课件55张PPT。第三章 有机化合物
第一节 最简单的有机化合物——甲烷
第1课时 甲烷的性质1.了解有机化合物的概念。
2.掌握甲烷的分子结构,了解甲烷的物理性质及存在、用途。
3.掌握甲烷的化学性质,认识取代反应的特点。一、有机化合物碳元素氢、氧碳和氢二、甲烷
1.存在和用途:
(1)存在:是_______、_____、油田气和煤矿坑道气的主要成
分。
(2)用途:是一种高效、低耗、污染小的清洁能源①,还是一种
重要的化工原料。天然气沼气2.分子结构:
(1)组成和结构:CH4(2)空间结构:甲烷分子具有_________结构: _______为中心,_______为顶点, 其中4个C—H键的长度和 强度_____,夹角_____。正四面体碳原子氢原子相同相等3.物理性质:无色气体无味比空气小极难溶于水4.化学性质:通常状况下,甲烷比较稳定,与_________等强氧化
剂不反应,与强酸、强碱也不反应。
(1)氧化反应(燃烧):
①现象:甲烷在空气中完全燃烧,火焰呈_______。
②化学方程式:______________________。高锰酸钾淡蓝色(2)取代反应:
①甲烷与氯气反应的实验探究变浅油状液滴少量白雾上升有固体析出无明显现象不溶气体②取代反应
有机物分子里的某些_____________被其他_____________所替
代的反应。原子或原子团原子或原子团【思考辨析】
1.判断正误:
(1)CH4、CH3Cl、CH2Cl2等都是烃。( )
分析:烃是由碳和氢两种元素形成的化合物,CH4是最简单的
烃,CH3Cl、CH2Cl2不是烃。
(2)在点燃甲烷气体之前必须检验其纯度。( )
分析:甲烷是可燃性气体,为防止爆炸,点燃之前应检验其纯
度。×√(3)CH4的结构式是 ,所以甲烷是平面结构。( )
分析:结构式不表示分子的空间构型,实际上,甲烷分子是正四
面体结构。
(4)甲烷和氯气的反应是置换反应。( )
分析:该反应是取代反应,其特点是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。××2.问题思考:
(1)CO和H2CO3都是含碳化合物,二者都是有机物吗?
分析:不是,含有碳元素的化合物是有机物,但CO、CO2、H2CO3及碳酸盐等,其结构、性质与无机物相似,因此属于无机物。
(2)能用甲烷与氯气反应来制取纯净的CH3Cl吗?
分析:不能,甲烷与氯气的取代反应是连锁反应,反应生成的是多种产物的混合物,得不到纯净的CH3Cl。【知识链接】
①天然气作为能源的优点
天然气是一种优良的气体燃料,通常状况下,1 mol甲烷在空气中完全燃烧生成二氧化碳和水,放出890 kJ的热量,目前全世界20%的能源需求由天然气提供。天然气燃烧时仅排放少量的二氧化碳和极微量的一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物,是一种清洁的能源。
②饱和食盐水的目的
氯气在饱和食盐水中的溶解度很小,便于收集氯气;反应生成氯化氢溶于水使氯离子浓度增大,故水槽中有氯化钠结晶析出。一、有机化合物的组成和结构的表示方法【知识备选】结构简式的具体写法
把结构式中表示价键的小短线去掉,把碳原子连接的氢原子与
碳原子合并为碳氢原子团,如C2H6的结构式是 ,其
结构简式是CH3CH3。【学而后思】
(1)CH4是正四面体结构,CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4也都是正
四面体结构吗?
提示:CH4是正四面体结构,碳原子处于正四面体的中心,四个氢
原子处于正四面体的四个顶点上。根据甲烷是正四面体结构推
理,有机物分子中碳原子以4个单键与其他原子或原子团相结合,
如 ,若a、b、c、d相同,则构成正四面体结构,如
CCl4;若a、b、c、d不相同,则构成四面体,但不是正四面体,如
CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3。(2)如果甲烷是平面结构,则CH2Cl2有几种结构?实际上有几种
结构?
