化学人教版选修5学案2-1-1烷烃和烯烃

第二章烃和卤代烃第一节脂肪烃第1课时烷烃和烯烃一、烷烃与烯烃的物理性质烷烃和烯烃的物理性质随着分子中碳原子数的递增，呈规律性变化，沸点逐渐升高，相对密度逐渐增大，常温下的存在状态，也由气态逐渐过渡到液态、固态。1．当烃分子中碳原子数≤4时，常温下呈气态。2．分子式相同的烃，支链越多，熔沸点越低。例如沸点：CH3(CH2)3CH3>(CH3)2CHCH2CH3>C(CH3)4。3．烷烃、烯烃的相对密度小于水的密度。4．溶解性：都不溶于水，易溶于有机溶剂。二、烷烃的化学性质1．常温下的稳定性：烷烃分子中C—C、C—H键的键能较大，所以通常情况下，烷烃化学性质稳定，如与强酸、强碱和强氧化剂等一般不发生化学反应。不能使Br2的CCl4溶液或酸性KMnO4溶液褪色。2．取代反应——与卤素单质反应：取代反应：有机物分子中的原子或原子团被其他原子或原子团所代替的反应称作取代反应。如乙烷与氯气产生一氯乙烷：CH3CH3＋Cl2eq\o(→,\s\up17(光照))CH3CH2Cl＋HCl3．氧化反应——可燃性：烷烃完全燃烧生成CO2和H2O，分子中碳原子数比较少的烃在燃烧时会产生淡蓝色火焰，但随着碳原子数的增多，分子中的含碳量会不断增大，所以在燃烧时会不完全，甚至在燃烧中产生黑烟。如甲烷的燃烧方程式：CH4＋2O2eq\o(→,\s\up17(点燃))CO2＋2H2O烷烃的燃烧通式：CnH2n＋2＋eq\f(3n＋1,2)O2eq\o(→,\s\up17(点燃))nCO2＋(n＋1)H2O4．受热分解：碳原子数较多的烷烃在受热时会发生分解，发生裂化反应。如C4H10eq\o(→,\s\up17(催化剂),\s\do15(△))CH2=CH2＋CH3CH3或C4H10eq\o(→,\s\up17(催化剂),\s\do15(△))CH3CH=CH2＋CH4三、烯烃的化学性质烯烃的化学性质：烯烃的特征性结构是碳碳双键，它决定了烯烃的主要化学特征。性质类似乙烯。1．能使KMnO4酸性溶液褪色。2．能燃烧，燃烧通式为：CnH2n＋eq\f(3n,2)O2eq\o(→,\s\up17(点燃))nCO2＋nH2O。5．二烯烃的1,2­加成与1,4­加成。1,3­丁二烯分子内含有两个双键，当它与一分子氯气发生加成反应时，有两种产物：1,2­加成：1,3­丁二烯分子中一个双键断裂，两个氯原子分别与1号碳原子和2号碳原子相连。化学方程式为：CH2=CH—CH=CH2＋Cl2。1,4­加成：1,3­丁二烯分子中两个双键断裂，两个氯原子分别与1号碳原子和4号碳原子相连，在2号碳原子和3号碳原子之间形成一个新的双键。化学方程式为：CH2=CH—CH=CH2＋Cl2。1,3­丁二烯的1,2­加成和1,4­加成是竞争反应，到底哪一种加成占优势，取决于反应条件。四、烯烃的顺反异构1．异构现象的产生由于碳碳双键不能旋转而导致分子中原子或原子团在空间的排列方式不同。2．异构的分类(1)顺式结构：两个相同的原子或原子团排列在双键的同一侧。(2)反式结构：两个相同的原子或原子团排列在双键的两侧。3．性质特点顺式结构和反式结构的物质化学性质基本相同，物理性质有一定的差异。探究点一烷烃与烯烃的结构和性质一、烷烃和烯烃的结构特点1．