浙江专版学年高中化学专题3有机物的获得与利用第一单元天然气的利用甲烷第2课时教学案苏教版Word下载.docx
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(3)用通式表示烷烃的完全燃烧及卤代反应(用X2表示):
①CnH2n+2+
O2
nCO2+(n+1)H2O;
②CnH2n+2+X2
CnH2n+1X+HX,CnH2n+1X可与X2继续发生取代反应。
1.下列说法正确的是( )
A.饱和烃就是烷烃
B.随着碳原子数的递增,烷烃的熔、沸点逐渐降低
C.取代反应中可能有单质生成
D.任何烷烃分子都不可能为平面结构
答案 D
解析 饱和链烃是烷烃,随着碳原子数的增加,烷烃的熔、沸点逐渐升高,据CH4的分子结构可知,烷烃分子不可能是平面结构,A、B错误,D正确;
由取代反应的定义可知C错误。
2.下列关于CH4和
的叙述正确的是( )
A.均能用CnH2n+2组成通式来表示
B.与所有烷烃互为同素异形体
C.因为它们的结构相似,所以它们的化学性质相似,物理性质相同
D.通常状况下,它们都是气态烷烃
答案 A
解析 B项,它们与其他碳原子数不同的烷烃互为同系物;
C项,化学性质相似,但物理性质不同;
D项,碳原子数小于或等于4的烷烃及新戊烷在通常状况下是气体。
二、同系物 同分异构体
1.填表
甲烷
乙烷
丙烷
分子式
CH4
C2H6
C3H8
结构简式
CH3CH3
CH3CH2CH3
根据上表回答下列问题:
(1)相邻烷烃分子在组成上均相差一个CH2原子团。
(2)同系物是指结构相似,分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质,烷烃同系物的通式为CnH2n+2。
2.对比两种物质的结构回答下列问题:
正丁烷 异丁烷
(1)分子式均为C4H10,它们不是同系物,二者分子式相同,但结构不相同,正丁烷无支链,异丁烷有支链。
(2)具有相同的分子式而具有不同结构的现象称为同分异构现象。
具有同分异构现象的化合物互称同分异构体。
(3)判断下列有关同分异构体的叙述是否正确
①同分异构体具有相同的组成元素(√)
②组成元素相同的化合物互为同分异构体(×
)
③同分异构体具有相同的相对分子质量(√)
④相对分子质量相同的化合物互为同分异构体(×
⑤互为同分异构体的化合物也可能互为同系物(×
(4)
是否互为同分异构体并说明理由。
答案 不是同分异构体,由于二者均为四面体结构,为同一种物质。
(5)用结构简式写出戊烷(C5H12)的同分异构体。
答案 CH3CH2CH2CH2CH3
(6)判断下列说法是否正确,据此理解同分异构现象是有机物种类繁多的又一重要原因。
①分子式不同的物质一定为不同物质,分子式相同的物质也可能为不同物质(√)
②分子中含3个及3个以下碳原子的有机物一定不存在同分异构现象(×
③随着碳原子数增多,烷烃的同分异构体数目有增多的趋势(√)
1.同系物的判断
2.烷烃同分异构体的书写规律
烷烃同分异构体的书写规律可概括为主链由长到短,支链由整到散,位置由心到边,排列对、邻到间。
选择最长的碳链为主链;
找出中心对称线;
碳原子必须满足四个键;
主链上的链端不能接甲基,主链上的第二个碳原子或倒数第二个碳原子不能接乙基,否则主链会改变,而容易出现重复结构。
例如,书写戊烷(C5H12)同分异构体的方法:
(1)先写出碳链最长的直链烃:
CH3CH2CH2CH2CH3。
(2)从主链上减少一个—CH3作为取代基(支链),在所得主链上依次移动可能的位置,得
(3)再从主链上减少一个碳原子作为所得主链的取代基,得
故C5H12的同分异构体共有三种,依次称为正戊烷、异戊烷、新戊烷。
3.下列叙述错误的是( )
A.同系物之间在化学性质上相似
B.同系物不可能是同分异构体
C.同系物之间的物理性质随分子里碳原子数的递增,呈规律性的变化
D.分子组成相差一个或几个CH2原子团的物质互称为同系物
解析 分子组成相差一个或若干个CH2原子团的物质不一定互为同系物,还必须为同一类物质时才互为同系物,D项不正确。
4.有下列结构的物质:
①CH3(CH2)3CH3
②CH3CH2CH2CH2CH3 ③CH3CH2CH2CH2CH2CH3
其中,属于同系物的是________(填字母,下同);