提示:如果甲烷是平面结构,则CH2Cl2有2种结构,分是 、
,实际为空间四面体结构,所以二氯甲烷只有一种结
构。二、甲烷与氯气的取代反应
1.反应物:甲烷与氯气反应,与氯水不发生反应。
2.反应条件:光照,黑暗处不发生反应。
3.生成物:甲烷与氯气生成四种有机产物:CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和无机物HCl,其中HCl的产量最多。
4.反应特点:
(1)连锁反应:甲烷中的氢原子被氯原子逐步取代,各步反应同时进行,即第一步反应一旦开始,后续反应立即进行;
(2)数量关系:每取代1 mol氢原子,消耗1 mol Cl2,生成1 mol HCl。【知识备选】取代反应与置换反应的比较【学而后思】
(1)甲烷与溴水能发生反应吗?与溴蒸气呢?
提示:甲烷除了能与氯气在光照时反应外,与其他的卤素单质的气体也能发生反应,但必须是纯卤素如溴蒸气,与溴水不反应。
(2)假设1 mol甲烷中的氢原子完全被取代,最多能与多少氯气反应?
提示:发生取代反应时1 mol氯气只能取代1 mol氢原子,1 mol甲烷中的氢原子完全被取代,最多能与4 mol氯气反应。类型 一 甲烷的分子结构?
【典例】(2013·信阳高一检测)下列关于甲烷的说法不正确的
是( )
A.甲烷分子具有正四面体结构
B.甲烷分子中的四个C—H键是完全相同的
C.甲烷分子是平面正方形结构
D.甲烷分子的结构式是【解题指南】解答该题要注意以下3点:
(1)甲烷分子具有正四面体结构,不是平面正方形;
(2)甲烷分子中的四个C—H键是完全相同的;
(3)结构式表示分子中原子的结合或排列顺序,不表示空间构型。
【解析】选C。甲烷分子具有空间正四面体结构而非平面正方形结构。【名师点评】讲解本题时要注意以下3点:
(1)用结构式能表示物质的组成和结构,但是不能表示空间结构;
(2)甲烷分子中的四个C—H键长度和强度相同,夹角相等;
(3)由甲烷的典型结构能培养学生对分子的空间结构的想象能力。【方法规律】有机物分子中紧邻碳原子的四个原子的空间构型
有机物分子中,碳原子以四个单键与其他原子或原子团结合,则紧邻该碳原子的四个原子形成的空间结构就是四面体结构,即这四个原子一定不共平面,若这四个原子相同,则紧邻该碳原子的四个原子构成正四面体结构。【变式训练】下列叙述中正确的是( )
A.甲烷分子中碳、氢原子间是离子键
B.甲烷分子的空间结构是正方体
C.甲烷的结构式为CH4
D.甲烷的取代产物CCl4分子中4个碳氯键完全相同【解析】选D。非金属元素之间形成共价键,甲烷分子中碳、氢
原子间是共价键,A错误;甲烷分子的空间结构是正四面体,而不
是正方体,B错误;甲烷的结构式为 ,CH4为其分子式,
C错误;CCl4分子同CH4结构相似,4个碳氯键完全相同,D正确。【变式备选】(2013·琼海高一检测)下列各图均能表示甲烷的分子结构,哪一种更能反映其真实存在状况( )【解析】选D。这几种形式都可表示甲烷这种物质,其中分子结构示意图、球棍模型及比例模型均能反映甲烷分子的空间构型,但其中比例模型更能形象地表达出H、C的位置及所占比例。电子式只反映原子的最外层电子的成键情况,故答案为D。类型 二 甲烷的性质?
