人教版必修2 第3章第1节 最简单的有机化合物甲烷第2课时 学案.docx

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人教版必修2第3章第1节最简单的有机化合物甲烷第2课时学案

第1节最简单的有机化合物——甲烷

第二课时　烷烃

学习目标

核心素养

1.了解烷烃的概念、通式及结构特点。

2．了解烷烃的物理性质和化学性质。

3．理解同系物、同分异构体的概念，并会判断及书写简单烷烃的同分异构体。

1.微观探析：

从不同角度认识烷烃的组成、结构和性质，形成“结构决定性质”的观念。

2．模型认知：

建立同系物、同分异构体判断及书写的思维模型。

一、烷烃

1．分子结构

（1）结构特点

（2）分子通式：

烷烃的分子通式为CnH2n＋2。

2．物理性质

3.化学性质（与甲烷类似）

（1）稳定性：

与强酸、强碱、强氧化剂等不反应。

（2）可燃性：

烷烃都能燃烧，CnH2n＋2燃烧的化学方程式为CnH2n＋2＋

O2

nCO2＋（n＋1）H2O。

（3）取代反应：

烷烃都能与卤素单质发生取代反应。

C2H6与Cl2在光照条件下生成一氯代物的化学方程式为C2H6＋Cl2

C2H5Cl＋HCl。

4．习惯命名法

（1）碳原子数不同

二、同系物和同分异构体

1．同系物

2．同分异构现象和同分异构体

同分异构体的沸点：

支链越多，沸点越低。

1．正误判断

（1）烷烃的分子通式是CnH2n＋2（n≥1），但符合通式CnH2n＋2的不一定是烷烃（　　）

（2）烷烃的特征性质是能与卤素单质发生取代反应（　　）

（3）烷烃性质稳定，不能使酸性KMnO4溶液褪色（　　）

（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（　　）

[答案]　

（1）×　

（2）√　（3）√　（4）×　（5）×

2．下列性质中，属于烷烃特征的是（　　）

A．完全燃烧只生成二氧化碳和水

B．它们不溶于水

C．分子的通式为CnH2n＋2，与氯气发生取代反应

D．它们密度都较小

[答案]　C

3．下列物质中，属于烷烃的是（　　）

[答案]　C

4．下列各物质：

①O2和O3　②12C和14C　③C2H6和C3H8　

（1）互为同位素的是__________。

（2）互为同素异形体的是__________。

（3）同属于烷烃的是__________。

（4）互为同分异构体的是__________。

（5）互为同系物的是__________。

[答案]　

（1）②　

（2）①　（3）③④　（4）④　（5）③

知识点一烷烃的结构和性质

烷烃的组成与结构特点

（1）单键：

烷烃分子里只有两种化学键：

碳碳单键和碳氢键。

每个碳原子都以四个共价单键与其他碳原子或氢原子相连接。

（2）饱和：

碳原子剩余价键全部跟氢原子结合，烷烃是饱和烃，相同碳原子数的有机物分子里，烷烃的含氢量最大。

（3）链状：

碳碳结合成链状，链状不是“直线状”，而是呈锯齿状，链上还可分出支链，如图所示。

（4）烷烃的通式为CnH2n＋2（n为正整数），符合该通式的烃一定是烷烃，且烷烃分子中的氢原子数一定是偶数。

【典例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　⑥所有的烷烃都可以在空气中燃烧

A．①②③⑥B．①④⑥

C．②③④D．①②③④

[思路启迪]　分析此类题目时，既要准确掌握烷烃的组成和碳原子的成键特点，又要熟练掌握烷烃发生取代反应时的反应条件及反应机理。

[解析]　①烷烃属于饱和烃，碳与碳之间、碳与氢之间都以单键结合；②烷烃性质稳定，均不能使酸性KMnO4溶液褪色；③分子通式为CnH2n＋2的烃一定是烷烃；④烷烃在光照条件下都能与Cl2发生取代反应；⑤C2H6不能与溴水发生取代反应使其褪色，但能与Br2蒸气在光照下发生取代反应。

烷烃都可以在空气中燃烧生成CO2和H2O。

[答案]　B

[针对训练1]　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的烷烃有两种

[解析]　A项中环烷烃也符合要求，但它不是链烃，属于环烃；C项中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项中n（C）∶n（H）＝1∶3时必为C2H6，一定是乙烷。

