資源簡介

1.3第1課時　烷烴及其性質(zhì)
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
1.了解烷烴的概念、通式及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
2.了解烷烴的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。
3.理解同系物、同分異構(gòu)體的概念,并會判斷及書寫簡單烷烴的同分異構(gòu)體。
【自主預(yù)習(xí)】
1.烷烴的結(jié)構(gòu)
(1)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
(2)分子通式
烷烴的分子通式為　　　　。
2.烷烴的物理性質(zhì)
物理性質(zhì) 變化規(guī)律
狀態(tài) 當(dāng)碳原子數(shù)小于或等于　　　　時,烷烴在常溫下為氣態(tài),當(dāng)碳原子數(shù)大于　　　　時,烷烴在常溫下為液態(tài)或固態(tài)(新戊烷在常溫下為氣態(tài))
溶解性 都難溶于水,易溶于　　　
沸點(diǎn) 隨分子中碳原子數(shù)的遞增,沸點(diǎn)逐漸　　　　;碳原子數(shù)相同的烴,支鏈越多,沸點(diǎn)越　　　　
密度 隨分子中碳原子數(shù)的遞增,相對密度逐漸　　　　;烷烴的密度　　　　水的密度
3.烷烴的化學(xué)性質(zhì)
取代反應(yīng)——特征反應(yīng)
烷烴可與純鹵素單質(zhì)在光照下發(fā)生取代反應(yīng)生成鹵代烴和鹵化氫,如乙烷與氯氣生成一氯乙烷和氯化氫反應(yīng)的化學(xué)方程式為　　　　　　　　　　　　　　。
此外,烷烴還能發(fā)生氧化反應(yīng)(燃燒)和分解反應(yīng)。
【答案】
1.(1)單鍵　氫原子　4　(2)CnH2n+2
2.4　4　有機(jī)溶劑　升高　低　增大　小于
3.CH3CH3+Cl2CH3CH2Cl+HCl
【效果檢測】
1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“×”)。
(1)C5H12的熔、沸點(diǎn)比C3H8的熔、沸點(diǎn)高。 (　　)
(2)常溫常壓下,C3H8呈氣態(tài),C6H14呈液態(tài)。 (　　)
(3)烷烴屬于飽和烴,也屬于鏈烴。 (　　)
(4)(CH3)2CHCH2CH3的名稱為正戊烷。 (　　)
(5)分子式符合CnH2n+2的烴都是烷烴。 (　　)
(6)甲烷和氯水在光照的條件下發(fā)生取代反應(yīng)。 (　　)
(7)CH3CH3和Cl2發(fā)生取代反應(yīng),有機(jī)產(chǎn)物只有CH3CH2Cl。 (　　)
(8)烷烴在一定條件下能與鹵素單質(zhì)反應(yīng)生成鹵代烴。 (　　)
　　【答案】(1)√　(2)√　(3)√　(4)×　(5)√　(6)× (7)×　(8)√
2.分子通式為CnH2n+2的烴一定為烷烴嗎 碳原子數(shù)不同的烷烴一定互為同系物嗎
　　【答案】分子通式為CnH2n+2的烴一定是烷烴;碳原子數(shù)不同的烷烴一定互為同系物。
3.烷烴分子在組成和結(jié)構(gòu)上有哪些相似點(diǎn)
　　【答案】①分子只由碳和氫兩種原子構(gòu)成,符合烷烴通式CnH2n+2;②碳原子均為sp3雜化,分子中只存在碳碳單鍵和碳?xì)滏I。
4.乙烷與Cl2光照反應(yīng)可以得到幾種氯代烴
【答案】一氯乙烷(1種)、二氯乙烷(2種)、三氯乙烷(2種)、四氯乙烷(2種)、五氯乙烷(1種)、六氯乙烷(1種),共9種。
【合作探究】
任務(wù)1　烷烴的結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)
