高中化学专题3有机化合物的获得与应用第1单元化石燃料与有机化合物第2课时教学案苏教必修2.docx
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高中化学专题3有机化合物的获得与应用第1单元化石燃料与有机化合物第2课时教学案苏教必修2
第2课时 烷 烃
[学习目标定位] 1.了解烷烃的组成、结构、通式。
2.认识烷烃的物理性质和化学性质。
3.掌握同系物、同分异构体的概念并会判断是否为同分异构体或同系物。
一、烷烃
1．下面是乙烷、丙烷、丁烷的结构式。
乙烷丙烷
丁烷
回答下列问题：
（1）每个碳原子形成4个共价键。
（2）烃分子中，碳原子之间都以碳碳单键结合成链状，碳原子的剩余价键均与氢原子结合，使每个碳原子的化合价都达到“饱和”，这样的烃叫做饱和链烃，也称烷烃。
（3）烷烃的通式为CnH2n＋2（n≥1且n为整数）。
烷烃的空间结构中，碳原子（大于等于3时）不在一条直线上，直链烷烃中的碳原子空间构型是折线形或锯齿状。
2．烷烃的物理性质随着分子中碳原子数的增多，呈规律性的变化。
如
（1）常温下其状态由气态变到液态又变到固态，熔、沸点逐渐升高。
（2）相对密度逐渐增大。
（3）常温下，碳原子数小于或等于4时，均为气态（新戊烷常温下也为气态）。
3．物质的组成、结构决定物质的性质，这个规律在有机物中体现得尤其明显。
烷烃的化学性质与甲烷相似，请写出下列反应的化学方程式（有机物写结构简式）：
（1）燃烧。
如丙烷的燃烧：
CH3CH2CH3＋5O2
3CO2＋4H2O。
（2）取代反应。
如光照条件下，乙烷与氯气发生取代反应（只要求写一氯取代）：
CH3CH3＋Cl2
CH3CH2Cl＋HCl。
该反应中的化学键变化情况：
断裂C—H键和Cl—Cl键，形成C—Cl键和H—Cl键。
（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
CH4
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：
CH3—CH2—CH2—CH3
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）
与
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
答案 D
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
④
⑤
⑥
⑦
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．以下结构表示的物质中是烷烃的是（ ）
A．CH3OH
B．CH2===CH2
C．
D．
答案 C
2．分子式为C4H10的烃的一氯代物的同分异构体有（ ）
A．3种B．4种C．5种D．6种
答案 B
解析 分子式为C4H10的烃有两种同分异构体：
CH3CH2CH2CH3（正丁烷）和
（异丁烷），正丁烷和异丁烷各有2种不同化学环境的氢原子，故C4H10的一氯取代物有4种。
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
答案 A
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
和
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 烷烃的结构与性质
1．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
答案 D
解析 1molC3H8完全燃烧消耗O2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。
2．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。
3．下列反应中，光照对反应几乎没有影响的是（ ）
A．氯气与氢气反应B．次氯酸分解
C．甲烷与氯气反应D．甲烷与氧气反应
答案 D
解析 A项，氯气与氢气在加热或光照下进行反应，光照有影响，错误；B项，次氯酸在光照下发生分解反应，错误；C项，甲烷与氯气在光照下发生取代反应，错误；D项，甲烷与氧气在点燃时发生氧化反应，光照对反应几乎没有影响，正确。
4．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
答案 B
题组二 同系物、同分异构体判断
5．下列说法中正确的一组是（ ）
A．H2和D2互为同位素
B．
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
答案 D
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。
6．下列分子式只能表示一种物质的是（ ）
A．C2H6B．C4H10
C．C4H8Cl2D．C
答案 A
解析 B、C均有同分异构体，D中碳有多种单质。
7．在烷烃的同系物中，所含碳元素的质量分数最大应接近于（ ）
A．75%B．80%
C．85.7%D．92.3%
答案 C
解析 烷烃通式为CnH2n＋2，所含碳元素的质量分数为
y＝
＝
＝
，
y是关于n的增函数，当n趋向于无限大时y的值接近
，C项正确。
题组三 烷烃燃烧的计算
8．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
答案 C
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＋
O2
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。
9．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
答案 B
解析 CxHy＋（x＋
）O2
xCO2＋
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。
10．A、B两种有机物的混合物，当混合物的质量一定时，无论A、B以何种比例混合，完全燃烧产生CO2的量均相等。
A、B的关系可能符合下列四种情况：
①同分异构体；②同系物；③具有相同的最简式；④含碳的质量分数相同，一定符合上述条件的组合有（ ）
A．①②④B．①③④
C．②③④D．①②③
答案 B
[能力提升]
11．某气态烃在标准状况下密度为2.59g·L－1。
（1）其相对分子质量等于________。
（2）该烃的含碳量为82.8%，则分子中碳、氢原子的个数比是________，分子式是________。
（3）可能的结构简式及名称是____________________________________________。
答案
（1）58
（2）2∶5 C4H10
（3）CH3CH2CH2CH3（正丁烷）、CH3CH（CH3）CH3（异丁烷）
解析
（1）M＝2.59g·L－1×22.4L·mol－1≈58g·mol－1。
（2）N（C）∶N（H）＝
∶
≈2∶5，
则烃的最简式为C2H5。
设其分子式为（C2H5）x，
则有（12×2＋5）x＝58，x＝2，
所以烃的分子式为C4H10。
（3）可能的结构简式为CH3CH2CH2CH3（正丁烷）、CH3CH（CH3）CH3（异丁烷）。
12．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。
13．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、
解析
（1）烷烃分子通式为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：
14．已知某种气态化石燃料中含有碳和氢两种元素。
为了测定这种燃料中碳和氢两种元素的质量分数，可将气态燃料放入足量的氧气中燃烧，并使产生的气体全部通入如图所示的装置，得到如表所列的实验数据（U形管中干燥剂只吸收水蒸气且假设产生的气体完全被吸收）。
实验前
实验后
（干燥剂＋U形管）的质量
101.1g
102.9g
（石灰水＋广口瓶）的质量
312.0g
314.2g
根据实验数据求：
（1）实验完毕后，生成物中水的质量为________g。
假设广口瓶里生成一种正盐，其质量为________g。
（2）生成的水中氢元素的质量为________g。
（3）生成的CO2中碳元素的质量为________g。
（4）气态化石燃料中碳元素与氢元素的质量比为________。
答案
（1）1.8 5
（2）0.2 （3）0.6 （4）3∶1
解析
（1）生成水的质量为102.9g－101.1g＝1.8g，生成正盐即CaCO3的质量为
×100g·mol－1＝5g。
（2）生成的水中氢元素的质量为
×2g·mol－1＝0.2g。
（3）生成的CO2中碳元素的质量为
×12g·mol－1＝0.6g。
（4）碳元素与氢元素的质量比为0.6∶0.2＝3∶1。
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