第05講 烷烴的結構和性質(教師版)-高二化學同步講義(人教2019選擇性必修3)_第1頁
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文檔簡介

第0第05講烷烴的結構和性質知識導航知識導航知識精講知識精講一、烷烴的概念、通式、結構特點、存在1.概念:烴分子中碳原子之間都以碳碳________結合,剩余價鍵均與氫原子結合,使每個碳原子的化合價都達到“飽和”,這樣的烴叫做飽和烴,也稱為烷烴。2.鏈狀烷烴通式:____________,符合通式的一定是烷烴。3.結構特點:分子中的碳原子都采取_______雜化,以伸向四面體4個頂點方向的sp3雜化軌道與其他碳原子或氫原子結合,形成σ鍵。烷烴分子中的共價鍵全部是單鍵。4.存在:天然氣、液化石油氣、汽油、柴油、凡士林、石蠟等,它們的主要成分都是烷烴。【答案】1.單鍵2.CnH2n+2 3.sp3二、同系物結構相似,在分子組成上相差一個或若干個CH2原子團的物質互稱為同系物。①同系物結構相似,決定了化學性質相似②同系物的相對分子質量相差“14n”③所有烷烴互為同系物三、甲烷1.結構表示甲烷分子中5個原子不在同一平面上,而是形成了正四面體的空間結構。4個C—H鍵的鍵長、鍵能、鍵角均相同,鍵角為109°28′。2.存在天然氣、沼氣、煤層氣的主要成分是甲烷。3.物理性質甲烷是一種無色、無味、極難溶于水、密度比空氣小的氣體。四、烷烴的物理性質物理性質遞變規律狀態①碳原子數C≤4的烷烴在常溫常壓下是氣體;②碳原子數5≤C≤16的烷烴在常溫常壓下一般是液體;(特例:新戊烷(CH3)4C在常溫常壓下是氣體)③碳原子數C≥17的烷烴在常溫常壓下是固體。熔、沸點①烷烴的相對分子質量越大,烷烴的熔、沸點_________;②相對分子質量相同時,支鏈越多,熔、沸點_________。密度隨碳原子的增多而逐漸增大,但都小于水的密度。溶解性烷烴不溶于水,易溶于有機溶劑。【答案】越高;越低五、烷烴的化學性質1.可燃性烷烴都具有可燃性,可用作燃料,其燃燒通式為:_______________________________________________【答案】CnH2n+2+3n+12O2nCO2+(n+1)H2O2.穩定性通常情況下,烷烴比較穩定,與強酸、強堿、酸性高錳酸鉀、溴的四氯化碳溶液等都不發生反應。3.取代反應在光照條件下,烷烴可與鹵素單質發生取代反應:CnH2n+2+X2________________________【答案】CnH2n+1X+HX實驗——CH4與Cl2的取代反應實驗操作取兩支試管,均通過排飽和NaCl溶液的方法收集半試管CH4,和半試管Cl2,分別用鐵架臺固定好。將其中一支試管用鋁箔套上,另一支試管放在光亮處(不要放在日光直射的地方)。靜置,比較兩支試管內的現象。實驗現象光亮處的試管氣體顏色逐漸變淺,試管壁出現油狀液滴,同時出現少量白霧,試管內液面上升,飽和食鹽水中有少量固體析出;套上鋁箔的試管無明顯現象。反應原理+(一氯甲烷,氣體)CH3Cl+Cl2HCl+CH2Cl2(二氯甲烷,油狀液體)CH2Cl2+Cl2HCl+CHCl3(三氯甲烷,油狀液體,俗稱氯仿)CHCl3+Cl2HCl+CHCl3(四氯甲烷,也稱四氯化碳,油狀液體)對點訓練對點訓練題型一:烷烴的定義與結構特點【例1】(雙選)下列有關烷烴的敘述中,正確的是A.烷烴分子中所有的化學鍵都是單鍵B.除甲烷外,很多烷烴都能使酸性KMnO4溶液的紫色褪去C.分子通式為CnH2n+2的烴不一定是烷烴D.所有的烷烴中碳原子均采取sp3雜化【答案】AD【解析】A.甲烷分子中只含有碳氫單鍵,碳原子數大于2的烷烴分子中含有碳碳單鍵、碳氫單鍵,A正確;B.烷烴的化學性質穩定,不能被酸性KMnO4溶液氧化,無法使其褪色,B錯誤;C.分子通式為CnH2n+2的烴,是飽和烴,一定是烷烴,C錯誤;D.烷烴中碳原子都采取sp3雜化,伸向四面體4個頂點方向的sp3雜化軌道與其他碳原子或氫原子結合,D正確;故選AD。【例2】寫出下列各烷烴的分子式。(1)在同溫同壓下,烷烴A蒸氣的密度是H2的43倍:__。(2)烷烴B的分子中含有200個氫原子:___。(3)分子中含有22個共價鍵的烷烴D為___。【答案】

