学年高中化学第1章有机化合物的结构与性质烃第3节第2课时烷烃的化学性质烃的燃烧规律学案鲁科版.docx
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学年高中化学第1章有机化合物的结构与性质烃第3节第2课时烷烃的化学性质烃的燃烧规律学案鲁科版
烷烃的化学性质 烃的燃烧规律
[核心素养发展目标] 1.宏观辨识与微观探析:
微观探析烷烃的结构,进而体会烷烃的稳定性和取代反应等化学性质。
2.证据推理与模型认知:
能根据甲烷化学性质推知烷烃的化学性质,由烷烃通式写出其燃烧的化学方程式,并推知烃完全燃烧的规律,建立解答烃燃烧相关问题的思维模型。
一、烷烃的化学性质
1.稳定性
因为烷烃分子中碳氢键和碳碳单键的键能较高,所以常温下烷烃很不活泼,与强酸、强碱、强氧化剂和还原剂都不反应。
2.取代反应
在光照条件下,烷烃能与Cl2、Br2等卤素单质发生取代反应。
反应举例:
CH3CH3+Cl2
CH3CH2Cl+HCl(一氯取代)。
3.与氧气的反应
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。
烷烃取代反应需注意的5个方面
(1)反应的条件——光照。
(2)反应物状态——卤素单质(F2、Cl2、Br2、I2)而不是其水溶液。
(3)反应的特点——氢原子被卤素原子逐步取代,多步反应同时进行。
(4)反应产物——混合物(多种卤代烃),不适宜制备卤代烃。
(5)定量关系——n(X2)=n(一卤代物)+2n(二卤代物)+3n(三卤代物)+…=n(HX)。
例1
光照条件下,将1mol甲烷和1mol氯气混合充分反应后,得到的产物为( )
A.CH3Cl、HCl
B.HCl、CCl4
C.CH3Cl、CH2Cl2
D.CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl
【考点】 烷烃的化学性质
【题点】 烷烃的取代反应
答案 D
解析 虽然甲烷和氯气按等物质的量混合,但实际上反应不会只停留在生成CH3Cl的第一步取代,而是四步取代反应几乎同时发生,所以生成物就是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl。
易错警示
(1)无论Cl2是少量还是足量,烷烃的取代反应的产物一定是多种氯代物的混合物。
(2)烷烃和Cl2发生取代反应,每1molH原子被取代,则生成1molHCl,消耗1molCl2,而不是消耗0.5molCl2,参加反应的Cl2的物质的量与生成的HCl的物质的量相等。
例2
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
【考点】烷烃的结构与性质
【题点】烷烃结构与性质的综合
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正确。
二、烃的燃烧规律
1.烃类(CxHy)完全燃烧的化学方程式:
CxHy+(x+
)O2
xCO2+
H2O。
2.烃完全燃烧耗氧量与生成CO2和H2O的规律
(1)等质量的烃(CxHy)完全燃烧时,
的值越大,则H元素的质量分数越大,耗氧量越多,生成的水越多,生成的CO2越少。
(2)等物质的量的烃(CxHy)完全燃烧时,x+
的值越大,耗氧量越多。
其中x值越大,生成的CO2越多;y值越大,生成的水越多。
(3)最简式(实验式)相同的有机物不论以何种比例混合,只要混合物的总质量一定,则完全燃烧时生成的CO2的量一定,生成的H2O的量一定,耗氧量也一定。
(4)不同的有机物完全燃烧时,若生成的CO2和H2O的物质的量之比相同,则它们分子中C原子与H原子的原子个数比也相同。
3.同温同压下,气态烃(CxHy)完全燃烧前后气体体积变化规律
(1)燃烧后温度高于100℃时,水为气态
反应前后气体体积变化
V前=V后
V前>V后
V前<V后
x、y满足的条件
y=4
y<4
y>4
(2)燃烧后温度低于100℃时,水为液态,反应后气体体积变化是1+
。
利用烃类燃烧通式处理相关问题时的注意事项
(1)水的状态是液态还是气态。
(2)气态烃完全燃烧前后,气体体积变化只与烃分子中氢原子个数有关。