【典例】下列有关甲烷的取代反应的叙述正确的是( )
A.甲烷与氯气的物质的量之比为1∶1,混合发生取代反应只生成CH3Cl
B.甲烷与氯气的取代反应,生成的产物中CH3Cl最多
C.甲烷与氯气的取代反应生成的产物为混合物
D.1 mol甲烷生成CCl4最多消耗2 mol氯气【解题指南】解答本题时要注意以下两点:
(1)甲烷与氯气的反应中每取代1 mol氢原子,消耗1 mol氯气,生成1 mol HCl。
(2)甲烷与氯气分步取代,各步同时进行,四种有机物都会存在。【解析】选C。甲烷与氯气一旦发生取代反应就不会停止在某一步,四种有机物都会产生,故得不到纯净的CH3Cl,A错误,C正确;甲烷与氯气的反应中每取代1 mol氢原子,消耗1 mol氯气,生成1 mol HCl,故产物中HCl最多,B错误;1 mol甲烷生成CCl4最多消耗4 mol氯气,D错误。【误区警示】
(1)甲烷的卤代反应的产物是混合物。
(2)甲烷等有机物与氯气发生取代反应时,取代的位置和个数是难以控制的,因此制备卤代烃一般不采用取代反应。【变式训练】(2013·临海高一检测)光照对下列反应几乎无影响的是( )
A.H2与Cl2 B.CH4与Cl2
C.CH4与O2 D.次氯酸分解【解析】选C。A项,H2+Cl2 2HCl,A有影响;B项,CH4与Cl2
在光照时发生取代反应,B有影响;CH4与O2在点燃时才发生反应,
光照条件下不反应,C符合题意;D项,2HClO 2HCl+O2↑,D
有影响。【变式备选】下列关于甲烷的说法正确的是( )
A.实验室可以用排水法收集甲烷
B.只有纯净甲烷在空气中安静燃烧
C.甲烷与溴水发生取代反应
D.甲烷在空气中燃烧只生成二氧化碳和水
【解析】选A。甲烷难溶于水,可以用排水法收集,A项正确;甲烷与空气的混合物中甲烷的体积分数只要在爆炸极限之外,甲烷就能安静燃烧,B项错误;甲烷与卤素单质发生取代反应的条件是光照,甲烷不能与溴水反应,C项错误;在氧气不足条件下,甲烷燃烧会生成一氧化碳和水,D项错误。1.近年来,一些大城市的部分公交车改用天然气作为燃料,这样做的主要目的是( )
A.加大发动机动力
B.降低成本
C.减少对空气的污染
D.减少二氧化碳的排放量
【解析】选C。天然气的主要成分为甲烷,燃烧比较充分,可以减少对空气的污染。2.(双选)下列说法中正确的是( )
A.由碳、氢、氧三元素组成的化合物一定是有机物
B.烃是仅含有碳元素和氢元素的化合物
C.大多数有机物熔、沸点较低
D.有机物都易燃烧
【解析】选B、C。由碳、氢、氧三元素组成的化合物不一定是有机物,如碳酸是无机物;仅含有碳元素和氢元素的有机物叫烃;多数有机物熔、沸点较低;有机物不一定易燃,如四氯化碳。3.若甲烷与氯气以物质的量之比1∶3混合,在光照下得到的产
物:①CH3Cl,②CH2Cl2,③CHCl3,④CCl4,⑤HCl,其中正确的是
( )
A.只有①⑤ B.只有③⑤
C.①②③⑤的混合物 D.①②③④⑤的混合物
【解析】选D。甲烷和氯气在光照下,会发生四步取代反应,而
反应进行到哪一步不是由反应物甲烷和氯气的物质的量之比来
决定的,在光照下得到产物一定是混合物且其中HCl的量最多。4.(2013·青岛高一检测)将一定量的甲烷完全燃烧,使所生成
的气体依次通过装有足量无水氯化钙和氢氧化钠的玻璃管,盛
有氢氧化钠的玻璃管质量增加了1.1 g,则甲烷在标准状况下的
体积为( )
A.2.24 L B.1.12 L
C.0.56 L D.0.28 L
【解析】选C。氢氧化钠吸收CO2的物质的量为n(CO2)=
由甲烷燃烧前后碳原子守恒知CH4的物质
的量为0.025 mol,所以V(CH4)=0.025 mol×22.4 L·mol-1=
0.56 L。5.(1)某气态烃在标准状况下的体积为2.8 L,其质量为2 g,该烃中氢元素的质量分数为25%,则该烃的分子式为 ,电子式为 ,结构式为 ,其空间构型为 。
(2)如图立方体中心的“”表示甲烷分子中的碳原子,请在立方体的顶点用“”表示出与之紧邻的4个氢原子的位置。【解析】(1)该烃的物质的量为n=2.8 L/22.4 L·mol-1=
