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 苏教版必修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课时教学案苏教版必修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。