第二章 第一节第1课时.docx

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第二章第一节第1课时

第一节　脂肪烃

第1课时　烷　烃

[目标定位]　1.知道烷烃的物理性质的变化与分子中碳原子数目的关系。

2.能以典型代表物为例，理解烷烃的化学性质。

3.认识烷烃的特征结构。

一　脂肪烃的类别与通式

1.甲烷的分子式是CH4，结构式是

，空间构型是正四面体型。

2.有下列三种有机物：

①CH3—CH3　②CH3—CH2—CH3

③CH3—CH2—CH2—CH3

（1）它们共同的结构特点是碳原子间都以碳碳单键形成碳链、碳原子剩余的价键全部被氢原子饱和，其类别是烷烃（饱和链烃）。

（2）它们在分子组成上的主要差别是相差一个或若干个CH2原子团，其通式是CnH2n＋2（n≥1）。

3.分析比较下列两组有机物，回答下列问题：

A组：

①CH2===CH2　②CH2===CH—CH3

③CH3—CH===CH—CH3

B组：

①CH≡CH　②CH3—C≡CH

③CH≡C—CH2—CH3

（1）A组有机物的官能团是

，类别是烯烃，它们在分子组成上的主要差别是相差一个或若干个CH2原子团，其通式是CnH2n（n≥2）。

（2）B组有机物在分子结构上的相同点是都含有一个—C≡C—，在分子组成上的主要差别是相差一个或若干个CH2原子团，其通式是CnH2n－2（n≥2）。

1.常见脂肪烃的结构特点和通式

（1）烷烃—碳原子之间全部以单键结合的饱和链烃—通式CnH2n＋2（n≥1）。

（2）单烯烃—含一个碳碳双键的不饱和链烃—通式CnH2n（n≥2）。

（3）单炔烃—含一个碳碳三键的不饱和链烃—通式CnH2n－2（n≥2）。

2.同系物的概念

结构相似，组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质互为同系物。

3.同系物的判断要点

（1）一差（分子组成至少相差一个CH2原子团；相对分子质量相差14或14的整数倍）。

（2）二（相）似（结构相似，化学性质相似）。

（3）三相同（即组成元素相同，官能团种类、个数与连接方式相同，分子组成通式相同）。

1.下列说法不正确的是（　　）

A.分子式为CH4和C5H12的两种烃互为同系物

B.分子式为C2H4和C3H6的两种烃一定互为同系物

C.等碳烷烃和炔烃，在分子组成上，相差4个氢原子

D.若C2H2和C4H6互为同系物，则C4H6分子中一定含有一个三键

答案　B

解析　CH4和C5H12的通式相同，且均为饱和烃，二者互为同系物，A项正确；分子式符合C3H6的结构可能为CH2===CHCH3，也可能为“环丙烷”，与C2H4不互为同系物，B项错误；结合烷烃和炔烃的分子通式可知，当碳原子数相等时，氢原子数相差4，C项正确；互为同系物的物质含有相同的官能团，且个数相同，D项正确。

2.下列说法不正确的是（　　）

A.分子式为C3H8与C6H14的两种有机物一定互为同系物

B.具有相同通式的有机物不一定互为同系物

C.两个相邻同系物的相对分子质量数值一定相差14

D.分子组成相差一个或几个CH2原子团的化合物必定互为同系物

答案　D

解析　判断两种有机物是否是同系物时，必须从两方面考虑：

①分子结构是否相似，即必须为同一类物质，且符合同一通式；②分子组成上相差一个或若干个CH2原子团，即同系物相对分子质量相差14的整数倍。

选项A中C3H8和C6H14都为烷烃，一定为同系物，选项A正确；环烷烃和烯烃通式相同（CnH2n），但结构特点不同，二者不是同系物，选项B正确；选项D中的化合物结构特点不一定相似，选项D不正确。

二　烷烃的性质

1.甲烷是最简单的烷烃，具有以下性质：

（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）甲烷在空气中安静地燃烧，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.阅读教材表21并结合你已学知识内容，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

