第2章第1節(jié)-烷烴(第1課時-烷烴結(jié)構(gòu)與性質(zhì))(教師版)

《2021-2022學(xué)年高二化學(xué)同步精品學(xué)案（新人教版選擇性必修3）》第二章烴第一節(jié)烷烴第1課時烷烴的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)一、烷烴的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)1．烷烴的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）烷烴分子結(jié)構(gòu)的分析名稱結(jié)構(gòu)模型結(jié)構(gòu)簡式分子式烷烴的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)甲烷CH4CH4烷烴的結(jié)構(gòu)與甲烷相似，分子中的碳原子以伸向四面體四個頂點(diǎn)方向的sp3雜化軌道與其他碳原子或氫原子結(jié)合，形成σ鍵，分子中的共價鍵全部是單鍵。乙烷CH3CH3C2H6丙烷CH3CH2CH3C3H8正丁烷CH3CH2CH2CH3C4H10正戊烷CH3CH2CH2CH2CH3C5H12（2）同系物：結(jié)構(gòu)相似，在分子組成上相差一個或若干個CH2的化合物互稱為同系物。

（3）鏈狀烷烴的通式：CnH2n＋2(n≥1)。2．烷烴的性質(zhì)（1）化學(xué)性質(zhì)：甲烷的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，常溫下不能被酸性高錳酸鉀溶液氧化，也不與強(qiáng)酸強(qiáng)堿及溴的四氯化碳溶液反應(yīng)。甲烷主要化學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)為能在空氣中燃燒（可燃性）和能在光照下與氯氣發(fā)生取代反應(yīng)?！舅伎寂c討論】①烷烴的結(jié)構(gòu)決定了其性質(zhì)與甲烷的相似，根據(jù)甲烷的性質(zhì)推測烷烴可能具有的性質(zhì)。溶解性(水)可燃性與酸性高錳酸鉀溶液與溴的四氯化碳溶液與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿溶液與氯氣(在光照下)難溶可燃不反應(yīng)不反應(yīng)不反應(yīng)取代反應(yīng)②根據(jù)甲烷的燃燒反應(yīng)，寫出汽油的成分之一辛烷（C8H18）完全燃燒的化學(xué)方程式：2C8H18＋25O2eq\o(→,\s\up8(點(diǎn)燃))16CO2＋18H2O。則烷烴燃燒的通式為：CnH2n＋2＋eq\f(3n＋1,2)O2eq\o(→,\s\up17(點(diǎn)燃))nCO2＋(n＋1)H2O。③根據(jù)甲烷與氯氣的反應(yīng)，寫出乙烷與氯氣反應(yīng)生成一氯乙烷的化學(xué)方程式。指出該反應(yīng)的反應(yīng)類型，并從化學(xué)鍵和官能團(tuán)的角度分析反應(yīng)中有機(jī)化合物。CH3CH3＋Cl2eq\o(→,\s\up8(光))CH3CH2Cl＋HCl，該反應(yīng)為取代反應(yīng)；乙烷斷裂的鍵為C—H鍵，形成鍵為C—Cl鍵和H—Cl鍵。④乙烷與Cl2光照反應(yīng)可以得到一氯到六氯取代物，請判斷其對應(yīng)的同分異構(gòu)體有幾種？共有多少種取代物？[提示]一氯乙烷(1種)，二氯乙烷((2種)，三氯乙烷(2種)，四氯乙烷(2種)，五氯乙烷(1種)，六氯乙烷(1種)，共9種。（2）物理性質(zhì)：純凈的甲烷是無色、無臭的氣體，難溶于水，密度比空氣的小。閱讀教材表2－1，歸納整理烷烴的物理性質(zhì)：物理性質(zhì)變化規(guī)律狀態(tài)當(dāng)碳原子數(shù)小于或等于4時，烷烴在常溫下呈氣態(tài)；烷烴常溫下存在的狀態(tài)由氣態(tài)逐漸過渡到液態(tài)、固態(tài)。