C6H14

C99H200

C7H16【解析】(1)在同溫同壓下,烷烴A蒸氣的密度是H2的43倍,則相對分子質量為86,根據烷烴的同通式CnH2n+2分析,14n+2=86,n=6,所以分子式為C6H14。(2)烷烴B的分子中含有200個氫原子,據烷烴的同通式CnH2n+2分析,該物質化學式為C99H200。(3)烷烴的同通式CnH2n+2分析,共價鍵數為3n+1,則分子中含有22個共價鍵的烷烴D為C7H16。題型二:烷烴的熔沸點比較【變3】下列說法正確的是A.隨著碳原子數的增加,烷烴的沸點逐漸降低B.隨著碳原子數的增加,烷烴的同分異構體數目也增加C.所有的鏈狀烷烴一定互為同系物D.乙烷與氯氣在光照下反應生成的有機物只有CH3CH2Cl一種【答案】B【解析】A.隨著碳原子數的增加,烷烴的分子間作用力逐漸增大,沸點逐漸升高,故A錯誤;B.隨著碳原子數的增加,碳原子連接方式增多,烷烴的同分異構體數目增加,如甲烷、乙烷、丙烷無同分異構體,丁烷有兩種同分異構體,戊烷有三種同分異構體等,故B正確;C.分子式相同的不同鏈狀烷烴互為同分異構體,分子式不同的鏈狀烷烴互為同系物,故C錯誤;D.乙烷與氯氣在光照下反應生成的有機物有CH3CH2Cl、CH2ClCH2Cl、CH3CHCl2等,不止一種,故D錯誤;答案選B。【例4】下列五種烴①2-甲基丁烷②2,2-二甲基丙烷③戊烷④丙烷⑤丁烷,按沸點由高到低的順序排列的是A.①>②>③>④>⑤ B.②>③>⑤>④>①C.④>⑤>②>①>③ D.③>①>②>⑤>④【答案】D【詳解】①2-甲基丁烷、②2,2-二甲基丙烷、③戊烷三者互為同分異構體,根據互為同分異構體的烷烴分子中,烷烴含有的支鏈越多,分子間的作用力越小,熔沸點越小,則沸點③>①>②;結構相似的烷烴中,含有的C原子數目越多,相對分子質量越大,熔沸點越高,則沸點由高到低的順序排列的是③>①>②>⑤>④,故選D。【點睛】結構相似的烷烴中,含有的C原子數目越多,相對分子質量越大,熔沸點越高;互為同分異構體的烷烴分子中,烷烴含有的支鏈越多,分子間的作用力越小,熔沸點越小。題型三:烷烴的性質【變5-1】2017年諾貝爾化學獎被授予研發出冷凍電鏡的科學家。使用冷凍電鏡時,需將樣品放入液態乙烷中進行冷凍。下列有關說法錯誤的是A.乙烷不易溶于水B.常溫下乙烷為氣體C.乙烷屬于不飽和烴D.乙烷不與樣品發生反應【答案】C【解析】A.乙烷是烴類物質,難溶于水,A正確;B.常溫下乙烷為氣體,B正確;C.乙烷為飽和烴,每個碳原子形成四個單鍵,C錯誤;D.使用冷凍電鏡時,需將樣品放入液態乙烷中進行冷凍,證明乙烷不與樣品反應,D正確;故選C。【變5-4】如圖是A、B、C三種烴的球棍模型。(1)A的名稱是___。(2)B與C是___(填序號)。a.同系物

b.同分異構體

c.同位素(3)C的結構簡式是___。(4)下列說法正確的是___(填序號)。a.它們都屬于烷烴b.都可以與氯氣發生取代反應c.都可以使高錳酸鉀溶液褪色d.都可以燃燒生成CO2和H2O【答案】