[答案]　B

知识点二同系物

1.同系物判断的三个关键点

（1）“同”——互为同系物的物质必须属于同一类物质。

（2）“似”——结构相似，是指化学键类型相似，分子中各原子的结合方式相似。

（3）“差”——组成上相差n个CH2原子团（n≥1）。

①同系物一定具有不同的碳原子数（或分子式）。

②同系物一定具有不同的相对分子质量（相差14n）。

2．判断同系物时应注意的两个问题

（1）互为同系物的分子中各元素的质量分数可能相同，也可能不同。

（2）同系物和同分异构体的区别，同系物结构相似，组成不同，分子式不同；同分异构体分子式相同，结构可能相似也可能不相似。

【典例2】　下列说法中错误的是（　　）

①化学性质相似的有机物一定是同系物　②分子组成相差一个或几个CH2原子团的有机物一定是同系物　③若烃中碳、氢元素的质量分数相同，它们必定是同系物　④互为同系物的两种有机物的物理性质有差异，但化学性质必定相似

A．①②③④B．只有②③

C．只有③④D．只有①②③

[思路启迪]　解决此题目，既要掌握“同系物”概念的内涵和外延，又要明确概念中的关键点，即各原子成键方式相似，分子组成上相差n个CH2原子团。

[解析]　互为同系物的有机物结构相似，化学性质相似，物理性质随碳原子数的递增呈规律性变化，④正确；化学性质相似的有机物，结构不一定相似，故不一定是同系物，①错误；CH2===CH2和

在分子组成上相差一个CH2原子团，碳、氢元素的质量分数均相同，但二者结构不相似，不是同系物，②③错误，故选D。

[答案]　D

同系物判断的几个“一定”和“不一定”

（1）同系物在分子组成上一定相差一个或若干个“CH2”原子团；但在分子组成上相差一个或若干个“CH2”原子团的有机物不一定是同系物。

（2）同系物具有同一通式，但具有同一通式的有机物不一定是同系物。

（3）同系物的化学性质一定相似，但化学性质相似的物质不一定是同系物。

（4）同系物的相对分子质量一定不相同。

[针对训练2]　下列各组内的物质不属于同系物的是（　　）

[解析]　虽然A中的3种物质有的是直链结构，有的是带支链的结构，但它们通式相同，都属于烷烃，在分子组成上分别相差一个CH2原子团，故为同系物；B选项中的3种物质均只含一个碳碳双键、在分子组成上分别相差一个CH2原子团，也属于同系物；C项中的3种物质均以碳碳单键形成一个饱和碳环且在分子组成上相差一个CH2原子团，故为同系物；D中的3种物质互为同分异构体，因此选D。

[答案]　D

知识点三同分异构体

1.烷烃同分异构体的写法

例如：

①CH4、CH3CH3、CH3CH2CH3的结构式只有1种。

2．烷烃一元取代物同分异构体数目

烃分子中等效氢原子的种类有多少，其一元取代物种类就有多少，判断等效氢原子的方法有：

（1）同一碳原子上所连的氢原子是等效的；

3．同分异构体判断时的易错点

碳碳单键可以旋转，因此烷烃（主链的碳原子数≥4）的碳链形状可以改变。

在判断是否为同分异构体时，要特别注意与同一物质相区分。

【典例3】　有机物

与氯气发生取代反应，生成的一氯代物有（　　）

A．1种B．2种

C．3种D．4种

[思路启迪]　要判断某烃的一氯取代物的同分异构体的数目，首先要观察烃的结构是否具有对称性。

其次要关注分子中等效碳上连的H原子也是等效的。

[解析]　

与Cl2发生取代反应，生成的一氯代物有3种，分别为

[答案]　C

[针对训练3]　在下列结构的有机物中，属于同分异构体的正确组合是（　　）

①CH3—CH2—CH2—CH2—CH3

②CH3—CH2—CH2—CH2—CH2—CH3

A．②和⑤B．②和③

C．①和②D．③和④

[解析]　①和④、②和③、③和⑤的分子式相同而结构不同，分别互为同分异构体；②和⑤为同一种物质。

[答案]　B

1．关于烷烃的叙述不正确的是（　　）

A．分子式符合CnH2n＋2的烃一定是烷烃

B．烷烃均能与氯水发生取代反应

C．正戊烷的熔、沸点比异戊烷的高

D．烷烃不能被酸性高锰酸钾溶液等强氧化剂氧化

[解析]　烷烃的通式为CnH2n＋2，是饱和链烃，凡是满足此通式的一定是烷烃，故A正确；烷烃在光照下与氯气能发生取代反应，不是与氯水反应，故B错误；同分异构体支链越多，沸点越低，故C正确；烷烃性质稳定，不与高锰酸钾溶液反应使其褪色，故D正确。

