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2.1烷烃 学案(含答案)

1、第一节第一节 烷烷 烃烃 学业水平目标 核心素养对接 1.认识烷烃的组成和结构特点。 2 能描述和分析烷烃典型代表物的重要 反应,能书写相应的化学方程式。 3 能列举烷烃典型代表物的主要物理性 质。 微观探析:烷烃的组成和结构特点。 模型认知:烷烃的化学性质。 知识梳理 知识点一、烷烃的结构和性质 1含义:通常把链状的烃称为脂肪烃,烷烃是一类饱和的脂肪烃。生活中常见 物质如:天然气、液化石油气、汽油、柴油、凡士林、石蜡等它们的主要成分都 是烷烃。 2结构特点 烷烃的结构与甲烷的相似,其分子中的碳原子都采取 sp3杂化,以伸向四面体 4 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

2、 键。烷烃分子中 的共价键全部是单键。 3化学性质 (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。如甲烷、乙烷与 氯气反应生成一氯甲烷、 一氯乙烷的化学方程式为 CH4Cl2 光 CH3ClHCl、 CH3CH3Cl2 光 CH3CH2ClHCl。 (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,如辛烷(C8H18)燃烧的化学方程式 为 2C8H1825O2 点燃 16CO218H2O。 (4)分解反应高温裂化或裂

3、解 烷烃受热时会分解产生含碳原子数较少的烷烃和烯烃,如:C16H34 催化剂 高温 C8H16 C8H18。 特别提醒 (1)烷烃不能使酸性 KMnO4溶液褪色,说明烷烃不能被酸性 KMnO4溶液氧化。 (2)烷烃不能因发生化学反应使溴的 CCl4溶液或溴水褪色。 4同系物:结构相似、分子组成上相差一个或若干 CH2原子团的化合物,互称 为同系物。 5烷烃的通式:CnH2n2(n1)。 6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,其他的烷烃在 常温下呈固态或液态(新戊烷常温下为气态) 溶解性 都不溶于水,易溶于有机溶剂 沸点 随相对分子质量的增

4、大,沸点逐渐升高。碳原子数相同的烷烃,支 链越多,沸点越低 密度 随相对分子质量的增大,相对密度逐渐增大。烷烃的密度小于水的 密度 微自测 1下列说法错误的是( ) A烷烃的分子组成通式为 CnH2n2 B甲烷能与氯气发生取代反应 C烷烃同系物随相对分子质量的增大,熔、沸点逐渐升高,密度逐渐增大 D甲烷不能使酸性 KMnO4溶液褪色,说明甲烷不能发生氧化反应 解析 甲烷在空气中或氧气中的燃烧也是氧化反应。 答案 D 知识点二、烷烃的命名 1烃基与烷基 (1)烃基:烃分子中去掉 1 个氢原子后剩余的基团。 (2)常见的烃基 甲烷分子去掉一个氢原子是甲基(CH3)。 乙烷分子去掉一个氢原子是乙基(

5、CH2CH3)。 丙 烷分子去掉一个氢原子后的烃基有两种,正丙基的结构简式是 CH2CH2CH3、异丙基的结构简式是。 丁烷分子去掉一个氢原子后的烃基有 4 种。 戊烷分子去掉一个氢原子后的烃基有 8 种。 2烷烃的习惯命名法 (1)原则:碳原子数后加“烷”字。 (2)碳原子数的表示方法 碳原子数在十以内的,依次用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸来表 示; 碳原子数在十以上的用汉字数字表示; 当 碳原 子数 相同 时, 在 ( 碳原 子数 ) 烷名 前 面加 正 、 异 、 新等 。如 CH3CH2CH2CH2CH3的名称为正戊烷,的名称为异戊烷, 的名称为新戊烷。 3烷烃的系统命名法

6、(1)选主链:选定分子中最长的碳链为主链,按主链中碳原子数目对应的烷烃称 为“某烷”。 (2)编序号:从选定主链中离取代基最近的一端为起点给主链上的碳原子编号定 位,以确定取代基在主链中的位置;当两个相同取代基离两端主链距离相同时, 从离第三个取代基最近的一端开始编号,等近时按取代基最简进行编号。 (3)写名称:将取代基名称写在主链名称的前面,在取代基的前面用阿拉伯数字 注明它在主链上所处的位置,并在数字和名称之间用短线隔开。 如: 主链碳原子数目为 6,名称为己烷。 取代基的名称为甲基和乙基。 取代基的数目为 2。 取代基的位置分别为 3 号位和 4 号位。 该有机物的名称为:3甲基4乙基己

7、烷。 微判断 2正误判断,正确的打“”,错误的打“”。 (1)失去一个氢原子的烷基的通式为CnH2n1() (2)乙烷、丙烷没有同分异构体,乙基、丙基也没有同分异构体() (3)烷烃命名时,1 号碳上不能连甲基,2 号碳上不能连乙基() (4)烷烃命名时要选择最长碳链为主链, 且要从距取代基最近的一端开始编号() (5)某烷烃的名称为2,3,3三甲基丁烷() 探究一 烷烃的性质 从多角度认识烷烃的取代反应 探究素材 (1)反应条件光照。 (2)反应物状态卤素单质(F2、Cl2、Br2、I2)而不是其水溶液。 (3)反应的特点氢原子被卤素原子逐步取代,多步反应同时进行。 (4)反应产物混合物(多

