高中化学必修二第三章第一节第2课时.docx
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高中化学必修二第三章第一节第2课时
第2课时 烷 烃
[学习目标定位] 1.了解烷烃的组成、结构、通式及烷烃的主要性质（物理性质和化学性质）。
2.知道同系物、同分异构体的概念，能根据结构式或结构简式判断它们是否为同分异构体或同系物。
一 烷烃
1．下面是乙烷、丙烷、丁烷的结构式。
回答下列问题：
（1）每个碳原子形成4个共价键，且原子之间只以单键相连成链状，碳原子的剩余价键均与氢原子结合。
（2）烃分子中碳原子之间都以碳碳单键结合成链状，剩余价键均与氢原子结合，使每个碳原子的化合价都达到“饱和”，这样的烃叫做饱和链烃，也称烷烃。
其分子通式为CnH2n＋2（n≥1且n为整数）。
烷烃的空间结构中，碳原子（大于等于3时）不在一条直线上，直链烷烃空间构型是折线形或锯齿状。
2．教材表3 1列举了部分烷烃的物理性质。
阅读分析表3 1可知：
烷烃的物理性质随着分子中碳原子数的增多，呈规律性的变化。
如
（1）常温下其状态由气态变到液态又变到固态，熔、沸点逐渐升高，相对密度逐渐增大。
（2）常温下，碳原子数小于或等于4时，均为气态（新戊烷常温下也为气态）。
3．物质的组成、结构决定物质的性质，这个规律在有机物中体现得尤其明显。
烷烃的化学性质与甲烷相似，请写出下列反应的化学方程式（有机物写结构简式）：
（1）丙烷的燃烧：
CH3CH2CH3＋5O2
3CO2＋4H2O。
（2）光照条件下，乙烷与氯气发生取代反应（只要求写一氯取代）：
CH3CH3＋Cl2
CH3CH2Cl＋HCl。
（3）用通式表示烷烃的完全燃烧及卤代反应（用X2表示）：
①CnH2n＋2＋
O2
nCO2＋（n＋1）H2O；
②CnH2n＋2＋X2
CnH2n＋1X＋HX，CnH2n＋1X可与X2继续发生取代反应。
[归纳总结]
[活学活用]
1．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溶液的紫色褪去 ③分子通式为CnH2n＋2的不一定是烷烃 ④所有的烷烃在光照条件下都能与氯气发生取代反应 ⑤光照条件下，乙烷通入溴水中，可使溴水褪色
A．①③⑤B．②③
C．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）反应，也不能使溴水褪色，②⑤说法不正确；因分子通式CnH2n＋2中的氢原子已达完全饱和，因此符合通式CnH2n＋2的有机物一定是烷烃，③说法不正确；烷烃在光照下都能与氯气发生取代反应，这是烷烃的主要特性之一，④说法正确。
2．下列关于CH4和
的叙述正确的是（ ）
A．均能用CnH2n＋2组成通式来表示
B．与所有烷烃互为同素异形体
C．因为它们的结构相似，所以它们的化学性质相似，物理性质相同
D．通常状况下，它们都是气态烷烃
答案 A
解析 B项，它们与其他碳原子数不同的烷烃互为同系物；C项，化学性质相似，但物理性质不同；D项，碳原子数小于或等于4的烷烃及新戊烷在通常状况下是气体。
故选A。
二 同系物 同分异构体
1．填表
甲烷
乙烷
丙烷
分子式
CH4
C2H6
C3H8
结构简式
CH4
CH3CH3
CH3CH2CH3
根据上表回答下列问题：
（1）相邻烷烃分子在组成上均相差一个CH2原子团。
（2）同系物是指结构相似，分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质，烷烃同系物的通式为CnH2n＋2。
2．对比两种物质的结构回答下列问题
（1）分子式均为C4H10，它们不是同系物，二者结构相似，碳碳之间都是以单键结合成链状，但结构并不相同，正丁烷无支链，异丁烷有支链。
（2）具有相同的分子式而具有不同结构的现象称为同分异构现象。
具有同分异构现象的化合物互称同分异构体。
（3）判断下列有关同分异构体的叙述是否正确
①同分异构体具有相同的组成元素（√）
②组成元素相同的化合物互为同分异构体（×）
③同分异构体具有相同的相对分子质量（√）
④相对分子质量相同的化合物互为同分异构体（×）
⑤互为同分异构体的化合物也可能互为同系物（×）
（4）
是否为同分异构体并说明理由。
答案 不是同分异构体，由于二者均为四面体结构，为同一种物质。