故选B。

[答案]　B

2．下列分子式不止表示一种物质的是（　　）

A．C3H8B．C4H10

C．CHCl3D．CH2Cl2

[解析]　正丁烷和异丁烷的分子式都是C4H10。

C3H8（丙烷）、CHCl3（三氯甲烷）、CH2Cl2（二氯甲烷）都只表示一种物质。

[答案]　B

3．下列烷烃在光照下与氯气反应，生成的一氯代烃只有一种的是（　　）

[解析]　A项，有两种不同位置的H原子，与氯气反应生成的一氯代烃有两种，错误；B项，有三种不同位置的H原子，与氯气反应生成的一氯代烃有三种，错误；C项，只有一种H原子，与氯气反应生成的一氯代烃只有一种，正确；D项，有四种不同位置的H原子，与氯气反应生成的一氯代烃有四种，错误。

[答案]　C

4．下列物质之间的相互关系错误的是（　　）

A．CH3CH2CH2CH2CH3和

互为同分异构体

B．干冰和冰为同一种物质

C．CH3CH3和CH3CH2CH3互为同系物

D．12C和14C互为同位素

[解析]　干冰是二氧化碳晶体，冰是固态的水。

[答案]　B

5．按要求填写下列空白：

（1）乙烷的结构式：

_______________。

（2）分子中含30个氢原子的烷烃的分子式________。

（3）相对分子质量为58的烷烃的结构有________种；试分别写出它们的结构简式_______________。

（4）分子式为C5H12的直链烷烃的习惯命名为_______________，

其一氯代物只有一种的结构简式为_______________。

[解析]　

（1）乙烷的分子式为C2H6，其结构式为

。

（2）由烷烃的分子通式可知，2n＋2＝30，n＝14，其分子式为C14H30。

课后作业（十四）

[基础巩固]

一、烷烃及其性质

1．下列关于烷烃性质的叙述中，不正确的是（　　）

A．烷烃同系物随着相对分子质量增大，熔点、沸点逐渐升高；常温下的状态由气态递变到液态，相对分子质量大的则为固态

B．烷烃同系物的密度随着相对分子质量的增大逐渐增大

C．烷烃跟卤素单质在光照条件下能发生取代反应，烷烃燃烧时生成二氧化碳和水

D．烷烃都能使溴水、酸性KMnO4溶液褪色

[解析]　烷烃不能与溴水、酸性KMnO4溶液反应。

[答案]　D

2．在1.013×105Pa下，测得某些烷烃的沸点见下表。

据表分析，下列选项正确的是（　　）

A.在标准状况下，新戊烷是气体

B．在1.013×105Pa、20℃时，戊烷都是液体

C．烷烃随碳原子数的增加，沸点降低

D．C5H12随支链的增加，沸点降低

[解析]　由题表中信息可知，新戊烷的沸点是9.5℃，标准状况下是液体，20℃时是气体，A、B两项均错误；烷烃随碳原子数的增加，沸点升高，C项错误；C5H12的三种同分异构体中，随支链数的增加，沸点降低，D项正确。

[答案]　D

3．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为3＋

mol＝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，不能被酸性高锰酸钾氧化，即C3H8不能使高锰酸钾溶液褪色，C项不正确。

[答案]　D

4．下列有关正己烷的叙述中，正确的是（　　）

①所有的化学键都是单键　②能使酸性KMnO4溶液的紫色褪去　③分子空间构型为锯齿状　④在光照条件下都能与氯气发生取代反应　⑤光照条件下，将正己烷通入溴水中，可使溴水褪色

A．①③⑤B．②③

C．①③④D．①②④

[解析]　此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；正己烷属饱和链烃，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，也不能使溴水褪色，②⑤说法不正确；直链烷烃的空间构型为锯齿状，③说法正确；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。