0.125 mol,该烃的摩尔质量为M=2 g/0.125 mol=
16 g·mol-1;1 mol该烃中含氢原子的物质的量为n(H)=
16 g×25%/1 g·mol-1=4 mol;1 mol该烃中含碳原子的物质的量为n(C)=16 g×(1-25%)/12 g·mol-1=1 mol,所以分子式为CH4。
(2)CH4分子是以碳原子为中心的正四面体结构,在立方体中互不相邻的四个顶点即构成正四面体结构。答案:(1)CH4 正四面体结构
(2) 或甲烷与氯气发生取代反应的实验探究
三个装有CH4和Cl2混合气体的集气瓶,用玻璃片盖好瓶口后,分别作如下处理:①置于黑暗中;②将点燃的镁条靠近集气瓶外壁;③放在有光线的房子里。
(1)请根据有关知识判断①、②、③中分别产生怎样的现象。
提示:对于有机反应,反应条件非常重要,通过控制反应条件,可使CH4和Cl2的取代反应发生的现象不同:
①无明显现象;②爆炸;③黄绿色逐渐变浅,有油状液滴生成。(2)CH4和Cl2发生的一系列反应属于什么反应类型?请写出CH4和
Cl2反应生成一氯甲烷的化学方程式。
提示:CH4和Cl2发生取代反应,生成一氯甲烷的化学方程式是
CH4+Cl2 CH3Cl+HCl。(3)若要使0.5 mol CH4完全和Cl2发生取代反应,并生成相同物质的量的4种取代产物,请计算需要Cl2的物质的量。
提示:0.5 mol CH4生成等物质的量的4种取代产物,即
0.125 mol CH3Cl、0.125 mol CH2Cl2、0.125 mol CHCl3、0.125 mol CCl4,则所需n(Cl2)=0.125 mol×1+0.125 mol ×2+0.125 mol×3+0.125 mol×4=1.25 mol。(4)若事先在集气瓶中盛有少量饱和食盐水,则③中会观察到怎样的现象?
提示:因为甲烷与氯气在光照时反应会生成氯化氢,溶于水使溶液中氯离子浓度增大,因此会有白色晶体析出。(5)若将氯气换为溴蒸气,③中又会观察到怎样的现象?
提示:甲烷和溴蒸气在光照时也会发生取代反应,故瓶中红棕色逐渐变浅,同时瓶壁上有油状液体出现。课件59张PPT。第2课时 烷 烃1.了解烷烃的概念、通式及结构特点。
2.了解烷烃的物理性质和化学性质。
3.理解同系物、同分异构体的概念,并会判断及书写简单烷烃的同分异构体。一、烷烃
1.分子结构特点:
(1)单键①:碳原子间以_________结合成链状;
(2)饱和:碳原子剩余价键全部跟_______结合。
2.通式:____________碳碳单键氢原子CnH2n+2(n≥1)3.物理性质:
(1)递变规律(随碳原子数n递增):
(2)相似性:烷烃均_______水,相对密度均小于1。气态升高增大难溶于4.化学性质(与CH4相似):强酸酸性高锰酸钾5.习惯命名法:
(1)表示:甲乙丙丁戊己庚辛壬癸(2)碳原子数n相同,结构不同时,用正、异、新表示。
(3)举例:C6H14命名为_____,C18H38命名为_______;C4H10的两种
分子的命名:
无支链时:CH3CH2CH2CH3命名为_______;
有支链时: 命名为_______。己烷十八烷正丁烷异丁烷二、同系物和同分异构体结构【思考辨析】
1.判断正误:
(1)烷烃的分子通式是CnH2n+2(n≥1),但符合通式CnH2n+2的烃不
一定是烷烃。( )
分析:烷烃中每个碳原子都形成4个单键,氢原子个数达到最大
饱和,所以只有烷烃符合通式CnH2n+2。
(2)烷烃的特征性质是能与卤素单质发生取代反应。( )
分析:烷烃的结构相似,具有相似的化学性质,如都能与卤素单
质发生取代反应,也是烷烃的特征反应。×√(3)正丁烷和异丁烷互为同系物且前者的沸点低。( )
分析:正丁烷和异丁烷互为同分异构体,后者含有支链,沸点
低。
(4)同分异构现象的广泛存在是造成有机物种类繁多的重要原
因之一。( )
分析:化合物具有相同的分子式不同结构的现象是同分异构现
象,是造成有机物种类繁多的重要原因之一。×√2.问题思考:
(1)多碳原子烷烃(如CH3CH2CH2CH2CH3)分子中,碳原子是直线形吗?