（5）用结构简式写出戊烷（C5H12）的同分异构体。
答案
（6）判断下列说法是否正确，据此理解同分异构现象是有机物种类繁多的又一重要原因。
①分子式不同的物质一定为不同物质，分子式相同的物质也可能为不同物质（√）
②分子中含3个及3个以下碳原子的有机物一定不存在同分异构现象（×）
③随着碳原子数增多，烷烃的同分异构体数目有增多的趋势（√）
[归纳总结]
1．同系物的判断
2．烷烃同分异构体的书写规律
烷烃同分异构体的书写规律可概括为主链由长到短，支链由整到散，位置由心到边，排列对、邻到间。
选择最长的碳链为主链；找出中心对称线；碳原子必须满足四个键；主链上的链端不能接甲基，主链上的第二个碳原子或倒数第二个碳原子不能接乙基，否则主链会改变，而容易出现重复结构。
例如，书写戊烷（C5H12）同分异构体的方法：
（1）先写出碳链最长的直链烃：
CH3CH2CH2CH2CH3。
（2）从主链上减少一个—CH3作为取代基（支链），在所得主链上依次移动可能的位置，得
。
（3）再从主链上减少一个碳原子作为所得主链的取代基，得
。
故C5H10的同分异构体共有三种，依次称为正戊烷、异戊烷、新戊烷。
[活学活用]
3．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（ ）
物质名称
沸点/℃
正丁烷CH3（CH2）2CH3
－0.5
正戊烷CH3（CH2）3CH3
36.0
异戊烷
27.8
新戊烷
9.5
正己烷CH3（CH2）4CH3
69.0
A.标准状况时，新戊烷是气体
B．在1.013×105Pa、20℃时，C5H12都是液体
C．烷烃随碳原子数的增加，沸点降低
D．C5H12随支链的增加，沸点降低
答案 D
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，沸点升高；C5H12的三种同分异构体中，随支链数增加，沸点逐渐降低。
4．有下列结构的物质：
①CH3（CH2）3CH3
②CH3CH2CH2CH2CH3 ③CH3CH2CH2CH2CH2CH3
其中，属于同系物的是________；属于同分异构体的是______；属于同种物质的是________。
A．①②B．②③
C．③④⑤⑥⑦D．①③
E．③④⑤⑦F．④⑥
答案 BD E AF
解析 7种物质均为烷烃，若碳原子数不同，则互为同系物；若碳原子数相同，而结构不同，则互为同分异构体；若碳原子数相同，且结构也相同，则为同一种物质。
7种物质的分子式分别为①C5H12 ②C5H12 ③C6H14 ④C6H14 ⑤C6H14 ⑥C6H14 ⑦C6H14。
所以①②中任一物质与③④⑤⑥⑦中任一物质均属于同系物；①②结构相同，属于同种物质，④⑥结构相同，属于同种物质；③④⑤⑦或③⑤⑥⑦互为同分异构体。
当堂检测
1．以下结构表示的物质中是烷烃的是（ ）
A．CH3OH
B．CH2===CH2
答案 C
2．下列分子只表示一种物质的是（ ）
A．C3H7ClB．C3H8
C．C5H12D．C4H10
答案 B
解析 C3H7Cl可以表示CH2Cl—CH2—CH3，也可以表示CH3—CHCl—CH3；C5H12可以表示正戊烷、异戊烷、新戊烷；C4H10可以表示正丁烷和异丁烷，均存在同分异构现象。
3．下列说法正确的是（ ）
A．凡是分子组成相差一个或几个CH2原子团的物质，彼此一定是同系物
B．两种化合物组成元素相同，各元素的质量分数也相同，则二者一定是同分异构体
C．相对分子质量相同的几种化合物，互称为同分异构体
D．组成元素的质量分数相同，且相对分子质量也相同的不同化合物互称为同分异构体
答案 D
解析 仅分子组成相差一个或若干个CH2原子团的物质，其分子结构不一定相似，如氢气（H2）和甲烷（CH4）分子组成上相差一个CH2，但二者不是同系物，A不对；两种化合物组成元素相同，各元素的质量分数也相同，只能确定它们的实验式相同，实验式相同的化合物分子式不一定相同，所以不一定是同分异构体，B不对；相对分子质量相同的物质很多，有些分子组成不同，所以不一定是同分异构体，C不对；当不同化合物组成元素的质量分数相同，相对分子质量也相同时，其分子式一定相同，因此这样的不同化合物互称为同分异构体。
故正确答案为D。
4．有下列各组微粒或物质：
A．O2和O3
B.
