高中化学人教版必修第二册2026版步步高学习第七章　第一节　第3课时　烷烃的性质

第3课时烷烃的性质[核心素养发展目标]1.了解烷烃的主要物理性质和化学性质，培养变化观念与平衡思想的素养。2.熟练掌握甲烷的主要性质，提高证据推理与模型认知能力。3.了解取代反应的概念及特点，培养微观探析及变化观念。一、烷烃的物理性质及化学性质1.烷烃的物理性质相似性递变性(随分子中碳原子数的增加)熔、沸点较低逐渐升高密度比水小逐渐增大状态气态→液态→固态，常温常压下分子中碳原子数n≤4的烷烃为气态(常温常压下，新戊烷为气态)溶解性难溶于水，易溶于汽油等有机溶剂2.烷烃的化学性质(1)通常情况下，烷烃比较稳定，与强酸、强碱或高锰酸钾等强氧化剂不发生反应。但物质的稳定性是相对的，在特定条件下，烷烃也会发生某些反应。(2)烷烃的氧化反应(燃烧)烷烃在空气中完全燃烧生成CO2和H2O，写出CH4、C3H8燃烧的化学方程式：CH4+2O2CO2+2H2O；C3H8+5O23CO2+4H2O。思考标准状况下，0.1mol某链状烷烃完全燃烧生成11.2LCO2。(1)写出该链状烷烃的分子式：。(2)写出该链状烷烃燃烧的化学方程式：。

(3)该链状烷烃的同分异构体有多种，写出分子中含有4个甲基(—CH3)的结构简式：。答案(1)C5H12(2)C5H12+8O25CO2+6H2O(3)解析(1)n(CO2)=11.2L22.4L·mol-1=0.5mol，则1mol该链状烷烃含有5molC原子，该烷烃为C5H12。(3)C5H12的同分异构体有CH3CH2CH2CH2CH3、、三种，其中分子中含有4(3)烷烃的分解反应烷烃在较高温度下会发生分解，常用于石油化工和天然气化工生产中。1.判断正误(1)常温常压下，CH4、C2H6和C3H8为气体，C4H10、C6H14呈液态()(2)在通常条件下，烷烃和硫酸、氢氧化钠不反应，和酸性KMnO4溶液也不反应()(3)在做甲烷、乙烷燃烧实验前，气体一定要验纯()(4)使用天然气(主要成分为CH4)的燃气灶，改用液化石油气(主要成分为C4H10)，应增大进气量或减小进风量()(5)烷烃都能燃烧，且完全燃烧的产物一定是CO2和H2O()答案(1)×(2)√(3)√(4)×(5)√2.(2025·四川广元段考)下列关于烷烃的结构及性质的说法错误的是()A.烷烃均难溶于水，相对密度均小于1B.烷烃不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，因此，烷烃不能发生氧化反应C.物质的沸点：正戊烷>异戊烷>正丁烷>丙烷D.分子通式为CnH2n+2的烃一定是链状烷烃答案B解析烷烃可以燃烧，能发生氧化反应。3.(2024·安徽铜陵高一期中)有两种气态烷烃的混合物，在标准状况下其密度为1.20g·L-1，则关于此混合物组成的说法正确的是()A.一定有甲烷B.一定有乙烷C.不可能是甲烷和乙烷的混合物D.可能是乙烷和丙烷的混合物答案A解析两种气态烷烃的混合物，在标准状况下其密度为1.20g·L-1，平均摩尔质量为1.20g·L-1×22.4L·mol-1≈27g·mol-1。两种气态烷烃的平均相对分子质量为27，只有甲烷的相对分子质量小于27，所以混合物中一定含有甲烷，不一定含有乙烷，可能是甲烷和乙烷的混合物，A正确，B、C错误；乙烷的相对分子质量为30，丙烷的相对分子质量为44，根据平均值法，不可能是乙烷和丙烷的混合物，D错误。二、烷烃的典型性质——取代反应1.烷烃的取代反应实验探究(以CH4与Cl2的反应为例)实验操作实验现象A装置：试管内气体颜色逐渐变浅；试管内壁有油状液滴出现，试管中有少量白雾，且试管内液面上升，水槽中有固体析出；B装置：无现象实验结论CH4与Cl2需在光照条件下发生化学反应，有关化学方程式为CH4+Cl2CH3Cl(一氯甲烷)+HCl；CH3Cl+Cl2CH2Cl2(二氯甲烷)+HCl；CH2Cl2+Cl2CHCl3(三氯甲烷或氯仿)+HCl；CHCl3+Cl2CCl4(四氯甲烷或四氯化碳)+HCl有机产物性质水溶性：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4均不溶于水。状态：常温下除CH3Cl是气体，其余三种均为液体数量关系每取代1mol氢原子，消耗1molCl2，生成1molHCl2.