丙烷

b

CH3CH(CH3)2

abd【解析】(1)由A的球棍模型可知,該有機物的結構簡式為CH3CH2CH3,分子式為C3H8,其名稱為丙烷;答案為丙烷。(2)由B的球棍模型可知,該有機物的結構簡式為CH3CH2CH2CH3,分子式為C4H10,由C的球棍模型可知,該有機物的結構簡式為CH3CH(CH3)2,分子式為C4H10,B與C符合分子式相同,結構不同的有機物,屬于同分異構體,b符合題意;答案為b。(3)由C的球棍模型可知,該有機物的結構簡式為CH3CH(CH3)2;答案為CH3CH(CH3)2。(4)由A、B、C三種烴的球棍模型可知,它們分子式分別為C3H8、C4H10、C4H10,均由C和H兩種元素組成,均符合CnH2n+2通式,均屬于烷烴,根據烷烴的通性,均能與Cl2在光照的條件下發生取代反應,屬于飽和烴,均不能使高錳酸鉀溶液褪色,都可以燃燒生成CO2和H2O,則abd符合題意;答案為abd。【變6-1】下列各組化合物中,不論兩者以什么比例混合,只要總質量一定,則完全燃燒時消耗O2的質量、生成水的質量或CO2的質量不變的是A.CH4C2H6 B.C2H6C3H6C.C2H4C3H6 D.C2H4C3H4【答案】C【分析】最簡式相同的烴不論以什么比例混合,只要總質量一定,碳的質量不變,氫的質量也不變,即消耗O2的量、生成水的量及生成CO2的量均不變。【詳解】A.CH4、C2H6的分子式不相同,最簡式也不相同,不符合題意,A錯誤;B.C2H6、C3H6的分子式不相同,最簡式也不相同,不符合題意,B錯誤;C.C2H4、C3H6的分子式不相同,但二者最簡式相同,符合題意,C正確;D.C2H4、C3H4的分子式不相同,最簡式也不相同,不符合題意,D錯誤;故合理選項是C。題型四:同系物、同分異構體【例7】下列物質中,與2-甲基丁烷互為同系物的是A. B.C. D.【答案】A【詳解】A.名稱是2-甲基丙烷,與2-甲基丁烷結構相似,在分子組成上相差1個CH2原子團,因此二者互為同系物,A符合題意;B.名稱是2-甲基丁烷,就是2-甲基丁烷本身,B不符合題意;C.分子式是C5H12,與2-甲基丁烷分子式相同,結構不同,二者互為同分異構體,C不符合題意;D.分子式是C5H12,與2-甲基丁烷分子式相同,結構不同,二者互為同分異構體,D不符合題意;故合理選項是A。【例8】Ⅰ.在下列各組物質中,找出合適的序號填在對應的空格內:①NO2和N2O4②12C和14C③K和Ca④甲烷和丙烷⑤紅磷和白磷⑥異戊烷()和新戊烷()⑦(1)互為同位素的是_______。(2)互為同分異構體的是_______。(3)互為同系物的是_______。(4)為同一種物質的是_______。Ⅱ.(1)相對分子質量為72的鏈狀烷烴,其分子式是_______。若此有機物的一氯代物分子中有兩個“-CH3”,兩個“-CH2-”,一個“”和一個“-Cl”,它們的可能結構有4種,分別是:、、_______、_______。(2)寫出乙烷和氯氣在光照下反應生成一氯代物的化學反應方程式:_______,此反應類型為_______。【答案】②⑥④⑦C5H12CH3CH3+Cl2CH3CH2Cl+HCl取代反應【詳解】Ⅰ.①NO2和N2O4為不同物質;②12C和14C質子數相同,中子數不同,互為同位素;③K和Ca為質量數相同的不同原子; ④甲烷和丙烷結構相似,分子組成相差2個CH2原子團,互為同系物;⑤紅磷和白磷為同種元素形成的不同單質,互為同素異形體;⑥異戊烷和新戊烷分子式相同,結構不同,互為同分異構體;⑦為同一物質;(1)互為同位素的是②;(2)互為同分異構體的是⑥;(3)互為同系物的是④;(4)為同一種物質的是⑦;Ⅱ.(1)烷烴的通式為CnH2n+2,相對分子質量為72的鏈狀烷烴,即12n+2n+2=72,n=5,分子式為C5H12;此有機物的一氯代物分子中有兩個“-CH3”,兩個“-CH2-”,一個“”和一個“-Cl”,同分異構體有、、、;(2)乙烷和氯氣在光照下發生取代反應可生成一氯乙烷和HCl,化學反應方程式CH3CH3+Cl2CH3CH2Cl+HCl。提分特訓提分特訓【題1】下列說法不正確的是________A.所有碳氫化合物中,甲烷中碳的質量分數最低B.所有烷烴中,甲烷的沸點最低C.