新教材適用2024-2025學年高中化學第7章有機化合物第1節(jié)認識有機化合物第3課時烷烴的性質學案新人教版必修第二冊

第3課時烷烴的性質學習目標1．相識甲烷的結構及其主要性質和應用。2．了解有機化合物的性質特點。核心素養(yǎng)1．能從原子、分子水平分析烷烴及其反應的微觀特征。2．能從烷烴的微觀結構說明化學性質的相像性和物理性質的遞變性。3．能識記烷烴的物理性質、化學性質。4．能有較強的問題意識。依據已有烷烴的性質，獨立完成試驗探究。5．能用簡潔試驗探究烷烴取代反應的條件和反應方程式。6．能依據教材給出的問題，設計簡潔的試驗方案。一、烷烴的物理性質及可燃性1．烷烴的存在自然氣、沼氣和煤層氣的主要成分均為_甲烷__，“凡士林”、石蠟、汽油、煤油的主要成分是含碳原子數較多的_烷烴__。2．烷烴的物理性質相像性遞變性(隨分子中碳原子數的增加)熔、沸點較低漸漸_上升__密度比水_小__漸漸_增大__狀態(tài)氣態(tài)→液態(tài)→固態(tài)，常溫常壓下分子中碳原子數n≤4的烷烴為氣態(tài)(常溫常壓下，新戊烷為氣態(tài))溶解性難溶于_水__，易溶于汽油等_有機溶劑__3.烷烴的穩(wěn)定性及可燃性(1)穩(wěn)定性：通常狀況下，烷烴比較穩(wěn)定，與_強酸__、_強堿__或高錳酸鉀等_強氧化劑__不發(fā)生反應。(2)可燃性：烷烴可以在空氣中完全燃燒，發(fā)生_氧化__反應，生成CO2和H2O。CH4燃燒的化學方程式：CH4＋2O2CO2＋2H2O。C3H8燃燒的化學方程式：C3H8＋5O23CO2＋4H2O。鏈狀烷烴燃燒通式：CnH2n＋2＋eq\f(3n＋1,2)O2nCO2＋(n＋1)H2O。(3)分解反應：烷烴在_較高溫度__下會發(fā)生分解。正|誤|判|斷(1)常溫常壓下，CH4、C2H6和C3H8為氣體，C4H10、C6H14呈液態(tài)。(×)(2)在通常條件下，烷烴和硫酸、氫氧化鈉不反應，和酸性KMnO4溶液也不反應。(√)(3)在做甲烷、乙烷燃燒試驗前，氣體肯定要驗純。(√)(4)運用自然氣(主要成分為CH4)的燃氣灶，改用液化石油氣(主要成分為C4H10)，應增大進氣量或減小進風量。(×)(5)烷烴都能燃燒，且完全燃燒的產物肯定是CO2和H2O。(√)深|度|思|考1.在空氣中含甲烷5%～15%，氧氣中含甲烷5.4%～59.2%時，遇火花將發(fā)生爆炸，煤礦中的爆炸事故多數是甲烷氣體爆炸引發(fā)的。煤礦工人在礦井采礦時，應當實行哪些措施？提示：剛好通風、嚴禁煙火、剛好檢測甲烷濃度等。2．碳原子個數相同的烷烴，其沸點也肯定相同嗎？提示：當碳原子數相同時，一般支鏈越多，沸點越低。如沸點：正戊烷>異戊烷>新戊烷。應|用|體|驗1.依據以下數據推斷丙烷的沸點可能是(A)物質甲烷乙烷丁烷戊烷沸點－164℃－89℃－1℃＋36℃A．約－40℃B．低于－164℃C．低于－89℃D．高于＋36℃解析：烷烴隨分子中碳原子數的增加，熔、沸點漸漸上升，丙烷的沸點介于乙烷和丁烷之間。2．標準狀況下，0.1mol某鏈狀烷烴完全燃燒生成11.2LCO2。(1)寫出該鏈狀烷烴的分子式：_C5H12__。(2)寫出該鏈狀烷烴燃燒的化學方程式：C5H12＋8O25CO2＋6H2O。(3)該鏈狀烷烴的同分異構體有多種，寫出分子中含有4個甲基(—CH3)的結構簡式：。二、烷烴的典型性質——取代反應1．