8、种卤代烃),不适宜制备卤代烃。 (5)定量关系n(X2)n(一卤代物)2n(二卤代物)3n(三卤代物)n(HX)。 探究题目 1在光照条件下,将 1 mol 甲烷和 1 mol 氯气混合充分反应后,得到的产物为 ( ) ACH3Cl、HCl BHCl、CCl4 CCH3Cl、CH2Cl2 DCH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl 解析 虽然甲烷和氯气按等物质的量混合,但实际上反应不会只停留在生成 CH3Cl 的第一步取代,而是四步取代反应几乎同时发生,所以生成物是 CH3Cl、 CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl。 答案 D 易错警示 (1)无论 Cl2是少量还是足量,

9、 烷烃的取代反应的产物一定是多种氯代物的混合物。 (2)烷烃和 Cl2发生取代反应,每 1 mol H 原子被取代,则生成 1 mol HCl,消耗 1 mol Cl2,而不是消耗 0.5 mol Cl2,参加反应的 Cl2的物质的量与生成的 HCl 的物 质的量相等。 从烃燃烧的通式认识烃的燃烧规律 探究素材 1烃类(CxHy)完全燃烧的化学方程式: CxHy(xy 4)O2 点燃 xCO2y 2H2O。 2烃完全燃烧耗氧量与生成 CO2和 H2O 的规律 (1)等质量的烃(CxHy)完全燃烧时,y x的值越大,则 H 元素的质量分数越大,耗氧 量越多,生成的水越多,生成的 CO2越少。 (

10、2)等物质的量的烃(CxHy)完全燃烧时,xy 4的值越大,耗氧量越多。其中 x 值越 大,生成的 CO2越多;y 值越大,生成的水越多。 (3)最简式(实验式)相同的有机物不论以何种比例混合, 只要混合物的总质量一定, 则完全燃烧时生成 CO2的量一定,生成 H2O 的量一定,耗氧量一定。 (4)不同有机物完全燃烧时,若生成 CO2和 H2O 的物质的量之比相同,则它们分 子中 C 原子与 H 原子的原子个数 比也相同。 3同温同压下,气态烃(CxHy)完全燃烧前后气体体积变化规律 (1)燃烧后温度高于 100 时,水为气态 反应前后气体体积变 化 V前V后 V前V后 V前V后 x、y 满足

11、的条件 y4 y4 y4 (2)燃烧后温度低于 100 时,水为液态,反应后气体体积变化是 1y 4。 探究题目 2120 时,1 体积某气态烃和 4 体积 O2混合,完全燃烧后恢复到原来的温度 和压强,气体的体积不变,该烃分子中所含的碳原子数不可能是( ) A1 B2 C3 D4 解析 设烃分子式为 CxHy,根据气态烃燃烧的化学方程式 CxHy(xy 4)O2 点燃 xCO2y 2H2O(g),反应前后气体体积不变,则有 x y 21x y 4,解得 y4,又 因为该烃完全燃烧,所以有 xy 44,解得 x3。 答案 D 3下列各组化合物中,不论两者以什么比例混合,只要总质量一定,则完全燃

12、 烧时消耗 O2的质量和生成水或 CO2的质量不变的是( ) ACH4 C2H6 BC2H6 C3H6 CC2H4 C3H6 DC2H4 C3H4 解析 质量一定时,生成的水或 CO2的质量不变,则两种有机物中 C、H 的质量 分数相等。C 项,由于两者的最简式相同,因此两种有机物中 C 和 H 的质量分 数相同, 故只要质量一定时, 则完全燃烧时消耗 O2的质量、 生成水的质量和 CO2 的质量不变。 答案 C 易错警示 利用烃类燃烧通式处理相关问题时的注意事项 (1)水的状态是液态还是气态。 (2)气态烃完全燃烧前后,气体体积变化只与烃分子中氢原子个数有关。 (3)注意烃是否完全燃烧,也就

13、是 O2是否足量。 探究二 烷烃的命名 探究素材 (1)烷烃的命名原则 最长原则:应选最长的碳链为主链。 最多原则:若存在多条等长主链时,应选择含取代基数最多的碳链为主链。 最近原则:应从离取代基最近一端对主链碳原子进行编号。 最简原则:若不同的取代基距主链两端等长时,应从靠近简单取代基的一端对 主链碳原子进行编号。 最小原则:若相同的取代基距主链两端等长时,应以取代基位号之和最小为原 则,对主链碳原子进行编号。 (2)烷烃名称书写应注意的事项 取代基的位号必须用阿拉伯数字表示。 相同取代基要合并,必须用中文数字表示其个数。 多个取代基位置间必须用逗号“,”分隔。 位置与名称间必须用短线“”隔

