陕西省榆林市神木县第六中学高中化学 1.3.2 烷烃的化学性质学案2 鲁科版选修5

第2课时烷烃的化学性质[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。1．烷烃又叫饱和链烃。烷烃分子中碳原子之间的共价键全部为碳碳单键，其中碳原子皆为饱和碳原子，也就是说，烷烃分子中碳原子之间全部以碳碳单键结合成链状，碳原子剩余的价键全部跟氢原子相结合而达到饱和。简言之，烷烃具有“单”“链”“饱”的结构特点。2．甲烷的分子式是CH4，结构式是，空间构型是正四面体。(1)通常状况下，甲烷性质稳定，与强酸、强碱、强氧化剂都不反应，但在特定条件下，甲烷也能发生某些反应。(2)甲烷在空气中安静的燃烧，火焰呈淡蓝色，反应的化学方程式：CH4＋2O2eq\o(→,\s\up7(点燃))CO2＋2H2O。(3)甲烷与Cl2在光照条件下发生反应的化学方程式：CH4＋Cl2eq\o(→,\s\up7(光照))CH3Cl＋HCl(只写第一步)，该反应为取代反应。甲烷与Cl2发生反应的产物有5种，其中常温下为气态的有2种，具有正四面体形结构的物质是CCl4，产物中量最多的是HCl。探究点一烷烃与卤素单质的反应1．实验探究：C2H6与Cl2的反应，现把C2H6与Cl2按照1∶2的体积比充入大试管中，再将此试管倒立在水槽中放于光亮处。(1)观察到的现象是①气体颜色逐渐变浅；②试管内液面上升；③试管壁上有油状液滴生成。(2)试写出可能发生的反应方程式(写一个即可)CH3—CH3＋Cl2eq\o(→,\s\up7(hν))CH3—CH2Cl＋HCl。2．问题讨论：(1)有同学认为试管内液面上升是由于Cl2溶于水使试管内压强减小造成的，你能根据所学的知识证明该同学的判断是否正确吗？答案取试管内液体，向其中滴加石蕊试液，若变红后又褪色，说明是由于Cl2溶于水，使液面上升，若变红后不褪色，则说明不是由于Cl2溶于水而使液面上升，因Cl2溶于水与水反应会生成具有漂白作用的HClO。(2)烷烃与卤素发生反应需要怎样的条件？答案烷烃与卤素反应是发生在光照条件下的，如在黑暗处则反应不能发生。(3)上述反应的产物是否唯一？为什么？答案上述反应的产物不是唯一的，该方程式写出的是生成的一氯代物，事实上无论如何控制实验条件，产物中还有二氯代物、三氯代物、四氯代物、五氯代物、六氯代物共存。[归纳总结](1)烷烃与卤素在光照条件下发生取代反应，产物常为混合物，不适于制取卤代烃。(2)如果碳链比较长的烷烃和氯气发生取代反应时，不同的碳氢键断裂，可能会生成不同的取代产物。例如：CH3CH2CH3＋Cl2eq\o(→,\s\up7(hν))CH3CHCH3Cl＋HCl2­氯丙烷CH3CH2CH3＋Cl2eq\o(→,\s\up7(hν))CH3CH2CH2Cl＋HCl1­氯丙烷[活学活用]1．下列有关烷烃的叙述中，不正确的是()A．在烷烃分子中，所有的化学键都是单键B．烷烃中除甲烷外，很多都能使酸性KMnO4溶液的紫色褪去C．分子通式为CnH2n＋2(n≥1)的烃一定是烷烃D．所有的烷烃在光照条件下都能与氯气发生取代反应答案B解析烷烃分子中碳原子之间全部以碳碳单键结合成链状，碳原子的剩余价键全部跟氢原子相结合而达饱和，无论是碳碳键还是碳氢键，都是单键，选项A说法正确；烷烃属饱和链烃，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，(n≥1)的有机物一定是烷烃，选项C说法正确；烷烃在光照下都能与氯气发生取代反应，这是烷烃的主要特征反应之一，选项D说法正确。2．在光照条件下，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解析本题主要考查CH4与Cl2的取代反应。如果忽视了有机反应的复杂性、多步性、多副反应的特点，最易错选为A。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都发生，所以生成物就是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl。探究点二烷烃与氧气的反应1．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。(1)在氧气充足的条件下，烃能够完全燃烧生成二氧化碳和水，同时放出大量的热，因此烃是非常重要的能源物质。(2)烷烃中的甲烷含氢量最高。相同质量的烷烃完全燃烧，甲烷放出的热量最多，甲烷是最常使用的燃料。(3)液化石油气中的主要成分是丙烷和丁烷，也是含氢量较高的小分子烷烃。2．写出气态烃(CxHy)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，试分析讨论烃类完全燃烧前后气体体积变化。(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)。[归纳总结](1)烃类完全燃烧的产物都是CO2和H2O，且都放出大量的热量。分子中含氢量越高的烃在质量相同时完全燃烧放出的热量越多。(2)烃类完全燃烧后气体体积的变化都只与烃分子中氢原子数目有关，而与烃分子中碳原子数目无关。[活学活用]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。4．在同温同压下，相等质量的下列各烃在氧气中完全燃烧时，耗氧量由多到少的顺序是()A．