(3)注意烃是否完全燃烧,也就是O2是否足量。
例3
(2018·重庆校级月考)120℃时,1体积某气态烃和4体积O2混合,完全燃烧后恢复到原来的温度和压强,气体的体积不变,该烃分子中所含的碳原子数不可能是( )
A.1B.2C.3D.4
【考点】 烃燃烧规律及应用
【题点】 气态烃完全燃烧前后体积变化规律及应用
答案 D
解析 设烃分子式为CxHy,根据气态烃燃烧方程式CxHy+(x+
)O2
xCO2+
H2O(g),前后体积不变则有x+
=1+x+
,解得y=4,又因为该烃完全燃烧,所以有x+
≤4,解得x≤3。
易错提醒 若反应前后恢复到室温,水为液态,烃完全燃烧后,气体体积减少。
例4
下列各组化合物中,不论两者以什么比例混合,只要总质量一定,则完全燃烧时消耗O2的质量和生成水或CO2的质量不变的是( )
A.CH4 C2H6B.C2H6 C3H6
C.C2H4 C3H6D.C2H4 C3H4
【考点】 烃燃烧规律及应用
【题点】 混合烃完全燃烧规律及应用
答案 C
解析 质量一定时,生成的水或CO2的质量不变,则两种有机物中C、H的质量分数要相等。
C项,由于两者的最简式相同,因此两种有机物中C和H的质量分数相同,故只要质量一定时,则完全燃烧时消耗O2的质量、生成水的质量和CO2的质量不变。
易错警示 若两种有机物,不论以什么比例混合,只要总物质的量一定,则完全燃烧消耗氧气的质量和生成水的量(或CO2的量)不变时,应满足每个分子中H原子数(或C原子数)相等。
1.下列有关烷烃性质的叙述正确的是( )
A.烷烃分子结构稳定,不发生任何化学反应
B.烷烃中碳元素表现负价,易被酸性KMnO4溶液氧化
C.在光照条件下,烷烃可与溴水中的溴发生取代反应
D.烷烃的卤代反应很难得到纯净的产物
答案 D
解析 烷烃性质的稳定性是相对的,一定条件下可发生取代、燃烧等反应;烷烃不能和酸性KMnO4溶液反应;烷烃发生的自由基取代反应并不能在水溶液中进行,故不能被溴水中的溴取代。
2.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退色
【考点】 烷烃的性质
【题点】 烷烃的性质综合
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退色。
3.下列烷烃在光照下与Cl2反应只生成一种一氯代物的是( )
A.CH3CH2CH2CH3
B.
C.
D.
【考点】 烷烃的化学性质
【题点】 一氯代烃同分异构体判断
答案 C
解析 A选项中有2种等效氢;B选项中有2种等效氢;C选项中有1种等效氢;D选项中有4种等效氢。
4.物质的量相同的下列烃,完全燃烧,耗氧量最多的是( )
A.C2H6B.C4H6C.C5H10D.C7H8
【考点】 烃燃烧的规律及应用
【题点】 烃完全燃烧耗氧量比较
答案 D
解析 依据1molCxHy耗氧量为
mol来确定;1molC2H6耗氧2mol+
mol=3.5mol;1molC4H6耗氧4mol+
mol=5.5mol;1molC5H10耗氧5mol+
mol=7.5mol;1molC7H8耗氧7mol+
mol=9mol。
5.标准状况下35mL气态烷烃完全燃烧,恢复到原来状况下,得到二氧化碳气体140mL,则该烃的分子式为( )
A.C5H12B.C4H10
C.C2H6D.C3H8
【考点】 烃燃烧的规律及应用
【题点】 由烃完全燃烧的规律推断烃的化学式
答案 B
解析 根据同温、同压下气体的体积比等于分子数比,烷烃分子数与二氧化碳气体分子数比为
=
,该烃1个分子中含有4个碳原子,即该烷烃为丁烷。
6.(2018·泰安高二检测)C5H12有3种不同结构,甲:
CH3(CH2)3CH3,乙:
CH3CH(CH3)CH2CH3,丙:
C(CH3)4,下列相关叙述正确的是( )
A.甲、乙、丙属同系物,均可与氯气、溴蒸气发生取代反应
B.C5H12表示一种纯净物
C.甲、乙、丙中,丙的沸点最低
D.丙有3种不同沸点的二氯取代物
【考点】 烷烃的结构与性质
【题点】 烷烃结构与性质的综合
答案 C
7.1molCH4与Cl2发生取代反应,待反应完成后测得四种有机取代产物物质的量相等,则消耗的Cl2为________mol,被氯原子取代的氢原子有________mol。
