗1molCl2,生成1molHCl。(3)高温分解甲烷在隔绝空气并加热至1000℃的高温下,甲烷发生分解反应,化学方程式为CH4C+2H2。核心要点·归纳1.甲烷与氯气发生取代反应的条件与特点①反应条件:漫射光照射,强光直射易引起爆炸。②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,各步反应可同时进行,即当n(CH4)∶n(Cl2)=1∶1时,并不是只发生反应CH4+Cl2CH3Cl+HCl,其他反应也在进行。③反应产物:无论CH4和Cl2的比例如何,反应的产物都是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl的混合物,产物中HCl的量最多。CH4与Cl2发生取代反应,每取代1molH,则消耗1molCl2,同时生成1molHCl,1molCH4和Cl2发生取代反应,最多消耗4molCl2。参加反应的CH4与有机产物间量的关系:n(CH4)=n(CH3Cl)+n(CH2Cl2)+n(CHCl3)+n(CCl4)(碳守恒)。参加反应的Cl2与产物间量的关系:n(Cl2)=n(HCl)=n(CH3Cl)+2n(CH2Cl2)+3n(CHCl3)+4n(CCl4)(氯守恒)。④甲烷与溴蒸气、碘蒸气等卤素单质也能发生类似反应,但与溴水、碘水不反应。⑤若甲烷中1个氢原子被氯原子取代,生成的CH3Cl中3个H和1个Cl仍位于四面体的4个顶点,仍为四面体结构。2.甲烷的四种氯代产物名称一氯甲烷二氯甲烷三氯甲烷四氯甲烷状态常温下呈气态常温下均呈液态俗称氯甲烷—氯仿四氯化碳结构式空间结构四面体形正四面体形水溶性均不溶于水密度一氯甲烷的密度比水小,其余均比水的密度大微点拨·拓教材CH4爆炸极限:指甲烷与空气混合后遇火引起爆炸的浓度范围值,甲烷爆炸极限的实验值为5%~15%,因此在煤矿矿井里要采取通风、严禁烟火等安全措施。学力诊断·测评1.实验小组探究甲烷与氯气的取代反应,装置、现象如下:现象ⅰ.光照后,产生白雾,混合气体颜色变浅ⅱ.试管内液面上升ⅲ.试管壁出现油状液滴下列说法不正确的是()A.饱和NaCl溶液可以减少氯气的溶解B.出现油状液滴,说明CH4全部转化为CCl4C.产生白雾以及试管内液面上升与HCl的生成有关D.若用铝箔套住装满CH4和Cl2的试管,一段时间后没有明显变化【解析】选B。氯气和水的反应是可逆反应:Cl2+H2OHCl+HClO,饱和食盐水中的氯离子能使平衡左移,从而减少氯气的溶解,故A正确;CH4和Cl2混合后在光照条件下发生的取代反应是连续的:CH4+Cl2CH3Cl+HCl、CH3Cl+Cl2CH2Cl2+HCl、CH2Cl2+Cl2CHCl3+HCl、CHCl3+Cl2CCl4+HCl,故油状液滴是二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳的混合物,故B错误;氯化氢易溶于水,可产生白雾,导致试管内液面上升,故C正确;此反应是在光照条件下发生的,若为了探究反应条件,可用铝箔套住装满甲烷和氯气的试管,一段时间后进行观察没有明显变化,即可得出结论,故D正确。2.在标准状况下,22.4LCH4与氯气在光照下发生取代反应,待反应完全后,测得四种有机取代物的物质的量相等,则消耗的氯气为()A.0.5molB.2molC.2.5molD.4mol【解析】选C。1molCH4与氯气发生取代反应,生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各0.25mol,该四种取代物中n(Cl)=0.25mol×(1+2+3+4)=2.5mol,根据取代反应特点,1/2的氯原子进入氯化氢,所以n(HCl)=2.5mol,故生成物中所含氯原子共2.5mol+2.5mol=5mol,参加反应的氯气为n(Cl2)=2.5mol。【补偿训练】下列有关甲烷的取代反应的叙述正确的是()A.