[答案]　C

二、同系物和同分异构体

5．下列物质互为同系物的是（　　）

C．CH3CH2Cl与CH2ClCH2Cl

D．CH4与CH3CH2Cl

[解析]　A项为同种物质，B项互为同系物，C项所含氯原子数不同，分子组成不是相差一个或若干个CH2原子团，D项不是同一类别的物质，故不属于同系物。

[答案]　B

6．下列化学式只表示一种物质的是（　　）

A．C3H7ClB．C3H8

C．C2H4Cl2D．C

[解析]　C3H7Cl中的氯原子可以连在端点碳原子上，也可以连在中间碳原子上，有两种结构，C3H7Cl可表示两种物质，A项不符合题意；C3H8不存在同分异构体，只表示一种物质，B项符合题意；C2H4Cl2中的两个氯原子可同时连在同一个碳原子上，也可分别连在两个碳原子上，有两种结构，C项不符合题意；金刚石、石墨、碳纳米管等都是由碳元素形成的单质，均可用C表示，D项不符合题意。

[答案]　B

7．进行一氯取代反应后，只能生成两种沸点不同的有机物的烷烃是（　　）

A．（CH3）2CHCH（CH3）2B．新戊烷

C．异戊烷D．（CH3）3CCH2CH3

[解析]　（CH3）2CHCH（CH3）2分子中有2种H原子，所以其一氯代物有2种，A项正确；新戊烷分子中只有1种H原子，所以其一氯代物只有1种，B项错误；异戊烷分子中有4种H原子，所以其一氯代物有4种，C项错误；（CH3）3CCH2CH3分子中有3种H原子，所以其一氯代物有3种，D项错误。

[答案]　A

8．下列关于同系物、同分异构体的叙述中不正确的是（　　）

A．同系物也可互为同分异构体

B．同分异构体具有相同的相对分子质量

C．两个同系物之间相对分子质量相差14或14的整数倍

D．同系物具有相似的化学性质

[解析]　同系物分子式中相差若干个CH2原子团，分子式一定不同，相对分子质量相差14或14的整数倍，同系物间成键方式相同，化学性质相似；而同分异构体间分子式相同，相对分子质量也相等，A错误，B、C、D正确。

[答案]　A

9．下列关于同系物的说法中，错误的是（　　）

A．同系物具有相同的最简式

B．同系物能符合同一通式

C．同系物中，相邻的同系物彼此在组成上相差一个CH2原子团

D．同系物的化学性质基本相似，物理性质随碳原子数增加而呈规律性变化

[解析]　结构相似，必属同一类物质，因此有同一通式，但不一定有相同的最简式，A错误，B正确；相邻同系物组成上相差一个CH2原子团，C正确；因结构相似，所以化学性质基本相似，但组成上的差异使得物理性质随碳原子数增加而呈规律性变化，D正确。

[答案]　A

10．下列说法正确的是（　　）

A．烷烃的通式为CnH2n＋2，随n的增大，碳元素的质量分数逐渐减小

B．

互为同分异构体

C．丙烷的比例模型为

D．分子式为C2H6和分子式为C5H12的烷烃的一氯代物的数目可能相同

[解析]　烷烃中碳元素的质量分数为

，即随着n的增多，烷烃的含碳量逐渐增大，A项错误；B项中的两个物质的分子式和结构均相同，属于同一种物质，B项错误；C项中的模型为丙烷的球棍模型，故错误；C2H6的一氯代物只有一种，分子式为C5H12的烷烃有三种同分异构体，其中

的一氯代物只有一种，故D项正确。

[答案]　D

[能力提升]

11．下列叙述正确的是（　　）

A．分子式相同，各元素质量分数也相同的物质是同种物质

B．通式相同的不同物质一定属于同系物

C．分子式相同的不同物质一定是同分异构体

D．同系物的性质完全相同

[解析]　分子式相同的物质，结构不一定相同，所以不一定是同种物质；通式相同的不同物质不一定是同系物，也可能是同分异构体或是其他关系；同系物的化学性质相似，物理性质不同。