甲烷分子中最多有4個原子共平面D.甲烷、乙烷和丙烷都能在光照下與氯氣發生取代反應【答案】C【解析】A.所有碳氫化合物中,甲烷分子中H元素的含量最高,則其中碳元素的質量分數最低,A正確;B.在烷烴中,隨著分子中C原子數的增多,物質的相對分子質量逐漸增大,分子間作用力逐漸增強,因此物質的熔沸點逐漸升高,故在所有烷烴中,甲烷的沸點最低,B正確;C.甲烷分子是正四面體結構,鍵角是109°28′,物質分子中最多有3個原子共平面,C錯誤;D.甲烷、乙烷和丙烷分子中都含有C-H鍵,在光照下都能與氯氣發生取代反應,產生氯代烷烴,D正確;故合理選項是C。【題2】下列各組化合物中,不論兩者以什么比例混合,只要總質量一定,則完全燃燒時消耗O2的質量、生成水的質量或CO2的質量不變的是A.CH4C2H6 B.C2H6C3H6C.C2H4C3H6 D.C2H4C3H4【答案】C【解析】A.CH4、C2H6的分子式不相同,最簡式也不相同,不符合題意,A錯誤;B.C2H6、C3H6的分子式不相同,最簡式也不相同,不符合題意,B錯誤;C.C2H4、C3H6的分子式不相同,但二者最簡式相同,符合題意,C正確;D.C2H4、C3H4的分子式不相同,最簡式也不相同,不符合題意,D錯誤;故合理選項是C。【題3】下列說法正確的是A.根據碳骨架的不同,有機化合物可分為烴和烴的衍生物B.熔沸點:戊烷二甲基戊烷二甲基丁烷<丙烷C.核磁共振儀可確定有機物中是否存在鹵素D.通過用紅外光譜圖分析,可以區分乙醇和乙酸乙酯【答案】D【解析】A.根據分子組成中是否含有碳、氫以外的元素,可分為烴和烴的衍生物,故A錯誤;B.碳原子數越多,沸點越高,相同碳原子數時支鏈越多沸點越低,則沸點為2,2一二甲基戊烷>2,3一二甲基丁烷>戊烷>丙烷,故B錯誤;C.核磁共振儀,通常根據譜中出現幾組峰說明有機物中含有幾種類型的氫原子,故C錯誤;D.不同的化學鍵或官能團吸收頻率不同,在紅外光譜圖上將處于不同的位置,從而可以獲得分子中含有的化學鍵或官能團的信息,乙酸乙酯中含有酯基,其中有C=O鍵、C-C鍵、C-O鍵、C-H鍵、O-H鍵等,而乙醇中有羥基,其中有C-C鍵、C-O鍵、C-H鍵、O-H鍵等,沒有C=O鍵,則通過用紅外光譜圖分析可以區分乙醇和乙酸乙酯,故D正確;故選:D。【題4】下列有關烷烴(C4H10)的敘述不正確的是A.分子中碳原子不在同一直線上B.分子中所有原子不可能在同一平面內C.符合該分子式的烷烴的一氯代物共有4種D.不能發生氧化反應【答案】D【解析】A.烷烴(C4H10)中的C原子具有甲烷的四面體結構,分子中四個C原子不可能在同一直線上,A正確;B.烷烴(C4H10)中的C原子具有甲烷的四面體結構,分子中所有原子不可能在同一平面上,B正確;C.烷烴(C4H10)有CH3CH2CH2CH3和CH3CH(CH3)2兩種結構,每種結構中都含有2種不同的H原子,故符合該分子式的烷烴的一氯代物共有4種,C正確;D.該物質是烴,屬于可燃物,其能夠完全燃燒產生CO2、H2O,燃燒反應屬于氧化反應,D錯誤;故合理選項是D。【題5】下列分子式只表示一種物質的是A.C4H10 B.C5H12 C.C3H7Cl D.CH2Cl2【答案】D【詳解】A.分子式是C4H10的物質可以表示CH3CH2CH2CH3、,因此C4H10不能只表示一種物質,A不符合題意;B.分子式是C5H12的物質可以表示CH3CH2CH2CH2CH3、、,因此C5H12不能只表示一種物質,B不符合題意;C.分子式C3H7Cl表示的物質可以是CH3CH2CH2Cl、CH3CHClCH3,因此C3H7Cl不能只表示一種物質,C不符合題意;D.分子式CH2Cl2表示甲烷CH4分子中2個H原子被2個Cl原子取代產生的物質,由于甲烷只有一種結構,因此CH2Cl2只表示一種物質,D符合題意;故合理選項是D。【題6】已知鏈狀烷烴A的密度是相同條件下H2密度的36倍。(1)鏈狀烷烴A的分子式為______。(2)寫出A可能存在的結構簡式:_____。(3)若A的某種同分異構體B的一氯代物只有一種。①B與Cl2發生反應生成一氯代物的化學方程式為_____。②B完全燃燒的化學方程式為______。【答案】(1)C5H12(2)CH3CH2CH2CH2CH3、CH3CH(CH3)CH2CH3、C(CH3)4(3)