烷烴的取代反應試驗探究(以CH4與Cl2的反應為例)試驗操作試驗現象A裝置：試管內氣體顏色漸漸_變淺__；試管內壁有_油狀液滴__出現，試管中有_少量白霧__，且試管內液面_上升__，水槽中有固體析出B裝置：_無現象__試驗結論CH4與Cl2需在_光照__條件下發(fā)生化學反應，有關化學方程式為CH4＋Cl2_CH3Cl(一氯甲烷)＋HCl__；CH3Cl＋Cl2_CH2Cl2(二氯甲烷)＋HCl__；CH2Cl2＋Cl2_CHCl3(三氯甲烷或氯仿)＋HCl__；CHCl3＋Cl2_CCl4(四氯甲烷或四氯化碳)＋HCl__產物性質水溶性：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4均_不__溶于水。狀態(tài)：常溫下除_CH3Cl__是氣體，其余三種均為液體數量關系每取代1mol氫原子，消耗1molCl2，生成1molHCl2.取代反應(1)概念：有機物分子里的某些原子或原子團被其他_原子或原子團__所替代的反應。(2)特點①烷烴的取代反應是一種連鎖反應，不會停留在某一步，因此產物一般為_混合物__。②烷烴分子中1mol氫原子被取代，消耗_1_mol__鹵素單質，同時生成1mol鹵化氫，1molCnH2n＋2與Cl2發(fā)生取代反應，最多消耗鹵素單質為_2n＋2__mol。③烷烴中有幾種不同化學環(huán)境的氫就可以生成幾種一氯代物。3．有機物的性質(1)物理性質：與無機物相比，大多數有機物的熔點比較_低__，_難__溶于水，_易__溶于汽油、乙醇、苯等有機溶劑。(2)化學性質：大多數有機物簡潔燃燒，受熱會發(fā)生分解；有機物的化學反應比較困難，常伴有副反應發(fā)生(有機化學方程式常用“→”連接反應物和生成物)，許多反應須要在加熱、光照或運用催化劑的條件下進行。正|誤|判|斷(1)乙烷、丁烷等烷烴和氯水也可以發(fā)生取代反應。(×)(2)CH4和Cl2按體積比1∶1混合，發(fā)生取代反應生成的產物只有兩種。(×)(3)CH4和Cl2發(fā)生取代反應時，每生成1molHCl，則有1molCl2參與反應。(√)(4)CH4分子為正四面體結構，因此其生成物CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4都為正四面體結構。(×)(5)CH4和Cl2發(fā)生取代反應的產物中，CH3Cl的含量最多。(×)深|度|思|考1.(1)Cl2與CH4反應生成了哪些產物？物質的量最多的是哪種產物？有機產物中哪種產物常溫下是氣體？(2)能否用CH4和Cl2按1∶1的體積比混合來制取純凈的CH3Cl？為什么？提示：(1)五種產物，有CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl。HCl的物質的量最多。CH3Cl在常溫下是氣體。(2)不能。CH4和Cl2的反應是連鎖反應，不行能只發(fā)生第一步取代反應，生成物為混合物，即CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4四種有機物與氯化氫形成的混合物，CH3Cl的產率低，因此不能用CH4和Cl2按1∶1的體積比混合來制取純凈的CH3Cl。2．丙烷與Cl2發(fā)生取代反應，可生成幾種一氯丙烷？寫出其結構簡式。提示：2種；CH3CH2CH2Cl、CH3CHCH3Cl。