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.docx
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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
第2课时 烷 烃
知识条目
必考要求
加试要求
1.同系物的概念，烷烃的分子组成和简单命名
b
b
2.同分异构体
a
b
能力要求
1.了解烷烃的组成、结构、通式及烷烃的主要性质。
2.知道同系物、同分异构体的概念，能根据结构式或结构简式判断它们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。
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：
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
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
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
答案 D
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
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
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
答案 C
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
答案 D
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
答案 C
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
答案 D
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
答案 B
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．
和
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。
8．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。
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
答案 B
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
答案 B
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
答案 B
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＋
＝5，
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
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。
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
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。
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
答案 A
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＋
O2
nCO2＋（n＋1）H2O
（2）④ （3）①
解析
（1）烷烃的燃烧通式为
CnH2n＋2＋
O2
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）
（4）
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
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