烷烃的结构特点烷烃又叫饱和链烃，其结构特点是碳原子之间以单键结合成链状，碳原子剩余的价键全部跟氢原子结合达到饱和。(1)烷烃概念的内涵有两点：一是分子里碳原子跟碳原子都以单键结合成链状，二是碳原子剩余的价键全部跟氢原子结合，这是判断某烃是否为烷烃的标准，特别注意CH4是唯一一种不含C—C的烷烃。(2)烷烃分子里碳原子结合的结果并不一定是单纯的一条长链，有的碳链处于长链的“枝杈”处，人们称之为支链。(3)烷烃的通式为CnH2n＋2(n≥1)。2．烯烃的结构特点分子里含有碳碳双键的一类链烃叫做烯烃。(1)广义来说，烯烃分子里的C=C键数可以是一个，也可以是多个；狭义来说，烯烃分子里的C=C键数仅是一个，这样的烯烃又叫做单烯烃，简称烯烃，通常说的烯烃即指单烯烃，不饱和烃不属于烯烃，而属于环烯烃。(2)单烯烃的通式是CnH2n(n≥2)，它们具有相同的最简式“CH2”二、烷烃、烯烃结构与化学性质的比较三、烷烃的特征反应——取代反应1．概念有机物分子中的某些原子或原子团被其他原子或原子团所代替的反应。2．取代反应的剖析令分子AB由原子或原子团A、B组成，对其表示为A—B；分子CD由原子或原子团C、D组成，对其表示为C—D。AB与CD之间可发生取代反应生成新物质AC和BD，取代反应的特征为：3．取代反应与置换反应的比较四、加成反应——不饱和烃(如烯烃、炔烃)的特征反应1．概念：构成有机化合物不饱和键的两个原子与其他原子或原子团直接结合的反应。2．乙烯和溴的四氯化碳溶液、溴化氢等反应：在这个过程中，乙烯双键中的一个易断裂的键(π键)断裂，两个溴原子(或氢原子与溴原子)分别加到原碳碳双键的两个碳原子上。3．从形式上看，加成反应类似于无机化学中的化合反应，但加成反应必须有有机物分子中的不饱和键的断裂，而化合反应不一定有不饱和键的断裂，因此，加成反应不能叫做化合反应。4．除了与Br2反应之外，烯烃还可以与H2O、H2、HX、Cl2、HCN等在一定条件下发生加成反应，工业制酒精就是利用乙烯与H2O的加成反应。该反应的化学方程式为：CH2=CH2＋H—OHeq\o(→,\s\up17(催化剂),\s\do15(加热、加压))CH3CH2OH5．烯烃与几种常见试剂的加成反应。1．烷烃分子中所有的碳原子都在同一条直线上吗？提示：不在，烷烃分子中碳碳结合成链状，链状不是呈“直线状”，而是呈锯齿状，链上还可分出支链。如下图所示：2．如何理解烯烃的不对称加成(马氏规则)?提示：(1)从结构上看，当不对称烯烃与氢化物发生加成反应时，有两种不同结构的产物，通常是氢原子加到连接氢原子较多的碳原子上所生成的产物为主要产物，即遵循马氏规则。如丙烯与溴化氢加成反应的主要产物是2­溴丙烷。(2)如果选取合适的反应条件，也可能生成反马氏规则的产物。如在过氧化物存在的条件下，丙烯与溴化氢加成反应的主要产物是1­溴丙烷。3．烷烃发生取代反应需要什么条件吗？产物有什么特点？提示：(1)烷烃与卤素单质在室温下的黑暗环境中不发生反应，而在强烈日光照射下却能发生反应。(2)烷烃发生取代反应时，分子中的氢原子能逐个被取代，得到不同氯代物的混合物。(3)取代反应是“链式”反应。如乙烷与Cl2反应，生成的一氯乙烷可以继续与氯气在光照条件下发生取代反应，生成二氯乙烷……直至生成六氯乙烷。各步反应同时发生，每步只取代一个氢原子，难以得到纯净的有机物。