情境導(dǎo)入　我國的可燃冰儲量極為豐富,青藏高原、東北地區(qū)、東海和南海海域都含有大量的可燃冰,據(jù)不完全測算,我國南?？扇急Y源量為800億噸油當(dāng)量,相當(dāng)于陸上石油、天然氣資源總量的二分之一。2017年5月18日上午10時許,在距離祖國大陸300多公里的我國南海北部神狐海域“藍(lán)鯨一號”海上鉆井平臺,我國進(jìn)行的首次可燃冰(又稱天然氣水合物)試采實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)氣,取得歷史性突破,可燃冰試采宣告成功。
問題生成
1.可燃冰的主要成分是什么 其主要成分具備怎樣的物理性質(zhì)
　　【答案】可燃冰指天然氣水合物,其主要成分是甲烷;純凈的甲烷是無色、無臭的氣體,難溶于水,密度比空氣小。
2.在物質(zhì)分類上,甲烷屬于哪類烴
　　【答案】甲烷是最簡單的飽和鏈烴,即烷烴。
3.和甲烷屬于同一類的烴都是氣態(tài)的嗎 它們互稱為什么
　　【答案】不是,烷烴的熔、沸點(diǎn)隨著碳原子數(shù)的增多而逐漸升高,存在狀態(tài)有氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài);烷烴互稱為同系物。
4.甲烷中碳原子的雜化方式是什么 其中含有的共價(jià)鍵類型是什么 由此你能否推斷烷烴中碳原子的雜化方式及共價(jià)鍵類型
　　【答案】sp3雜化;σ鍵;烷烴中碳原子均為sp3雜化,共價(jià)鍵類型均為σ鍵。
5.隨著碳原子數(shù)的增加,烷烴的熔、沸點(diǎn)有何變化規(guī)律 常溫下呈氣態(tài)的烷烴有哪些
　　【答案】烷烴的熔、沸點(diǎn)隨碳原子數(shù)的增加而升高;常溫下甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、新戊烷呈氣態(tài)。
【核心歸納】
1.烷烴的結(jié)構(gòu)
(1)烷烴為開鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu),即分子結(jié)構(gòu)中首尾不相連,未形成環(huán)狀,但可以有支鏈。形成環(huán)狀的烷烴稱為環(huán)烷烴。
(2)烷烴分子的“飽和性”,即每個碳原子只與其他原子以4個單鍵相結(jié)合,這種結(jié)合方式使其性質(zhì)比較穩(wěn)定,其中的碳原子均為sp3雜化。
(3)鏈狀烷烴的通式為CnH2n+2(n≥1,正整數(shù))。相鄰?fù)闊N在分子組成上相差一個CH2原子團(tuán)。
2.烷烴的物理性質(zhì)
狀態(tài) 熔、沸點(diǎn) 密度 溶解性
隨著碳原子數(shù)的增加,常溫下,狀態(tài)由氣態(tài)→液態(tài)→固態(tài),C1~C4為氣態(tài),C5~C16為液態(tài),C17以上為固態(tài) 隨著碳原子數(shù)的增加而逐漸升高 隨著碳原子數(shù)的增加而逐漸增大(均小于1 g·cm-3) 難溶于水,易溶于有機(jī)溶劑
注意:一般情況下,烷烴的同分異構(gòu)體中,支鏈越多其沸點(diǎn)越低,如沸點(diǎn):正戊烷>異戊烷>新戊烷。
【典型例題】
【例1】現(xiàn)有下列物質(zhì):①正丁烷;②2-甲基丙烷;③正戊烷;④2-甲基丁烷;⑤2,2-二甲基丙烷。以上各物質(zhì)沸點(diǎn)的排列順序正確的是(　　)。
A.①>②>③>④>⑤　　　B.⑤>④>③>②>①
C.③>④>⑤>①>② D.②>①>⑤>④>③
　　【答案】C
【解析】考查烷烴同系物沸點(diǎn)的遞變規(guī)律。①碳原子數(shù)越多,沸點(diǎn)越高;②碳原子數(shù)相同的烷烴,支鏈越多,沸點(diǎn)越低。
【例2】已知異丙苯的結(jié)構(gòu)簡式如圖所示,下列說法錯誤的是(　　)。
A.異丙苯的分子式為C9H12
B.異丙苯中碳原子可能都處于同一平面
C.異丙苯的沸點(diǎn)比苯的高
D.異丙苯和苯互為同系物
　　【答案】B
【解析】A項(xiàng),根據(jù)有機(jī)物中碳原子的特點(diǎn),分子式為C9H12,正確;B項(xiàng),苯環(huán)是平面結(jié)構(gòu),異丙基中的碳原子形成四個單鍵,所有碳原子不可能在一個平面,錯誤;C項(xiàng),碳原子數(shù)越多,熔沸點(diǎn)越高,故異丙苯的沸點(diǎn)比苯的高,正確;D項(xiàng),異丙苯和苯結(jié)構(gòu)相似,在分子組成上相差3個CH2原子團(tuán),與苯互為同系物,正確。