乙炔、乙烯、甲烷、乙烷B．乙烯、乙烷、甲烷、乙炔C．甲烷、乙烯、乙炔、乙烷D．甲烷、乙烷、乙烯、乙炔答案D解析设烃的分子式为CxHy。烃在氧气中完全反应生成CO2和H2O。由C～O2、4H～O2可知氢的质量分数越大，耗氧量越多。因此当质量相等时，将CxHy转化成CHy/x形式可以快速地比较出耗氧量的多少，即eq\f(y,x)越大，耗氧量越多。CH4→CH4、C2H4→CH2、C2H6→CH3、C2H2→CH，故D正确。烷烃的化学性质很稳定，与强酸、强碱、强氧化剂不发生反应，能燃烧发生氧化反应，与卤素能发生取代反应，高温下发生裂化(或裂解)反应。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。烷烃不能使酸性KMnO4溶液褪色，烷烃发生的自由基取代反应并不能在水溶液中进行，故不能与溴水中的溴取代。D正确。2．液化石油气作为燃料，已普遍进入城市家庭，它是含有下列物质的混合物。在常压下，这些物质的沸点如下表所示：物质名称乙烷丙烷丁烷戊烷己烷沸点/℃－88.6－42.2－0.536.169.2在常温下使用至无气体放出时，钢瓶中常剩余一些液态物质，这些物质有可能是()A．乙烷、丙烷和丁烷B．乙烷和丙烷C．只有乙烷D．戊烷和己烷答案D3．下列有关简单的烷烃的叙述中正确的是()①都是易燃物②特征反应是取代反应③相邻两个烷烃在分子组成上相差一个甲基A．①和③B．②和③C．只有①D．①和②答案D解析烷烃含有碳和氢两种元素，都能燃烧生成二氧化碳和水，①正确；烷烃都易发生取代反应，②正确；相邻两个烷烃在分子组成上相差一个CH2，③不正确。4．两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。5．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。答案(1)2,2,6­三甲基­4­乙基辛烷10(2)3(3)C7H16(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，且只有一个支链，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＋11O2eq\o(→,\s\up7(点燃))7CO2＋8H2O。[基础过关]一、烷烃的物理性质1．下列烷烃沸点由高到低顺序正确的是()①CH4②C3H8③C5H12④C8H18⑤C12H26A．①②③④⑤B．⑤④③②①C．⑤③④②①D．③④⑤②①答案B解析规律总结：一般来说组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，熔、沸点越高。2．下列烷烃的沸点：甲烷－164℃，乙烷－89℃，丁烷－1℃，戊烷＋36℃，根据上述数据推断，丙烷的沸点可能是()A．低于－89℃B．约为－42℃C．高于－1℃D．高于＋36℃答案B解析由烷烃的熔、沸点变化规律可知，随着碳原子数的增加，烷烃的熔、沸点升高，故丙烷的沸点介于乙烷和丁烷之间，根据题目提供的数据，丙烷的沸点可能约为－42℃。二、烷烃的取代反应3．光照对下列反应几乎没有影响的是()A．氯气与氢气反应B．氯气与甲烷反应C．甲烷与氧气反应D．次氯酸分解答案C解析甲烷与氧气点燃时才反应。4．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褪色答案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褪色。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，可使紫色褪去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溶液褪色。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。三、烷烃的燃烧6．某运动会火炬所用燃料为65%的丁烷(C4H10)和35%的丙烷。下列说法不正确的是()A．火炬燃烧主要是将化学能转变为热能和光能B．正丁烷的沸点比丙烷高C．丁烷和丙烷都不溶于水D．丁烷和丙烷的燃烧产物对环境无影响答案D7．等质量的下列烷烃，完全燃烧消耗氧气最多的是()A．CH4B．C2H6C．C3H8D．C6H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。8．将1mol两种气态烃组成的混合气体完全燃烧后得到1.5molCO2和2molH2O。下列说法正确的是()A．一定有乙烷B．一定有甲烷C．一定没有甲烷D．不一定有甲烷答案B[能力提升]9．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．CH3CHCH3CH3C．CH3CCH3CH3CH3D．CH3CHCH3CH2CH3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。10．化学家们合成了一种新物质——五星烷，其键线式如图所示。下列有关五星烷的说法正确的是()A．五星烷与乙烷互为同系物B．五星烷的化学式为C15H20C．五星烷的分子中含有7个五元环D．五星烷的一氯代物有3种答案B解析乙烷的分子式为C2H6，五星烷的分子式为C15H20，显然两