溶解性都難溶于水，易溶于有機(jī)溶劑。熔、沸點(diǎn)隨碳原子數(shù)的增加，熔、沸點(diǎn)逐漸升高。密度隨碳原子數(shù)的增加，密度逐漸增大，但比水的小?！绢A(yù)習(xí)檢驗】1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)（1）所有的烷烴中碳原子均采取sp3雜化(√)（2）1molCH4完全生成CCl4，最多消耗2molCl2(×)（3）在一定條件下，烷烴能與氯氣、溴水等發(fā)生取代反應(yīng)(×)（4）烷烴的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不能發(fā)生氧化反應(yīng)(×)（5）天然氣、汽油、煤油、石蠟中的主要成分為烷烴(√) （6）標(biāo)況下，11.2L己烷所含共價鍵的數(shù)目為9.5NA(×)（7）烷烴的通式為CnH2n＋2，隨n值增大，碳元素的質(zhì)量百分含量逐漸減小(×)（8）分子組成相差一個或若干個“CH2”原子團(tuán)的有機(jī)物是同系物（×）（9）取CH4、C2H6、C3H8、C4H10四種烴各1g，在足量O2中燃燒，C4H10消耗O2最多（×）2．關(guān)于烷烴性質(zhì)的敘述中，不正確的是()A．烷烴同系物的熔沸點(diǎn)隨分子內(nèi)碳原子數(shù)的增多逐漸升高，常溫下的狀態(tài)由氣態(tài)遞變到液態(tài)，再遞變到固態(tài)B．烷烴同系物的密度隨分子內(nèi)碳原子數(shù)的增多而逐漸增大，從比水輕遞變到比水重C．烷烴跟鹵素單質(zhì)在光照下能發(fā)生取代反應(yīng)D．烷烴同系物都不能使溴水、酸性KMnO4溶液褪色【答案】B〔解析〕烷烴的結(jié)構(gòu)相似，相對分子質(zhì)量越大，分子間作用力越大，密度越大，但都比水輕，B錯誤。3．在1.013×105Pa下，測得某些烷烴的沸點(diǎn)見下表。據(jù)表分析，下列選項正確的是()物質(zhì)名稱沸點(diǎn)(℃)正丁烷CH3(CH2)2CH3－0.5正戊烷CH3(CH2)3CH336.1異戊烷CH3CH2CH(CH3)227.8新戊烷C(CH3)49.5正己烷CH3(CH2)4CH369.0A．在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，新戊烷是氣體B．在1.013×105Pa、20℃時，C5H12都是液體C．烷烴隨碳原子數(shù)的增加，沸點(diǎn)降低D．C5H12隨著支鏈數(shù)的增加，沸點(diǎn)降低【答案】D〔解析〕新戊烷的沸點(diǎn)是9.5℃，標(biāo)準(zhǔn)狀況下是液體，在1.013×105Pa、20℃時是氣體，則A、B均錯誤；隨碳原子數(shù)的增加，烷烴的沸點(diǎn)逐漸升高，C錯誤；C5H12的3種同分異構(gòu)體中，隨著支鏈數(shù)的增加，沸點(diǎn)逐漸降低，D正確。4．有一類組成最簡單的有機(jī)硅化合物叫硅烷，它的分子組成和烷烴相似。下列有關(guān)說法錯誤的是()A．硅烷的分子通式可表示為SinH2n＋2B．甲硅烷燃燒生成二氧化硅和水C．甲硅烷(SiH4)的密度大于甲烷(CH4)D．甲硅烷的熱穩(wěn)定性強(qiáng)于甲烷【答案】D〔解析〕SiH4的相對分子質(zhì)量比CH4大，所以密度應(yīng)比甲烷大；硅的非金屬性比碳弱，所以甲硅烷的熱穩(wěn)定性不如甲烷，硅烷的分子組成和烷烴相似，故可表示為SinH2n＋2。5．燃燒0.1mol兩種氣態(tài)烴的混合物，生成3.58LCO2(標(biāo)準(zhǔn)狀況)和3.60gH2O，則混合氣體中()A．一定有甲烷 B．一定有乙烷C．