高中化学选修五导学案第二章烃和卤代烃第一节第1课时烷烃

第一节脂肪烃第1课时烷烃[目标定位]1.知道烷烃的物理性质的变化与分子中碳原子数目的关系。2.能以典型代表物为例，理解烷烃的化学性质。3.认识烷烃的特征结构。一脂肪烃的类别与通式1.甲烷的分子式是CH4，结构式是，空间构型是正四面体型。2.有下列三种有机物：①CH3—CH3②CH3—CH2—CH3③CH3—CH2—CH2—CH3(1)它们共同的结构特点是碳原子间都以碳碳单键形成碳链、碳原子剩余的价键全部被氢原子饱和，其类别是烷烃(饱和链烃)。(2)它们在分子组成上的主要差别是相差一个或若干个CH2原子团，其通式是CnH2n＋2(n≥1)。3.分析比较下列两组有机物，回答下列问题：A组：①CH2=CH2②CH2=CH—CH3③CH3—CH=CH—CH3B组：①CH≡CH②CH3—C≡CH③CH≡C—CH2—CH3(1)A组有机物的官能团是，类别是烯烃，它们在分子组成上的主要差别是相差一个或若干个CH2原子团，其通式是CnH2n(n≥2)。(2)B组有机物在分子结构上的相同点是都含有一个—C≡C—，在分子组成上的主要差别是相差一个或若干个CH2原子团，其通式是CnH2n－2(n≥2)。1.常见脂肪烃的结构特点和通式(1)烷烃—碳原子之间全部以单键结合的饱和链烃—通式CnH2n＋2(n≥1)。(2)单烯烃—含一个碳碳双键的不饱和链烃—通式CnH2n(n≥2)。(3)单炔烃—含一个碳碳三键的不饱和链烃—通式CnH2n－2(n≥2)。2.同系物的概念结构相似，组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质互为同系物。3.同系物的判断要点(1)一差(分子组成至少相差一个CH2原子团；相对分子质量相差14或14的整数倍)。(2)二(相)似(结构相似，化学性质相似)。(3)三相同(即组成元素相同，官能团种类、个数与连接方式相同，分子组成通式相同)。1.下列说法不正确的是()A.分子式为CH4和C5H12的两种烃互为同系物B.分子式为C2H4和C3H6的两种烃一定互为同系物C.等碳烷烃和炔烃，在分子组成上，相差4个氢原子D.若C2H2和C4H6互为同系物，则C4H6分子中一定含有一个三键答案B解析CH4和C5H12的通式相同，且均为饱和烃，二者互为同系物，A项正确；分子式符合C3H6的结构可能为CH2=CHCH3，也可能为“环丙烷”，与C2H4不互为同系物，B项错误；结合烷烃和炔烃的分子通式可知，当碳原子数相等时，氢原子数相差4，C项正确；互为同系物的物质含有相同的官能团，且个数相同，D项正确。2.下列说法不正确的是()A.分子式为C3H8与C6H14的两种有机物一定互为同系物B.具有相同通式的有机物不一定互为同系物C.两个相邻同系物的相对分子质量数值一定相差14D.分子组成相差一个或几个CH2原子团的化合物必定互为同系物答案D解析判断两种有机物是否是同系物时，必须从两方面考虑：①分子结构是否相似，即必须为同一类物质，且符合同一通式；②分子组成上相差一个或若干个CH2原子团，即同系物相对分子质量相差14的整数倍。选项A中C3H8和C6H14都为烷烃，一定为同系物，选项A正确；环烷烃和烯烃通式相同(CnH2n)，但结构特点不同，二者不是同系物，选项B正确；选项D中的化合物结构特点不一定相似，选项D不正确。二烷烃的性质1.甲烷是最简单的烷烃，具有以下性质：(1)通常状况下，甲烷性质稳定，与强酸、强碱、强氧化剂都不反应，但在特定条件下，甲烷也能发生某些反应。(2)甲烷在空气中安静地燃烧，火焰呈淡蓝色，反应的化学方程式：CH4＋2O2eq\o(→,\s\up7(点燃))CO2＋2H2O。(3)甲烷与Cl2在光照条件下发生反应的化学方程式：CH4＋Cl2eq\o(→,\s\up7(光照))CH3Cl＋HCl(只写第一步)，该反应为取代反应。甲烷与Cl2发生反应的产物有5种，其中常温下为气态的有2种，具有正四面体结构的物质是CCl4，产物中量最多的是HCl。