属于同分异构体的是______;
属于同种物质的是________。
A.①②B.②③
C.③④⑤⑥⑦D.①③
E.③④⑤⑦F.④⑥
答案 BD E AF
解析 7种物质均为烷烃,若碳原子数不同,则互为同系物;
若碳原子数相同,而结构不同,则互为同分异构体;
若碳原子数相同,且结构也相同,则为同一种物质。
7种物质的分子式分别为①C5H12 ②C5H12 ③C6H14 ④C6H14 ⑤C6H14 ⑥C6H14 ⑦C6H14。
所以①②中任一物质与③④⑤⑥⑦中任一物质均属于同系物;
①②结构相同,属于同种物质,④⑥结构相同,属于同种物质;
③④⑤⑦或③⑤⑥⑦互为同分异构体。
1.下列有关烷烃的叙述中,正确的是( )
①在烷烃分子中,所有的化学键都是单键 ②烷烃中除甲烷外,很多都能使酸性KMnO4溶液的紫色褪去 ③分子通式为CnH2n+2的烃不一定是烷烃 ④所有的烷烃在光照条件下都能与氯气发生取代反应 ⑤光照条件下,乙烷通入溴水中,可使溴水褪色
A.①③⑤B.②③
C.①④D.①②④
答案 C
解析 烷烃分子中无论是碳碳键还是碳氢键,都是单键,①说法正确;
烷烃属于饱和链烃,其化学性质一般比较稳定,通常烷烃不与酸、碱、氧化剂(如酸性KMnO4溶液)反应,也不能使溴水褪色,②⑤说法不正确;
因分子通式CnH2n+2中的氢原子已达完全饱和,因此符合通式CnH2n+2的有机物一定是烷烃,③说法不正确;
烷烃在光照下都能与氯气发生取代反应,这是烷烃的主要特性之一,④说法正确。
2.下列关于丁烷的叙述不正确的是( )
A.在常温下,C4H10是气体
B.C4H10与CH4互为同系物
C.丁烷有正丁烷与异丁烷两种同分异构体
D.C4H10进行一氯取代后最多生成两种沸点不同的有机产物
解析 因为丁烷有两种同分异构体:
CH3CH2CH2CH3和
,各有两种一氯代物,所以丁烷进行一氯取代后最多生成四种沸点不同的有机产物。
3.下列各对物质中互为同系物的是( )
A.CH3—CH===CH2和CH3—CH2—CH===CH2
B.CH3—CH3和CH3—CH===CH2
C.CH3—CH2—CH3和CH3—CH===CH2
D.CH3—CH2—CH===CH2和CH3—CH2—CH3
解析 同系物的定义是结构相似(同一类),在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质互为同系物,B、C、D三选项中给出的物质结构不相似,分子组成上也不相差一个或若干个CH2,所以B、C、D三项均不正确。
4.在下列各组物质中,找出合适的序号填在对应的空格内:
①NO2和N2O4 ②12C和14C ③
K和
Ca
④异戊烷(
)和新戊烷(
⑤
⑥甲烷和丙烷
(1)互为同位素的是________(填序号,下同)。
(2)互为同分异构体的是________。
(3)互为同系物的是________。
(4)为同一种物质的是________。
答案
(1)②
(2)④ (3)⑥ (4)⑤
解析
(1)互为同位素的是质子数相同、中子数不同的原子,②符合。
(2)互为同分异构体的是分子式相同、结构不同的化合物,④符合。
(3)互为同系物的是结构相似、组成上相差一个或多个CH2原子团的有机物,⑥符合。
(4)⑤中两个分子是同一种物质,只是观察角度不同。
5.写出下列各烷烃的分子式。
(1)烷烃A在同温同压下蒸气的密度是H2的43倍:
________。
(2)烷烃B的分子中含有200个氢原子:
(3)分子中含有26个电子的烷烃C:
(4)室温下相对分子质量最大的气态直链烷烃D:
_________________。
(5)0.1mol烷烃E完全燃烧,消耗标准状况下的O211.2L:
答案
(1)C6H14
(2)C99H200 (3)C3H8 (4)C4H10 (5)C3H8
解析
(1)M=2g·
mol-1×
43=86g·
mol-1,所以14n+2=86,n=6,即该烷烃的分子式为C6H14。
(2)由CnH2n+2,2n+2=200,得n=99,该烷烃的分子式为C99H200。
(3)由CnH2n+2可知:
6n+2n+2=26,n=3,该烷烃的分子式为C3H8。
(4)室温下相对分子质量最大的气态直链烷烃应为CH3CH2CH2CH3,分子式为C4H10。
(5)0.1mol烷烃完全燃烧消耗O2为
=0.5mol。