一定無甲烷 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，因此兩種氣態(tài)烴的平均組成為C1.6H4，根據(jù)混合物的平均組成可知，碳原子數(shù)小于1.6的烴只有甲烷，而另一種烴中氫原子數(shù)必為4，且碳原子數(shù)大于或等于2。6．下列關(guān)于鏈狀烷烴的說法正確的有()①在鏈狀烷烴分子中，所有的化學(xué)鍵都是單鍵②分子組成上滿足通式CnH2n＋2(n≥1)③分子組成上滿足CnH2n＋2(n≥1)的有機(jī)物一定是鏈狀烷烴④碳原子間以單鍵結(jié)合，碳原子剩余價鍵全部與氫原子結(jié)合的烴一定符合通式CnH2n＋2⑤鏈狀烷烴的同系物的最簡式肯定不同A．1個B．2個C．3個D．4個【答案】D〔解析〕在所有有機(jī)物中，只有鏈狀烷烴通式符合CnH2n＋2。但是只含有C—C鍵與C—H鍵的不一定是鏈狀烷烴，環(huán)烷烴中也只含有C—C鍵與C—H鍵。7．用如下裝置在實驗室探究CH4和Cl2的取代反應(yīng)(部分夾持裝置省略)。下列說法錯誤的是（）A．圓底燒瓶中反應(yīng)的離子方程式為：MnO2+4H＋+2Cl－eq\o(=,\s\up7(△))Mn2＋+Cl2↑+2H2OB．實驗中可觀察到U形管左側(cè)內(nèi)壁有油狀液滴出現(xiàn)C．向漏斗中滴加紫色石蕊溶液，可驗證該取代反應(yīng)有HCl生成D．燒杯中NaOH溶液可用于吸收殘留的Cl2【答案】C〔解析〕A項，圓底燒瓶中是MnO2和濃鹽酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)得到Cl2，反應(yīng)的離子方程式為：MnO2+4H＋+2Cl－eq\o(=,\s\up7(△))Mn2＋+Cl2↑+2H2O，正確；B項，CH4和Cl2發(fā)生取代反應(yīng)得到二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷都是液體，則可觀察到U形管左側(cè)內(nèi)壁有油狀液滴出現(xiàn)，正確；C項，漏斗中含有Cl2溶于水，反應(yīng)為Cl2+H2O=HCl+HClO，滴加紫色石蕊溶液變紅，可能是氯氣溶于水造成的，不能驗證取代反應(yīng)有HCl生成，錯誤；D項，Cl2可與強(qiáng)堿性溶液反應(yīng)，則燒杯中NaOH溶液可用于吸收殘留的Cl2，正確。8．進(jìn)行一氯取代反應(yīng)后，只能生成三種沸點(diǎn)不同的產(chǎn)物的烷烴是()A．(CH3)2CHCH2CH2CH3 B．(CH3)2CHCH3C．(CH3)2CHCH(CH3)2 D．(CH3)3CCH2CH3【答案】D〔解析〕能生成三種沸點(diǎn)不同的產(chǎn)物，即生成三種一氯代物。A中有5種位置不同的氫，其一氯代物有5種，錯誤；B中有2種位置不同的氫，其一氯代物有2種，錯誤；C中含有2種等效氫，其一氯代物有2種，錯誤；D中有3種位置不同的氫，其一氯代物有3種，正確。9．根據(jù)要求填空：（1）烹調(diào)油煙中含有十一烷，該烷烴的分子式是___________。（2）含有30個氫原子的烷烴的分子式為__________。（3）假如某烷烴的相對分子質(zhì)量為142，則該烷烴的分子式為__________。（4）分子中含有22個共價鍵的烷烴的分子式為___。（5）分子中含有電子數(shù)為42的烷烴的分子式為。（6）某烷烴一個分子里含有9個碳原子，其一氯代物只有2種，這種烷烴的結(jié)構(gòu)簡式。（7）在碳原子數(shù)小于10的烷烴中，一氯代物不存在同分異構(gòu)體的有種，寫出它們的結(jié)構(gòu)簡式：。