2.阅读教材表2­1并结合你已学知识内容，填写下表：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，其他的烷烃常温下呈固态或液态(新戊烷常温下为气态)溶解性都难溶于水，易溶于有机溶剂沸点随碳原子数的增加，沸点逐渐升高。碳原子数相同的烃，支链越多，沸点越低相对密度随碳原子数的增加，相对密度逐渐增大。烷烃的密度小于水的密度3.物质的组成、结构决定物质性质，这个规律在有机物中体现的更为明显。烷烃的化学性质与甲烷相似：(1)稳定性：常温下烷烃很不活泼，与强酸、强碱、强氧化剂等都不发生反应，只有在特殊条件下(如光照或高温)才能发生某些反应。(2)特征反应——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，化学方程式为CH3CH3＋Cl2eq\o(→,\s\up7(光照))CH3CH2Cl＋HCl。(3)氧化反应——可燃性烷烃可在空气或氧气中燃烧生成CO2和H2O，燃烧的通式为CnH2n＋2＋eq\f(3n＋1,2)O2eq\o(→,\s\up7(点燃))nCO2＋(n＋1)H2O。(4)分解反应——高温裂化或裂解烷烃受热时会分解生成含碳原子数较少的烷烃和烯烃，如：C16H34eq\o(→,\s\up7(催化剂),\s\do5(高温))C8H16＋C8H18。烷烃的性质1物理性质eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(状态：标准状况下气态碳原子数≤4→液态,→固态,熔点、沸点：随碳原子数的增加，逐渐升高,密度：液态时的相对密度随碳原子个数的增,多而增大，但都小于水的密度,溶解性：都难溶于水，易溶于有机溶剂))2化学性质eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(稳定性：与强酸、强碱、强氧化剂不发生反应,氧化反应：能燃烧,取代反应：在光照条件下，与卤素单质能发生,取代反应,热分解反应：高温下发生裂化或裂解))3.下列有关甲烷的取代反应的叙述正确的是()A.甲烷与氯气的物质的量之比为1∶1，混合发生取代反应只生成CH3ClB.甲烷与氯气发生取代反应，生成的产物中CH3Cl最多C.甲烷与氯气发生取代反应，生成的产物为混合物D.1molCH4完全生成CCl4，最多消耗2molCl2答案C解析甲烷与氯气一旦发生取代反应就不会停止在某一步，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1mol氢原子，消耗1mol氯气，生成1molHCl，故产物中HCl最多，B错误；1molCH4完全生成CCl4，最多消耗4molCl2，D错误。4.液化气的主要成分是丙烷，下列有关丙烷的叙述不正确的是()A.丙烷是链状烷烃，但分子中碳原子不在同一直线上B.在光照条件下能够与Cl2发生取代反应C.丙烷比其同分异构体丁烷易液化D.1mol丙烷完全燃烧消耗5molO2答案C解析丙烷是直链烷烃，其中碳原子为饱和碳原子，三个碳原子构成锯齿状的链状结构，故3个碳原子不在同一直线上，A正确；丙烷在光照条件下与Cl2发生取代反应，B正确；丙烷与丁烷互为同系物，C错误；1mol丙烷完全燃烧消耗5molO2，D项正确。(1)判断两种有机物互为同系物的关键：一看是否是同类物质；二看是否结构相似；三看是否至少相差一个CH2原子团。(2)比较烷烃的熔、沸点的思路(3)烷烃的分子结构特点：碳原子以单键形成链状结构；烷烃的主要性质：①取代反应(光照)、②氧化反应(点燃)、③分解反应(高温)。1.下列物质的沸点由高到低排列顺序正确的是()①丁烷②2­甲基丙烷③戊烷④2­甲基丁烷⑤2,2­二甲基丙烷A.①＞②＞③＞④＞⑤ B.⑤＞④＞③＞②＞①C.③＞④＞⑤＞①＞② D.②＞①＞⑤＞④＞③答案C解析对于烷烃，碳原子数越多，沸点越高；对于碳原子数相同的烷烃，支链越多，沸点越低；因此，综合排序为③＞④＞⑤＞①＞②。