分析:烷烃分子中的碳原子以单键与其他原子相连,因此与之成键的四个原子构成四面体结构。碳原子一定不在同一直线上,直链烷烃中碳原子的排列呈锯齿状。(2)CH2＝CH2(乙烯)和 (环丙烷)符合同一通式且分子
组成上相差一个CH2,二者互为同系物吗?
分析:不是,互为同系物的前提是结构相似,乙烯和环丙烷的结
构不相似。【知识链接】
①碳碳单键
两个碳原子之间只形成一对共用电子对的是碳碳单键,在烷烃分子中碳原子间全部是碳碳单键,碳碳单键可以旋转,但碳碳单键很稳定,故烷烃性质不活泼。
②通常状况下烃分子的状态
随着碳原子数的增多,烃分子的熔、沸点逐渐升高。通常状况下,碳原子数在4以内的烃分子是气态,但新戊烷分子中支链较多使其沸点较低,通常状况下也是气态。一、同系物的判断方法
1.判断标准——“同类不同碳”:2.组成特点:
(1)同系物必须结构相似,即组成元素相同,官能团种类、个数与连接方式相同;
(2)分子组成通式相同;
(3)同系物相对分子质量相差14或14的整数倍。3.判断规律:
(1)一差:分子组成差一个或若干个CH2;
(2)二同:同通式,同结构;
(3)三注意:
①必为同一类物质;
②结构相似(有相似的原子连接方式或相同的官能团种类和数目);
③同系物的化学性质相似但不完全相同,如烷烃均能发生取代反应,均能燃烧但燃烧的现象不完全相同。【学而后思】
(1)CH4、CH3CH3、CH3CH2CH3、CH3CH2CH2CH3互为同系物吗?它们在通常状况下是什么状态?
提示:它们是碳原子数不同的烷烃,互为同系物,在通常状况下均是气体。
(2)互为同系物的两种化合物的最简式一定相同吗?
提示:不一定。CH4与CH3CH3互为同系物,但CH3CH3的最简式为CH3。二、同分异构体的判断及书写
1.同分异构体的判断标准——“一同一异”:
(1)判断标准的“一同”,即分子式相同。可理解如下:
①分子式相同一定具有相同的组成元素,反之,不一定成立。如CH4、C3H8组成元素均为C、H,显然二者不是同分异构体。
②分子式相同一定具有相同的相对分子质量,反之,不一定成立。如C2H4、N2的相对分子质量均为28,但二者不是同分异构体。
③分子式相同各元素的质量分数一定分别相同,反之,不一定成立。如C2H4、C3H6分子中C、H的质量分数均分别相同,但二者不是同分异构体。(2)判断标准的“一异”,即结构不同。可理解如下:
①原子或原子团的连接顺序不同;
②原子的空间排列不同。2.烷烃同分异构体的书写——减碳链法:
(1)遵循的原则:主链由长到短,支链由整到散;位置由心到边,排列对邻到间。
(2)书写的步骤:
①先写出碳原子数最多的主链。
②写出少一个碳原子的主链,另一个碳原子作为甲基接在主链某碳原子上。
③写出少两个碳原子的主链,另两个碳原子作为乙基或两个甲基接在主链碳原子上,以此类推。(3)实例(以C6H14为例):
①将分子中全部碳原子连成直链作为母链
C—C—C—C—C—C
②从母链一端取下一个碳原子作为支链(即甲基),依次连在主
链中心对称线一侧的各个碳原子上,此时碳骨架有两种:
注意:不能连在①位和⑤位上,否则会使碳链变长,②位和④位
等效,只能用一个,否则重复。③从母链上取下两个碳原子作为一个支链(即乙基)或两个支链
(即2个甲基)依次连在主链中心对称线一侧的各个碳原子上,此
时碳骨架结构有两种:
②位或③位上不能连乙基,否则会使主链上有5个碳原子,使主