取代反应概念：有机物分子里的某些原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反应。思考类比甲烷与氯气的反应，能否利用乙烷与氯气制备较纯净的氯乙烷(CH3CH2Cl)？推测乙烷(CH3CH3)与氯气在光照下反应可能得到几种氯代乙烷？提示不能；可能得到9种氯代乙烷。烷烃取代反应特点(以CH4与Cl2的反应为例)(1)反应条件光照条件下与纯卤素单质反应。(2)连锁反应甲烷分子中的氢原子被氯原子逐步取代，第一步反应一旦开始，后续反应立即进行，且各步反应可同时进行。因此制取一氯代物，一般不采用取代反应。(3)数量关系CH4与Cl2发生取代反应时，每有1molH被取代，则消耗1molCl2，同时生成1molHCl；1molCH4与Cl2发生取代反应，最多消耗4molCl2。3.有机物的性质(1)物理性质：与无机物相比，大多数有机物的熔点比较低，难溶于水，易溶于汽油、乙醇、苯等有机溶剂。(2)化学性质：大多数有机物容易燃烧，受热会发生分解；有机物的化学反应比较复杂，常伴有副反应发生(有机化学方程式常用“→”连接反应物和生成物)，很多反应需要在加热、光照或使用催化剂的条件下进行。1.判断正误(1)乙烷、丁烷等烷烃和氯水也可以发生取代反应()(2)CH4和Cl2按体积比1∶1混合，发生取代反应生成的产物只有两种()(3)CH4和Cl2发生取代反应时，每生成1molHCl，则有1molCl2参加反应()(4)CH4分子为正四面体形结构，因此其生成物CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4都为正四面体形结构()答案(1)×(2)×(3)√(4)×2.(2025·四川内江段考)取一支硬质大试管，通过排饱和NaCl溶液的方法先后收集半试管甲烷和半试管氯气，如图所示，下列对于试管内发生的反应及现象的说法正确的是()A.试管中CH4与Cl2物质的量之比为1∶1，充分反应后主要生成的物质是CH3ClB.反应完全后，饱和氯化钠溶液会充满试管C.甲烷在光照下与氯气反应，其产物中二氯甲烷是正四面体形结构D.盛放饱和NaCl溶液的水槽底部可能会有少量晶体析出答案D解析CH4与Cl2以任意物质的量之比混合时，充分反应后都有CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl，A错误；CH3Cl为不溶于水的气体，所以完全反应后液面上升，液体不会充满试管，B错误；甲烷是正四面体形结构，C—Cl和C—H的键长不同，CH2Cl2是四面体形结构，不是正四面体形，C错误；生成的HCl气体溶于水使饱和氯化钠溶液中氯离子浓度增大，导致溶液中析出氯化钠晶体，D正确。3.(2024·山东德州高一段考)将2mol甲烷和适量的Cl2混合后在光照条件下充分反应，生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4的物质的量依次增多0.2mol，则参加反应Cl2的物质的量为()A.1.5mol B.3molC.4.5mol D.6mol答案D解析设生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4四种有机物的物质的量分别是nmol、(n+0.2)mol、(n+0.4)mol、(n+0.6)mol；参加反应的CH4为2mol，由C原子守恒可知：n+(n+0.2)+(n+0.4)+(n+0.6)=2，解得n=0.2，已知Cl2和CH4发生取代反应时，一半的Cl进入HCl，则消耗氯气的物质的量为0.2mol+2×0.4mol+3×0.6mol+4×0.8mol=6mol。课时对点练[分值：100分][1~7题，每小题5分]题组一烷烃的性质1.下列关于烷烃性质的叙述正确的是()A.烷烃的沸点随碳原子数增加而逐渐降低B.烷烃易被酸性高锰酸钾溶液氧化C.在光照条件下，烷烃易与溴水发生取代反应D.烷烃的卤代反应很难得到纯净的产物答案D解析烷烃的沸点一般随碳原子数增加而逐渐升高，A项错误；烷烃通常情况下性质稳定，不与酸性高锰酸钾溶液反应，B项错误；在光照条件下，烷烃只能与纯净的卤素单质发生取代反应，不与溴水反应，C项错误；由于卤素原子取代烷烃分子中氢原子的位置和个数难以控制，故很难得到纯净的产物，D项正确。