通用版高中化学第三章有机化合物第一节第2课时烷烃学案新人教版2.docx

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通用版高中化学第三章有机化合物第一节第2课时烷烃学案新人教版2

第2课时　烷　烃

一、烷烃

1．烷烃的分子结构

　乙烷　　　　丙烷　　　　　正丁烷

（1）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。

（2）烷烃的通式为CnH2n＋2（n≥1且n为整数）。

（3）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

随着碳原子数的递增，烷烃的物理性质呈现规律性的变化：

状态由气体→液体→固体，熔、沸点逐渐升高，密度逐渐增大。

n≤4的烷烃呈气态。

3．烷烃的化学性质

（1）稳定性：

一般情况下与强酸、强碱、酸性高锰酸钾溶液都不反应。

（2）氧化反应：

烷烃都能燃烧，燃烧通式为

CnH2n＋2＋

O2

nCO2＋（n＋1）H2O。

（3）取代反应：

烷烃与氯气等卤素单质光照时发生取代反应，如乙烷与氯气光照时生成一氯乙烷的化学方程式为CH3CH3＋Cl2

C2H5Cl＋HCl。

4．习惯命名法

（1）表示

碳原子数（n）及表示

n≤10

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

甲烷

乙烷

丙烷

丁烷

戊烷

己烷

庚烷

辛烷

壬烷

癸烷

n＞10

相应数字＋烷

（2）当碳原子数n相同，结构不相同时，用正、异、新表示。

如：

C4H10的两种分子的命名：

无支链时，CH3CH2CH2CH3：

正丁烷；

有支链时，

：

异丁烷。

（1）烷烃是饱和烃，碳原子数一定的烷烃分子中氢原子数已达到最多，其他含有相同碳原子数的烃分子中的氢原子数都比烷烃少。

（2）烃分子失去一个或几个氢原子所剩余的原子团叫做烃基，烷烃失去一个氢原子剩余的原子团叫做烷基，一般用—R表示。

如CH4去掉1个H原子得到甲基（—CH3）：

（3）与卤素单质的取代反应是烷烃的特征性质；烷烃不能被酸性高锰酸钾溶液氧化，但不要误认为烷烃不能发生氧化反应，烷烃的燃烧就是氧化反应。

例1

　下列有机物中，属于烷烃的是（　　）

A．CH2==CH2

B．CH3CH2CH2CH2Cl

C．

D．

答案　D

解析　A项中不是碳碳单键结合，不是烷烃；B项中含有氯原子，碳原子的键不是全部和氢原子结合的，也就是说它不是烃；C项中不是链状，不是烷烃；D项中碳链上虽然有两个支链，但它仍属于链状，完全符合烷烃结构特点。

例2

　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

答案　B

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。

规律总结——解答烷烃结构与性质类试题的方法

（1）阅读题目信息，理解结构与性质的关系，总结出性质递变规律并理解其原因。

（2）熟悉规律，如：

①熟悉烷烃分子通式CnH2n＋2（n为正整数），符合该通式的烃一定属于烷烃；②在通常情况下，烷烃的性质稳定，不能与强酸、强碱以及KMnO4溶液反应，但能发生取代反应、燃烧反应等；③常温、常压下，烷烃的碳原子数≤4时为气体，碳原子数＞4时为液体或固体（新戊烷是气体）。