2.在光照条件下，将1molCH4与Cl2反应，得到等物质的量的4种取代产物，则消耗Cl2的物质的量为()A.1molB.2molC.2.5molD.10mol答案C解析由于CH4＋Cl2hν,CH3Cl＋HCl，CH4＋2Cl2hν,CH2Cl2＋2HCl，CH4＋3Cl2hν,CHCl3＋3HCl，CH4＋4Cl2eq\o(→,\s\up7(hν))CCl4＋4HCl。1molCH4生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各为0.25mol，则消耗Cl2的物质的量为0.25mol＋0.25mol×2＋0.25mol×3＋0.25mol×4＝2.5mol。3.下列有关烷烃的叙述中，正确的是()A.在烷烃分子中，所有的化学键都是碳碳单键B.烷烃中除甲烷外，很多都能使酸性KMnO4溶液的紫色褪去C.分子通式为CnH2n＋2的烃不一定是烷烃D.所有的烷烃在光照条件下都能与氯气发生取代反应答案D解析烷烃分子中碳原子之间全部以碳碳单键结合成链状，碳原子的剩余价键全部跟氢原子相结合而达饱和，故烷烃中的化学键并不都是碳碳单键，选项A说法不正确；烷烃属于饱和链烃，其化学性质比较稳定，通常烷烃不与酸、碱、氧化剂(如酸性KMnO4溶液)反应，选项B说法不正确；因分子通式CnH2n＋2中的碳原子已达完全饱和的状态，因此符合通式CnH2n＋2的有机物一定是烷烃，选项C说法不正确；烷烃在光照条件下都能与氯气发生取代反应，这是烷烃的主要特征性质，选项D说法正确。4.有4种碳骨架如下的烃，下列说法正确的是()①a和d是同分异构体②b和c是同系物③a和b都能发生加成反应④只有b和c能发生取代反应A.①② B.①④C.②③ D.②④答案A解析a为，d为，a和d分子式相同结构不同，互为同分异构体，①正确；b为CH3CH2CH2CH3，c为，b和c都是烷烃，互为同系物，②正确；a可以发生加成反应，b不可以发生加成反应，③不正确；a中CH3上的H原子可以发生取代反应，烷烃和环烷烃都能发生取代反应，④不正确。5.已知烷烃A的密度是相同条件下H2密度的36倍。(1)该烷烃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。①用系统命名法命名，B的名称为_________________________________________________。②B与Cl2发生反应生成一氯代物的化学方程式为_____________________________________________________________________________________________________________。③B燃烧的化学方程式为________________________________________________________。答案(1)C5H12(2)CH3CH2CH2CH2CH3、CH3CH(CH3)CH2CH3、CH3C(CH3)2CH3(3)①2,2­二甲基丙烷②CH3C(CH3)2CH3＋Cl2eq\o(→,\s\up7(hν))CH3C(CH3)2CH2Cl＋HCl③C5H12＋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，设分子式为CnH2n＋2，求得n＝5，则分子式为C5H12。40分钟课时作业[基础过关]1.已知直链烷烃A和B，A比B多一个碳原子，则下列说法正确的是()A.A的沸点比B高B.A的相对密度比B小C.一般情况下，同碳原子数的烷烃的沸点和密度低于烯烃D.已知A在常温下为液态，则B也一定为液态答案A2.在1.013×105Pa下，测得的某些烷烃的沸点见下表。据表分析，各项说法正确的是()物质名称沸点/℃正丁烷CH3(CH2)2CH3－0.5正戊烷CH3(CH2)3CH336.1异戊烷27.8新戊烷9.5正己烷CH3(CH2)4CH369.0A.