高中化学选修五专题突破第二章烃和卤代烃章末重难点

章末重难点专题突破[目标定位]1.熟知各类烃的结构与性质。2.理解烃的燃烧规律及应用。3.会确定混合烃的组成。4.会判断有机物分子中原子共线和共面。5.掌握卤代烃在有机合成中的应用。一各类烃的结构与性质1.各类烃的结构特点、性质和常见的同分异构体类别烷烃烯烃炔烃苯和苯的同系物通式CnH2n＋2(n≥1)CnH2n(n≥2)CnH2n－2(n≥2)CnH2n－6(n≥6)碳碳键结构特点仅含C—C键含有键含有—C≡C—键含有苯环主要化学反应取代反应热分解反应氧化反应加成反应氧化反应加成反应氧化反应取代反应加成反应氧化反应代表物CH4CH2=CH2CH≡CHC6H6代表物的空间构型正四面体型平面形直线形平面形物理性质一般随分子中碳原子数的增多，熔、沸点升高，密度增大。碳原子数为1～4的烃，常温下是气态，不溶于水。液态烃的密度比水的小简单的同系物常温下为液态，不溶于水，密度比水小同分异构体碳链异构碳链异构位置异构碳链异构位置异构侧链大小及相对位置产生的异构特别提示(1)烷烃与苯和苯的同系物都能发生取代反应，但反应条件不同，前者为光照，后者为铁粉。(2)苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，但苯的同系物一般能被氧化而使酸性高锰酸钾溶液褪色。2.各类烃的检验类别液溴溴水溴的四氯化碳溶液酸性高锰酸钾溶液烷烃与溴蒸气在光照条件下发生取代反应不反应，液态烷烃可以萃取溴水中的溴从而使溴水层褪色不反应，互溶不褪色不反应烯烃常温加成褪色常温加成褪色常温加成褪色氧化褪色炔烃常温加成褪色常温加成褪色常温加成褪色氧化褪色苯一般不反应，催化条件下可取代不反应，发生萃取而使溴水层褪色不反应，互溶不褪色不反应苯的同系物一般不反应，光照条件下发生侧链上的取代，催化条件下发生苯环上的取代不反应，发生萃取而使溴水层褪色不反应，互溶不褪色氧化褪色特别提示应用上述性质可以解决不同类型烃的鉴别问题，同时要特别注意条件(如液溴、溴水、溴的四氯化碳溶液、光照、催化剂等)对反应的影响。例1有4种无色液态物质：己烯、己烷、苯和甲苯，符合下列各题要求的分别是(1)不能与溴水或酸性KMnO4溶液反应，但在FeBr3作用下能与液溴反应的是__________________________，生成的有机物名称是________________________________________________________________________，反应的化学方程式为________________________________________________________________________。此反应属于__________反应。(2)与溴水或酸性KMnO4溶液都不反应的是______。(3)能与溴水和酸性KMnO4溶液反应的是________。(4)不与溴水反应但与酸性KMnO4溶液反应的是________________________。解析己烯、己烷、苯、甲苯四种物质中，既能和溴水反应，又能和酸性KMnO4溶液反应的只有己烯。均不反应的为己烷和苯。不能与溴水反应但能被酸性KMnO4溶液氧化的是甲苯。苯在FeBr3的催化作用下与液溴发生取代反应生成溴苯。答案(1)苯溴苯取代(2)苯、己烷(3)己烯(4)甲苯3.烯烃的顺反异构(1)并不是所有的烯烃都存在顺反异构，只有当双键两端的同一碳原子上连接不同的原子或原子团时烯烃才存在顺反异构。(2)判断烯烃是否存在顺反异构的方法：①分子中有不能自由旋转的碳碳双键；②双键两端的同一碳原子上不能连接相同的基团。如乙烯，因为每个碳原子都连有两个氢原子，所以乙烯没有顺反异构体。如果用a、b、c表示双键碳原子上的原子或原子团，因双键所引起的顺反异构可以表示如下：其中前两种为顺式，后两种为反式。例2下列有机物分子中，可形成顺反异构的是()A.CH2=CHCH3 B.CH2=CHCH2CH3C.CH3CH=C(CH3)2 D.CH3CH=CHCl解析能否形成顺反异构主要看两个方面：一是看是否有双键，二是看双键两端的基团是否不同。A、B、C三项中双键两端的基团有相同的，不可能形成顺反异构。D项可形成答案D二烃类燃烧的规律1.