應|用|體|驗1.(2024·青島高一檢測)下列化學反應中不屬于取代反應的是(C)A．CH3CH2Cl＋Cl2CH3CHCl2＋HClB．CH3OH＋HClCH3Cl＋H2OC．2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑D．CH3—CH2—Br＋NaOHeq\o(→,\s\up7(水),\s\do5(△))CH3—CH2—OH＋NaBr解析：取代反應是指有機物分子里的某些原子或原子團被其他原子或原子團所替代的反應。C項中的反應為置換反應，不是有機反應，更不是取代反應。2．如圖所示，U形管的左端被水和膠塞封閉有甲烷和氯氣(體積比為1∶4)的混合氣體，假定氯氣在水中的溶解度可以忽視。將封閉有甲烷和氯氣混合氣體的裝置放置在有光亮的地方，讓混合氣體緩慢地反應一段時間。(1)假設甲烷與氯氣反應充分，且只產生一種有機物，請寫出化學方程式：CH4＋4Cl2CCl4＋4HCl。(2)若題目中甲烷與氯氣的體積比為1∶1，則得到的產物為_D__(填字母，下同)。A．CH3Cl、HClB．CCl4、HClC．CH3Cl、CH2Cl2D．CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl(3)經過幾個小時的反應后，U形管右側水柱的變更是_B__。A．上升 B．降低C．不變 D．無法確定解析：(1)因Cl2足量，若充分反應，則CH4中的4個氫原子可完全被取代，生成CCl4和HCl，CH4＋4Cl2CCl4＋4HCl。(2)甲烷與氯氣的取代反應是一種連鎖反應，第一步反應一旦起先，后續(xù)反應馬上進行，因此四步反應均可發(fā)生，故得到四種氯代產物和HCl。(3)甲烷和氯氣在光照的條件下發(fā)生取代反應，U形管左側生成的氯化氫氣體易溶于水，生成的4種氯代物中，除CH3Cl外其他三種均為液體，氣體壓強減小，U形管右側液面下降，左側液面上升。1．烷烴與氯氣的取代反應要點歸納(以甲烷為例)反應物甲烷與氯氣(不能用氯水)反應條件漫射光照耀(不用太陽光直射，以防爆炸)生成物甲烷與氯氣反應生成四種有機產物：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和無機物HCl，其中HCl的產量最多反應特點連鎖反應甲烷中的氫原子被氯原子逐步取代，各步反應同時進行，即第一步反應一旦起先，后續(xù)反應馬上進行數量關系每取代1mol氫原子，消耗1molCl2，生成1molHCl2.烷烴取代反應的連續(xù)性及化學方程式的書寫(1)在光照條件下，烷烴與Cl2、Br2等鹵素單質的氣體都可以發(fā)生取代反應，生成多種鹵代產物和相應的鹵化氫氣體。CnH2n＋2＋X2CnH2n＋1X＋HX，CnH2n＋1X可與X2接著發(fā)生取代反應。(2)取代反應的特點是“一下一上，有出有進”，類似無機反應中的復分解反應，留意在書寫化學方程式時，防止漏寫產物中的小分子。3．取代反應的幾點理解(1)烷烴在光照條件下只能與純凈的鹵素單質發(fā)生取代反應，而不能與鹵素單質的水溶液反應。(2)取代反應和置換反應不同，取代反應是一種化合物和另一種化合物或單質反應，一般生成兩種新化合物；置換反應是一種單質與一種化合物反應，生成另一種單質和另一種化合物。1．液化石油氣中含有丁烷，在運輸、儲存、運用過程中肯定要留意平安。丁烷中碳原子成鍵特點與CH4中碳原子相像，性質相像。