二、同系物和同分异构体

1．同系物

（1）概念：

结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质互称为同系物，如CH4和CH3CH3。

（2）特点：

通式相同，结构相似，化学性质相似，物理性质一般随碳原子数的增多而呈规律性变化。

2．同分异构体

（1）同分异构现象：

化合物具有相同的分子式，但具有不同结构的现象称为同分异构现象。

（2）同分异构体：

分子式相同而结构不同的化合物互称为同分异构体。

（3）同分异构体的特点：

①分子式相同。

②结构不同，即分子中原子的连接方式不同。

（1）互为同系物的物质必属于同一类物质；同系物一定不具有相同的分子式；同系物的组成元素必相同；同系物必符合同一通式。

（2）同分异构体可以是同一类物质（如正丁烷和异丁烷）；也可以是不同类物质。

（如CH3CH2OH和CH3OCH3）。

例3

　判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）

（1）CH2==CH2和

（环丙烷）符合同一通式，二者互为同系物（　　）

（乙烯）

（2）分子式为C3H8与C6H14的两种有机物互为同系物（　　）

（3）分子组成相差一个或若干个CH2原子团的有机物一定互为同系物（　　）

（4）同分异构体的相对分子质量相同，相对分子质量相同的化合物一定是同分异构体（　　）

（5）互为同分异构体的有机物一定不是同系物，互为同系物的化合物一定不是同分异构体（　　）

（6）

和

互为同分异构体（　　）

答案　

（1）×　

（2）√　（3）×　（4）×　（5）√　（6）×

例4

　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

③

④

⑤

A．②和⑤B．②和③

C．①和②D．③和④

答案　B

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。

1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）

（1）C5H12的熔、沸点比C3H8的熔、沸点高（　　）

（2）常温常压下，C3H8呈气态，C6H14呈液态（　　）

（3）乙烷能与溴水发生取代反应而使其褪色（　　）

（4）C2H6与Cl2按体积比1∶1混合，发生取代反应，生成的产物仅有两种（　　）

（5）（CH3）2CHCH2CH3的名称为戊烷（　　）

（6）正丁烷和异丁烷互为同系物且前者的沸点低（　　）

（7）同分异构现象的广泛存在是造成有机物种类繁多的重要原因之一（　　）

答案　

（1）√　

（2）√　（3）×　（4）×　（5）×　（6）×（7）√

2．（2017·包头一中期中）下列物质的沸点按由高到低的顺序排列正确的是（　　）

①CH3（CH2）2CH3　②CH3（CH2）3CH3　③（CH3）3CH④（CH3）2CHCH2CH3

A．②④①③B．④②①③

C．④③②①D．②④③①

答案　A

解析　烷烃的碳原子数越多，沸点越高。

在碳原子数目相同的条件下，含有的支链越多，沸点越低。

据此可知，沸点由高到低排列的顺序是②④①③，故A项正确。

3．（2017·周口高一月考）下列关于烷烃的说法正确的是（　　）

A．丙烷（C3H8）发生取代反应生成的C3H7Cl的结构只有一种

B．丙烷分子中3个碳原子在一条直线上

C．分子中含有7个碳原子的烷烃在常温下为液态

D．烷烃分子为直链式结构，不可以带支链

答案　C

解析　A项中C3H7Cl有两种结构：

CH3CH2CH2Cl、

；B项中C3H8分子中的3个碳原子呈V形，不在一条直线上；D项中烷烃分子中碳链可以是直链，也可以带支链。

4．（2017·潍坊高一调研）下列物质互为同系物的是（　　）

A．

与

B．CH3—CH3与

C．CH3CH2Cl与CH2ClCH2Cl

D．CH4与CH3CH2Cl

答案　B

解析　A项，二者属于同种物质；B项，二者互为同系物；C项，二者所含氯原子数不同且分子组成不是相差一个或若干个CH2原子团，不互为同系物；D项，二者不属于同一类物质，不互为同系物。

5．（2017·延安校级期中）下列化学性质中，烷烃不具备的是（　　）

A．不能使溴水褪色

B．可以在空气中燃烧

C．与Cl2发生取代反应

D．能使酸性KMnO4溶液褪色

答案　D

解析　烷烃为饱和烃，分子中不存在不饱和键，其化学性质稳定，所以烷烃具有“不能使溴水褪色”的化学性质，故A不符合题意；烷烃中含有C、H元素，所以烷烃具有“可以在空气中燃烧”的化学性质，故B不符合题意；烷烃的特征反应为取代反应，在光照条件下烷烃能够与氯气发生取代反应，所以烷烃具有“与氯气发生取代反应”的化学性质，故C不符合题意；烷烃分子中不存在不饱和键，不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，所以烷烃不具有“能使酸性KMnO4溶液褪色”的化学性质，故D符合题意。

6．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。

7．有下列各组物质，请按要求填入字母：

A．O2和O3（臭氧）

B.

C和

C

C．CH3CH2CH2CH3和

D．

和

E．甲烷和庚烷（C7H16）

（1）________组两物质互为同位素；

（2）________组两物质互为同素异形体；

（3）________组两物质互为同分异构体；

（4）________组两物质互为同系物；

（5）________组两物质是同一物质。

答案　

（1）B　

（2）A　（3）C　（4）E　（5）D

[对点训练]

题组一　烷烃的结构和性质

1．（2017·甘肃天水校级期末）下列物质中不属于烷烃的是（　　）

A．CH4B．C2H4

C．C3H8D．C4H10

答案　B

解析　CH4只含碳、氢两种元素，碳原子达到饱和，符合烷烃的通式，是最简单的烷烃，故A不符合题意；C2H4不符合烷烃通式，碳原子未饱和，存在碳碳双键，不属于烷烃，故B符合题意；C3H8符合烷烃通式，碳原子均达到饱和，故C不符合题意；C4H10符合烷烃通式，碳原子均达到饱和，故D不符合题意。

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．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＋