【答案】（1）C11H24（2）C14H30（3）C10H22（4）C7H16（5）C5H12（6）CH3eqo\ac(—C—,\s\up11(|),\s\up22(CH3),\s\do11(|),\s\do22(CH3))CH2eqo\ac(—C—,\s\up11(|),\s\up22(CH3),\s\do11(|),\s\do22(CH3))CH3（7）4CH4CH3CH3CH3eqo\ac(—C—,\s\up11(|),\s\up22(CH3),\s\do11(|),\s\do22(CH3))CH3CH3eqo\ac(—C—,\s\up11(|),\s\up22(CH3),\s\do11(|),\s\do22(CH3))eqo\ac(—C—,\s\up11(|),\s\up22(CH3),\s\do11(|),\s\do22(CH3))CH3〔解析〕（1）（2）根據(jù)鏈狀烷烴的通式CnH2n＋2可知，十一烷的分子式是C11H24；含有30個H原子的鏈狀烷烴為C14H30。（3）設(shè)該烷烴的相對分子質(zhì)量為14n＋2＝142，解得n＝10，該烷烴的分子式為C10H22。（4）烷烴通式為CnH2n+2，含有的共價鍵為3n+1，含有22個共價鍵，即3n+1=22，n=7，則分子式為C7H16；（5）烷烴分子的通式為CnH2n＋2，則其分子中電子數(shù)為6n+(2n+2)=42，n=5，為C5H12。（6）烷烴分子中有9個碳原子，則分子式為C9H20，其一氯代物只有2種，說明其分子中只有2種處于不同化學(xué)環(huán)境的氫原子，結(jié)構(gòu)應(yīng)非常對稱，除去肯定存在的甲基（—CH3），還應(yīng)存在亞甲基（—CH2—）。（7）（1）由CH4和CH3CH3結(jié)構(gòu)推導(dǎo)，用—CH3替換H可得。10．已知烷烴A的密度是相同條件下H2密度的36倍。（1）烷烴A的分子式為__________________________________。（2）寫出A可能存在的結(jié)構(gòu)簡式：____________________________________________。（3）若A的某種同分異構(gòu)體B的一氯代物只有一種。①B與Cl2發(fā)生反應(yīng)生成一氯代物的化學(xué)方程式為___________________________________。②B燃燒的化學(xué)方程式為___________________________________________________?！敬鸢浮?1)C5H12(2)CH3CH2CH2CH2CH3、CH3CH(CH3)CH2CH3、C(CH3)4(3)①C(CH3)4＋Cl2eq\o(→,\s\up7(hν))C(CH3)3CH2Cl＋HCl②C5H12＋8O2eq\o(→,\s\up7(點(diǎn)燃))5CO2＋6H2O〔解析〕根據(jù)A的密度是相同條件下H2密度的36倍，推知其相對分子質(zhì)量為72。設(shè)其分子式為CnH2n＋2，求得n＝5，則分子式為C5H12。11．烷烴分子中的基團(tuán)：—CH3、—CH2—、eqo\ac(—CH,\s\up11(|),\s\do11(|))、eqo\ac(—C—,\s\up11(|),\s\do11(|))中的碳原子分別稱為伯、仲、叔、季碳原子，數(shù)目分別用n1、n2、n3、n4表示，例如:CH3eq\o(\o\al(CH,\s\do11(｜),\s\do22(CH3)))eq\o(\o\al(CH,\s\do11(｜),\s\do22(CH3)))eqo\ac(—C—,\s\up11(|),\s\up22(CH3),\s\do11(|),\s\do22(CH3))CH2—CH3分子中n1=6，n2=1，n3=2，n4=1。試根據(jù)不同烷烴的組成結(jié)構(gòu)，分析出烷烴(除甲烷外)各原子數(shù)的關(guān)系。(1)烷烴分子中氫原子數(shù)為N(H)，則N(H)與n1，n2，n3，n4之間的關(guān)系式是：N(H)＝________________________或N(H)＝________________________。(2)烷烴分子中四種碳原子之間的關(guān)系為：n1＝________。(3)若某烷烴分子中n2＝n3＝n4＝1，則滿足此等式的