第2章第1节-烷烃(第1课时-烷烃结构与性质)(教师版)

《2021-2022学年高二化学同步精品学案（新人教版选择性必修3）》第二章烃第一节烷烃第1课时烷烃的结构和性质一、烷烃的结构和性质1．烷烃的结构特点（1）烷烃分子结构的分析名称结构模型结构简式分子式烷烃的结构特点甲烷CH4CH4烷烃的结构与甲烷相似，分子中的碳原子以伸向四面体四个顶点方向的sp3杂化轨道与其他碳原子或氢原子结合，形成σ键，分子中的共价键全部是单键。乙烷CH3CH3C2H6丙烷CH3CH2CH3C3H8正丁烷CH3CH2CH2CH3C4H10正戊烷CH3CH2CH2CH2CH3C5H12（2）同系物：结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2的化合物互称为同系物。

（3）链状烷烃的通式：CnH2n＋2(n≥1)。2．烷烃的性质（1）化学性质：甲烷的化学性质比较稳定，常温下不能被酸性高锰酸钾溶液氧化，也不与强酸强碱及溴的四氯化碳溶液反应。甲烷主要化学性质表现为能在空气中燃烧（可燃性）和能在光照下与氯气发生取代反应。【思考与讨论】①烷烃的结构决定了其性质与甲烷的相似，根据甲烷的性质推测烷烃可能具有的性质。溶解性(水)可燃性与酸性高锰酸钾溶液与溴的四氯化碳溶液与强酸、强碱溶液与氯气(在光照下)难溶可燃不反应不反应不反应取代反应②根据甲烷的燃烧反应，写出汽油的成分之一辛烷（C8H18）完全燃烧的化学方程式：2C8H18＋25O2eq\o(→,\s\up8(点燃))16CO2＋18H2O。则烷烃燃烧的通式为：CnH2n＋2＋eq\f(3n＋1,2)O2eq\o(→,\s\up17(点燃))nCO2＋(n＋1)H2O。③根据甲烷与氯气的反应，写出乙烷与氯气反应生成一氯乙烷的化学方程式。指出该反应的反应类型，并从化学键和官能团的角度分析反应中有机化合物。CH3CH3＋Cl2eq\o(→,\s\up8(光))CH3CH2Cl＋HCl，该反应为取代反应；乙烷断裂的键为C—H键，形成键为C—Cl键和H—Cl键。④乙烷与Cl2光照反应可以得到一氯到六氯取代物，请判断其对应的同分异构体有几种？共有多少种取代物？[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。（2）物理性质：纯净的甲烷是无色、无臭的气体，难溶于水，密度比空气的小。阅读教材表2－1，归纳整理烷烃的物理性质：物理性质变化规律状态当碳原子数小于或等于4时，烷烃在常温下呈气态；烷烃常温下存在的状态由气态逐渐过渡到液态、固态。溶解性都难溶于水，易溶于有机溶剂。熔、沸点随碳原子数的增加，熔、沸点逐渐升高。密度随碳原子数的增加，密度逐渐增大，但比水的小。【预习检验】1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)（1）所有的烷烃中碳原子均采取sp3杂化(√)（2）1molCH4完全生成CCl4，最多消耗2molCl2(×)（3）在一定条件下，烷烃能与氯气、溴水等发生取代反应(×)（4）烷烃的化学性质稳定，不能发生氧化反应(×)（5）天然气、汽油、煤油、石蜡中的主要成分为烷烃(√) （6）标况下，11.2L己烷所含共价键的数目为9.5NA(×)（7）烷烃的通式为CnH2n＋2，随n值增大，碳元素的质量百分含量逐渐减小(×)（8）分子组成相差一个或若干个“CH2”原子团的有机物是同系物（×）（9）取CH4、C2H6、C3H8、C4H10四种烃各1g，在足量O2中燃烧，C4H10消耗O2最多（×）2．关于烷烃性质的叙述中，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【答案】B〔解析〕烷烃的结构相似，相对分子质量越大，分子间作用力越大，密度越大，但都比水轻，B错误。3．在1.013×105Pa下，测得某些烷烃的沸点见下表。据表分析，下列选项正确的是()物质名称沸点(℃)正丁烷CH3(CH2)2CH3－0.5正戊烷CH3(CH2)3CH336.1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1.013×105Pa、20℃时，C5H12都是液体C．