任務(wù)2　烷烴的化學(xué)性質(zhì)
【核心歸納】
烷烴的化學(xué)性質(zhì)
【典型例題】
【例3】下列有關(guān)甲烷的取代反應(yīng)的敘述中正確的是(　　)。
A.甲烷與氯氣的物質(zhì)的量之比為1∶1時,混合發(fā)生取代反應(yīng)只生成CH3Cl
B.甲烷與氯氣發(fā)生取代反應(yīng),生成的產(chǎn)物中CH3Cl的量最多
C.甲烷與氯氣發(fā)生取代反應(yīng),生成的產(chǎn)物為混合物
D.1 mol CH4完全生成CCl4,最多消耗2 mol Cl2
　　【答案】C
【解析】甲烷與氯氣一旦發(fā)生取代反應(yīng)就不會停止在某一步,故得不到純凈的CH3Cl,A項(xiàng)錯誤,C項(xiàng)正確;甲烷與氯氣的反應(yīng)中每取代1 mol氫原子,消耗1 mol氯氣,生成1 mol HCl,故產(chǎn)物中HCl的量最多,B項(xiàng)錯誤;1 mol CH4完全生成CCl4,最多消耗4 mol Cl2,D項(xiàng)錯誤。
【靈犀一點(diǎn)】
烷烴與鹵素單質(zhì)(X2)的取代反應(yīng)
反應(yīng)條件 光照(放在光亮處,日光直射會發(fā)生爆炸)
反應(yīng)物 純凈的鹵素單質(zhì)(烷烴與鹵素單質(zhì)的水溶液不反應(yīng))
化學(xué)鍵 變化 斷鍵:C—H鍵和X—X鍵 成鍵:C—X鍵和H—X鍵
取代特點(diǎn) 烷烴分子中的氫原子被鹵素原子逐步取代,且往往是各步反應(yīng)同時發(fā)生
產(chǎn)物 特點(diǎn) 種類 多種鹵代烷烴的混合物,HX(物質(zhì)的量最多)
產(chǎn)物 的量 ①根據(jù)碳元素守恒,烷烴的物質(zhì)的量等于所有鹵代烷烴的物質(zhì)的量之和 ②根據(jù)取代的特點(diǎn),有機(jī)物中氯元素的物質(zhì)的量等于HX的物質(zhì)的量等于氯氣的物質(zhì)的量,即n(X2)=n(一鹵代物)+2n(二鹵代物)+3n(三鹵代物)+……=n(HX)
【例4】在1.01×105 Pa、120 ℃時,1體積某氣態(tài)烴和4體積氧氣混合,完全燃燒后恢復(fù)到原來的溫度和壓強(qiáng),氣體體積不變,則1個該烴分子中碳原子數(shù)不可能是(　　)。
A.1　　　　B.2　　　　C.3　　　　D.4
　　【答案】D
【解析】假設(shè)該烴的分子式為CxHy,其完全燃燒的化學(xué)方程式:CxHy+O2xCO2+H2O(g),因?yàn)榉磻?yīng)前后體積不變,則有x+=1+x+,得y=4,所以1個該烴分子中有4個氫原子;又因?yàn)樵摕N完全燃燒,所以有x+≤4,將y=4代入得碳原子數(shù)x≤3。
【靈犀一點(diǎn)】
1.烴的燃燒規(guī)律
(1)烴的燃燒通式
CxHy+O2xCO2+H2O。
(2)烴燃燒的三個規(guī)律
①等質(zhì)量的烴完全燃燒
②等物質(zhì)的量的烴完全燃燒
a.烴分子中的數(shù)值越大,則耗氧量越大。
b.烴分子中x的數(shù)值越大,完全燃燒生成的CO2的物質(zhì)的量越多。
c.烴分子中y的數(shù)值越大,完全燃燒生成的H2O的物質(zhì)的量越多。
③最簡式相同的烴燃燒
a.最簡式相同的烴,C、H元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別相同。
b.等質(zhì)量的最簡式相同的烴完全燃燒時,耗氧量相同,生成的CO2、H2O的質(zhì)量分別相同。
2.燃燒規(guī)律的應(yīng)用
(1)若反應(yīng)前后溫度保持在100 ℃以上,則烴(x≤4)完全燃燒前后氣體的體積變化為:
CxHy+O2xCO2+H2O　ΔV
1 x+ x -1
故反應(yīng)前后氣體體積的變化ΔV僅與氫原子數(shù)y有關(guān)。
(2)若反應(yīng)前后溫度低于100 ℃,此時氣體體積一定是減少的,減少的氣體體積為ΔV=1+,也與氫原子數(shù)有關(guān)。
【隨堂檢測】
