高中化学 专题3 第一单元 第1课时 脂肪烃的类别 烷烃学案 苏教版选修5.docx

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高中化学专题3第一单元第1课时脂肪烃的类别烷烃学案苏教版选修5

第一单元　脂肪烃

第1课时　脂肪烃的类别　烷烃

[学习目标定位]　1.熟知脂肪烃的类别及各类烃的通式、结构特点。

2.知道烷烃的物理性质的变化与分子中碳原子数目的关系。

3.知道烷烃的化学性质。

1．甲烷的分子式是CH4，结构式是

，空间构型是正四面体型。

（1）通常状况下，甲烷性质稳定，与强酸、强碱、强氧化剂都不反应，但在特定条件下，甲烷也能发生某些反应。

（2）甲烷在空气中安静的燃烧，火焰呈淡蓝色，反应的化学方程式：

CH4＋2O2

CO2＋2H2O。

（3）甲烷与Cl2在光照条件下发生反应的化学方程式：

CH4＋Cl2

CH3Cl＋HCl（只写第一步），该反应为取代反应。

甲烷与Cl2发生反应的产物有5种，其中常温下为气态的有2种，具有正四面体结构的物质是CCl4，产物中量最多的是HCl。

2．烃是仅由C、H两种元素组成的有机化合物，又叫碳氢化合物。

下列有机化合物中属于链烃的是①⑤⑥，环烃的是②③，芳香烃的是②，脂肪烃的是①③⑤⑥。

探究点一　脂肪烃的类别与通式

烃分为脂肪烃和芳香烃。

常见的脂肪烃类别如下：

1．饱和脂肪烃分为烷烃和环烷烃

（1）它们结构上的相同点是碳原子之间全以单键相结合。

（2）它们结构上的不同点是烷烃分子中碳原子形成碳链、环烷烃分子中形成碳环。

（3）烷烃的通式为CnH2n＋2（n≥1），环烷烃的通式为CnH2n（n≥3）。

2．不饱和脂肪烃分为不饱和链烃和不饱和环烃

（1）常见的不饱和链烃有单烯烃、炔烃、二烯烃，它们的通式分别为CnH2n（n≥2）、CnH2n－2（n≥2）、CnH2n－2（n≥4）。

（2）常见不饱和链烃在结构上的相同点是分子中碳原子结合为碳链，不同点是分子中的官能团种类或数目不同。

（3）不饱和环烃如环烯烃，其通式为CnH2n－2（n≥3），分子结构特点是分子中含有1个碳碳双键的环烃。

[归纳总结]

（1）脂肪烃分子结构中一定不含有苯环，含有苯环的烃一定为芳香烃。

（2）环烷烃和单烯烃、炔烃和二烯烃它们的通式相同，但不是同系物。

（3）通式相同、类别不同的同碳烃类互为同分异构体。

[活学活用]

1．科学家对卫星图像进行了分析，发现月球形成时可能存在稀薄的原始大气层，主要由氖、氢、氦、氩等气体组成，不含甲烷等碳氢化合物。

下列关于碳氢化合物的叙述正确的是（　　）

A．碳氢化合物的通式为CnH2n＋2

B．燃烧产物为二氧化碳和水的化合物一定是碳氢化合物

C．碳原子间存在单键相连的烃是烷烃

D．碳氢化合物分子的相对分子质量一定是偶数

答案　D

解析　CnH2n＋2只是烷烃的通式，A错误；燃烧产物为二氧化碳和水的化合物不一定是碳氢化合物，化学式为CxHyOz的有机物的燃烧产物也是二氧化碳和水，B错误；碳原子间全部以单键相连的链烃才是烷烃，C错误；因为碳原子的相对原子质量（12）为偶数，烃分子中的氢原子数也一定为偶数，所以碳氢化合物分子的相对分子质量一定是偶数是正确的。

2．下列说法正确的是（　　）

A．烷烃、烯烃、炔烃和苯及其同系物都属于脂肪烃

B．烷烃、烯烃、炔烃都属于脂肪烃

C．苯及其同系物属于脂环烃

D．烷烃、烯烃、炔烃都属于饱和烃

答案　B

解析　烃的分类依据不同，有苯环的是芳香烃而不是脂肪烃。

探究点二　烷烃的性质

1．直链烷烃的熔点和沸点图如下：

据图填写下表：

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

随碳原子数的增加，沸点逐渐升高。

碳原子数相同的烃，支链越多，沸点越低

相对密度

随碳原子数的增加，相对密度逐渐增大。

烷烃的密度小于水的密度

2.物质的组成、结构决定物质性质，这个规律在有机物中体现的更为明显。

烷烃的化学性质与甲烷相似：

（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（如光照或高温）下才能发生某些反应。

（2）特征反应——取代反应

烷烃可与卤素单质在光照条件下发生取代反应生成卤代烃和卤化氢。

如乙烷与氯气反应生成一氯乙烷，化学方程式为CH3CH3＋Cl2

CH3CH2Cl＋HCl。

（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，燃烧的通式为CnH2n＋2＋

O2

nCO2＋（n＋1）H2O。

（4）分解反应——高温裂化或裂解

烷烃受热时会分解生成含碳原子数较少的烷烃和烯烃，如：

C16H34

C8H16＋C8H18。

[归纳总结]