烷烃随碳原子数的增加，沸点降低D．C5H12随着支链数的增加，沸点降低【答案】D〔解析〕新戊烷的沸点是9.5℃，标准状况下是液体，在1.013×105Pa、20℃时是气体，则A、B均错误；随碳原子数的增加，烷烃的沸点逐渐升高，C错误；C5H12的3种同分异构体中，随着支链数的增加，沸点逐渐降低，D正确。4．有一类组成最简单的有机硅化合物叫硅烷，它的分子组成和烷烃相似。下列有关说法错误的是()A．硅烷的分子通式可表示为SinH2n＋2B．甲硅烷燃烧生成二氧化硅和水C．甲硅烷(SiH4)的密度大于甲烷(CH4)D．甲硅烷的热稳定性强于甲烷【答案】D〔解析〕SiH4的相对分子质量比CH4大，所以密度应比甲烷大；硅的非金属性比碳弱，所以甲硅烷的热稳定性不如甲烷，硅烷的分子组成和烷烃相似，故可表示为SinH2n＋2。5．燃烧0.1mol两种气态烃的混合物，生成3.58LCO2(标准状况)和3.60gH2O，则混合气体中()A．一定有甲烷 B．一定有乙烷C．一定无甲烷 D．一定有丙烷【答案】A〔解析〕生成n(CO2)＝eq\f(3.58L,22.4L·mol－1)≈0.16mol，生成n(H2O)＝eq\f(3.60g,18g·mol－1)＝0.2mol，因此两种气态烃的平均组成为C1.6H4，根据混合物的平均组成可知，碳原子数小于1.6的烃只有甲烷，而另一种烃中氢原子数必为4，且碳原子数大于或等于2。6．下列关于链状烷烃的说法正确的有()①在链状烷烃分子中，所有的化学键都是单键②分子组成上满足通式CnH2n＋2(n≥1)③分子组成上满足CnH2n＋2(n≥1)的有机物一定是链状烷烃④碳原子间以单键结合，碳原子剩余价键全部与氢原子结合的烃一定符合通式CnH2n＋2⑤链状烷烃的同系物的最简式肯定不同A．1个B．2个C．3个D．4个【答案】D〔解析〕在所有有机物中，只有链状烷烃通式符合CnH2n＋2。但是只含有C—C键与C—H键的不一定是链状烷烃，环烷烃中也只含有C—C键与C—H键。7．用如下装置在实验室探究CH4和Cl2的取代反应(部分夹持装置省略)。下列说法错误的是（）A．圆底烧瓶中反应的离子方程式为：MnO2+4H＋+2Cl－eq\o(=,\s\up7(△))Mn2＋+Cl2↑+2H2OB．实验中可观察到U形管左侧内壁有油状液滴出现C．向漏斗中滴加紫色石蕊溶液，可验证该取代反应有HCl生成D．烧杯中NaOH溶液可用于吸收残留的Cl2【答案】C〔解析〕A项，圆底烧瓶中是MnO2和浓盐酸发生氧化还原反应得到Cl2，反应的离子方程式为：MnO2+4H＋+2Cl－eq\o(=,\s\up7(△))Mn2＋+Cl2↑+2H2O，正确；B项，CH4和Cl2发生取代反应得到二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷都是液体，则可观察到U形管左侧内壁有油状液滴出现，正确；C项，漏斗中含有Cl2溶于水，反应为Cl2+H2O=HCl+HClO，滴加紫色石蕊溶液变红，可能是氯气溶于水造成的，不能验证取代反应有HCl生成，错误；D项，Cl2可与强碱性溶液反应，则烧杯中NaOH溶液可用于吸收残留的Cl2，正确。8．进行一氯取代反应后，只能生成三种沸点不同的产物的烷烃是()A．(CH3)2CHCH2CH2CH3 B．(CH3)2CHCH3C．(CH3)2CHCH(CH3)2 D．(CH3)3CCH2CH3【答案】D〔解析〕能生成三种沸点不同的产物，即生成三种一氯代物。A中有5种位置不同的氢，其一氯代物有5种，错误；B中有2种位置不同的氢，其一氯代物有2种，错误；C中含有2种等效氢，其一氯代物有2种，错误；D中有3种位置不同的氢，其一氯代物有3种，正确。9．根据要求填空：（1）烹调油烟中含有十一烷，该烷烃的分子式是___________。（2）含有30个氢原子的烷烃的分子式为__________。（3）假如某烷烃的相对分子质量为142，则该烷烃的分子式为__________。（4）分子中含有22个共价键的烷烃的分子式为___。（5）分子中含有电子数为42的烷烃的分子式为。（6）某烷烃一个分子里含有9个碳原子，其一氯代物只有2种，这种烷烃的结构简式。