C和
C
（1）______组两种微粒互为同位素。
（2）______组两种物质互为同素异形体。
（3）______组两种物质属于同系物。
（4）______组两种物质互为同分异构体。
（5）______组两种物质是同一物质。
答案
（1）B
（2）A （3）C （4）E （5）D
5．写出下列烷烃的分子式
（1）同温同压下，烷烃的蒸气密度是H2的43倍：
______。
（2）分子中含有22个共价键的烷烃：
________。
（3）分子中含有30个氢原子的烷烃：
________。
（4）室温下相对分子质量最大的直链气态烷烃：
______。
答案
（1）C6H14
（2）C7H16
（3）C14H30 （4）C4H10
40分钟课时作业
[基础过关]
一、烷烃的结构与性质
1．有关烷烃的叙述：
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，其中正确的是（ ）
A．①和③B．②和③
C．只有①D．①和②
答案 D
解析 相邻烷烃在分子组成上相差一个—CH2—，而不是—CH3。
2．下列数值都是烃的相对分子质量值，其对应的烃一定为烷烃的是（ ）
A．44B．42
C．54D．128
答案 A
解析 用CnH2n＋2的Mr＝14n＋2进行判断，44对应的烃是C3H8,42对应的烃是C3H6,54对应的烃是C4H6,128对应的烃是C9H20。
由于1个C原子与12个H原子的式量之和相等，所以C9H20与C10H8的相对分子质量相等，则128对应的烃不一定是烷烃。
3．下列有关烷烃的叙述中，不正确的是（ ）
A．烷烃几乎不溶于水
B．所有的烷烃在光照条件下都能与Cl2发生取代反应
C．烷烃的分子通式为CnH2n＋2，符合该通式的烃不一定是烷烃
D．随着碳原子数的增加，烷烃的熔、沸点逐渐升高
答案 C
解析 烷烃不溶于水，A正确；烷烃在光照条件下都能与Cl2发生取代反应，这是烷烃的结构特征和特征反应，B正确；由于烷烃分子的通式CnH2n＋2中的H原子已达饱和，所以符合CnH2n＋2的有机物只可能为烷烃，C错；随着碳原子数的增加，烷烃的相对分子质量增大，分子间作用力增大，其熔、沸点逐渐升高，D正确。
4．下列反应中，不属于取代反应的是（ ）
A．CH3Cl＋Cl2
CH2Cl2＋HCl
B．CH4＋2O2
CO2＋2H2O
C．CH3CH2Br＋H2O―→CH3CH2OH＋HBr
D．C2H6＋Cl2
C2H5Cl＋HCl
答案 B
二、烷烃燃烧的计算
5．A、B两种有机物的混合物，当混合物的质量一定时，无论A、B以何种比例混合，完全燃烧产生CO2的量均相等。
A、B的关系可能符合下列四种情况：
①同分异构体；②同系物；③具有相同的最简式；④含碳的质量分数相同，一定符合上述条件的组合有（ ）
A．①②④B．①③④
C．②③④D．①②③
答案 B
6．有两种气态烷烃的混合物，在标准状况下，其密度为1.16g·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．可能是甲烷和己烷的混合物
D．可能是乙烷和丙烷的混合物
答案 A
解析 标准状况下该混合物的平均摩尔质量为M＝1.16g·L－1×22.4L·mol－1≈26g·mol－1，气态烷烃中只有甲烷摩尔质量小于26g·mol－1，其他烷烃摩尔质量都大于26g·mol－1，所以一定有甲烷，另一种可以为其他任意气态烷烃。
7．在常温、常压下，取下列四种气态烃各1mol，分别在足量的氧气中燃烧，消耗氧气最多的是（ ）
A．CH4B．C3H8C．C4H10D．C2H6
答案 C
解析 设此气态烃的分子式为CxHy，其完全燃烧的化学方程式为CxHy＋
O2
xCO2＋
H2O，则1mol该烃完全燃烧时耗氧量为
mol，将上述选项分别代入，比较可知C4H10耗氧量最多。
三、同系物、同分异构体的判断
8．下列说法中正确的是（ ）
A．H2和D2互为同位素
B．正丁烷和异丁烷互为同系物
答案 D
9．下列烷烃在光照下与氯气反应，生成的一氯代烃只有一种的是（ ）
A．CH3CH2CH2CH3
答案 C
10．下列化合物中有三种不同氢的是（ ）
A．2,2,3,3四甲基丁烷
B．2,5二甲基己烷
C．（CH3）2CHCH2CH3
D．CH3C（CH3）3
答案 B
[能力提升]
11．