（1）随碳原子数的增加，烷烃物理性质的递变规律：

熔点、沸点逐渐升高，相对密度逐渐增大，状态：

常温下，气态（碳原子数≤4）→液态→固态（新戊烷除外）。

（2）烷烃的化学性质很稳定，常温下与强酸、强碱、强氧化剂不发生反应，能燃烧发生氧化反应，与卤素能发生取代反应，高温下发生裂化（或裂解）反应。

[活学活用]

3．①丁烷　②2甲基丙烷　③戊烷　④2甲基丁烷　⑤2,2二甲基丙烷物质的沸点排列顺序正确的是（　　）

A．①>②>③>④>⑤B．⑤>④>③>②>①

C．③>④>⑤>①>②D．②>①>⑤>④>③

答案　C

解析　对于烷烃而言，含有碳原子数多，相对分子质量大的烃，分子间作用力大，沸点较高，即沸点（③、④、⑤）>（①、②）；对于含有相同碳原子数的烷烃，支链越多，沸点越低，即①>②，③>④>⑤，故有③>④>⑤>①>②。

4．下列有关烷烃的叙述中，不正确的是（　　）

A．在烷烃分子中，所有的化学键都是单键

B．烷烃中除甲烷外，很多都能使酸性KMnO4溶液的紫色褪去

C．分子通式为CnH2n＋2的烃一定是烷烃

D．甲烷在光照条件下能与氯气发生取代反应

答案　B

解析　烷烃分子中碳原子之间全部以碳碳单键结合成链状，碳原子的剩余价键全部跟氢原子相结合而达饱和，无论是碳碳键还是碳氢键，都是单键，选项A说法正确；烷烃属饱和链烃，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，选项B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的烃一定是烷烃，选项C说法正确；甲烷在光照条件下能与氯气发生取代反应，这是甲烷的化学性质之一，选项D说法正确。

1．判断两种有机物互为同系物的关键：

一看是否是同类物质，二看是否结构相似，三看是否相差“CH2”原子团。

2．比较烷烃的熔点、沸点思维流程：

3．烷烃的分子结构特点：

碳原子以单键形成链状结构；烷烃的主要性质：

（1）取代（光照）、

（2）氧化（点燃）、（3）分解（高温）。

1．下列物质属于脂肪烃的是（　　）

A．①②B．②③C．①③D．②④

答案　A

2．下列说法中，正确的是（　　）

A．烷烃的分子中，所有碳原子不可能位于同一平面上

B．随着碳原子数的增加，烷烃的熔沸点逐渐降低

C．所有的烷烃在光照条件下都能与Cl2发生取代反应

D．所有的烷烃间一定互为同系物

答案　C

解析　烷烃分子中的所有碳原子可能位于同一平面上（如CH3—CH3、CH3CH2CH3），也可能不都位于同一平面上[如（CH3）2CHCH3分子中最多只有3个碳原子共平面]；随着碳原子数的增加，烷烃的分子间作用力逐渐增大，使其熔沸点逐渐升高；烷烃的特征反应是取代反应，也就是说烷烃在光照条件下都能与Cl2等卤素单质发生取代反应；分子式相同的不同烷烃之间互为同分异构体，分子式不同的烷烃之间互为同系物。

3．下列有关简单的烷烃的叙述中正确的是（　　）

①都是易燃物　②特征反应是取代反应　③相邻两个烷烃在分子组成上相差一个甲基

A．①和③B．②和③

C．只有①D．①和②

答案　D

解析　烷烃含有碳和氢两种元素，都能燃烧生成二氧化碳和水，①正确；烷烃都易发生取代反应，②正确；相邻两个烷烃在分子组成上相差一个CH2，③不正确。

4．若要使0.5mol甲烷和Cl2发生取代反应，并生成相同物质的量的四种取代物，则需要Cl2的物质的量为（　　）

A．2.5molB．2mol

C．1.25molD．0.5mol

答案　C

解析　相同物质的量的四种取代物即分别有0.125molCH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4，则需Cl2：