其中碳含量最小的取代产物的空间构型是________。
四种取代产物中有一种不存在同分异构体,且能说明CH4是正四面体结构而不是平面结构,该产物是________。
【考点】 烷烃的结构与性质
【题点】 烷烃结构与性质的综合
答案 2.5 2.5 正四面体形 CH2Cl2
解析 因为CH4与Cl2发生取代反应生成的4种取代产物中的碳原子均来自于CH4,由碳原子守恒可知,共生成1mol取代产物,且每一种产物物质的量均为0.25mol。
由于CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4分子中的氯原子均来自Cl2,由CH4和Cl2反应的化学方程式知共消耗Cl2:
0.25mol+0.25mol×2+0.25mol×3+0.25mol×4=2.5mol。
一个Cl2分子中的一个氯原子进入HCl,一个氯原子进入有机物,故n(H)取代=n(Cl2)=2.5mol。
碳含量最小的取代产物是CCl4,它的空间构型与甲烷相同。
不管CH4是正四面体结构还是平面结构,CH3Cl、CHCl3、CCl4都不存在同分异构现象,对于CH2Cl2,若CH4为正四面体结构,CH2Cl2不存在同分异构现象,若CH4为平面结构,则CH2Cl2有两种同分异构体。
题组一 烷烃的取代反应
1.在光照条件下,相等物质的量的CH3CH3与Cl2反应,生成物中物质的量最多的是( )
A.CH3CH2ClB.CH2ClCHCl2
C.CCl3CCl3D.HCl
【考点】 烷烃的化学性质
【题点】 烷烃的取代反应
答案 D
解析 由于乙烷分子中氢原子的性质完全相同,所以下列反应应同时进行,而非只发生一元取代反应。
CH3CH3+Cl2
CH3CH2Cl+HCl
CH3CH2Cl+Cl2
CH2ClCH2Cl+HCl
CH3CH2Cl+Cl2
CH3CHCl2+HCl
……
CHCl2CCl3+Cl2
CCl3CCl3+HCl
由此可见,生成的产物中HCl的物质的量最多。
2.(2018·西安八校联考)下列烃在光照下与氯气反应,只生成一种一氯代物的有( )
A.2甲基丙烷B.环戊烷
C.2,2二甲基丁烷D.3甲基戊烷
【考点】 烷烃的化学性质
【题点】 一氯代烃同分异构体判断
答案 B
解析 A项,
中含有2种类型的氢原子,其一氯代物有2种;B项,
中只有1种类型的氢原子,其一氯代物只有1种;C项,
中含有3种类型的氢原子,其一氯代物有3种;D项,
中含有4种类型的氢原子,其一氯代物有4种。
3.(2018·银川高二检测)某烷烃发生氯代反应后,只能生成三种沸点不同的一氯代产物,此烷烃是( )
A.(CH3)2CHCH2CH2CH3
B.(CH3CH2)2CHCH3
C.(CH3)2CHCH(CH3)2
D.(CH3)3CCH2CH3
【考点】 烷烃的化学性质
【题点】 一氯代烃同分异构体判断
答案 D
解析
题组二 烷烃性质的综合
4.(2018·河口县民中月考)下列关于烷烃性质的叙述,错误的是( )
A.都能使酸性KMnO4溶液退色
B.都能燃烧
C.都不溶于水
D.都能发生取代反应
【考点】 烷烃的化学性质
【题点】 烷烃化学性质的综合
答案 A
解析 烷烃都不能使酸性高锰酸钾溶液退色,A错误;烷烃都能燃烧,如果是完全燃烧生成二氧化碳和水,B正确;烷烃都不溶于水,C正确;烷烃都能发生取代反应,D正确。
5.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,可使紫色退去
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
【考点】 烷烃的化学性质
【题点】 烷烃化学性质的综合
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,不能使溴水或酸性KMnO4溶液退色。
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。
6.(2018·湖北钟祥一中高二月考)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溶液的紫色退去