（7）在碳原子数小于10的烷烃中，一氯代物不存在同分异构体的有种，写出它们的结构简式：。【答案】（1）C11H24（2）C14H30（3）C10H22（4）C7H16（5）C5H12（6）CH3eqo\ac(—C—,\s\up11(|),\s\up22(CH3),\s\do11(|),\s\do22(CH3))CH2eqo\ac(—C—,\s\up11(|),\s\up22(CH3),\s\do11(|),\s\do22(CH3))CH3（7）4CH4CH3CH3CH3eqo\ac(—C—,\s\up11(|),\s\up22(CH3),\s\do11(|),\s\do22(CH3))CH3CH3eqo\ac(—C—,\s\up11(|),\s\up22(CH3),\s\do11(|),\s\do22(CH3))eqo\ac(—C—,\s\up11(|),\s\up22(CH3),\s\do11(|),\s\do22(CH3))CH3〔解析〕（1）（2）根据链状烷烃的通式CnH2n＋2可知，十一烷的分子式是C11H24；含有30个H原子的链状烷烃为C14H30。（3）设该烷烃的相对分子质量为14n＋2＝142，解得n＝10，该烷烃的分子式为C10H22。（4）烷烃通式为CnH2n+2，含有的共价键为3n+1，含有22个共价键，即3n+1=22，n=7，则分子式为C7H16；（5）烷烃分子的通式为CnH2n＋2，则其分子中电子数为6n+(2n+2)=42，n=5，为C5H12。（6）烷烃分子中有9个碳原子，则分子式为C9H20，其一氯代物只有2种，说明其分子中只有2种处于不同化学环境的氢原子，结构应非常对称，除去肯定存在的甲基（—CH3），还应存在亚甲基（—CH2—）。（7）（1）由CH4和CH3CH3结构推导，用—CH3替换H可得。10．已知烷烃A的密度是相同条件下H2密度的36倍。（1）烷烃A的分子式为__________________________________。（2）写出A可能存在的结构简式：____________________________________________。（3）若A的某种同分异构体B的一氯代物只有一种。①B与Cl2发生反应生成一氯代物的化学方程式为___________________________________。②B燃烧的化学方程式为___________________________________________________。【答案】(1)C5H12(2)CH3CH2CH2CH2CH3、CH3CH(CH3)CH2CH3、C(CH3)4(3)①C(CH3)4＋Cl2eq\o(→,\s\up7(hν))C(CH3)3CH2Cl＋HCl②C5H12＋8O2eq\o(→,\s\up7(点燃))5CO2＋6H2O〔解析〕根据A的密度是相同条件下H2密度的36倍，推知其相对分子质量为72。设其分子式为CnH2n＋2，求得n＝5，则分子式为C5H12。11．烷烃分子中的基团：—CH3、—CH2—、eqo\ac(—CH,\s\up11(|),\s\do11(|))、eqo\ac(—C—,\s\up11(|),\s\do11(|))中的碳原子分别称为伯、仲、叔、季碳原子，数目分别用n1、n2、n3、n4表示，例如:CH3eq\o(\o\al(CH,\s\do11(｜),\s\do22(CH3)))eq\o(\o\al(CH,\s\do11(｜),\s\do22(CH3)))eqo\ac(—C—,\s\up11(|),\s\up22(CH3),\s\do11(|),\s\do22(CH3))CH2—CH3分子中n1=6，n2=1，n3=2，n4=1。试根据不同烷烃的组成结构，分析出烷烃(除甲烷外)各原子数的关系。(1)烷烃分子中氢原子数为N(H)，则N(H)与n1，n2，n3，n4之间的关系式是：N(H)＝________________________或N(H)＝________________________。(2)烷烃分子中四种碳原子之间的关系为：n1＝________。(3)若某烷烃分子中n2＝n3＝n4＝1，则满足此等式的