0.125×（1＋2＋3＋4）＝1.25mol。

5．主链含5个碳原子，有甲基、乙基2个支链的烷烃有（　　）

A．2种B．3种C．4种D．5种

答案　A

解析　符合题意要求的同分异构体有

。

需要注意的是烷烃分子中乙基不能出现在第2位碳上，否则主链上就不是5个碳原子而是6个碳原子，

如：

。

6．根据碳的骨架对下列脂肪烃进行再分类：

（1）CH3CH2CH3：

_________________________________________________________；

（2）

：

______________________________________________________________；

（3）CH2CH—CH2—CH3：

___________________________________________________；

（4）HCCCH2CH3：

_________________________________________________________。

答案　

（1）烷烃　

（2）环烷烃　（3）烯烃　（4）炔烃

[基础过关]

一、甲烷的结构与性质

1．CH4分子是以碳原子为中心的正四面体结构，而不是正方形的平面结构，理由是（　　）

A．CH3Cl不存在同分异构体

B．CH2Cl2不存在同分异构体

C．CHCl3不存在同分异构体

D．CH4是气体分子

答案　B

2．光照对下列反应几乎没有影响的是（　　）

A．氯气与氢气反应

B．氯气与甲烷反应

C．甲烷与氧气反应

D．次氯酸分解

答案　C

解析　甲烷与氧气点燃时才反应。

3．下列实验能获得成功的是（　　）

①甲烷气体通入空气中点燃获得热量　②甲烷气体通入氯水中制取一氯甲烷　③甲烷通入酸性高锰酸钾溶液中，可使紫色褪去　④甲烷通入浓硝酸中分解得到碳单质和氢气

A．只有①②B．只有①

C．只有④D．①②③④

答案　B

解析　甲烷分子结构稳定，通常不与强酸、强碱或强氧化剂反应，不能使溴水和酸性KMnO4溶液褪色。

但是在一定条件下，甲烷也会发生某些反应，如燃烧、与氯气的取代反应等。

4．我国西部地区的塔里木、柴达木、陕甘宁和四川盆地蕴藏着26万亿立方米的天然气资源，约占全国陆上天然气资源的87%。

关于天然气的下列叙述中不正确的是（　　）

A．天然气和沼气的主要成分是甲烷

B．改液化的石油气为天然气的燃料燃烧时，应减少进入的空气量或增大进入的天然气量

C．天然气燃烧的废气中，二氧化硫等污染物的含量少

D．天然气与空气混合点燃，不会发生爆炸

答案　D

解析　可燃性气体如不纯时，点燃都有可能发生爆炸。

二、烷烃的性质

5．下列烷烃沸点由高到低顺序正确的是（　　）

①CH4　②C3H8　③C5H12　④C8H18　⑤C12H26

A．①②③④⑤B．⑤④③②①

C．⑤③④②①D．③④⑤②①

答案　B

解析　规律总结：

一般来说组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，熔、沸点越高。

6．下列烷烃的沸点：

甲烷－164℃，乙烷－89℃，丁烷－1℃，戊烷＋36℃，根据上述数据推断，丙烷的沸点可能是（　　）

A．低于－89℃B．约为－42℃

C．高于－1℃D．高于＋36℃

答案　B

解析　由烷烃的熔、沸点变化规律可知，随着碳原子数的增加，烷烃的熔、沸点升高，故丙烷的沸点介于乙烷和丁烷沸点之间，根据题目提供的数据，丙烷的沸点可能为－42℃。

7．某运动会火炬所用燃料为65%的丁烷（C4H10）和35%的丙烷。

下列说法不正确的是（　　）

A．火炬燃烧主要是将化学能转变为热能和光能

B．正丁烷的沸点比丙烷高

C．丁烷和丙烷都不溶于水

D．丁烷和丙烷的燃烧产物均对环境无影响

答案　D

8．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

答案　D

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。

三、由烷烃的一卤代物确定烷烃的结构

9．某烃的一种同分异构体只能生成一种一氯代物，该烃的分子式可能是（　　）

A．C3H8B．C4H10C．C5H12D．C6H14

答案　C

解析　题给各选项均为烷烃，且要求其一氯代物只有一种，这表明烷烃分子中只有一种类型的氢原子。

结合烷烃的结构简式，其主链末端只能连有甲基（—CH3），可得出“若烷烃的一卤代物只有1种，则除甲烷外，其他烷烃中的氢原子数必定是6的倍数”的规律性结论，据此分析题目各选项中烷烃的氢原子数，可知只有选项C符合题设要求。

10．化学家们合成了一种新物质——五星烷，其键线式如图所示。

下列有关五星烷的说法正确的是（　　）

A．五星烷与乙烷互为同系物

B．五星烷的化学式为C15H20

C．五星烷的分子中含有7个五元环

D．五星烷的一氯代物有3种

答案　B

解析　乙烷的分子式为C2H6，五星烷的分子式为C15H20，显然两者不是同系物，A错；五星烷分子中含有2个五元环，其余的为六元环，C错；五星烷的一氯代物有2种，D错。

