高中化学人教版必修第二册2026版步步高学习基础课时14 烷烃的性质

基础课时14烷烃的性质学习目标1.熟练掌握甲烷的主要性质;了解烷烃的主要物理性质和化学性质。2.认识取代反应的概念及特点。一、烷烃的物理性质及可燃性(一)知识梳理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。2.烷烃的化学性质(1)稳定性:烷烃比较稳定,通常情况下与强酸、强碱或高锰酸钾等强氧化剂不发生反应。

(2)氧化反应:烷烃可以在空气中完全燃烧,生成CO2和H2O,并放出大量的热。甲烷完全燃烧的化学方程式为CH4+2O2CO2+2H2O;丙烷完全燃烧的化学方程式为C3H8+5O23CO2+4H2O。

(3)分解反应:烷烃在较高温度下会发生分解。(二)归纳总结1.燃烧反应一定属于氧化反应,一定会放出热量。链状烷烃CnH2n+2燃烧的通式:CnH2n+2+3n+12O2nCO2+(n+1)H22.分解反应:烷烃在较高的温度下会发生分解。如:CH4C+2H2,应用:石油化工生产和天然气化工生产中,获得重要的化工基本原料和燃料。1.下列有关烷烃性质的叙述不正确的是()A.常温下烷烃与酸、碱、强氧化剂不反应B.烷烃都具有还原性,能被氧气氧化C.烷烃都能燃烧生成二氧化碳和水D.烷烃能使酸性高锰酸钾溶液褪色答案D解析烷烃属于饱和烃,性质稳定,常温下与酸、碱、强氧化剂不反应,A正确、D错误;烷烃都能在氧气中燃烧,表现出还原性,B正确;烷烃为碳、氢元素组成的化合物,在氧气中完全燃烧生成二氧化碳和水,C正确。2.几种烷烃的沸点如下:烷烃甲烷乙烷丁烷戊烷沸点/℃-164-89-0.536根据以上数据推断丙烷的沸点可能是()A.-40℃ B.-162℃C.-89℃ D.36℃答案A解析随着碳原子数的增加,烷烃的沸点逐渐升高,丙烷的沸点应介于乙烷和丁烷的沸点之间。3.使1mol某烷烃完全燃烧需要消耗氧气5mol,该烷烃的化学式是()A.C2H6 B.C3H8 C.C4H10 D.C5H12答案B解析根据烷烃的燃烧通式可知,CnH2n+2+3n+12O2nCO2+(n+1)H2O,某1mol烷烃完全燃烧需要消耗5mol氧气,则n=3,即该烷烃为丙烷,化学式为C3H二、烷烃的典型性质——取代反应(一)知识梳理1.取代反应(1)[实验探究]甲烷与Cl2的取代反应:实验操作实验现象A装置:试管内气体颜色逐渐变浅;试管内壁有油状液体出现,试管中有少量白雾,且试管内液面上升,有固体析出。B装置:无明显现象实验结论CH4与Cl2需在光照时才能发生化学反应,有关化学方程式:CH4+Cl2CH3Cl+HCl;CH3Cl+Cl2CH2Cl2+HCl;CH2Cl2+Cl2CHCl3+HCl;CHCl3+Cl2CCl4+HCl。(2)甲烷的四种氯代产物的性质:CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4都不溶于水,常温下除CH3Cl是气体外,其余三种均为液体。(3)取代反应: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。2.有机物的通性(与烷烃类似)(1)大多数有机物的熔点比较低,且难溶于水,易溶于汽油、乙醇、苯等有机溶剂。(2)大多数有机物容易燃烧,受热会发生分解。(3)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。(二)问题探究问题1甲烷与氯气发生反应时,所得产物有几种?能否用CH4和Cl2按1∶1的体积比混合来制取纯净的CH3Cl?提示反应中得到CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4四种有机物和HCl,共5种产物。用CH4和Cl2按1∶1的体积比混合不能制取纯净的CH3Cl。因为CH4和Cl2的反应是连锁反应,分子中的氢原子是被氯原子逐步取代,不可能只发生第一步取代反应,生成物为混合物。问题2CH4和Cl2发生取代反应时,每有1mol氢原子被取代,消耗的Cl2分子及生成的HCl分子的物质的量分别是多少?