甲烷与氯气按物质的量之比为1∶1混合发生取代反应只生成CH3ClB.甲烷与氯气的取代反应,生成的产物中CH3Cl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CCl4最多消耗2mol氯气【解析】选C。甲烷与氯气一旦发生取代反应就不会停止在某一步,四种有机物都会产生,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1molH原子,消耗1mol氯气,生成1molHCl,故产物中HCl最多,B错误;1mol甲烷生成CCl4最多消耗4mol氯气,D错误。学习任务二:烷烃的性质必备知识·导学一、烷烃的物理性质项目相似性递变性(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[结论](1)碳原子数不同的烃,随着碳原子数的增加,熔、沸点在逐渐升高;(2)碳原子数相同时,支链越多,熔、沸点越低;(3)烷烃密度比水小,随着碳原子数的增加,密度逐渐增大。[思考]正戊烷、异戊烷、新戊烷三者沸点相同吗?如不同,比较沸点大小。提示:不同。当碳原子数相同时,一般支链越多,沸点越低,沸点:正戊烷>异戊烷>新戊烷。二、烷烃的化学性质通常情况下,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。(1)氧化反应与甲烷类似,烷烃可以在空气中完全燃烧,发生氧化反应,生成二氧化碳和水,并放出大量的热。C3H8燃烧方程式:C3H8+5O23CO2+4H2O;链状烷烃燃烧通式:CnH2n+2+3n+12O2nCO2+(n+1)H2(2)取代反应烷烃可与卤素单质在光照下发生取代反应生成卤代烃和卤化氢。如乙烷与氯气反应生成一氯乙烷:CH3CH3+Cl2CH3CH2Cl+HCl[思考]C2H6与Cl2按体积比1∶1混合,发生取代反应,生成的有机产物有几种?提示:一氯乙烷1种、二氯乙烷2种、三氯乙烷2种、四氯乙烷2种、五氯乙烷1种、六氯乙烷1种,共9种。(3)热分解烷烃在较高温度下会发生分解,这个性质常被应用于石油化工和天然气化工生产中,从烷烃可得到一系列重要的化工基本原料和燃料。C16H34C8H18+C8H16C4H10C2H6+C2H4判对错·通教材判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)常温下,碳原子数大于4的烷烃都是液体或固体。(×)提示:新戊烷[C(CH3)4]在常温常压下是气体。(2)在光照条件下,等物质的量的乙烷和Cl2混合发生取代反应生成的有机产物只有一氯乙烷。(×)提示:乙烷与Cl2的取代反应是连续的,产物是从一氯乙烷至六氯乙烷的混合物。(3)C5H12的熔、沸点比C3H8的熔、沸点高。(√)提示:烷烃碳原子数越多,熔、沸点越高。(4)有机物燃烧生成CO2和H2O,则该有机物一定是烷烃。(×)提示:有机物燃烧生成CO2和H2O,说明有机物中一定含有碳、氢元素,但无法确定是否是烷烃。核心要点·归纳1.取代反应(1)取代反应的特点“上一下一,有进有出”。注意:书写化学方程式时,不要漏写产物中的小分子。(2)取代反应的判断方法①取代反应是一类重要的有机反应,判定一个反应是否属于某类反应最直接的方法就是概念判定法。②从反应物的类型上看,取代反应的反应物至少有一种是有机物。③取代反应可以是一个原子被一个原子或原子团代替,也可是一个原子团被一个原子或原子团代替。2.氧化反应烷烃可以在空气中完全燃烧,发生氧化反应,生成二氧化碳和水,并放出大量的热。现象:随着烷烃分子中碳原子数的增加,燃烧越来越不充分,火焰越来越明亮,有些伴有黑烟。学力诊断·测评1.土卫六是环绕土星运行的一颗卫星,据相关媒体报道,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、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可能共平面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【解析】选A。