下列有關丁烷的敘述不正確的是(D)A．丁烷沸點高于甲烷B．丁烷與甲烷是同系物C．常溫常壓下丁烷是沒有顏色、沒有氣味的氣體D．丁烷極易溶于水解析：烷烴均難溶于水，常溫常壓下1－4個碳的烴均為無色、無味的氣體，甲烷、丁烷均為烷烴，屬同系物，烷烴中所含碳原子數越多，熔沸點越高，故選D。2．試驗室中用如圖所示的裝置進行甲烷與氯氣在光照下反應的試驗。光照下反應一段時間后，下列裝置示意圖中能正確反映試驗現象的是(D)解析：在光照條件下氯氣與甲烷發(fā)生取代反應生成氯化氫和四種氯代烴，氯化氫易溶于水，所以液面會上升。但氯代烴是不溶于水的氣體或油狀液體，所以最終水不會充溢試管，D正確。3．下列關于有機物的敘述不正確的是(C)A．二氯甲烷在光照條件下能和Cl2發(fā)生取代反應B．烷烴不能與氯水發(fā)生取代反應C．有機物均難溶于水D．有機物的反應經常伴有副反應發(fā)生解析：A項，二氯甲烷中含有氫原子，是甲烷被部分取代的產物，在光照條件下能和Cl2接著發(fā)生取代反應，正確；B項，烷烴和氯氣在光照條件下發(fā)生取代反應，與氯水不反應，正確；C項，大多數有機物難溶于水，但也有部分有機物如乙醇、乙酸等易溶于水，錯誤；D項，有機物的反應比較困難，經常伴有副反應發(fā)生，正確。4．下列反應屬于取代反應的是(D)A．C2H4＋3O22CO2＋2H2OB．Zn＋CuSO4=ZnSO4＋CuC．NaCl＋AgNO3=AgCl↓＋NaNO3D．CH2Cl2＋Cl2CHCl3＋HCl解析：取代反應是有機物分子中的某些原子或原子團被其他原子或原子團所替代的反應。A項C2H4的燃燒不是取代反應；B項為置換反應；C項為復分解反應；D項中Cl原子取代了CH2Cl2中的一個H原子，故屬于取代反應。5．(2024·安陽高一檢測)把1體積CH4和4體積Cl2組成的混合氣體充入試管中，將此試管倒立在盛有AgNO3溶液的水槽中，放在光亮處，片刻后發(fā)覺試管壁上有油狀液滴出現，該油狀液滴可能是_CH2Cl2、CHCl3、CCl4__，水槽中還視察到_有白色沉淀產生__，緣由是Ag＋＋Cl－=AgCl↓(用離子方程式說明)。若向水槽中再滴入幾滴紫色石蕊試液又視察到_溶液變紅__。解析：CH4和Cl2在光照條件下反應生成CH3Cl(氣體)、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl，隨著反應進行，Cl2不斷消耗，試管中黃綠色漸漸消逝，又由于生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4常溫下均為無色油狀液體，使試管壁上有油狀液滴出現；因生成的HCl易溶于水，反應后，試管內氣體壓強減小，試管內水位上升，HCl溶于水后，與AgNO3反應生成AgCl白色沉淀，同時溶液顯酸性，故加入紫色石蕊試液后溶液變紅。對點訓練題組一烷烴的性質1．某烴分子的球棍模型如圖所示，關于該烴的說法不正確的是(B)A．分子式為C3H8B．該烴含有碳碳雙鍵C．結構簡式為CH3CH2CH3D．化學性質與甲烷相像解析：依據該烴分子的球棍模型可知，分子中含有3個C原子和8個H原子，分子式為C3H8，故A正確；分子中只存在碳碳單鍵，沒有碳碳雙鍵，該烴屬于烷烴，故B錯誤；依據分子的球棍模型可知，該烴分子的結構簡式為CH3CH2CH3，故C正確；分子中只存在碳碳單鍵，沒有碳碳雙鍵，該烴屬于烷烴，化學性質與甲烷相像，故D正確。