所以
=5,n=3,即E的分子式为C3H8。
[基础过关]
题组一 烷烃的分子组成和简单命名
1.(2017·
北仑中学第二学期高一期中)下列物质中不属于烃类的是( )
A.C6H6B.C8H10C.C2H4OD.C4H10
2.(2017·
北仑中学第二学期高一期中)对于烃
的命名正确的是( )
A.4甲基4,5二乙基己烷
B.3甲基2,3二乙基己烷
C.4,5二甲基4乙基庚烷
D.3,4二甲基4乙基庚烷
解析 选取含有碳原子数最多的碳链为主链,该有机物中最长的碳链含有7个C,主链为庚烷,编号从距离取代基最近的一端开始,满足取代基编号之和最小,在3、4号C上各有一个甲基,在4号C上有一个乙基,该有机物的命名为3,4二甲基4乙基庚烷。
3.下列物质命名正确的是( )
A.1,3二甲基丁烷
B.2,3二甲基2乙基己烷
C.2,3二甲基4乙基己烷
D.2,4,5三甲基己烷
4.下列说法正确的是( )
A.碳碳间以单键结合,碳原子剩余价键全部与氢原子结合的烃一定是饱和链烃
B.分子组成符合CnH2n+2的烃一定是烷烃
C.正戊烷分子中所有的碳原子均在同一条直线上
D.碳、氢原子个数比为1∶3的烃有两种
答案 B
解析 A项,环烷烃也符合要求,但它不是链烃,属于环烃;
C项,由碳原子的成键方式和键角特征知,碳原子呈折线方式排列,因此正戊烷中的碳原子不在同一直线上;
D项,n(C)∶n(H)=1∶3时必为C2H6,一定是乙烷。
题组二 烷烃的性质
5.北京奥运会“祥云”火炬使用的燃料为丙烷。
下列关于丙烷的说法正确的是( )
A.1mol丙烷完全燃烧需4mol氧气
B.与丁烷互为同分异构体
C.能使酸性高锰酸钾溶液褪色
D.分子式为C3H8
解析 1molC3H8完全燃烧消耗O2的物质的量为3+
=5mol,A项不正确;
C3H8与丁烷(C4H10)互为同系物,B项不正确;
C3H8为饱和烃,不能被高锰酸钾氧化即C3H8不能使高锰酸钾溶液褪色,C项不正确。
6.下列反应中,不属于取代反应的是( )
A.CH3Cl+Cl2
CH2Cl2+HCl
B.CH4+2O2
CO2+2H2O
C.CH3CH2Br+H2O―→CH3CH2OH+HBr
D.C2H6+Cl2
C2H5Cl+HCl
题组三 同系物、同分异构体的判断
7.下列说法中正确的一组是( )
A.H2和D2互为同位素
B.
和
互为同分异构体
C.正丁烷和异丁烷是同系物
D.
是同一种物质
解析 H2和D2都是氢的单质,A错误;
由于CH4分子是正四面体结构,其二溴代物只有一种结构,故二者是同一种物质,B错误;
正丁烷和异丁烷属于同分异构体,C错误。
8.下列分子式只能表示一种物质的是( )
A.C2H6B.C4H10
C.C4H8Cl2D.C
解析 B、C均有同分异构体,D中碳有多种单质。
9.下列化合物中有三种不同氢的是( )
A.2,2,3,3四甲基丁烷
B.2,5二甲基己烷
C.(CH3)2CHCH2CH3
D.CH3C(CH3)3
解析 A项,
有一种氢;
B项,
有三种氢;
C项,
有四种氢;
D项,
有一种氢。
10.[2017·
嘉兴市桐乡市茅盾中学高一(下)期中]同分异构现象是造成有机物数目繁多的原因之一。
下列物质互为同分异构体的是( )
A.Ⅰ和ⅡB.Ⅱ和Ⅲ
C.Ⅲ和ⅣD.Ⅰ和Ⅳ
解析 具有相同的分子式、不同结构的化合物互为同分异构体,互为同分异构体的有机物一定满足:
①分子式相同,②结构一定不同,据此进行解答。
题组四 烷烃燃烧的计算
11.某气态烃20mL完全燃烧时,正好消耗同温同压下的O2100mL,则该烃是( )
A.C2H6B.C3H8
C.C4H10D.C5H12
解析 某气态烃20mL完全燃烧时,正好消耗同温同压下的O2100mL,则消耗氧气的物质的量为烃的物质的量的5倍,
设烃的分子式为CxHy,燃烧时发生:
CxHy+(x+
)O2点燃,xCO2+
H2O,
则x+
=5,
只有B符合,3+
故选B。
12.在常温、常压下,取下列四种气态烃各1mol,分别在足量的氧气中燃烧,消耗氧气最多的是( )
A.CH4B.C3H8
C.C4H10D.C2H6
解析 设此气态烃的分子式为CxHy,其完全燃烧的化学方程式为CxHy+
xCO2+
H2O,则1mol该烃完全燃烧时耗氧量为
mol,将上述选项分别代入,比较可知C4H10耗氧量最多。