[能力提升]

11．科学家探测到北极海洋中存在大量由天然气水合物——“可燃冰”释放出的气泡，这种气体会加剧全球变暖。

（1）这种“可燃冰”样品是一种夹杂着白色颗粒状的沉积物，放入水中可以观察到有大量气泡涌出，该白色气泡内的气体主要成分是________。

（2）有科学家预测，从边缘海释放的甲烷，在大气中就占了相当大的比重。

有研究表明，地质历史时期有若干全球变化事件（如地球生命灭绝）是由天然气水合物分解甲烷释放造成的，所以海底甲烷如同高悬人类头顶的达摩克利斯之剑。

甲烷释放到大气中的危害有________。

A．导致温室效应

B．导致局部大气爆炸

C．使地球生物缺氧而死

D．甲烷有毒，毒死地球生命

（3）已知每1立方米这种晶体能释放出164立方米的甲烷气体，假设甲烷气体体积是标准状况下的数据，且甲烷水合物固体的密度与冰密度相同，若冰密度取水的密度1g·cm－3。

试计算“可燃冰”晶体中水与甲烷的分子个数比为________，用化学式表示“可燃冰”晶体：

________。

答案　

（1）甲烷　

（2）AB

（3）1∶6.7　7CH4·47H2O

解析　

（1）甲烷水合物不稳定，在水中极易分解而产生甲烷气体，所以气泡内的主要气体成分就是甲烷。

（2）甲烷的温室效应比二氧化碳的温室效应要大得多，所以这是大气中甲烷含量多而导致的危害；另外当大量的甲烷逸出到空气中，与空气混合，当达到其爆炸极限时，遇闪电或火花即可导致局部甚至整个地球大气的爆炸，后果不堪设想。

（3）1立方米“可燃冰”晶体释放出的甲烷气体的物质的量：

164m3÷22.4m3·kmol－1≈7.32kmol

则其中的水的物质的量：

（1m3×1000kg·m－3－7.32kmol×16kg·kmol－1）÷18kg·kmol－1）≈49.05kmol。

所以，CH4∶H2O＝7.32kmol∶49.05kmol≈1∶6.7

甲烷水合物的组成可能是7CH4·47H2O。

12．回答下列问题：

（1）如下图所示：

在光照条件下，将盛有CH4和Cl2的量筒倒扣于盛有饱和食盐水的水槽中进行实验，对实验现象及产物的分析中错误的是______。

A．混合气体颜色变浅，量筒中液面上升

B．量筒内壁上出现的油状液滴应是三氯甲烷、四氯甲烷的混合物

C．水槽中有白色固体物质析出

D．甲烷与氯气反应后的产物只有CCl4

（2）若有一瓶无色气体，可能含有CH4和CH2===CH2或其中的一种，与一瓶Cl2混合后光照，观察到黄绿色逐渐褪去，瓶壁上有少量无色油状小液滴。

①由上述实验现象推断出该瓶气体中一定含有CH4，你认为是否正确，为什么？

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

②上述实验中可能涉及的反应类型有__________________________________________。

答案　

（1）BD

（2）①不正确，因为CH2===CH2也可以与Cl2发生加成反应而使黄绿色逐渐褪去，生成的CH2ClCH2Cl也是油状液滴　②取代反应、加成反应

解析　

（1）反应中Cl2被消耗，产物有CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl，其中CH2Cl2、CHCl3、CCl4为不溶于水的油状液体，HCl溶于水，气体体积减小，且溶液中Cl－浓度增大，因而析出NaCl白色固体，故A、C正确，B、D错误。

（2）①因为CH2===CH2＋Cl2―→CH2ClCH2Cl，该反应也能使Cl2的黄绿色逐渐褪去，且CH2ClCH2Cl为油状液体，故不能说明无色气体中一定含CH4。

②涉及的反应类型可能有取代反应和加成反应。

[拓展探究]

13．环丙烷可作为全身麻醉剂，环己烷是重要的有机溶剂。

下表是部分环烷烃及烷烃衍生物的结构简式、键线式和某些有机化合物的反应式（其中Pt、Ni是催化剂）。

回答下列问题：

（1）环烷烃与________是同分异构体。

（2）从反应①～③可以看出，最容易发生开环加成反应的环烷烃是________（填名称），判断依据为________________________________________________________________________。

（3）环烷烃还可与卤素单质、卤化氢发生类似的开环加成反应，如环丁烷与HBr在一定条件下反应，其化学方程式为____________________（不需注明反应条件）。

答案　

（1）同碳原子数的单烯烃

（2）环丙烷　反应所需条件（温度）要求最低

（3）