14、开。 若有多种取代基,必须简单写在前,复杂写在后。 探究题目 4“辛烷值”用来表示汽油的质量,汽油中异辛烷的爆震程度最小,将其辛烷 值定为 100,如图所示是异辛烷的球棍模型,则异辛烷的系统名称为( ) A1,1,3,3四甲基丁烷 B2,2,4三甲基庚烷 C2,4,4三甲基戊烷 D2,2,4三甲基戊烷 解析 根据球棍模型可写出异辛烷的结构简式为, 因此其系统名称为 2,2,4三甲基戊烷。 答案 D 5下列烷烃的系统命名正确的是( ) A2乙基丁烷 B3,3二甲基丁烷 C2甲基4乙基庚烷 D3乙基2,3二甲基戊烷 解析 2 号位上不能出现乙基,所选主链不是最长的,A 错误;3,3二甲基丁 烷不是

15、从离取代基最近一端编号,应该为 2,2二甲基丁烷,B 错误;2甲基 4乙基庚烷符合烷烃的命名原则,C 正确;如取代基不同,就把简单的写在 前面,复杂的写在后面,正确的名称为:2,3二甲基3乙基戊烷,D 错误。 答案 C 1下列有关烷烃性质的叙述正确的是( ) A烷烃分子结构稳定,不发生任何化学反应 B烷烃中碳元素表现负价,易被酸性 KMnO4溶液氧化 C在光照条件下,烷烃可与溴水中的溴发生取代反应 D烷烃的卤代反应很难得到纯净的产物 解析 烷烃性质的稳定性是相对的,一定条件下可发生取代、燃烧等反应;烷烃 不能和酸性 KMnO4溶液反应;烷烃发生的取代反应并不能在水溶液中进行,故 不能被溴水中的

16、溴取代。 答案 D 2下列化学性质中,烷烃不具备的是( ) A一定条件下发生分解反应 B可以在空气中燃烧 C与氯气发生取代反应 D能使酸性高锰酸钾溶液褪色 解析 烷烃可以在一定条件下发生分解反应,也可以燃烧、发生取代反应,但烷 烃不能使酸性高锰酸钾溶液褪色。 答案 D 3按照有机物的命名规则,下列命名正确的是( ) A1,2二甲基戊烷 B2乙基丁烷 C3乙基己烷 D3,4二甲基戊烷 解析 主链不是最长,应为 3甲基己烷,A 错误;主链不是最长,应为 3甲 基戊烷,B 错误;取代基的位次和应最小,正确命名为 2,3二甲基戊烷,D 错误。 答案 C 4物质的量相同的下列烃,完全燃烧,耗氧量最多的是

17、( ) AC2H6 BC4H6 CC5H10 DC7H8 解析 依据1 mol CxHy耗氧量为(xy 4) mol来确定; 1 mol C2H6耗氧2 mol 6 4 mol 3.5 mol;1 mol C4H6耗氧 4 mol6 4 mol5.5 mol;1 mol C5H10 耗氧 5 mol10 4 mol7.5 mol;1 mol C7H8耗氧 7 mol8 4 mol9 mol。 答案 D 5标准状况下 35 mL 气态烷烃完全燃烧,恢复到原来状况下,得到二氧化碳气 体 140 mL,则该烃的分子式为( ) AC5H12 BC4H10 CC2H6 DC3H8 解析 根据同温、同压下

18、气体的体积比等于分子数比,烷烃分子数与二氧化碳气 体分子数比为 35 mL 140 mL 1 4,该烃 1 个分子中含有 4 个碳原子,即该烷烃为丁烷。 答案 B 61 mol CH4与 Cl2发生取代反应,待反应完成后测得四种有机取代产物物质的 量相等, 则消耗的 Cl2为_ mol, 被氯原子取代的氢原子有_ mol。 其中碳含量最小的取代产物的空间结构是_。 四种取代产物中有一种不存 在同分异构体,且能说明 CH4是正四面体结构而不是平面结构,该产物是 _。 解析 因为 CH4与 Cl2发生取代反应生成的 4 种取代产物中的碳原子均来自于 CH4,由碳原子守恒可知,共生成 1 mol 取

19、代产物,且每一种产物物质的量均为 0.25 mol。由于 CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4分子中的氯原子均来自 Cl2,由 CH4和Cl2反应的化学方程式知, 共消耗Cl2: 0.25 mol0.25 mol20.25 mol3 0.25 mol42.5 mol。一个 Cl2分子中的一个氯原子进入 HCl,一个氯原子进 入有机物,故 n(H)取代n(Cl2)2.5 mol。碳含量最小的取代产物是 CCl4,它的空 间结构与甲烷相同。不管 CH4是正四面体结构还是平面结构,CH3Cl、CHCl3、 CCl4都不存在同分异构现象,对于 CH2Cl2,若 CH4为正四面体结构,CH2Cl2不 存在同分异构现象,若 CH4为平面结构,则 CH2Cl2有两种同分异构体。 答案 2.5 2.5 正四面体形 CH2Cl2