链变长。所以C6H14共有5种同分异构体。【知识备选】烃的同分异构体数目的确定方法——“等效氢法”
烃的一取代物数目的确定,实质上是看处于不同位置的氢原子
数目,可用“等效氢法”判断。“等效氢”的三条原则是:
(1)分子中同一个碳原子上连接的氢原子等效。如CH4分子中的
4个氢原子是等效的。
(2)同一个碳原子上所连接的甲基上的氢原子等效。如新戊烷
,其四个甲基等效,各甲基上的氢原子完全等效,
也就是说新戊烷分子中的12个氢原子是等效的。(3)分子中处于镜面对称位置(相当于平面镜成像时,物与像的
关系)上的氢原子是等效的。如 分子中的18个
氢原子是等效的。【学而后思】
(1)CH3CH＝CH2与 互为同分异构体吗?同分异构体的化
学性质一定相同吗?
提示:二者分子式相同,碳原子与碳原子间的连接方式不同,结
构不同,是同分异构体;同分异构体可能是不同类的物质,如题
干所述两种物质,它们的化学性质不同。(2)丁烷有几种同分异构体?其一氯代物有几种?
提示:丁烷有两种同分异构体,它们分别是正丁烷和异丁烷。其
一氯代物共有四种,它们分别是CH3CH2CH2CH2Cl、CH3CH2CHClCH3、
(CH3)2CHCH2Cl、(CH3)2CClCH3。类型 一 烷烃的性质?
【典例】(2013·济南高一检测)下列分析中正确的是( )
A.含有碳元素的化合物不一定是烃
B.正丁烷分子中四个碳原子可能在同一直线上
C.常温常压下 是气态
D.烷烃在任何情况下均不与强酸、强碱、氧化剂反应【解题指南】解答本题要注意以下两点:
(1)正丁烷中的每个碳原子都是四面体结构;
(2)常温下碳原子数小于或等于4的烷烃呈气态,随碳原子数增加,沸点升高。【解析】选A。烃是只含碳、氢两种元素的化合物,含有碳元素
的化合物不一定是烃,如CO2、CO等;正丁烷分子呈锯齿形,四个
碳原子不可能在同一直线上;常温常压下烷烃
是液态;烷烃一般不与强酸、强碱反应,但可与氧化剂如氧气等
反应。【名师点评】讲解本题时要注意以下3点:
(1)先复习甲烷的结构和性质;
(2)将甲烷的知识迁移至烷烃性质;
(3)了解烷烃同分异构体的性质递变规律。【误区警示】烷烃性质及结构的认识误区
(1)烷烃不能与酸性高锰酸钾反应,从而误认为烷烃不能与氧化剂反应。
(2)易错把烷烃看作平面结构,实际烷烃中碳原子与碳原子之间、碳原子与氢原子之间都以单键相连,含两个碳原子以上的烷烃中的碳原子不在一条直线上,每个碳原子最多和与它相连的两个原子在同一平面上。【变式训练】下列性质中,属于烷烃特征的是( )
A.完全燃烧只生成二氧化碳和水
B.它们不溶于水
C.分子的通式为CnH2n+2,与氯气发生取代反应
D.它们密度都较小
【解析】选C。分子通式为CnH2n+2,与Cl2发生取代反应是烷烃的特征,而其他类别的烃燃烧时也产生二氧化碳和水,且密度较小,难溶于水,故A、B、D错误,选C。【变式备选】下列关于烷烃的叙述中不正确的是( )
A.分子式符合CnH2n+2的烃一定是烷烃
B.烷烃均能与氯水发生取代反应
C.正戊烷的熔、沸点比异戊烷的高
D.烷烃不能被高锰酸钾酸性溶液等强氧化剂氧化
【解析】选B。分子式符合CnH2n+2的烃中碳原子均已饱和,A正确;烷烃的化学性质与甲烷相似,其取代反应必须与纯净卤素单质反应,B错误;结合烷烃物理性质的递变性可知C正确;烷烃均不能使高锰酸钾酸性溶液褪色,D正确。类型 二 同分异构体和同系物的理解与判断?