C(CH3)4+Cl2C(CH3)3CH2Cl+HCl

C5H12+8O25CO2+6H2O【解析】(1)鏈狀烷烴A的密度是相同條件下H2密度的36倍,則A的相對分子質量M=36×2=72,由于烷烴分子式通式是CnH2n+2,14n+2=72,解得n=5,所以鏈狀烷烴A的分子式為C5H12;(2)烷烴A分子式是C5H12,根據C原子價電子數目是4,可知其可能存在的結構簡式為CH3CH2CH2CH2CH3、CH3CH(CH3)CH2CH3、C(CH3)4;(3)若A的某種同分異構體B的一氯代物只有一種,說明物質B分子中只有一種位置的H原子。CH3CH2CH2CH2CH3分子有三種不同位置的H原子,因此其一氯取代產物有3種;CH3CH(CH3)CH2CH3分子有四種不同位置的H原子,因此其一氯取代產物有4種;C(CH3)4分子只有一種不同位置的H原子,因此其一氯取代產物只有1種,故該物質結構簡式是C(CH3)4。①B與Cl2發生反應生成一氯代物時,二者反應的物質的量的比是1:1,該反應的化學方程式為C(CH3)4+Cl2C(CH3)3CH2Cl+HCl;②B是烴,完全燃燒產生CO2、H2O,該反應的化學方程式為:C5H12+8O25CO2+6H2O。提分作業提分作業【練1】下列物質屬于脂肪烴的是A. B.CH3CH2CH3 C.CH3CH2Cl D.【答案】B【詳解】A.脂肪烴是指鏈狀烴,A項含有苯環,屬于芳香烴,A錯誤;B.鏈狀化合物,只含碳元素和氫元素,屬于脂肪烴,B正確;C.含有氯元素,不屬于烴,C錯誤;D.含有氯元素,不屬于烴,D錯誤;故選B。【練2】下列敘述錯誤的是A.甲烷與氯氣反應無論生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3還是CCl4,都屬于取代反應B.烷烴中除甲烷外,很多都能使KMnO4酸性溶液的紫色褪去C.符合分子通式CnH2n+2的烴一定是烷烴D.烷烴分子中的碳原子都采取sp3雜化【答案】B【詳解】A.甲烷是飽和鏈烴,與氯氣反應無論生成、、還是,都屬于取代反應,A項正確;B.烷烴是飽和鏈烴,性質穩定不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色,B項錯誤;C.烷烴是唯一的飽和鏈狀烴,所有烷烴均符合分子通式,C項正確;D.烷烴的結構與甲烷的相似,其分子中的碳原子都采取雜化,D項正確;故選:B。【練3】下列說法正確的是A.隨著碳原子數的增加,烷烴的沸點逐漸降低B.隨著碳原子數的增加,烷烴的同分異構體數目也增加C.所有的鏈狀烷烴一定互為同系物D.乙烷與氯氣在光照下反應生成的有機物只有CH3CH2Cl一種【答案】B【詳解】A.隨著碳原子數的增加,烷烴的分子間作用力逐漸增大,沸點逐漸升高,故A錯誤;B.隨著碳原子數的增加,碳原子連接方式增多,烷烴的同分異構體數目增加,如甲烷、乙烷、丙烷無同分異構體,丁烷有兩種同分異構體,戊烷有三種同分異構體等,故B正確;C.分子式相同的不同鏈狀烷烴互為同分異構體,分子式不同的鏈狀烷烴互為同系物,故C錯誤;D.乙烷與氯氣在光照下反應生成的有機物有CH3CH2Cl、CH2ClCH2Cl、CH3CHCl2等,不止一種,故D錯誤;答案選B。【練4】下列有關丙烷的敘述不正確的是A.是直鏈烴,但分子中碳原子不在一條直線上B.在光照條件下能夠與氯氣發生取代反應C.丙烷的球棍模型為D.1mol丙烷完全燃燒消耗5molO2【答案】C【解析】A.C3H8是鏈烴,其中的碳原子為飽和碳原子,飽和碳原子和與之相連的四個原子形成

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