2．(2024·廣州高一檢測)下列關于CH4和敘述正確的是(B)A．互為同素異形體B．均能用組成通式CnH2n＋2來表示C．它們的物理性質和化學性質均相同D．常溫下，都能與酸性高錳酸鉀溶液反應解析：CH4和互為同系物，故A錯誤；CH4和都是烷烴，烷烴通式為CnH2n＋2，故B正確；CH4和互為同系物，所以二者化學性質相像，物理性質不同，故C錯誤；烷烴性質穩(wěn)定，不能被酸性高錳酸鉀氧化，二者都不能與酸性高錳酸鉀溶液反應，故D錯誤。3．20mL某氣態(tài)烷烴完全燃燒時，恰好消耗同溫同壓下的氧氣100mL，該烴的化學式是(B)A．CH4 B．C3H8C．C4H10 D．C5H124．在1.01×105Pa下，測得某些烷烴的沸點見表。據表分析下列選項正確的是(C)物質名稱沸點(℃)正丁烷CH3(CH2)2CH3－0.5正戊烷CH3(CH2)3CH336.0異戊烷CH3CH2CH(CH3)227.8新戊烷C(CH3)49.5正己烷CH3(CH2)4CH369.0A．在標準狀況下，新戊烷是氣體B．在1.01×105Pa、20℃下，C5H12是液體C．隨著碳原子數的增加，烷烴的沸點漸漸上升D．C5H12隨支鏈的增加，沸點漸漸上升解析：依據表中信息知，在1.01×105Pa下，新戊烷的沸點為9.5℃，故在標準狀況下不是氣體，而在20℃時新戊烷是氣體，所以A、B兩項均錯誤；隨著碳原子數的增加，烷烴的沸點漸漸上升，C項正確；C5H12隨支鏈的增加，沸點漸漸降低，D項錯誤。題組二取代反應的理解及推斷5．1834年邁克爾·法拉第首次制造了乙烷，但他錯誤地以為這個產物是甲烷。在1847年和1849年間阿道夫·威廉·赫爾曼·科爾貝和愛德華·弗蘭克蘭利用其他方法制造了乙烷。同樣他們錯誤地以為產物是甲基自由基。1864年卡爾·肖萊馬校正了這個錯誤，他證明這些反應的全部產物都是乙烷。下列物質在肯定條件下可與乙烷發(fā)生化學反應的是(A)A．氯氣B．溴水C．氯水D．酸性高錳酸鉀溶液解析：類比甲烷的化學性質，乙烷與氯氣在光照條件下發(fā)生取代反應，和溴水、氯水、酸性高錳酸鉀溶液不反應。6．在常溫下，把一個盛有肯定量甲烷和氯氣混合氣體的密閉玻璃容器放在光亮的地方，兩種氣體發(fā)生反應，下列敘述中正確的是(D)A．因為有氯化氫生成，故容器內壁上有油狀液滴產生B．容器內分子數發(fā)生變更C．反應前后容器內壓強不變D．發(fā)生的反應都屬于取代反應解析：該反應因有CH2Cl2、CHCl3、CCl4生成而試管內壁上有油狀液滴產生，故A錯誤；如CH4與Cl2發(fā)生取代反應，結合其反應化學方程式分析可知，反應前后分子總數相等，容器內分子數不變，故B錯誤；CH4與Cl2發(fā)生取代反應，由于CH2Cl2、CHCl3、CCl4為液態(tài)產物，因此容器內壓強減小，故C錯誤；CH4與Cl2發(fā)生的反應都屬于取代反應，故D正確。7．下列烷烴在光照條件下與氯氣反應，只生成2種一氯代物的是(B)A．CH3CH3解析：A項的一氯代物只有一種；B項的一氯代物有兩種：C項的一氯代物只有一種；D項的一氯代物有四種。8．(2024·太原高一檢測)下列有關烷烴的敘述正確的是(C)①在烷烴分子中，全部的化學鍵都是單鍵②烷烴中除甲烷外，許多都能使酸性KMnO4溶液褪色③通式為CnH2n＋2的烴不肯定是烷烴④全部的烷烴在光照條件下都能與氯氣發(fā)生取代反應⑤光照條件下，乙烷通入溴水中，可使溴水褪色A．