2018-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学案鲁科版选修

第2课时烷烃的化学性质烃的燃烧规律[学习目标定位]1.能根据甲烷的性质理解烷烃的化学性质，如取代反应、氧化反应等。2.由烷烃的通式会写其燃烧的化学方程式，会分析有关的燃烧规律。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＋Cl2eq\o(→,\s\up7(hν))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＋eq\f(3n＋1,2)O2eq\o(→,\s\up7(点燃))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、HClB．HCl、CCl4C．CH3Cl、CH2Cl2D．CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl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HCl。【考点】烷烃的化学性质【题点】烷烃的取代反应易错警示(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丙烷(C3H8)常做为一种环保燃料。下列有关说法中，正确的是()A．丙烷既能发生取代反应，又能发生加成反应B．丙烷完全燃烧，其产物对空气没有污染C．丙烷燃料电池中，丙烷在正极发生反应D．丙烷的一氯代物有三种同分异构体答案B解析烷烃能发生取代反应，但不能发生加成反应，A错误；丙烷完全燃烧生成CO2和H2O，不会对空气造成污染，B正确；丙烷燃料电池中，丙烷发生氧化反应，应在负极上发生反应，C错误；丙烷中存在对称碳原子，只有两种氢原子，故其一氯代物只有两种，D错误。【考点】烷烃的化学性质【题点】烷烃化学性质的综合二、烃的燃烧规律1．烃类(CxHy)完全燃烧的化学方程式：CxHy＋(x＋eq\f(y,4))O2eq\o(→,\s\up7(点燃))xCO2＋eq\f(y,2)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，eq\f(y,x)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＋eq\f(y,4)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＝4y＜4y＞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＋eq\f(y,4)。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在1大气压120℃时，1体积某气态烃与4体积氧气混合，完全燃烧后，恢复到原来温度和压强，体积不变，该烃分子式中碳原子数不可能是()A．1B．2C．3D．4答案D解析设烃分子式为CxHy，据气态烃燃烧方程式CxHy＋(x＋eq\f(y,4))O2eq\o(→,\s\up7(点燃))xCO2＋eq\f(y,2)H2O(g)，前后体积不变则有x＋eq\f(y,2)＝1＋x＋eq\f(y,4)，解得y＝4，又因为该烃完全燃烧，所以有x＋eq\f(y,4)≤4，解得x≤3。【考点】烃完全燃烧的规律及应用【题点】烃完全燃烧前后气体体积变化规律的应用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．CH4C2H6B．C2H6C3H6C．C2H4C3H6D．C2H4C3H4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。【考点】烃完全燃烧的规律及应用【题点】混合烃的组成与烃燃烧耗氧量及产物之间的关系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．(2017·本溪高中阶段测试)已知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．是直链烃，但分子中碳原子不在一条直线上B．在光照条件下能够与氯气发生取代反应C．丙烷的球棍模型图为D．1mol丙烷完全燃烧消耗5molO2答案C解析C3H8是链烃，但其中的碳原子为饱和碳原子，和与之相邻的四个原子形成四面体结构，故3个碳原子不在一条直线上，A项正确；C3H8在光照时与Cl2发生取代反应，B项正确；丙烷的球棍模型为，C项错误；1mol丙烷完全燃烧消耗5molO2，D项正确。【考点】烷烃的结构与性质【题点】烷烃结构与性质的综合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。【考点】烷烃的化学性质【题点】烷烃的化学性质综合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．CH3CH2CH2CH3B．C．D．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。【考点】烷烃的化学性质【题点】烷烃一元取代物同分异构体的书写与数目判断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答案D解析依据1molCxHy耗氧量为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x＋\f(y,4)))mol来确定；1molC2H6耗氧2mol＋eq\f(6,4)mol＝3.5mol；1molC4H6耗氧4mol＋eq\f(6,4)mol＝5.5mol；1molC5H10耗氧5mol＋eq\f(10,4)mol＝7.5mol；1molC7H8耗氧7mol＋eq\f(8,4)mol＝9mol。【考点】烃完全燃烧的规律及应用【题点】烷完全燃烧时耗氧量规律及应用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．C4H10C．C2H6D．C3H8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35mL/140mL＝1/4，该烃1个分子中含有4个碳原子，即该烷烃为丁烷。【考点】烃完全燃烧的规律及应用【题点】烃的组成与燃烧产物之间的关系6．1molCH4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条不存在同分异构体，能说明CH4是正四面体结构而不是平面结构，该产物是________。答案2.52.5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。【考点】烷烃的化学性质【题点】烷烃的取代反应[对点训练]题组1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．CH2ClCHCl2C．CCl3CCl3D．HCl答案D【考点】烷烃的化学性质【题点】烷烃的取代反应2．(2017·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。【考点】烷烃的取代反应【题点】烷烃一元取代物的同分异构体的书写与数目判断3．(2017·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)2CHCH2CH2CH3B．(CH3CH2)2CHCH3C．(CH3)2CHCH(CH3)2D．(CH3)3CCH2CH3答案D解析【考点】烷烃的取代反应【题点】烷烃一元取代物同分异构体的书写与数目判断题组2烷烃的性质综合4．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。D正确。【考点】烷烃的化学性质【题点】烷烃的化学性质综合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①C．只有④D．①②③④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，不能使溴水和酸性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。【考点】烷烃的化学性质【题点】烷烃化学性质的综合6．(2017·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。【考点】烷烃的化学性质【题点】烷烃化学性质的综合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。【考点】烷烃的性质【题点】烷烃性质的综合题组3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CH；D为CH，故答案为A。【考点】烃完全燃烧的规律及应用【题点】烃完全燃烧时耗氧量规律及应用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答案B解析1mol烷烃完全燃烧耗氧量为n＋eq\f(2n＋2,4)＝6.5，则n＝4，故选B。【考点】烃完全燃烧的规律及应用【题点】烃完全燃烧时耗氧量规律及应用10．等物质的量的乙烷、乙烯、乙炔完全燃烧消耗氧气的物质的量之比为()A．1∶1∶1B．30∶35∶42C．5∶4∶3D．7∶6∶5答案D解析由烃类燃烧的通式CxHy＋(x＋eq\f(y,4))O2eq\o(→,\s\up7(点燃))xCO2＋eq\f(y,2)H2O知，等物质的量的乙烷、乙烯、乙炔完全燃烧时耗氧量的大小取决于x＋eq\f(y,4)的值的大小，从而得出等物质的量的三种有机物耗氧量之比为7∶6∶5。【考点】烃完全燃烧的规律及应用【题点】烃完全燃烧时耗氧量规律及应用11．(2017·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＋eq\f(y,4))O2eq\o(→,\s\up7(点燃))xCO2＋eq\f(y,2)H2O，ΔV＝(x＋eq\f(y,4))＋1－x－eq\f(y,2)＝1－eq\f(y,4)，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eq\f(1－\f(y,4)＋\f(y,2),x)＝eq\f(50,40)，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。【考点】烃完全燃烧耗氧量规律及应用【题点】气态烃完全燃烧前后气体体积变化规律的应用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答案C解析由图可知两种气态烃的平均组成为CH4，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。【考点】烃完全燃烧的规律及应用【题点】气态烃完全燃烧前后气体体积变化规律的应用[综合强化]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____________。答案(1)CH3C2H62(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。【考点】烷烃结构与性质的综合【题点】烷烃结构与性质的综合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______________。答案(1)CH4CH3CH3(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