烃完全燃烧前后气体体积变化规律烃完全燃烧的通式：CxHy＋(x＋eq\f(y,4))O2eq\o(→,\s\up7(点燃))xCO2＋eq\f(y,2)H2O(1)燃烧后温度高于100℃，即水为气态ΔV＝V后－V前＝eq\f(y,4)－1①y＝4时，ΔV＝0，体积不变；②y>4时，ΔV>0，体积增大；③y<4时，ΔV<0，体积减小。(2)燃烧后温度低于100℃时，即水为液态ΔV＝V前－V后＝1＋eq\f(y,4)，总体积减小。特别提示烃完全燃烧时，无论水是气态还是液态，燃烧前后气体体积变化都只与烃分子中的氢原子数有关，而与烃分子中碳原子数无关。例3amL三种气态烃的混合物与足量氧气混合点燃充分反应后，恢复到原来的状况(常温、常压下)，体积共缩小2amL。则这三种烃可能是()A.CH4、C2H4、C3H4 B.C2H6、C3H6、C4H6C.CH4、C2H6、C3H8 D.C2H4、C3H4、C3H6解析如果分别写出各选项中烃对应的燃烧反应的化学方程式，我们会发现只要烃分子中的氢原子数为4，amL该烃完全燃烧后恢复至常温常压就一定缩小2amL体积，实际上就是常温下水为液态，缩小的体积就是反应后水蒸气占有的体积，所以A项为正确选项。答案A2.烃完全燃烧时耗氧量规律(1)等物质的量的烃(CxHy)完全燃烧时，其耗氧量的大小取决于(x＋eq\f(y,4))的值，其值越大，耗氧量越多。(2)等质量的烃完全燃烧，其耗氧量大小取决于该烃分子中氢的质量分数，其值越大，耗氧量越多。(3)最简式相同的烃，不论它们以何种比例混合，只要总质量一定，完全燃烧时所消耗的氧气为定值。(4)脂肪烃完全燃烧耗氧量比较类别通式消耗氧气的量规律烷烃CnH2n＋2(3n＋1)/2消耗氧气的量成等差数列烯烃、环烷烃CnH2n3n/2炔烃、二烯烃CnH2n－2(3n－1)/2例4完全燃烧质量相同的①甲烷②丙烷③乙烯④乙炔⑤苯⑥间二甲苯时，耗氧量由多到少的顺序是________________(用序号表示)。解析先将各烃转化成CHy/x的形式：①CH4；②CH8/3；③CH2；④CH；⑤CH；⑥CH5/4。因为等质量的烃燃烧时耗氧量取决于y/x的大小，y/x越大，耗氧量越多，所以耗氧量由多到少的顺序为①＞②＞③＞⑥＞④＝⑤。答案①＞②＞③＞⑥＞④＝⑤3.烃完全燃烧产物规律n(CO2)∶n(H2O)通式类别1∶1CnH2n烯烃、环烷烃＞1∶1CnH2n－x炔烃、二烯烃、苯及其同系物＜1∶1CnH2n＋2烷烃(1)质量相同的烃，碳的质量分数越大，完全燃烧生成的CO2越多。(2)碳的质量分数相同的烃，只要总质量一定，以任意比混合，完全燃烧后，产生的CO2的量总是一个定值。4.燃烧时火焰亮度与含碳量的关系比较规律(1)含碳量越高，燃烧现象越明显，表现为火焰越明亮，黑烟越浓。如C2H2、、等燃烧时火焰明亮，并伴有大量浓烟；而含碳量越低，燃烧现象越不明显，无黑烟，如甲烷；对于C2H4及单烯烃的燃烧则是火焰较明亮，并伴有少量黑烟。(2)含碳原子较少的各类烃，燃烧时的现象是不同的，烷烃无黑烟产生，烯烃有少量黑烟产生，炔烃及芳香烃有浓黑烟产生。应用燃烧来鉴别简单的烷烃、烯烃和炔烃是一种简单而有效的方法。例5400K、101.3kPa时，1.5L某烃蒸气能在aL氧气中完全燃烧，体积增大至(a＋3)L(相同条件下)。请回答下列问题：(1)该烃在组成上必须满足的基本条件是________________________________________________________________________。(2)当a＝10L时，该烃可能的分子式为_____________________________________________。(3)当该烃的分子式为C7H8时，a的取值范围为____________________________________。解析(1)根据烃完全燃烧的通式和差量法可以求解，即：CxHy＋(x＋eq\f(y,4))O2eq\o(→,\s\up7(点燃))xCO2＋eq\f(y,2)H2O(g)ΔV＝(eq\f(y,4)－1)L1L(eq\f(y,4)－1)L1.5L[a＋3－(a＋1.5)]L根据正比关系解得y＝8。(2)由于该烃在O2中完全燃烧，故O2足量，即1.5(x＋eq\f(y,4))≤10，且y＝8，解得x≤14/3，且x为整数，结合该烃中的氢原子数为8，可知该烃可能为C4H8或C3H8。