在标准状况时，新戊烷是气体B.在1.013×105Pa、20℃时，C5H12都是液体C.烷烃随碳原子数增加，沸点降低D.C5H12随支链增加，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，20℃时是气体，A、B均错误；烷烃随碳原子数的增加，沸点升高，C错误；C5H12的三种同分异构体中，随支链数增加，沸点逐渐降低，D正确。3.下列说法中正确的是()A.丙烯分子中所有原子在同一平面上B.丙烷分子中所有碳原子在同一条直线上C.分子式为C4H8的烃分子中一定含有碳碳双键D.光照条件下，将一定物质的量的CH4与Cl2充分反应，所得产物中，HCl的物质的量最多答案D解析丙烯分子中，—CH3上的所有原子不在同一平面上，A项不正确；丙烷分子中，由于键的夹角为109°28′，丙烷分子中3个碳原子不在一条直线上，B项不正确；分子式为C4H8的烃可以是烯烃，也可以是环烷烃，C项不正确；甲烷与Cl2发生取代反应，每生成1molC—Cl键，则生成1molHCl，D项正确。4.下列反应中，属于取代反应的是()①CH3CHCH2＋Br2eq\o(→,\s\up7(CCl4))CH3CHBrCH2Br②CH3CH2OHeq\o(→,\s\up7(浓H2SO4),\s\do5(△))CH2=CH2＋H2O③CH3COOH＋CH3CH2OHeq\o(,\s\up7(浓H2SO4),\s\do5(△))CH3COOCH2CH3＋H2O④C6H6＋HNO3eq\o(→,\s\up7(浓H2SO4),\s\do5(△))C6H5NO2＋H2OA.①②B.③④C.①③D.②④答案B解析反应①为加成反应，反应②为消去反应，反应③为酯化反应，反应④为硝化反应，酯化反应和硝化反应都属于取代反应，B项正确。5.根据以下数据推断丙烷的沸点可能是()物质甲烷乙烷丁烷戊烷沸点－162℃－89℃－1℃＋36℃A.约－40℃ B.低于－160℃C.低于－89℃ D.高于＋36℃答案A解析烷烃的熔、沸点随分子中碳原子数的增加而升高，丙烷的沸点应介于乙烷和丁烷之间，答案为A。6.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。7.等质量的下列有机物完全燃烧，消耗O2最多的是()A.CH4 B.CH3CH3C.C2H2 D.C5H12答案A解析方法一：根据化学方程式进行计算，然后通过比较得到答案。方法二：碳氢比法：烃中H元素的质量分数越大，即烃中碳氢比(可以是质量比，也可以是物质的量或原子个数比)越小，烃的耗O2量越大。方法三：CHx法：将烃转化为“最简式”CHx的形式，等质量的烃完全燃烧耗O2量的大小可由x决定，x越大耗O2量越大，x越小耗O2量越小。CHx法是解决本题的快捷方法。8.某烃的一种同分异构体只能生成一种一氯代物，该烃的分子式可以是()A.C3H8B.C4H10C.C5H12D.C6H14答案C解析题给各选项均为烷烃，且其一氯代物只有一种，这表明烷烃分子中只有一种类型的氢原子。结合烷烃的结构简式，其主链末端只能连有甲基(—CH3)，可得出“若烷烃的一氯代物只有1种，则除甲烷外，其他烷烃中的氢原子数必定是6的倍数”的规律性结论，据此分析题给各选项中烷烃的氢原子数，可知只有选项C符合题设要求。9.一种气态烷烃和一种气态烯烃的混合物的质量为9g，其密度是相同条件下氢气密度的11.25倍，当混合气体通过足量溴水时，溴水增重4.2g，则这两种气态烃是()A.甲烷和乙烯 B.乙烷和乙烯C.甲烷和丙烯 D.甲烷和丁烯答案C解析根据已知条件，先求出混合气体的平均相对分子质量，即11.25×2＝22.5。由于烷烃中只有甲烷的相对分子质量小于22.5，则该混合物中一定含有甲烷。混合气体通过溴水时溴水增重，说明该混合气体中烯烃的质量为4.2g，则甲烷的质量为9g－4.2g＝4.8g，即n(CH4)＝0.3mol。