[答案]　C

12．某气态烃在恒容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]　烃燃烧的化学方程式为CxHy＋

O2

xCO2＋

H2O（g），因为燃烧前后容器内压强不变，说明燃烧前后气体总体积不变，即1＋x＋

＝x＋

，得y＝4，结合四个选项只有C2H4符合题意，故B项正确。

[答案]　B

13．有人设想合成具有以下结构的四种烃分子，下列有关说法不正确的是（　　）

A．1mol甲分子内含有10mol共价键

B．由乙分子构成的物质不能发生氧化反应

C．丙分子的二氯取代产物只有三种

D．丁分子不能合成

[解析]　1mol甲分子中含有6mol碳碳键和4mol碳氢键，A正确；乙分子可以发生燃烧反应，即氧化反应，B错误；丙分子中有棱边、面对角线、体对角线三种二氯代物，C正确；丁分子中的碳原子不符合四价键原则，不能合成，D正确。

[答案]　B

14．1mol某烷烃在氧气中完全燃烧，需要消耗氧气246.4L（标准状况下）。

它在光照条件下与氯气反应能生成4种不同的一氯取代物，该烃的结构简式是（　　）

[解析]　题目提示的信息是“某烷烃在氧气中完全燃烧”，所以产物是二氧化碳和水，设该烷烃的分子式为CnH2n＋2,1mol该烃完全燃烧的耗氧量为

mol。

所以

mol＝

，得n＝7，故排除B、C两项。

A项中的一氯取代物有4种，而D项中的一氯取代物只有3种。

[答案]　A

15．从下列各组物质中，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__________。

[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。

[答案]　

（1）②　

（2）④　（3）⑥　（4）⑤

16．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________。

[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＝5g。

（2）生成的水中氢元素的质量为

×2g/mol＝0.2g。

（3）生成的CO2中碳元素的质量为

×12g/mol＝0.6g。

（4）碳元素与氢元素的质量比为0.6∶0.2＝3∶1。

[答案]　

（1）1.8　5　

（2）0.2　（3）0.6　（4）3∶1

17．某烃折合为标准状况下的密度为3.215g·L－1，现取3.6g该烃完全燃烧，将全部产物依次通入足量的浓硫酸和碱石灰，浓硫酸增重5.4g，碱石灰增重11g，求：

（1）该烃的相对分子质量为________；

（2）该烃的分子式为________；

（3）已知该烃的一氯代物只有一种，写出该烃的结构简式：

______________________。

[解析]　

（1）M＝3.215g·L－1×22.4L·mol－1≈72g·mol－1，故该烃的相对分子质量为72。

（2）由题意可得，H2O的物质的量为

＝0.3mol，CO2的物质的量为

＝0.25mol,3.6g该烃的物质的量为

＝0.05mol。

根据原子守恒可知，0.05mol该烃中含有碳原子0.25mol、氢原子0.6mol，故该烃的分子式为C5H12。

（3）戊烷有三种同分异构体，其中

的一氯代物只有一种。

[答案]　

（1）72

（2）C5H12

（3）

或C（CH3）4

[拓展拔高]

18．

（1）完全燃烧0.1mol某烃，燃烧产物依次通过浓硫酸、浓碱液，实验结束后，称得浓硫酸增重9g，浓碱液增重17.6g。

该烃的化学式为__________，并写出其所有可能的结构简式：

____________________________。

（2）某烷烃的相对分子质量为128，该烷烃的化学式为__________。

（3）在常温常压下有CH4、C2H6、C3H8和C4H10四种气态烃。

①取等物质的量的四种气态烃，分别在足量的氧气中燃烧，消耗氧气最多的是__________（填分子式）。

②取等质量的四种气态烃，分别在足量的氧气中燃烧，消耗氧气最多的是__________（填分子式）。

[解析]　

（1）0.1mol烃中含有的碳原子的物质的量为17.6g÷44g·mol－1＝0.4mol，含有氢原子的物质的量为9g÷18g·mol－1×2＝1mol，则每个烃分子中含有4个碳原子、10个氢原子，即分子式为C4H10，其结构有两种，即CH3CH2CH2CH3、

。

（2）烷烃组成通式为CnH2n＋2，其相对分子质量为128，故14n＋2＝128，解得n＝9，则分子式为C9H20。

（3）1molCxHy的耗氧量为

mol，由各烃的分子式中C、H原子数目可知，相同物质的量的各烃C4H10的耗氧量最大。

等质量的烃中氢元素的质量分数越大，消耗的氧气越多，CH4、C2H6、C3H8、C4H10的C、