③分子式符合CnH2n+2的烃不一定是烷烃
④烷烃在光照条件下能与卤素单质发生取代反应
⑤光照条件下,乙烷通入溴水中,可使溴水退色
A.①③⑤B.②③C.①④D.①②④
【考点】 烷烃的化学性质
【题点】 烷烃化学性质的综合
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,也不能使溴水退色,②⑤错误;因为分子通式CnH2n+2中的氢原子已完全饱和,因此符合通式CnH2n+2的烃一定是烷烃,③错误;烷烃在光照下都能与卤素单质发生取代反应,这是烷烃的主要特性之一,④正确;故选C。
7.下列关于烷烃性质的叙述中,不正确的是( )
A.烷烃随相对分子质量的增大,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.烷烃的密度随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
D.烷烃能使溴水、酸性KMnO4溶液都退色
【考点】 烷烃的化学性质
【题点】 烷烃化学性质的综合
答案 D
解析 烷烃是饱和烃,化学性质稳定,具有代表性的反应是取代反应,C对;与烷烃发生取代反应的必须是卤素单质,溴水不能与烷烃反应,酸性KMnO4溶液也不能将烷烃氧化,D错。
题组三 烃的燃烧规律与应用
8.等质量的下列烷烃,完全燃烧消耗氧气最多的是( )
A.CH4B.C2H6C.C3H8D.C6H14
【考点】 烃燃烧规律及应用
【题点】 烃完全燃烧耗氧量规律及应用
答案 A
解析 判断等质量的不同烃燃烧时的耗氧量,可先简化其分子式为CHx,x越大,氢的质量分数就越大,耗氧量就越多。
本题中A为CH4;B为CH3;C为CH2.7;D为CH2.3,故答案为A。
9.1mol某烷烃(化学通式为CnH2n+2)完全燃烧,需要6.5mol氧气,这种烷烃的化学式为( )
A.C3H8B.C4H10C.C5H12D.C6H14
【考点】 烃燃烧规律及应用
【题点】 烃完全燃烧耗氧量规律及应用
答案 B
解析 1mol烷烃完全燃烧耗氧量为n+
=6.5,
则n=4,故选B。
10.(2018·厦门一中高二期末)下列各组有机物,不管它们以何种比例混合,只要总物质的量一定,则完全燃烧时消耗O2为一恒量的是( )
①C2H4和C3H6 ②C5H10和C6H6 ③C3H6和C3H8O ④C2H2和C6H6 ⑤C2H5OH和CH3OCH3
A.②③⑤B.①④C.③⑤D.全部
【考点】 烃燃烧规律及应用
【题点】 烃完全燃烧耗氧量规律及应用
答案 A
解析 根据题意可知,要求混合物中的各有机物耗氧量相等,CxHyOz+(x+
-
)O2
xCO2+
H2O,即x+
-
的值相等。
①C2H4~3O2、C3H6~4.5O2,②C5H10~7.5O2,C6H6~7.5O2;③C3H6~4.5O2,C3H8O~4.5O2;④C2H2~2.5O2,C6H6~7.5O2;⑤C2H5OH~3O2,CH3OCH3~3O2;故②③⑤满足条件,A项正确。
11.(2018·辽宁省实验中学高二期中)室温下,一气态烃与过量氧气混合完全燃烧,恢复到室温,使燃烧产物通过浓硫酸,体积比反应前减少50mL,再通过NaOH溶液,体积又减少了40mL,原烃的分子式是( )
A.CH4B.C4H10C.C2H6D.C3H8
【考点】 烃燃烧规律及应用
【题点】 由烃燃烧规律推断烃的化学式
答案 C
解析 设气态烃组成为CxHy,则该气态烃与氧气反应的化学方程式为CxHy+(x+
)O2
xCO2+
H2O,ΔV=(x+
)+1-x-
=1-
,使燃烧产物通过浓硫酸,体积比反应前减少了50mL,再通过NaOH溶液,体积又减少了40mL,故
=
,解得y=5x-4。
A项,x=1,y=4,不符合,错误;B项,x=4,y=10,不符合,错误;C项,x=2,y=6,符合关系式,即原烃的分子式为C2H6,正确;D项,x=3,y=8,不符合,D错误。
12.两种气态烃组成的混合气体完全燃烧后得到CO2和H2O的物质的量随混合烃的总物质的量的变化如图所示,则下列对混合烃的判断正确的是( )
①一定有乙烯 ②一定有甲烷 ③一定有丙烷 ④一定无乙烷 ⑤可能有乙烷 ⑥可能有丙炔