（1）乙烷的电子式为________________，分子式为CmH20的烷烃中m为________，分子式为C8Hn的烷烃中n为________，与CO2密度（同温同压）相同的烷烃分子式为________，若上述四种烃各为1mol，在足量O2中燃烧，消耗O2最多的是________。
（2）若CH4、C2H6、C3H8、C4H10四种烃各为1g，在足量O2中燃烧，消耗O2最多的是________。
答案
（1）H
H 9 18 C3H8 C9H20
（2）CH4
解析
（1）根据烷烃通式为CnH2n＋2可求出m为9，n为18，密度与CO2相同的烷烃式量为44，由14n＋2＝44可求出n为3，即分子式为C3H8。
若同为1mol烃，消耗O2的多少取决于CxHy中“x＋
”的大小，“x＋
”的值越大，消耗O2越多，此题中消耗O2最多的是C9H20。
（2）若同为1g烃，消耗O2的多少取决于CxHy中“
”的大小，“
”的值越大，消耗O2越多，此题中消耗O2最多的是CH4。
12．已知某烷烃分子中电子数为42。
（1）该烷烃的分子式为_____________________________________________________。
（2）写出该烷烃分子的所有同分异构体的结构简式：
________________________________________________________________________。
（3）上述同分异构体中，在相同条件下沸点最低的是
________________________（写结构简式）。
答案
（1）C5H12
解析
（1）烷烃分子通式为CnH2n＋2，则其分子中电子数为6n＋（2n＋2）＝42，n＝5，烷烃分子式为C5H12。
（2）烷烃C5H12有三种同分异构体，其结构简式分别为CH3—CH2—CH2—CH2—CH3、
。
（3）烷烃分子中，碳原子数相同时，所带支链越多，其沸点越低，因此烷烃C5H12三种同分异构体中，
沸点最低。
13．观察下面几种烷烃的球棍模型：
（1）与C互为同系物的是________，与C互为同分异构体的是__________。
（2）在烷烃的同系物中，随碳原子数增加，其熔、沸点依次________（其中碳原子数满足________条件的烷烃常温下呈气态），液态时密度依次________。
答案
（1）AB D
（2）升高 小于或等于4 增大
解析 理解同系物、同分异构体的概念，会判断同系物、同分异构体。
了解随碳原子数增加，烷烃熔点、沸点、密度的递变规律。
14．相对分子质量为72的烷烃，其分子式是________。
若此有机物的一氯代物分子中有两个—CH3，两个—CH2—，一个
和一个—Cl，它们的可能结构分别是____________________、____________________、____________________、____________________。
答案 C5H12
[拓展探究]
15．已知某种气态化石燃料中含有碳和氢两种元素。
为了测定这种燃料中碳和氢两种元素的质量分数，可将气态燃料放入足量的氧气中燃烧，并使产生的气体全部通入如图所示的装置，得到如表所列的实验数据（U形管中干燥剂只吸收水蒸气且假设产生的气体完全被吸收）。
实验前
实验后
（干燥剂＋U形管）的质量
101.1g
102.9g
（石灰水＋广口瓶）的质量
312.0g
314.2g
根据实验数据求：
（1）实验完毕后，生成物中水的质量为________g。
假设广口瓶里生成一种正盐，其质量为________g。
（2）生成的水中氢元素的质量为________g。
（3）生成的CO2中碳元素的质量为________g。
（4）气态化石燃料中碳元素与氢元素的质量比为________。
答案
（1）1.8 5
（2）0.2 （3）0.6 （4）3∶1
解析
（1）生成水的质量为102.9g－101.1g＝1.8g，生成正盐即CaCO3的质量为
×100g·mol－1＝5g。
（2）生成的水中氢元素的质量为
×2g·mol－1＝0.2g。
（3）生成的CO2中碳元素的质量为
×12g·mol－1＝0.6g。
（4）碳元素与氢元素的质量比为0.6∶0.2＝3∶1。
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