提示每有1mol氢原子被取代,消耗1molCl2分子,同时生成1molHCl分子。【探究归纳】1.烷烃(以甲烷为例)发生取代反应的有关规律(1)反应条件:反应条件为光照,其光照为漫射光,强光直射易发生爆炸。(2)反应物:反应物为卤素单质,如甲烷与氯水、溴水不反应,但可以与氯气、溴蒸气发生取代反应。(3)反应产物:虽然反应物的比例、反应的时间长短等因素会造成各种产物的比例不同,但甲烷与氯气反应生成的产物都是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4四种有机物与HCl形成的混合物。反应产物中HCl的物质的量最多。(4)反应特点①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。即当n(CH4)∶n(Cl2)=1∶1时,并不只发生反应CH4+Cl2CH3Cl+HCl,其他反应也在进行。②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,即n(Cl2)=n(H)=n(HCl)。1molCH4与Cl2发生取代反应,最多消耗4molCl2。1molCnH2n+2与Cl2发生取代反应,最多消耗Cl22n+2mol。2.甲烷氯代产物的结构甲烷分子中四个氢原子完全相同,氢原子被氯原子取代后的产物均只有一种结构,但由于氯原子和氢原子半径不同,生成的CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3是四面体结构,CCl4则为正四面体。3.取代反应的特点(1)取代反应的特点是“上一下一,有进有出”,类似无机反应中的复分解反应,注意在书写化学方程式时,防止漏写产物中的小分子。(2)烷烃在光照条件下与溴水不反应,但由于溴易溶于有机溶剂而被从水层中萃取出来,水层颜色变浅。1.下列反应属于取代反应的是()①Mg+H2SO4===MgSO4+H2↑②NaOH+CH3COOH===CH3COONa+H2O③CH3CH3+2Br2CH2BrCH2Br+2HBr④CH2Cl2+Br2CHBrCl2+HBrA.②③ B.①③ C.②④ D.③④答案D解析反应①为置换反应;反应②属于复分解反应;反应③中CH3CH3的2个H原子分别被2个Br原子替代,该反应为取代反应,反应④中CH2Cl2的一个H原子被一个Br原子替代也为取代反应。2.实验室中将盛有甲烷与氯气混合气体的量筒倒立在盛有饱和食盐水的水槽中,光照使其发生反应,下列说法错误的是()A.量筒中气体颜色逐渐变浅B.氯化氢极易溶于水,导致量筒中液面上升C.饱和食盐水能够抑制氯气的溶解D.通过量筒内壁上出现的油状液滴可以说明生成四种有机产物答案D解析Cl2被消耗,Cl2的量逐渐减少,所以气体颜色逐渐变浅;HCl溶于水导致量筒中压强减小,从而导致量筒中液面上升;饱和NaCl溶液中Cl-浓度高,从而抑制Cl2的溶解;该反应中产生了一氯甲烷(气体)、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳四种有机物,油状物有三种。3.若甲烷与氯气以物质的量之比1∶3混合,在光照下得到的有机产物:①CH3Cl,②CH2Cl2,③CHCl3,④CCl4,其中正确的是()A.只有① B.只有③C.①②③的混合物 D.①②③④的混合物答案D解析CH4和Cl2的取代反应为连锁反应,无论两者的物质的量之比为多少,其产物都是HCl和CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4的混合物。A级合格过关练选择题只有1个选项符合题意(一)烷烃的物理性质及可燃性1.下列关于甲烷及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:戊烷>丁烷>丙烷D.甲烷的空间结构为正四面体形,甲烷分子中4个共价键的长度相同,相互之间的夹角相等答案B解析烷烃能燃烧,因此能发生氧化反应,B错误。2.下列性质中,属于链状烷烃特征的是()A.完全燃烧只生成二氧化碳和水B.不溶于水C.分子的通式为CnH2n+2,与氯气发生取代反应D.