(3)当烃的分子式为C7H8时，烃完全燃烧，即：a≥1.5(x＋eq\f(y,4))，且y＝8，求得a≥13.5。答案(1)该烃分子中氢原子数为8(2)C4H8或C3H8(3)a≥13.5三确定混合烃组成的四种方法1.平均相对分子质量法假设混合烃的平均相对分子质量为eq\x\to(M)，则必含相对分子质量比eq\x\to(M)小或相等(由同分异构体组成的混合气体)的烃。如eq\x\to(M)<26(烷、炔相混)，则混合烃中一定有CH4，或eq\x\to(M)<28(烷、烯相混)，则混合烃中一定有CH4。例6某温度和压强下，有三种炔烃(分子中均只含一个—C≡C—)组成的混合气体4g，与足量的H2充分加成后生成4.4g三种对应的烷烃，则所得烷烃中一定有()A.乙烷B.异丁烷C.丁烷D.丙烷解析设混合炔烃的平均相对分子质量为eq\x\to(M)，根据题设条件，可得以下关系式：CnH2n－2～2H2～CnH2n＋2eq\x\to(M)2×24g4.4－4g解得eq\x\to(M)＝40乙炔的相对分子质量为26，丙炔的相对分子质量为40，显然，混合气体中必含乙炔，其加成可得乙烷。答案A2.平均分子组成法假设混合烃的平均分子式为CxHy，根据其平均分子组成情况有以下规律：若1<x<2，则混合烃中一定有CH4；若1<y<4，则混合烃中一定有C2H2；若混合烃由两种气体组成，当x＝2且其中一种分子中含有两个碳原子，则另一种气体分子中也必含有两个碳原子。例7两种气态烃组成的混合气体0.1mol，完全燃烧得0.16molCO2和3.6gH2O，下列说法正确的是()A.混合气体一定是CH4和C2H4B.混合气体中一定有CH4，可能含有C2H4C.混合气体中一定含有CH4，可能含有C2H6D.混合气体中可能含有C2H2解析根据题意得n(H2O)＝eq\f(3.6g,18g·mol－1)＝0.2mol，则n(烃)∶n(C)∶n(H)＝0.1mol∶0.16mol∶(0.2mol×2)＝1∶1.6∶4，即混合气体的平均分子组成为C1.6H4。由碳原子情况可知，混合气体中一定存在碳原子数小于1.6的烃，而满足这一条件的只有CH4，所以该混合气体中一定有CH4；再由氢原子情况可知，混合烃分子中氢原子数为4，而已经求得的烃为甲烷，其氢原子数为4，则另一种烃所含的氢原子数也应该是4，而氢原子数为4的烃有乙烯C2H4和丙炔C3H4等。所以A选项肯定是C2H4的说法不正确；由于C2H6分子中氢原子数为6，C2H2分子中氢原子数为2，不满足氢原子数为4的要求，故混合气体中一定没有乙烷、乙炔，即C、D选项错误。答案B3.根据烃燃烧规律分析遇到烃类物质的燃烧问题时，有很多规律可直接应用于解题，如最简式相同的烃，无论以何种比例混合，当总质量一定时，耗氧量不变且生成CO2和H2O的质量均不变；又如分子式为CxHy的烃，当y＝4时，完全燃烧反应前后物质的物质的量相等。例8两种气态烃以任意比例混合，在105℃时，1L该混合烃与9L氧气混合，充分燃烧后恢复到原状态，所得气体的体积仍是10L。下列各组混合烃中不符合此条件的是()A.CH4、C2H4 B.CH4、C3H4C.C2H4、C3H4 D.C2H2、C3H6解析据题意，T>100℃(水为气态)，在此状况下气态烃充分燃烧，混合气体的总体积始终为10L(未变)，即ΔV＝0，故两种气态烃分子中的平均氢原子数均为4；又因为两种气态烃是以任意比例混合的，D选项中的两种烃除1∶1的情况外，氢原子的平均数都不为4，故D项符合题意。答案D4.讨论法当解决问题的条件不够时，可以从烃类物质的组成情况(如碳原子或氢原子多少关系)、结构特点(如是否饱和)、各类烃的通式等方面出发进行讨论，得出结果。例9常温下，一种烷烃A和一种单烯烃B组成混合气体；A和B分子最多只含有4个碳原子，且B分子的碳原子数比A分子的多。将1L该混合气体充分燃烧，在同温、同压下得到2.5LCO2气体。试推断原混合气体中A和B所有可能的组合及其体积比，并将结果填入下表：组合编号A的分子式B的分子式A和B的体积比V(A)∶V(B)解析设混合气体的平均分子式为CxHy，因为同温、同压下气体的体积之比等于物质的量之比。所以1mol的混合烃充分燃烧后可生成2.5molCO2，即x＝2.5，故混合烃的平均分子式可表示为C2.5Hy。