2.(2025·锡林郭勒盟期中)丙烷()常用作烧烤炉灶的燃料。下列有关丙烷的叙述不正确的是()A.不能使酸性高锰酸钾溶液褪色B.七氯代物有2种C.1mol丙烷含8mol极性键D.比丁烷更易液化答案D解析烷烃性质稳定，丙烷不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，A正确；丙烷的一氯代物有1⁃氯丙烷、2⁃氯丙烷共2种，所以七氯代物有2种，B正确；1mol丙烷含8molC—H极性键，C正确；丙烷的沸点比丁烷低，所以丙烷比丁烷难液化，D错误。3.(2025·湖北宜昌期中)下列关于CH4、(CH3)2CHCH3和C5H12的叙述错误的是()A.均能用通式CnH2n+2来表示B.三者互为同系物C.均只表示一种物质D.均能发生取代反应答案C解析C5H12可表示CH3CH2CH2CH2CH3、(CH3)2CHCH2CH3、(CH3)4C三种物质，故选C。4.(2025·深圳期中)下列有关烷烃的叙述正确的是()A.甲烷与氯气以物质的量之比为1∶4混合时只生成CCl4B.烷烃性质稳定，在较高温度下也不会发生分解C.所有的烷烃在光照条件下都能与氯气发生取代反应D.甲烷与Cl2发生光照取代，取代1molH需0.5molCl2答案C解析甲烷与氯气以物质的量之比为1∶4混合时生成的产物有CCl4、CHCl3、CH2Cl2、CH3Cl和HCl，A错误；烷烃在较高温度下会发生分解，B错误；甲烷与Cl2发生光照取代，生成物有氯代甲烷和HCl，取代1molH需1molCl2，D错误。5.(2025·辽宁葫芦岛期中)某种烷烃在足量的氧气中充分燃烧后生成了22gCO2和10.8gH2O。下列说法错误的是()A.该烷烃的分子式为C5H12B.1分子该烷烃中含有四个非极性键C.燃烧时消耗该烷烃的质量为5.8gD.该烷烃燃烧时消耗了0.8molO2答案C解析根据CO2和H2O的物质的量比(0.5∶0.6=5∶6)，则C和H原子的个数比为5∶12，推导出烷烃分子式为C5H12，A正确；生成0.5molCO2，根据碳元素守恒，C5H12物质的量为0.5mol5=0.1mol，则C5H12质量为0.1mol×72g·mol-1=7.2g，C错误；1molC5H12消耗8molO2，则0.1mol该烷烃消耗0.8molO2，D题组二取代反应的理解及判断6.(2024·保定高一期中)某化学兴趣小组在阴暗的地方用如图所示装置探究CH4与Cl2的反应，灯泡接通电源后，开始实验。下列说法错误的是()A.软管内会发生取代反应，生成物可能有5种B.透明软管内气体颜色会逐渐变浅，透明软管的体积会缩小直至完全凹瘪C.软管内会有油状液滴产生D.充分反应后，打开K1，导管口可能会有白雾出现答案B解析透明软管内氯气消耗，气体颜色会逐渐变浅，透明软管的体积会缩小，但由于有氯化氢和一氯甲烷两种气体生成，所以不会完全凹瘪，故选B。7.(2024·苏州高一段考)已知最简单的有机物E和直线形分子G在光照条件下反应，生成分子L和直线形分子M(组成G分子的元素为第三周期的元素)，如图。下列判断错误的是()A.常温常压下，E是一种无色无味的气体B.生成的L是正四面体形的分子C.在光照条件下L能与G继续发生与上述类似的反应D.上述反应类型是取代反应答案B解析组成G分子的元素为第三周期的元素，根据其空间结构知，为氯气，E为甲烷，甲烷和氯气发生取代反应生成L(一氯甲烷)和M(HCl)。[8~12题，每小题8分]8.下列关于同分异构体的叙述正确的是(不考虑立体异构)()A.新戊烷()的一氯代物有3种B.丙烷中7个氢原子被溴原子取代的产物有2种C.丁烷的二氯代物有7种D.C5H11Cl有7种结构答案B解析新戊烷()的等效氢原子有1种，一氯代物有1种，A错误；CH3CH2CH3的7个氢原子被取代与1个氢原子被取代的产物种类相等，为2种，B正确；丁烷有C—C—C—C和两种碳链结构，C—C—C—C的二氯代物有6种，的二氯代物有3种，共9种，C错误；—C5H11有8种结构，C5H11Cl有8种结构。9.(2025·山东淄博期中)定量分析是研究物质常用的方法，下列有关说法正确的是()A.