13.某气态烃在密闭容器内与氧气混合完全燃烧,如果燃烧前后容器内(温度高于100℃)压强保持不变,该烃可能是( )
A.C2H6B.C2H4
C.C3H8D.C3H6
解析 CxHy+(x+
)O2
H2O(g)
1 x+
x
因为燃烧前后压强不变,说明燃烧前后气体总体积不变,即1+x+
=x+
,得y=4,所以B项正确。
14.将0.1mol两种气态烃组成的混合气体完全燃烧后得3.36L(标准状况)CO2和3.6gH2O。
下列说法正确的是( )
A.一定有甲烷B.一定有乙烷
C.一定没有甲烷D.可能有乙烷
解析 0.1mol两种气态烃中含:
n(C)=n(CO2)=0.15mol,n(H)=2n(H2O)=0.4mol,其平均分子式为C1.5H4。
故一定有甲烷,没有乙烷。
[能力提升]
15.有①甲烷,②乙烷,③丙烷,④丁烷4种烷径,试回答下列问题:
(1)请写出烷烃在足量的氧气中充分燃烧的化学方程式:
______________________。
(2)相同状况下,等体积的上述气态烃,消耗O2的量最多的是________(填序号,下同)。
(3)在120℃、1.01×
105Pa条件下,某气态烃与足量的O2完全反应后,测得反应前后气体的体积没有发生改变,则该烃为________。
答案
(1)CnH2n+2+
nCO2+(n+1)H2O
(2)④ (3)①
解析
(1)烷烃的燃烧通式为
CnH2n+2+
nCO2+(n+1)H2O。
(2)1mol上述气态烃消耗氧气的量为
mol,故丁烷消耗O2的量最多。
(3)由反应前后气体体积不变可知:
1+
=n+n+1,n=1,即为甲烷。
16.观察下面几种烷烃的球棍模型:
(1)与C互为同系物的是________,与C互为同分异构体的是__________。
(2)在烷烃的同系物中,随碳原子数增加,其熔、沸点依次________(其中碳原子数满足________条件的烷烃常温下呈气态),液态时密度依次________。
答案
(1)AB D
(2)升高 小于或等于4 增大
解析 理解同系物、同分异构体的概念,会判断同系物、同分异构体。
了解随碳原子数增加,烷烃熔点、沸点、密度的递变规律。
17.已知某烷烃的相对分子质量为72,则
(1)该烷烃的分子式为__________________________________________________。
(2)写出该烷烃分子的所有同分异构体的结构简式:
________________________________________________________________________。
(3)上述同分异构体中,在相同条件下沸点最低的是____________________(写结构简式)。
(4)若此有机物的一氯代物分子中有两个—CH3,两个—CH2—,一个
和一个—Cl,它们的可能结构分别是____________________、____________________、
________________________、________________________________________________________________________。
答案
(1)C5H12
(2)CH3—CH2—CH2—CH2—CH3、
(3)
解析
(1)烷烃分子的通式为CnH2n+2,则其相对分子质量为12n+2n+2=72,n=5,烷烃分子式为C5H12。
(2)烷烃C5H12有三种同分异构体,其结构简式分别为CH3—CH2—CH2—CH2—CH3、
。
(3)烷烃分子中,碳原子数相同时,所带支链越多,其沸点越低,因此烷烃C5H12三种同分异构体中,
沸点最低。
(4)根据一氯代物中的结构片断,可确定其结构有
18.(2017·
瑞安中学高一第二学期期中)乙烷与某烃的混合气体1.344L(标准状况)与足量的氧气混合点燃,完全燃烧后所得的气体通入300mL0.4mol·
L-1的NaOH溶液中被完全吸收,然后将吸收液减压低温蒸干,得固体7.6g。
(1)7.6g固体的成分是__________。
(2)该混合气体中除乙烷外,另一种烃是_____________________________________。
答案
(1)0.04molNaHCO3、0.04molNa2CO3
(2)CH4