都难溶于水，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

3.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，只有在特殊条件下（如光照或高温）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。

　烷烃的性质

（1）物理性质

（2）化学性质

3.下列有关甲烷的取代反应的叙述正确的是（　　）

A.甲烷与氯气的物质的量之比为1∶1，混合发生取代反应只生成CH3Cl

B.甲烷与氯气发生取代反应，生成的产物中CH3Cl最多

C.甲烷与氯气发生取代反应，生成的产物为混合物

D.1molCH4完全生成CCl4，最多消耗2molCl2

答案　C

解析　甲烷与氯气一旦发生取代反应就不会停止在某一步，故得不到纯净的CH3Cl，A错误、C正确；甲烷与氯气的反应中每取代1mol氢原子，消耗1mol氯气，生成1molHCl，故产物中HCl最多，B错误；1molCH4完全生成CCl4，最多消耗4molCl2，D错误。

4.液化气的主要成分是丙烷，下列有关丙烷的叙述不正确的是（　　）

A.丙烷是链状烷烃，但分子中碳原子不在同一直线上

B.在光照条件下能够与Cl2发生取代反应

C.丙烷比其同分异构体丁烷易液化

D.1mol丙烷完全燃烧消耗5molO2

答案　C

解析　丙烷是直链烷烃，其中碳原子为饱和碳原子，三个碳原子构成锯齿状的链状结构，故3个碳原子不在同一直线上，A正确；丙烷在光照条件下与Cl2发生取代反应，B正确；丙烷与丁烷互为同系物，C错误；1mol丙烷完全燃烧消耗5molO2，D项正确。

（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；三看是否至少相差一个CH2原子团。

（2）比较烷烃的熔、沸点的思路

（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取代反应（光照）、②氧化反应（点燃）、③分解反应（高温）。

1.下列物质的沸点由高到低排列顺序正确的是（　　）

①丁烷　②2甲基丙烷　③戊烷　④2甲基丁烷

⑤2,2二甲基丙烷

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，碳原子数越多，沸点越高；对于碳原子数相同的烷烃，支链越多，沸点越低；因此，综合排序为③＞④＞⑤＞①＞②。

2.在光照条件下，将1molCH4与Cl2反应，得到等物质的量的4种取代产物，则消耗Cl2的物质的量为（　　）

A.1molB.2molC.2.5molD.10mol

答案　C

解析　由于CH4＋Cl2hν,CH3Cl＋HCl，CH4＋2Cl2hν,CH2Cl2＋2HCl，CH4＋3Cl2hν,CHCl3＋3HCl，CH4＋4Cl2

CCl4＋4HCl。

1molCH4生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各为0.25mol，则消耗Cl2的物质的量为0.25mol＋0.25mol×2＋0.25mol×3＋0.25mol×4＝2.5mol。

3.下列有关烷烃的叙述中，正确的是（　　）

A.在烷烃分子中，所有的化学键都是碳碳单键

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的烃不一定是烷烃

D.所有的烷烃在光照条件下都能与氯气发生取代反应

答案　D

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，故烷烃中的化学键并不都是碳碳单键，选项A说法不正确；烷烃属于饱和链烃，其化学性质比较稳定，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中的碳原子已达完全饱和的状态，因此符合通式CnH2n＋2的有机物一定是烷烃，选项C说法不正确；烷烃在光照条件下都能与氯气发生取代反应，这是烷烃的主要特征性质，选项D说法正确。

4.有4种碳骨架如下的烃，下列说法正确的是（　　）

①a和d是同分异构体　②b和c是同系物　③a和b都能发生加成反应　④只有b和c能发生取代反应

A.①②B.①④

C.②③D.②④

答案　A

解析　a为

，d为

，a和d分子式相同结构不同，互为同分异构体，①正确；b为CH3CH2CH2CH3，c为

，b和c都是烷烃，互为同系物，②正确；a可以发生加成反应，b不可以发生加成反应，③不正确；a中CH3上的H原子可以发生取代反应，烷烃和环烷烃都能发生取代反应，④不正确。