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。

4．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（　　）

物质名称及结构简式

沸点/℃

正丁烷CH3（CH2）2CH3

－0.5

正戊烷CH3（CH2）3CH3

36.0

异戊烷

27.8

新戊烷C（CH3）4

9.5

正己烷CH3（CH2）4CH3

69.0

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

答案　D

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。

5．（2017·洛阳期中）天然气的主要成分是甲烷，还含有一定量的乙烷、丙烷等可燃性气体。

下列有关的说法不正确的是（　　）

A．甲烷与丙烷互为同系物

B．甲烷不能使酸性高锰酸钾溶液褪色

C．乙烷和氯气在光照的条件下可以发生取代反应

D．甲烷、乙烷、丙烷中的化学键都是极性共价键

答案　D

解析　乙烷、丙烷中既有碳氢键，也有碳碳键，所以既有极性共价键，也有非极性共价键，故D错误。

题组二　同系物和同分异构体

6．（2017·太原月考）下列说法中正确的一组是（　　）

A．H2和D2互为同素异形体

B．

和

互为同分异构体

C．

和

是同一种物质

D．正丁烷和异丁烷互为同系物

答案　C

解析　A项，H2和D2不互为同素异形体，不正确；B项，

和

是同一种物质，不正确；C项，

和

都是异戊烷，正确；D项，正丁烷和异丁烷的分子式相同而结构不同，互为同分异构体，不正确。

7．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

答案　A

解析　同系物在组成上相差1个或若干个CH2原子团，分子式不可能相同，而同分异构体的分子式相同，故同系物之间不可能互为同分异构体，A项错误；同分异构体的分子式相同，则一定具有相同的相对分子质量，B项正确；互为同系物的物质在组成上相差1个或若干个CH2原子团，其相对分子质量相差14n（n≥1，且为正整数），C项正确；互为同系物的物质，结构相似，属于同一类物质，化学性质相似，D项正确。

8．下列化学式只表示一种物质的是（　　）

A．C3H7ClB．C3H8

C．C2H4Cl2D．C

答案　B

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。

9．（2017·太原五中高一月考）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）2

B．新戊烷

C．异戊烷

D．（CH3）3CCH2CH3

答案　A

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。

10．（2017·重庆七校高一联考）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．

和

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

答案　D

解析　随着碳原子数的增多，烷烃的含碳量逐渐增大，A项错误；

和

的分子式和结构都相同，属于同一种物质，B项错误；丙烷的球棍模型为

，C项错误；CH3CH3的一氯代物只有1种，C5H12有3种同分异构体，其中

的一氯代物只有1种，D项正确。

题组三　烷烃燃烧的计算

11．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．C3H8C．C4H10D．C2H6

答案　C

解析　设气态烃的分子式为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。

12．（2017·枣庄校级月考）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

答案　B

解析　烃燃烧的化学方程式为CxHy＋（x＋

）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，B项正确。

[综合强化]

13．如图表示4个碳原子相互结合的方式。

小球表示碳原子，小棍表示化学键，假如碳原子上其余的化学键都是与氢结合。

（1）图中属于烷烃的是________（填字母）。

（2）在上图的有机化合物中，碳原子与碳原子之间不仅可以形成共价单键，还可以形成__________；不仅可以形成__________，还可以形成碳环。

（3）上图中互为同分异构体的是A与________，B与________（填字母）。

答案　

（1）AC

（2）碳碳双键　碳链（3）C　DEF

解析　

（1）不含不饱和键的链状烃是烷烃，属于烷烃的是AC。

（2）通过对题图中的有机化合物进行分析观察可知：

碳原子与碳原子之间不仅可以形成共价单键，还可以形成碳碳双键，不仅可以形成碳链，还可以形成碳环。

（3）同分异构体是分子式相同，而结构不同的化合物。

在题图中A是正丁烷，分子式是C4H10，C是2-甲基丙烷，A、C互为同分异构体；B是2-丁烯，分子式是C4H8，与D、E、F分子式相同，而结构不同，因此它们互为同分异构体。

14．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

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。

15．某气态烃在标准状况下的密度为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）。

16．

（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）。

答案　

（1）C4H10　CH3—CH2—CH2—CH3、

（2）C9H20　（3）①C4H10　②CH4

解析　

（1）浓硫酸的作用是吸水，浓硫酸增加的质量为H2O的质量，根据元素守恒，烃中n（H）＝9×

mol＝1mol，浓碱液吸收CO2，浓碱液增重的质量是CO2的质量，根据元素守恒，烃中n（C）＝

mol＝0.4mol，因此1mol烃中含C为4mol，含H为10mol，即分子式为C4H10，含有的同分异构体是正丁烷和异丁烷，其结构简式分别是CH3—CH2—CH2—CH3、

。

（2）根据烷烃的通式CnH2n＋2，相对分子质量为128，即14n＋2＝128，解得n＝9，分子式为C9H20。

（3）1molCxHy的耗氧量为（x＋

）mol，由各烃分子式中C、H原子数目可知，相同物质的量各烃C4H10的耗氧量最大。

等质量的各烃，烃中氢元素质量分数越大，消耗氧气越多，碳元素质量分数越大，生成二氧化碳越多，CH4、C2H6、C3H8、C4H10的C、H原子数目之比分别为1∶4,1∶3,3∶8,1∶2.5，故CH4中氢元素质量分数最大，等质量的各烃中CH4消耗氧气最多。