由于该混合气体是由烷烃A和单烯烃B组成，且B分子的碳原子数比A多。由此可推断，混合气体只能由碳原子数小于2.5的烷烃(CH4和C2H6)和碳原子数大于2.5的烯烃(C3H6和C4H8)组成。它们有四种可能的组合，根据每一种组合中烷烃和烯烃的碳原子个数及平均分子式中碳原子数，可以确定A和B的体积比。以第①组为例，用十字交叉法确定VA∶VB的大小：其他组同样可以用十字交叉法确定VA∶VB的大小。答案组合编号A的分子式B的分子式A和B的体积比V(A)∶V(B)①CH4C3H61∶3②CH4C4H81∶1③C2H6C3H61∶1④C2H6C4H83∶1四巧妙分割，判断有机物分子中原子的共线和共面1.记住几种有机物分子的空间构型(1)甲烷，正四面体型结构，C原子居于正四面体的中心，分子中的5个原子中没有任何4个原子处于同一平面内。其中任意三个原子在同一平面内，任意两个原子在同一直线上。(2)乙烯，平面形结构，分子中的6个原子处于同一平面内，键角为120˚。(3)乙炔H—C≡C—H，直线形结构，分子中的4个原子处于同一直线上。同一直线上的原子当然也处于同一平面内。(4)苯，平面形结构，分子中的12个原子都处于同一平面内。特别提示(1)以上4种分子中的H原子如果被其他原子(如C、O、N、Cl等)所取代，则取代后的分子构型基本不变。(2)共价单键可以自由旋转，共价双键和共价三键则不能旋转。(3)有关判断规律①任何两个直接相连的原子在同一直线上。②任何满足炔烃结构的分子，若只含一个碳碳三键，与其三键碳相连的所有原子均在同一直线上。③在中学所学的有机物中，所有的原子能够共平面的有CH2=CH2、CH≡CH、CH2=CH—CH=CH2、。2.巧妙分割，“分片”组合(1)一点定面若在分子结构中有一个碳原子形成四个单键，则该分子中所有原子不可能共面。(2)巧分割，妙组合若要分析有机物中碳原子的共线、共面问题，要进行单元分割，必要时要兼顾分子对称性。如：下面分子中共面碳原子、共线碳原子最多各有几个？由于苯环为平面正六边形结构，该有机物的碳架结构如下：由上图可截取出3种分子的片断，由于单键可以旋转，再根据乙烯、乙炔、苯的分子构型，即确定共面碳原子最多有12个，共线碳原子有6个。例10下列关于的说法正确的是()A.所有的碳原子不可能在同一平面内B.最多只可能有9个碳原子在同一平面内C.有7个碳原子可能在同一条直线上D.只可能有5个碳原子在同一条直线上解析由图可以看出，只有虚线c上的碳原子共直线，从而得出共直线的碳原子只可能为5个。共平面碳原子的判断，应以乙烯式结构为主，平面a和平面b共用两个原子，两个平面可能重合，另外直线c上的所有原子一定在平面b内，从而得出共平面的碳原子可能为所有碳原子。答案D五卤代烃在有机合成中的作用1.卤代烃的作用卤代烃既可以发生消去反应生成烯烃，又可以发生取代反应引入羟基，所以在有机合成中引入官能团时，常常使用卤代烃作为中间桥梁，经过消去、加成、取代等一系列反应，得到目标产物。(1)引入羟基官能团制备醇或酚由于一些卤代烃可以水解生成醇，故在有机合成题中常利用先生成卤代烃，再水解引入羟基的方法来增加羟基的数目。如1­丙醇→1,2­丙二醇，思路是1­丙醇消去,丙烯X2,1,2­二卤代丙烷eq\o(→,\s\up7(水解))1,2­丙二醇。又如乙烯→乙二醇，丙烯→1,2­丙二醇等均是利用先生成卤代烃再水解得到醇的。(2)在分子指定位置引入官能团在有机反应中，反应物相同而条件不同时，可得到不同的主产物，如下式中—R代表烃基，副产物均已略去。条件不同，H和Br所主要加成的位置不同。如例11某烃类化合物A的质谱图表明其相对分子质量为84，红外光谱表明分子中含有碳碳双键，核磁共振氢谱表明分子中只有一种类型的氢。(1)A的结构简式为_____________________________________________________________。(2)A中的碳原子是否都处于同一平面？________(填“是”或“不是”)。(3)在下图中，D1、D2互为同分异构体，E1、E2互为同分异构体。反应②的化学方程式为___________________________________________________________；C的化学名称是_________________________________________________