5.已知烷烃A的密度是相同条件下H2密度的36倍。

（1）该烷烃A的分子式为__________________________________________________________。

（2）写出A可能存在的结构简式：

____________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）若A的某种同分异构体B的一氯代物只有一种。

①用系统命名法命名，B的名称为_________________________________________________。

②B与Cl2发生反应生成一氯代物的化学方程式为_____________________________________

________________________________________________________________________。

③B燃烧的化学方程式为________________________________________________________。

答案　

（1）C5H12

（2）CH3CH2CH2CH2CH3、CH3CH（CH3）CH2CH3、CH3C（CH3）2CH3

（3）①2,2二甲基丙烷

②CH3C（CH3）2CH3＋Cl2

CH3C（CH3）2CH2Cl＋HCl　③C5H12＋8O2

5CO2＋6H2O

解析　根据A的密度是相同条件下H2密度的36倍，推知其相对分子质量为72，设分子式为CnH2n＋2，求得n＝5，则分子式为C5H12。

40分钟课时作业

[基础过关]

1.已知直链烷烃A和B，A比B多一个碳原子，则下列说法正确的是（　　）

A.A的沸点比B高

B.A的相对密度比B小

C.一般情况下，同碳原子数的烷烃的沸点和密度低于烯烃

D.已知A在常温下为液态，则B也一定为液态

答案　A

2.在1.013×105Pa下，测得的某些烷烃的沸点见下表。

据表分析，各项说法正确的是（　　）

物质名称

沸点/℃

正丁烷CH3（CH2）2CH3

－0.5

正戊烷CH3（CH2）3CH3

36.1

异戊烷

27.8

新戊烷

9.5

正己烷CH3（CH2）4CH3

69.0

A.在标准状况时，新戊烷是气体

B.在1.013×105Pa、20℃时，C5H12都是液体

C.烷烃随碳原子数增加，沸点降低

D.C5H12随支链增加，沸点降低

答案　D

解析　新戊烷的沸点是9.5℃，标准状况下是液体，20℃时是气体，A、B均错误；烷烃随碳原子数的增加，沸点升高，C错误；C5H12的三种同分异构体中，随支链数增加，沸点逐渐降低，D正确。

3.下列说法中正确的是（　　）

A.丙烯分子中所有原子在同一平面上

B.丙烷分子中所有碳原子在同一条直线上

C.分子式为C4H8的烃分子中一定含有碳碳双键

D.光照条件下，将一定物质的量的CH4与Cl2充分反应，所得产物中，HCl的物质的量最多

答案　D

解析　丙烯分子中，—CH3上的所有原子不在同一平面上，A项不正确；丙烷分子中，由于

键的夹角为109°28′，丙烷分子中3个碳原子不在一条直线上，B项不正确；分子式为C4H8的烃可以是烯烃，也可以是环烷烃，C项不正确；甲烷与Cl2发生取代反应，每生成1molC—Cl键，则生成1molHCl，D项正确。

4.下列反应中，属于取代反应的是（　　）

①CH3CHCH2＋Br2

CH3CHBrCH2Br

②CH3CH2OH

CH2===CH2＋H2O

③CH3COOH＋CH3CH2OH

CH3COOCH2CH3＋H2O

④C6H6＋HNO3

C6H5NO2＋H2O

A.①②B.③④C.①③D.②④

答案　B

解析　反应①为加成反应，反应②为消去反应，反应③为酯化反应，反应④为硝化反应，酯化反应和硝化反应都属于取代反应，B项正确。

5.根据以下数据推断丙烷的沸点可能是（　　）

物质

甲烷

乙烷

丁烷

戊烷

沸点

－162℃

－89℃

－1℃

＋36℃

A.约－40℃B.低于－160℃

C.低于－89℃D.高于＋36℃

答案　A

解析　烷烃的熔、沸点随分子中碳原子数的增加而升高，丙烷的沸点应介于乙烷和丁烷之间，答案为A。

6.燃烧0.1mol两种气态烃的混合物，生成3.58LCO2（标准状况）和3.60gH2O，则混合气体中（　　）

A.一定有甲烷B.一定有乙烷

C.一定无甲烷D.一定有丙烷

答案　A

解析　生成n（CO2）＝

≈0.16mol，生成n（H2O）＝

＝0.2mol，因此两种气态烃的平均组成为C1.6H4，根据混合物的平均组成可知，碳原子数小于1.6的烃只有甲烷，而另一种烃中氢原子数必为4，且碳原子数大于或等于2。