等质量的甲烷与乙烯(C2H4)分别完全燃烧时，乙烯消耗氧气量较多B.1mol甲烷全部生成CCl4，最多消耗2mol氯气C.11.2LCH4和22.4LCl2(均为标准状况)在光照下充分反应后的分子数一定为1.5NAD.50g正丁烷和8g异丁烷的混合物中含共价键数目为12NA答案C解析等质量的烃(CxHy)完全燃烧，yx越大，耗氧量越多，故等质量的CH4(yx=4)与C2H4(yx=2)分别完全燃烧时，甲烷消耗氧气量较多，A错误；烷烃与氯气发生取代反应时，1molH消耗1molCl2，因此1mol甲烷全部生成CCl4，最多消耗4molCl2，B错误；CH4、Cl2的物质的量分别为0.5mol、1mol，甲烷与氯气反应前后分子数始终不变，反应后的分子数为1.5NA，C正确；正丁烷和异丁烷的摩尔质量均为58g·mol-1，且均含13个共价键，则50g正丁烷和8g异丁烷的混合物中共价键数目为50g+8g58g·mol-1×13×NA10.有以下5种物质：①CH3(CH2)3CH3；②CH3CH2CH2CH2CH2CH3；③(CH3)2CHCH2CH2CH3；④CH3CH2CH2CH3；⑤(CH3)2CHCH3。下列说法正确的是()A.沸点高低：②>①>③>④>⑤B.③的一溴代物有5种(不考虑立体异构)C.①③④⑤互为同系物D.①②③互为同分异构体答案B解析一般来说，烷烃分子中的碳原子数越多，沸点越高，碳原子数相同时，支链越多，沸点越低，故其沸点从高到低为②>③>①>④>⑤，A错误；(CH3)2CHCH2CH2CH3有5种不同化学环境的氢原子，故其一溴代物有5种，B正确；④⑤的分子式均为C4H10，二者互为同分异构体，C错误；①的分子式为C5H12，②③的分子式为C6H14，故②③互为同分异构体，①和②③互为同系物，D错误。11.(2025·郑州段考)氯气与甲烷发生取代反应(部分过程)的能量变化如图所示。下列说法错误的是()A.②→③过程的方程式为CH4+Cl·→·CH3+HClB.由图像可知，Cl—Cl的键能为330kJ·mol-1C.图中所示甲烷与氯气发生的光照取代为放热反应D.乙烷也可以和氯气发生取代反应答案B解析根据图像可得，①→②过程为Cl2→Cl·+Cl·，断键吸收能量239kJ·mol-1；②→③过程的方程式为CH4+Cl·→·CH3+HCl，断裂C—H并形成H—Cl共吸收7.5kJ·mol-1，③→④过程的方程式为·CH3+Cl·→CH3Cl，形成C—Cl释放能量330kJ·mol-1；由①→④可知，甲烷与氯气发生的光照取代为放热反应。12.(2024·安徽芜湖高一段考)科学家研究发现，高度对称的有机分子具有致密性高、稳定性强、张力能大等特点。饱和烃中有一系列高度对称结构的烃，如(正四面体烷C4H4)、(棱晶烷C6H6)、(立方烷C8H8)，下列有关说法正确的是()A.上述三种物质互为同系物B.上述三种物质均能使酸性高锰酸钾溶液褪色C.棱晶烷与立方烷中碳原子均为饱和碳原子，其二氯代物的数目不同D.棱晶烷与立方烷在光照条件下均可与氯气发生取代反应答案D解析三种物质的结构不同且不相差n个CH2，三种物质不互为同系物，A错误；将棱晶烷的一个顶点固定，该碳上的氢原子被氯原子取代，则与该碳共面的另一个点、竖棱上的共线点以及对角线上的点上的氢原子被氯原子代替时均不同，所以该烃的二氯取代物有3种；立方烷的二氯代物的同分异构体分别是一条棱、面对角线、体对角线上的两个氢原子被氯原子代替，所以二氯代物的同分异构体有3种，C错误。13.(10分)(2025·重庆段考)某小组欲研究烷烃的某些性质设计如图实验装置。回答下列问题：向如图所示的B中通入一定量的氯气和甲烷气体，混合均匀后通入C中硬质玻璃管中，夹紧两端弹簧夹，用光照射硬质玻璃管。(1)B装置有三种功能：①均匀混合气体；②干燥混合气体；③。(2)写出装置C中CH2Cl2与Cl2反应生成氯仿的化学方程式：。(3)一段时间后，C中玻璃管内的实验现象：、。(4)若2molCH4与Cl2发生取代反应，测得生成4种有机取代产物的物质的量相等，则产物中最多的物质的物质的量是mol。答案(1)控制气流速度(2)CH2Cl2+Cl2CHCl3+HCl(3)内壁上出现油状液滴黄绿色气体变浅(4)5解析(4)若2molCH4与Cl2发生取代反应，测得生成4种有机取代产物的物质的量相等，则表示生成的CH3Cl、CH2C