A.甲烷和乙烷含有H原子,光照条件下与溴蒸气可发生取代反应,与溴水不反应,故A错误;B.甲烷和乙烷含有饱和碳原子,分子中的所有原子不可能共平面,故B正确;C.甲烷、乙烷化学性质比较稳定,跟强酸、强碱、强氧化剂都不反应,故C正确;A.乙烷的结构式为,1mol乙烷分子中含有6molC—H共价键,故D正确。2.关于烷烃性质的叙述不正确的是()A.烷烃同系物的熔、沸点随分子内碳原子数的增多逐渐升高,常温下的状态由气态递变到液态,再递变到固态B.烷烃同系物的密度随分子内碳原子数的增多而逐渐增大,从比水轻递变到比水重C.烷烃跟卤素单质在光照下能发生取代反应D.烷烃同系物都不能使溴水、酸性KMnO4溶液褪色【解析】选B。烷烃同系物的熔、沸点随分子内碳原子数的增多逐渐升高,常温下的状态由气态递变到液态,再递变到固态,A正确;烷烃的密度随碳原子数的增多而逐渐增大,但总比水轻,B不正确;烷烃跟卤素单质在光照下能发生取代反应生成卤代烃和卤化氢,C正确;烷烃的结构决定了化学性质,碳原子是饱和状态,所以均不能使溴水、酸性KMnO4溶液褪色,D正确。学情检测·素养达标1.下列关于甲烷的说法正确的是()A.实验室可以用排水法收集甲烷B.只有纯净甲烷在空气中安静燃烧C.甲烷与溴水发生取代反应D.甲烷在空气中燃烧只生成二氧化碳和水【解析】选A。甲烷难溶于水,可以用排水法收集,A项正确;达不到甲烷爆炸极限的不纯甲烷在空气中也能安静燃烧,B项错误;甲烷与卤素单质发生取代反应的条件是光照,甲烷不能与溴水反应,C项错误;在氧气不足条件下,甲烷燃烧会生成一氧化碳和水,D项错误。2.(2024·德州高一检测)烷烃的主要来源是石油和天然气,是重要的化工原料和能源物资。下列关于烷烃的叙述不正确的是()A.烷烃中的碳原子均以共价单键的形式与碳原子或氢原子相连B.甲烷能够使酸性高锰酸钾溶液褪色C.甲烷、乙烷及丙烷均无同分异构体D.乙烷与丙烷互为同系物【解析】选B。烷烃又叫饱和烃,烷烃中的碳原子均以共价单键的形式与碳原子或氢原子相连,故A正确;甲烷性质稳定,不能使酸性高锰酸钾溶液褪色,故B错误;甲烷、乙烷、丙烷的分子结构都只有一种,不存在同分异构体,故C正确;乙烷与丙烷结构相似,在分子组成上相差1个CH2原子团,互为同系物,故D正确。3.(双选)已知最简单的有机物E和直线形分子G在光照条件下反应,生成分子L和直线形分子M(组成G分子的元素为第三周期的元素),如图所示。则下列判断错误的是()A.常温常压下,E是一种无色无味的气体B.生成的L是正四面体形的分子C.在光照条件下L与G不再继续反应D.上述反应类型是取代反应【解析】选B、C。组成G分子的元素为第三周期的元素,根据其空间结构知,G为氯气,E为甲烷,甲烷和氯气发生取代反应生成一氯甲烷和HCl,L为一氯甲烷,M为HCl。A.E是甲烷,常温常压下为无色无味的气体,故A正确;B.L为一氯甲烷,是四面体分子,但不是正四面体,故B错误;C.光照条件下,一氯甲烷能继续和氯气发生取代反应生成二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳,故C错误;D.甲烷分子中的H原子被Cl原子取代生成一氯甲烷,所以该反应为取代反应,故D正确。4.写出下列各烷烃的分子式。(1)烷烃A在同温同压下蒸气的密度是H2的50倍:C7H16。

(2)1L烷烃C的蒸气完全燃烧时,生成同温同压下16L的水蒸气:C15H32。

(3)0.1mol烷烃E完全燃烧,消耗标准状况下的O211.2L:C3H8。

(4)室温下相对分子质量最大的气态直链烷烃F:C4H10。

【解析】烷烃的通式为CnH2n+2;(1)烷烃A在同温同压下蒸气的密度是H2的50倍,则A的相对分子质量为50×2=100,则12n+(2n+2)=100