1.北京奧運(yùn)會“祥云”火炬所用燃料的主要成分是丙烷,下列有關(guān)丙烷的敘述錯誤的是(　　)。
A.丙烷沸點(diǎn)高于甲烷
B.丙烷和氯氣發(fā)生加成反應(yīng)
C.丙烷在常溫下為氣體
D.丙烷和辛烷互為同系物
　　【答案】B
【解析】烷烴的沸點(diǎn)隨著碳原子數(shù)增多而依次增大,則丙烷沸點(diǎn)高于甲烷,A項(xiàng)正確;光照條件下,丙烷和氯氣發(fā)生取代反應(yīng)生成氯代丙烷和氯化氫,B項(xiàng)錯誤;碳原子個數(shù)小于4的烴,常溫下都是氣態(tài),則丙烷在常溫下為氣體,C項(xiàng)正確;丙烷和辛烷都是結(jié)構(gòu)相似的烷烴,互為同系物,D項(xiàng)正確。
2.下列說法中正確的是(　　)。
A.分子式為C7H16的烷烴,含有3個甲基的同分異構(gòu)體有2種　
B.烷烴的通式為CnH2n+2,隨n值增大,碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸減小
C.含多個碳原子的烷烴分子中的碳原子排列呈鋸齒狀
D.異戊烷與2-甲基丁烷互為同系物
　　【答案】C
【解析】分子式為C7H16的烷烴,含有3個甲基的同分異構(gòu)體有3種,A項(xiàng)錯誤;烷烴的通式為CnH2n+2,碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為×100%=×100%,則隨n值增大,碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸增大,B項(xiàng)錯誤;異戊烷與2-甲基丁烷為同一種物質(zhì),D項(xiàng)錯誤。
3.在光照條件下,將1 mol CH4與Cl2反應(yīng),得到等物質(zhì)的量的4種取代產(chǎn)物,則消耗Cl2的物質(zhì)的量為(　　)。
A.1 mol　　　　　　　B.2 mol
C.2.5 mol D.10 mol
　　【答案】C
【解析】在光照條件下,CH4與Cl2反應(yīng)的化學(xué)方程式為CH4+Cl2CH3Cl+HCl,CH4+2Cl2CH2Cl2+2HCl,CH4+3Cl2CHCl3+3HCl,CH4+4Cl2CCl4+4HCl。1 mol CH4生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各為0.25 mol,則消耗Cl2的物質(zhì)的量為0.25 mol+0.25 mol×2+0.25 mol×3+0.25 mol×4=2.5 mol,C項(xiàng)正確。
4.現(xiàn)有①CH4、②C2H4、③C2H2、④C2H6、⑤C3H8五種有機(jī)物。
(1)等質(zhì)量的上述烴中,完全燃燒消耗氧氣最多的是　　　(填序號,下同)。
(2)等物質(zhì)的量的上述烴中,完全燃燒消耗氧氣最多的是　　　　。
(3)等質(zhì)量的上述烴中,完全燃燒時生成CO2最多的是　　　　,生成H2O最多的是　　　　。
(4)在1個大氣壓120 ℃的條件下,1體積以上氣態(tài)烴與4體積氧氣混合,完全燃燒后,恢復(fù)到原來的溫度和壓強(qiáng),若氣體的體積不變,該烴是　　　　。
　　【答案】(1)①　(2)⑤　(3)③　①　(4)①②
【解析】(1)判斷等質(zhì)量的不同烴燃燒時的耗氧量,可先簡化其分子式為CHx,x越大,氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)就越大,耗氧量就越多。①為CH4,②為CH2,③為CH,④為CH3,⑤為CH8/3,故符合條件的為①CH4。
(2)氣態(tài)烴完全燃燒的通式為CxHy+O2xCO2+H2O,等物質(zhì)的量的CxHy,x+越大,則完全燃燒耗氧量越多。符合條件的為⑤C3H8。
(3)質(zhì)量相同的烴,碳(或氫)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大,完全燃燒生成的CO2(或H2O)越多。符合條件的分別是③C2H2、①CH4。
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