【例1】某气态烃0.5mol能与1molHCl完全加成，加成后产物分子上的氢原子又可与4molCl2发生取代反应，则此气态烃可能是()A．CH2=CH—CH3B．CH2=CH2C．CH2=CH—CH=CH2D．CH2=C(CH3)2【思路分析】此题是一道考查取代反应和加成反应的题目，解答此题首先要弄清取代反应的本质是烷烃中的氢原子(或其他原子团)被另外的原子或原子团所代替的反应。【解析】0.5mol烃能与1molHCl完全加成，则每个分子中多加了2个H,2个Cl，加成后0.5mol产物可与4molCl2发生取代反应，说明每个分子中有8个氢，那么与HCl加成前分子中应有6个氢原子，所以原来的烃是CH2=CH—CH=CH2。故选C。【答案】C下列关于烯烃和烷烃的说法中正确的是(A)A．烯烃能使酸性高锰酸钾溶液和溴水褪色，烷烃则不能B．乙烯分子中碳碳双键的键能是乙烷分子中碳碳单键的两倍，因此乙烯比乙烷稳定C．丙烯可以形成一种分子，而所有烷烃分子之间都不会发生聚合反应D．丙烷在光照条件下可以与氯气发生取代反应，而丙烯(CH3—CH=CH2)在任何条件下都不与氯气发生取代反应解析：烯烃分子中含有碳碳双键，性质活泼，易发生加成、加聚反应，能与酸性高锰酸钾溶液反应，而烷烃是饱和烃，不发生上述反应，A项正确；单键和双键的键能大小关系是2C—C>C=C>C—C，且乙烯中的双键比较活泼，故乙烯不如乙烷稳定，B项错误；丙烯形成的聚合物中，有许多种n值不同的分子，C项错误；丙烯中有饱和烷基(甲基)，在一定条件下会发生取代反应，D项错误。探究点二烯烃的顺反异构1．概念由于碳碳双键不能旋转而导致分子中原子或原子团的空间排列方式不同所产生的异构现象，称为顺反异构。(1)顺式结构：两个相同的原子或原子团排列在双键的同一侧，称为顺式结构，如顺­2­丁烯。(2)反式结构：两个相同的原子或原子团分别排列在双键的两侧，称为反式结构，如反­2­丁烯。拓展：①顺式结构和反式结构的原子或原子团的连接顺序以及双键的位置均相同，区别仅仅是原子或原子团在空间的排列方式不同。②如果用a、b、c表示双键碳原子上的原子或原子团，那么，因双键所引起的顺反异构可以表示如下(其中前两种为顺式结构，后两种为反式结构)。2．性质特点互为顺反异构体的两种有机物，化学性质基本相同，物理性质有一定的差异。如下表所示：烷烃是否也存在顺反异构现象？为什么？提示：不存在。因为碳碳单键能够自由旋转。【例2】下列烯烃中存在顺反异构体的是()A．丙烯 B．1­丁烯C．2­正戊烯 D．2­甲基­2­丁烯【思路分析】解答本题的思路如下：【解析】A项，丙烯的结构简式为CH3CH=CH2，双键碳原子一端连接的是两个相同的氢原子，所以不存在顺反异构体；B项，1­丁烯的结构简式为CH3CH2CH=CH2，双键碳原子一端连接的也是两个相同的氢原子，所以也不存在顺反异构体；C项，2­正戊烯的结构简式为CH3CH=CHCH2CH3，双键碳原子一端连接的是甲基和氢原子，双键碳原子另一端连接的是乙基和氢原子，所以存在顺反异构体；D项，2­甲基­2­丁烯的结构简式为，双键碳原子一端连接的是两个相同的甲基，所以不存在顺反异构体。【答案】C已知和互为同分异构体，则分子式为C3H5Cl的链状化合物的同分异构体有(B)A．3种B．4种C．5种D．