①③⑤ B．②③C．①④ D．①②④解析：烷烴分子中無論是碳碳鍵還是碳氫鍵，都是單鍵，①說法正確；烷烴屬飽和烴，其化學性質一般比較穩(wěn)定，通常烷烴不與強酸、強堿、強氧化劑(如酸性KMnO4溶液)反應，也不能與溴水發(fā)生取代反應，②⑤說法不正確；因通式CnH2n＋2中的碳原子已完全飽和，因此符合通式CnH2n＋2的有機物肯定是烷烴，③說法不正確；烷烴在光照下都能與氯氣發(fā)生取代反應，這是烷烴的主要特性之一，④說法正確。9．在光照的條件下，將1mol甲烷與肯定量的氯氣充分混合，經過一段時間，甲烷和氯氣均無剩余，生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和氯化氫，若已知生成的二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳的物質的量分別為amol、bmol、cmol，該反應中消耗的氯氣的物質的量是(C)A．(1＋a＋b＋c)molB．(2a＋3b＋4c)molC．(1＋a＋2b＋3c)molD．(a＋b＋c)mol解析：依據碳原子守恒可知，生成一氯甲烷的物質的量是(1－a－b－c)mol。依據取代反應的特點可知，消耗的氯氣的物質的量為(1－a－b－c)mol＋2amol＋3bmol＋4cmol＝(1＋a＋2b＋3c)mol。10．正己烷是優(yōu)良的有機溶劑，其某種模型如圖所示。下列有關說法正確的是(B)A．正己烷的分子式為C6H12B．正己烷的一氯代物有3種C．正己烷能與溴水發(fā)生取代反應D．正己烷中的全部碳原子位于同一條直線解析：由球棍模型可知正己烷的結構簡式為CH3CH2CH2CH2CH2CH3，分子式為C6H14，故A錯誤；CH3CH2CH2CH2CH2CH3中含有3種H原子，則一氯代物有3種，故B正確；正己烷與溴水不反應，可在光照條件下與溴蒸氣發(fā)生取代反應，故C錯誤；正己烷為飽和烴，具有甲烷的結構特點，則全部碳原子不行能在一條直線上，故D錯誤。綜合強化11．為驗證甲烷分子中含碳、氫兩種元素，可將其燃燒產物通過①濃硫酸、②澄清石灰水、③無水硫酸銅，正確的依次是(D)A．①②③ B．②③C．②③① D．③②

12.如圖是某同學利用注射器設計的簡易試驗裝置。甲管中注入10mLCH4，同溫同壓下乙管中注入50mLCl2，將乙管氣體推入甲管中，氣體在甲管中反應，試管放在光亮處一段時間。(1)下列是某同學預料的試驗現象：①氣體最終變?yōu)闊o色；②試驗過程中，甲管活塞向內移動；③甲管內壁有油珠；④產生火花。其中正確的是_②③__。(2)甲管中發(fā)生化學反應的類型為_取代反應__。(3)反應后，甲管中剩余可溶于水的氣體能用下列試劑汲取的是_B__(選填字母)。A．水 B．NaOH溶液C．AgNO3溶液 D．飽和食鹽水(4)反應后，若將甲中的物質全部推入盛有適量AgNO3溶液的小試管中，會視察到_液體分為兩層，產生白色沉淀__；若再向其中滴入幾滴石蕊溶液，又視察到_溶液先變紅后褪色__。解析：在光照條件下，甲烷與氯氣發(fā)生反應：CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl，CH3Cl＋Cl2CH2Cl2＋HCl，CH2Cl2＋Cl2CHCl3＋HCl，CHCl3＋Cl2CCl4＋HCl。(1)理論上，甲烷