7.等质量的下列有机物完全燃烧，消耗O2最多的是（　　）

A.CH4B.CH3CH3

C.C2H2D.C5H12

答案　A

解析　方法一：

根据化学方程式进行计算，然后通过比较得到答案。

方法二：

碳氢比法：

烃中H元素的质量分数越大，即烃中碳氢比（可以是质量比，也可以是物质的量或原子个数比）越小，烃的耗O2量越大。

方法三：

CHx法：

将烃转化为“最简式”CHx的形式，等质量的烃完全燃烧耗O2量的大小可由x决定，x越大耗O2量越大，x越小耗O2量越小。

CHx法是解决本题的快捷方法。

8.某烃的一种同分异构体只能生成一种一氯代物，该烃的分子式可以是（　　）

A.C3H8B.C4H10C.C5H12D.C6H14

答案　C

解析　题给各选项均为烷烃，且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“若烷烃的一氯代物只有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，据此分析题给各选项中烷烃的氢原子数，可知只有选项C符合题设要求。

9.一种气态烷烃和一种气态烯烃的混合物的质量为9g，其密度是相同条件下氢气密度的11.25倍，当混合气体通过足量溴水时，溴水增重4.2g，则这两种气态烃是（　　）

A.甲烷和乙烯B.乙烷和乙烯

C.甲烷和丙烯D.甲烷和丁烯

答案　C

解析　根据已知条件，先求出混合气体的平均相对分子质量，即11.25×2＝22.5。

由于烷烃中只有甲烷的相对分子质量小于22.5，则该混合物中一定含有甲烷。

混合气体通过溴水时溴水增重，说明该混合气体中烯烃的质量为4.2g，则甲烷的质量为9g－4.2g＝4.8g，即n（CH4）＝0.3mol。

设该不饱和烃的物质的量为x，则有

＝22.5g·mol－1，解得：

x＝0.1mol，即该不饱和烃的摩尔质量为42g·mol－1，为丙烯。

10.丙烷的分子结构可简写成键线式结构

，有机物A的键线式结构为

，有机物B与等物质的量的H2发生加成反应可得到有机物A。

下列有关说法错误的是（　　）

A.有机物A的一氯取代物只有4种

B.用系统命名法命名有机物A，名称为2,2,3三甲基戊烷

C.有机物A的分子式为C8H18

D.B的结构可能有3种，其中一种名称为3,4,4三甲基2戊烯

答案　A

解析　根据信息提示，A的结构简式为

，有5种不同化学环境的氢原子，所以A的一氯取代物有5种；A是B和H2等物质的量加成后的产物，故A中相邻碳原子上有氢原子的位置都可以是双键，则B可能的结构简式有三种：

，依次命名为3,3二甲基2乙基1丁烯、3,4,4三甲基2戊烯、3,4,4三甲基1戊烯。

[能力提升]