密度比水的密度小答案C解析A项,碳氢化合物完全燃烧产物都是二氧化碳和水,不属于烷烃的特征;B项,烯烃、炔烃、苯等大部分有机物都是不溶于水的,不属于烷烃的特征;C项,烷烃为饱和烃,其链状烷烃分子的通式为CnH2n+2,满足CnH2n+2的烃一定为链状烷烃;能够发生取代反应是烷烃的特征反应之一;D项,密度比水的密度小的不一定是烷烃,不属于烷烃的特征。3.为验证烷烃分子中含有C、H两种元素,可将其充分燃烧后的产物通过①浓硫酸;②澄清石灰水;③无水硫酸铜。正确的顺序是()A.①②③ B.②③C.②③① D.③②答案D解析要证明烷烃中含有C、H两种元素,可通过其燃烧产物为CO2和H2O来证明,选②、③,检验时应先检验H2O后检验CO2,故顺序为③②。4.如图为烃分子的球棍模型,“大球”表示碳原子,“小球”表示氢原子。下列说法正确的是()A.图1表示的烃叫丙烷B.图2烃分子的结构简式为CH3CH2CH2CH3C.图1与图2表示的物质不能被溴水、酸性KMnO4等强氧化剂氧化,故不能发生氧化反应D.图1与图2表示的物质的沸点:前者高于后者答案D解析图1含4个碳,故图1表示的烃叫丁烷,A错误;图2烃分子含支链,故其结构简式为CH(CH3)3,B错误;两种物质性质稳定,不能被溴水、酸性KMnO4等强氧化剂氧化,但是可以燃烧,燃烧属于氧化反应,C错误;两物质相对分子质量相同,图2有支链,沸点更低,D正确。(二)烷烃的典型性质——取代反应5.下列物质在一定条件下可与乙烷发生化学反应的是()A.氯气 B.溴水C.氯水 D.酸性高锰酸钾溶液答案A解析类比甲烷的化学性质,乙烷与氯气在光照条件下发生取代反应,和溴水、氯水、酸性高锰酸钾溶液不反应。6.下列反应属于取代反应的是()①CHCl3+Cl2CCl4+HCl②2HI+Cl2===2HCl+I2③CO+2H2CH3OH④CH3CH2CN+Cl2+HCl⑤CH3CH2OH+HBrCH3CH2Br+H2OA.①② B.①②③④C.①④⑤ D.②④⑤答案C解析①CHCl3中的H原子被Cl原子取代,属于取代反应;②该反应属于置换反应;③该反应属于化合反应;④CH3CH2CN分子中“—CH2—”的1个H原子被Cl原子取代,属于取代反应;⑤CH3CH2OH分子中的—OH被Br原子取代,属于取代反应。7.在标准状况下,22.4LCH4与氯气在光照下发生取代反应,待反应完全后,测得四种有机取代物的物质的量相等,则消耗的氯气为()A.0.5mol B.2molC.2.5mol D.4mol答案C解析1molCH4与氯气发生取代反应,生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各0.25mol,该四种取代物中n(Cl)=0.25mol×(1+2+3+4)=2.5mol,根据取代反应特点,参加反应的氯气为2.5mol。8.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,生成四面体形分子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。则下列判断错误的是()A.常温常压下,E是一种无色无味的气体B.上述反应类型是取代反应C.G能使干燥的红色布条变成无色D.在光照条件L能与G继续发生与上述类似的反应答案C解析已知最简单的有机物E为CH4,直线形分子G,组成G分子的元素为第三周期的元素,且G是双原子分子,所以G是Cl2,该反应是CH4和Cl2发生取代反应生成CH3Cl和HCl,即L是CH3Cl,M是HCl。A项,由分析可知,E为CH4,在常温下为无色无味的气体;B项,CH4中的H原子被Cl原子取代生成CH3Cl和HCl,属于取代反应;C项,由分析可知,G为Cl2,Cl2能使湿润的红色布条变成无色;D项,由分析可知,L为CH3Cl,G为Cl2,在光照条件CH3Cl能与Cl2继续发生取代反应。9.如图所示,U形管的左端被水和胶塞封闭有甲烷和氯气(体积比为1∶4)的混合气体,假定氯气在水中的溶解度可以忽略。将封闭有甲烷和氯气混合气体的装置放置在有光亮的地方,让混合气体缓慢地反应一段时间。(1)假设甲烷与氯气反应充分,且只产生一种有机物,请写出化学方程式:

。

(2)若题目中甲烷与氯气体积之比为1∶1,则得到的产物为(填字母,下同)。

A.CH3ClHClB.CCl4HClC.CH3ClCH2Cl2D.CH3ClCH2Cl2CHCl3CCl4HCl(3)经过几个小时的反应后,U形管右端的水柱变化是。

A.升高 B.降低C.不变 D.无法确定答案(1)CH4+4Cl2CCl4+4HCl(2)D(3)B解析(1)因Cl2足量,若充分反应,则CH4中的四个H原子可完全被取代,生成CCl4和HCl,反应方程式为CH4+4Cl2CCl4+4HCl。(2)甲烷与氯气的取代反应,是四步反应同时发生,故得到四种氯代产物和HCl。(3)甲烷和氯气在光照的条件下发生取代反应生成油状液滴和氯化氢气体,氯化氢气体易溶于水,压强减小,U形管右端液面下降,左端液面上升。B级素养培优练10.在光照条件下,CH4与Cl2能发生取代反应。若1molCH4与Cl2反应,待反应完成后测得四种有机取代物的物质的量之比为n(CH3Cl)∶n(CH2Cl2)∶n(CHCl3)∶n(CCl4)=1∶2∶3∶4,则消耗Cl2的物质的量为()A.1.0mol B.2.0molC.3.0mol D.4.0mol答案C解析在光照条件下,CH4与Cl2发生取代反应时,生成1molCH3Cl消耗1mol氯气;生成1molCH2Cl2消耗2mol氯气;生成1molCHCl3消耗3mol氯气;生成1molCCl4消耗4mol氯气。四种有机取代物的物质的量之比为n(CH3Cl)∶n(CH2Cl2)∶n(CHCl3)∶n(CCl4)=1∶2∶3∶4,根据碳原子守恒,生成四种有机取代物的物质的量n(CH3Cl)、n(CH2Cl2)、n(CHCl3)、n(CCl4)分别是0.1mol、0.2mol、0.3mol、0.4mol,消耗的Cl2为0.1mol+2×0.2mol+3×0.3mol+4×0.4mol=3.0mol。11.相同物质的量的下列气态烃完全燃烧,消耗氧气最多的是()A.C3H8 B.C3H6C.C2H4 D.CH4答案A解析设烃的分子式为CxHy,完全燃烧的化学方程式为CxHy+(x+y4)O2xCO2+y2H2O。设四种烃均为1mol,根据(x+y4)可算出完全燃烧消耗O2的物质的量分别为5mol、4.5mol、3mol、2mol。故A项消耗O12.已知有一种烃的结构类似自行车,简称“自行车烃”,如图所示,下列关于它的性质叙述正确的是()A.易溶于水 B.可以发生取代反应C.其密度大于水的密度 D.其分子式为C16H32答案B解析烷烃都难溶于水,密度比水小,可以发生取代反应,A、C错误,B正确;根据结构简式可知分子式为C16H30,D错误。13.两种气态烃组成的混合气体,完全燃烧后得到CO2和H2O(g)的物质的量随着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可能有C2H2②一定有CH4③一定有C3H8④一定没有C4H6⑤可能有C2H6A.②⑤ B.②④ C.③④ D.②③答案B解析解答本题的关键是明白图像中混合烃的总物质的量与生成的CO2和H2O(g)的关系,结合图像中正比关系,能确定混合烃的平均分子式。由题图可知两种气态烃的平均分子式为C1.6H4,根据碳原子平均数可知,该混合气体中一定含有CH4,由氢原子平均数可知,另一气态烃中氢原子数目为4,则一定没有C2H2、C3H8、C4H6、C2H6,故②④正确。14.如图是某同学利用日常用品注射器设计的简易实验装置。甲管中注入10mLCH4,同温同压下乙管中注入50mLCl2,将乙管气体推入甲管中,气体在甲管中反应,针管放在光亮处一段时间。(1)下列是某同学预测的实验现象:①气体最终变为无色;②实验过程中,甲管活塞向内移动;③甲管内壁有油珠;④产生火花。其中正确的是。

(2)甲管中发生化学反应的类型为。

(3)反应后,能吸收甲管中剩余气体的试剂是。

A.水 B.NaOH溶液C.AgNO3溶液 D.饱和食盐水(4)反应后,若将甲中的物质推入盛有适量AgNO3溶液的小试管中会观察到,若再向其中滴入几滴石蕊溶液,又观察到。

答案(1)②③(2)取代反应(3)B(4)液体分为两层,产生白色沉淀溶液先变红后褪色解析在光照条件下,甲烷与氯气发生反应:CH4+Cl2CH3Cl+HCl,CH3Cl+Cl2CH2Cl2+HCl,CH2Cl2+Cl2CHCl3+HCl,CHCl3+Cl2CCl4+HCl。(1)理论上,甲烷与氯气体积比为1∶4时,二者恰好完全反应,而甲中氯气与甲烷体积比为5∶1>4∶1,说明氯气过量,反应后仍有氯气剩余。该反应进行缓慢,不会产生火花。产物中只有氯化氢和一氯甲烷为气体,所以气体的总物质的量减小,内部压强减小,甲管活塞向内移动。(2)甲烷分子中的四个氢原子可被氯原子逐一取代,故甲管中发生的是取代反应。(3)剩余气体中含有氯气和氯化氢,可用氢氧化钠溶液吸收剩余气体。(4)生成的HCl会与AgNO3溶液反应生成AgCl白色沉淀,同时因CH2Cl2、CHCl3、CCl4难溶于水而看到液体分为两层,因Cl2有剩余,若加入几滴石蕊,溶液会先