6种解析：本题所给信息为顺反异构体，则C3H5Cl的链状化合物的同分异构体有CH2=CHCH2Cl(不存在顺反异构体)、CH3CH=CH—Cl(存在顺反异构体)、(不存在顺反异构体)，C3H5Cl的同分异构体共有4种。1．在1.013×105Pa下，测得的某些烷烃的沸点见下表。据表分析，下列选项正确的是(D)物质名称沸点(℃)正丁烷CH3(CH2)2CH3－0.5正戊烷CH3(CH2)3CH336.1异戊烷CH3CH2CH(CH3)227.8新戊烷C(CH3)49.5正己烷CH3(CH2)4CH369.0A.在标准状况下，新戊烷是气体B．在1.013×105Pa、20℃时，C5H12C．烷烃随碳原子数的增加，沸点降低D．C5H12随着支链数的增加，沸点降低解析：新戊烷的沸点是9.5℃，标准状况下是液体，20℃时是气体，则A、B均错误；烷烃随碳原子数的增加，沸点逐渐升高；C5H2．下列反应中，属于取代反应的是(B)A．①②B．③④C．①③D．②④解析：①是加成反应，②是消去反应，③是酯化反应，④是硝化反应。酯化反应和硝化反应为取代反应，B正确。3．下列说法正确的是(C)A．C2H4与C4H8一定是同系物B．丙烯和乙烷都能使高锰酸钾酸性溶液褪色C．1­丁烯与2­丁烯互为同分异构体D．新戊烷和2,2­二甲基丙烷互为同分异构体解析：C4H8可以是烯烃也可以是环烷烃，A错；乙烯能使KMnO4酸性溶液褪色，而乙烷不能，B错；新戊烷和2,2­二甲基丙烷是同一种物质，D错。4．有关烯烃的下列说法中，正确的是(D)A．烯烃分子中所有的原子一定在同一平面上B．烯烃在适宜的条件下只能发生加成反应不能发生取代反应C．分子式是C4H8的烃分子中一定含有碳碳双键D．烯烃既能使溴水褪色也能使酸性KMnO4溶液褪色解析：烯烃分子中，与双键碳原子相连的6个原子处于同一平面上，而其他的原子则不一定处于该平面上，如丙烯CH3—CH=CH2分子中—CH3上的氢原子最多只有一个处于其他6个原子所在的平面上，故选项A说法不正确；加成反应是不饱和键的特征反应，但若烯烃中还含有烷基等其他原子团时，一定条件下也可发生取代反应，选项B说法也不正确；分子式为C4H8的烃可以是烯烃，也可以是环烷烃，而环烷烃中并不含碳碳双键，选项C说法不正确；烯烃中的碳碳双键既可以与Br2加成而使溴水褪色，也可以被酸性KMnO4溶液氧化而使酸性KMnO4溶液褪色，选项D说法正确。5．既可以用来鉴别乙烷和乙烯，又可以用来除去乙烷中混有的乙烯，得到纯净乙烷的方法是(B)A．与足量溴蒸气反应 B．通入足量溴水中C．在一定条件下通入氢气 D．分别进行燃烧解析：A项，乙烷和乙烯均是无色气体，但前者易发生取代反应，后者易发生加成反应，若与足量溴蒸气反应，乙烷可以发生取代反应，乙烯则发生加成反应生成CH2BrCH2Br，不仅不易鉴别，还会损失大量的乙烷且混入大量的溴蒸气杂质，显然不合理；C项，若在一定条件下通入氢气，虽然可以将乙烯转化为乙烷，但通入氢气的量不易控制，很难得到纯净的乙烷，且用氢气无法鉴别它们；D项，若分别进行燃烧，显然无法再得到乙烷；B项，乙烷不与溴水发生反应，而乙烯能与溴水发生加成反应使溴水褪色，且生成的CH2BrCH2Br为液态，便于分离。6．下列烯烃和HBr发生加成反应所得的产物中有同分异构体的是(B)A．CH2=CH2B．CH3CH=CH2C．CH3CH=CHCH3D．CH3CH2CH=CHCH2CH3解析：CH3CH