11.A～G是几种烃的分子球棍模型（如图），据此回答下列问题：

（1）常温下含碳量最高的气态烃是_________________________________________（填字母）。

（2）能够发生加成反应的烃有________种。

（3）写出F发生硝化反应的化学方程式：

_______________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）D　

（2）4

（3）

＋H2O

解析　由A～G的分子球棍模型可知A为CH4、B为CH3CH3、C为CH2===CH2、D为CH≡CH、E为CH3CH2CH3、F为

、G为

。

其中乙炔的最简式是CH，是含碳量最高的气态烃；含有碳碳双键、碳碳三键以及含苯环的分子能发生加成反应；苯发生硝化反应的化学方程式是

（浓）

＋H2O。

12.有A、B、C三种烃，已知：

①B完全燃烧的产物n（CO2）∶n（H2O）＝2∶3。

②C为饱和链烃，通常状况下呈气态，其二氯代物有三种。

③A是B分子中的氢原子全部被C分子中的最简单的烃基取代的产物；A遇Br2的CCl4溶液不褪色，其一氯代物只有一种。

试回答下列问题：

（1）B的最简式为________，分子式为________，其二溴代物有________种。

（2）C的三种二氯代物的结构简式分别为____________、________、________。

（3）A的结构简式为_______________________________________________________。

答案　

（1）CH3　C2H6　2　

（2）C

（3）

解析　

（1）由B的燃烧产物可推出B分子中n（C）∶n（H）＝1∶3，B的最简式为CH3，故B的分子式只能是C2H6，为乙烷，其二溴代物有两种。

（2）气态烷烃中只有异丁烷的二氯代物有三种，可推断C应为异丁烷。

（3）异丁烷中最简单的烃基为甲基，甲基取代乙烷中的所有氢原子生成2,2,3,3四甲基丁烷，其分子式为C8H18。

13.现有CH4、C3H4、C2H4、C2H6、C3H6五种有机物。

同质量的以上五种物质中，在相同状况下体积最大的是________；同质量的以上五种物质完全燃烧时耗去O2的量最多的是________；同状况、同体积的以上五种物质完全燃烧时耗去O2的量最多的是________；同质量的以上五种物质燃烧时，生成CO2最多的是________，生成水最多的是________。

在120℃、1.01×105Pa的状态下，有三种气态烃和足量的氧气混合点燃，相同条件下测得反应前后气体体积没有发生变化，这三种气体是

________________________________________________________________________。

答案　CH4　CH4　C3H6　C3H4　CH4　CH4、C3H4、C2H4

解析　相同质量的烃（CxHy）的耗氧量由

决定，

的值越大，耗氧量越大，且生成H2O的量越多，生成CO2的量越少；相同物质的量的烃（CxHy）的耗氧量由（x＋

）的值决定，同碳（x）看氢（y），同氢（y）看碳（x），1个碳原子与4个氢原子耗氧量相同；在温度大于100℃的条件下，反应前后气体体积不变，需满足

－1＝0，即y＝4。

14.

（1）某烷烃的结构简式为CH3CH（CH3）CH（C2H5）2。

①该烷烃的名称是____________________。

该烷烃可用不饱和烃与足量氢气反应得到。

②若不饱和烃为烯烃A，则烯烃的结构简式可能有________种。

③若不饱和烃为炔烃B，则炔烃的结构简式可能有________种。

④有一种烷烃C与上述烷烃是同分异构体，它却不能由任何烯烃催化加氢得到。

则C的结构简式为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）某烷烃的相对分子质量为114，与氯气发生取代反应所得的一氯代物只有一种的是________________________________________________________________________。

答案　

（1）①2甲基3乙基戊烷　②4　③1

④

（2）

解析　

（1）根据烷烃命名原则，该烃最长碳链为5个碳原子，命名为2甲基3乙基戊烷。

该烷烃若由烯烃加氢而成，则凡是相邻碳原子上都有氢原子的位置均可插入双键，这样的位置有4种，

，故烯烃有4种。

该烷烃若由炔烃加氢而成，则凡是相邻碳原子上都有两个氢原子的位置均可插入三键，这样的位置有1种，

，故炔烃有1种。

烷烃C与CH3CH（CH3）CH（C2H5）2互为同分异构体，且不能由任何烯烃加氢而成，说明C与CH3CH（CH3）CH（C2H5）2含有相同的碳原子数，且C中相邻的碳原子上至少有一个碳原子上没有氢原子，故C的结构高度对称，结构简式为

。

（2）设该烷烃的分子式为CnH2n＋2，则14n＋2＝114，n＝8，该烷烃分子式为C8H18，由于该烷烃的一氯代物只有一种，故该烃分子中只有一种氢原子，其结构简式为

。