设该不饱和烃的物质的量为x，则有eq\f(9g,0.3mol＋x)＝22.5g·mol－1，解得：x＝0.1mol，即该不饱和烃的摩尔质量为42g·mol－1，为丙烯。10.丙烷的分子结构可简写成键线式结构，有机物A的键线式结构为，有机物B与等物质的量的H2发生加成反应可得到有机物A。下列有关说法错误的是()A.有机物A的一氯取代物只有4种B.用系统命名法命名有机物A，名称为2,2,3­三甲基戊烷C.有机物A的分子式为C8H18D.B的结构可能有3种，其中一种名称为3,4,4­三甲基­2­戊烯答案A解析根据信息提示，A的结构简式为，有5种不同化学环境的氢原子，所以A的一氯取代物有5种；A是B和H2等物质的量加成后的产物，故A中相邻碳原子上有氢原子的位置都可以是双键，则B可能的结构简式有三种：，依次命名为3,3­二甲基­2­乙基­1­丁烯、3,4,4­三甲基­2­戊烯、3,4,4­三甲基­1­戊烯。[能力提升]11.A～G是几种烃的分子球棍模型(如图)，据此回答下列问题：(1)常温下含碳量最高的气态烃是_________________________________________(填字母)。(2)能够发生加成反应的烃有________种。(3)写出F发生硝化反应的化学方程式：_______________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)D(2)4(3)＋H2O解析由A～G的分子球棍模型可知A为CH4、B为CH3CH3、C为CH2=CH2、D为CH≡CH、E为CH3CH2CH3、F为、G为。其中乙炔的最简式是CH，是含碳量最高的气态烃；含有碳碳双键、碳碳三键以及含苯环的分子能发生加成反应；苯发生硝化反应的化学方程式是(浓)eq\o(→,\s\up7(浓硫酸),\s\do5(50～60℃))＋H2O。12.有A、B、C三种烃，已知：①B完全燃烧的产物n(CO2)∶n(H2O)＝2∶3。②C为饱和链烃，通常状况下呈气态，其二氯代物有三种。③A是B分子中的氢原子全部被C分子中的最简单的烃基取代的产物；A遇Br2的CCl4溶液不褪色，其一氯代物只有一种。试回答下列问题：(1)B的最简式为________，分子式为________，其二溴代物有________种。(2)C的三种二氯代物的结构简式分别为____________、________、________。(3)A的结构简式为_______________________________________________________。答案(1)CH3C2H62(2)C(3)解析(1)由B的燃烧产物可推出B分子中n(C)∶n(H)＝1∶3，B的最简式为CH3，故B的分子式只能是C2H6，为乙烷，其二溴代物有两种。(2)气态烷烃中只有异丁烷的二氯代物有三种，可推断C应为异丁烷。(3)异丁烷中最简单的烃基为甲基，甲基取代乙烷中的所有氢原子生成2,2,3,3­四甲基丁烷，其分子式为C8H18。13.现有CH4、C3H4、C2H4、C2H6、C3H6五种有机物。同质量的以上五种物质中，在相同状况下体积最大的是________；同质量的以上五种物质完全燃烧时耗去O2的量最多的是________；同状况、同体积的以上五种物质完全燃烧时耗去O2的量最多的是________；同质量的以上五种物质燃烧时，生成CO2最多的是________，生成水最多的是________。在120℃、1.01×105Pa的状态下，有三种气态烃和足量的氧气混合点燃，相同条件下测得反应前后气体体积没有发生变化，这三种气体是________________________________________________________________________。答案CH4CH4C3H6C3H4CH4CH4、C3H4、C2H4解析相同质量的烃(CxHy)的耗氧量由eq\f(y,x)决定，eq\f(y,x