A.②③⑤B.⑤⑥C.②④⑥D.①④
【考点】 烃燃烧规律及应用
【题点】 混合烃燃烧规律及应用
答案 C
解析 由图可知两种气态烃的平均组成为C1.6H4,根据碳原子平均数可知,混合气体一定含有CH4,由氢原子平均数可知,另一气态烃中氢原子数目为4,碳原子数目大于1.6,不超过4。
13.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甲基取代的产物;A遇Br2的CCl4溶液不退色,其一氯代物只有一种。
请完成下列问题:
(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为______、__________、____________。
(3)A的结构简式为____________。
【考点】 烷烃的结构与性质
【题点】 烷烃结构与性质的综合
答案
(1)CH3 C2H6 2
(2)
(3)
解析
(1)由B的燃烧产物可推出B中n(C)∶n(H)=1∶3,B的最简式为CH3,故B的分子式只能是C2H6,B为乙烷,二溴代物有两种。
(2)由②可推断C应为异丁烷,在饱和气态链烃中只有异丁烷的二氯代物有三种。
(3)甲基取代乙烷中的所有氢原子生成2,2,3,3四甲基丁烷。
14.
(1)10个碳原子以内的烷烃,一氯代物只有一种的共有四种,试写出其结构简式:
__________、____________、________________、________________。
(2)烃A与含氢量最高的烃B互为同系物,在光照条件下,1体积A最多可与6体积Cl2完全反应(同温同压),烃A的结构简式是______________。
(3)烃B的相对分子质量为72,每个B分子中有42个电子,B的一溴代物种数是它同分异构体中最多的。
B的名称为______________。
【考点】 烷烃的结构与性质
【题点】 烷烃结构与性质的综合
答案
(1)CH4 CH3CH3
(2)CH3CH3 (3)2-甲基丁烷
解析
(1)利用等效氢法可推知,符合条件的烷烃分子只有一种等效氢原子。
(2)含氢量最高的烃为CH4,即A为烷烃;由1体积A最多与6体积Cl2完全反应知,A分子中含有6个H原子,即C2H6。
(3)由72÷14=5……2知B为C5H12,符合分子中有42个电子。
C5H12的同分异构体有3种:
①CH3CH2CH2CH2CH3②
③
一溴代物②有四种,而①有三种,③有一种,其中②符合题意。
15.烃A的结构简式为
(1)用系统命名法命名烃A:
__________________________;
烃A的一氯代物具有不同沸点的产物有________种。
(2)已知烃A中伯、仲、叔、季碳原子各有6个、4个、2个和1个。
试判断在烷烃C7H16中,具有3个伯碳原子的同分异构体有________种。
(3)烷烃B中含有4个伯碳原子、1个仲碳原子和2个叔碳原子,则烷烃B的分子式为____________,写出烷烃B可能具有的结构简式和它们的系统名称_______________
________________________________________________________________________。
(4)1mol烷烃B完全燃烧需消耗氧气________mol。
【考点】 烷烃的结构与性质
【题点】 烷烃结构与性质的综合
答案
(1)2,2,6三甲基4乙基辛烷 10
(2)3
(3)C7H16
(2,3二甲基戊烷)和
(2,4二甲基戊烷) (4)11
解析
(1)
根据编号可知此物质的名称为2,2,6三甲基4乙基辛烷,其中
中氢原子种类有10种,所以烃A的一氯代物有10种。
(2)伯碳指—CH3中的碳原子,仲碳指—CH2—中的碳原子,叔碳指
中的碳原子,季碳指
中的碳原子。
若C7H16中有3个伯碳原子即3个—CH3,则只有一个支链,其可能的结构简式有:
共3种同分异构体。
(3)烷烃B中共有7个碳原子,所以分子式为C7H16,烷烃B可能的结构简式:
(2,3二甲基戊烷)和
(2,4二甲基戊烷)。
(4)C7H16+11O2
7CO2+8H2O。
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