【典例】下列说法中正确的是( )
A.同系物不一定属于同类物质
B.化学性质相似的有机化合物一定是同系物
C.相对分子质量相同的几种化合物一定是同分异构体
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,一定互为同分异构体【解题指南】解答该题要注意以下3点:
(1)同系物的结构相似碳原子数不同;
(2)同分异构体的分子式相同分子结构不同;
(3)分子式相同则组成元素及相对分子质量相同。【解析】选D。同系物的结构相似,一定属于同类物质,A错误;化学性质相似的有机化合物有可能是同系物也有可能是同分异构体,B错误;相对分子质量相同的物质分子式可能不同,不一定是同分异构体,如CO与N2,C错误;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,一定互为同分异构体,D正确。【方法规律】同分异构体和同系物的判断【变式训练】下列叙述正确的是( )
A.分子式相同、各元素质量分数也相同的物质是同种物质
B.通式相同的不同物质一定属于同系物
C.分子式相同的不同物质一定是同分异构体
D.乙烷与丙烷互为同分异构体
【解析】选C。分子式相同的物质,各元素质量分数必定相同,但结构不一定相同,所以不一定是同种物质;通式相同的不同物质不一定是同系物,也可能是同分异构体或是其他关系;乙烷与丙烷互为同系物。【变式备选】下列数据是有机物的相对分子质量,可能互为同系物的一组是( )
A.16,28,58,72 B.16,30,44,58
C.16,28,40,52 D.16,32,48,54
【解析】选B。同系物相差n个CH2原子团,相对分子质量相差14n,只有B组的数据相差14n。类型 三 同分异构体的判断与书写?
【典例】(2013·西安高一检测)在下列结构的有机化合物中:
①CH3—CH2—CH2—CH2—CH3
②CH3—CH2—CH2—CH2—CH2—CH3
属于同分异构体的正确组合是( )
A.②和⑤ B.②和③
C.①和② D.④和③【解题指南】解答本题要注意以下两点:
(1)互为同分异构体的有机物分子式必须相同;
(2)烷烃的空间构型为锯齿形结构。
【解析】选B。①和④、②和③的分子式相同而结构不同,分别互为同分异构体;②和⑤为同种物质。【名师点评】讲解本题时应注意以下两点:
(1)本题的讲评重点是同分异构体的定义在判断中的应用,着重讲清判断同分异构体的步骤;
(2)本题的讲评难点是烷烃的立体结构较抽象,学生难以掌握,讲解时可借助模型,让学生自己动手制作,体会碳碳单键是可以旋转的。【方法规律】快速判断同分异构体的方法
(1)先比较不同有机物中的碳原子数,若碳原子数不同,则一定不是同分异构体,若碳原子数相同,再看其他原子,确定分子式是否相同。
(2)若分子式相同,再比较结构,只有结构不同的有机物才可能是同分异构体,注意烷烃中碳原子的四面体结构。【变式训练】一氯取代物的同分异构体有2种、二氯取代物的同分异构体有4种的烷烃是( )
A.乙烷 B.丙烷
C.正丁烷 D.异丁烷
【解析】选B。乙烷:一氯取代物的同分异构体有1种,二氯取代物的同分异构体有2种;丙烷:一氯取代物的同分异构体有2种,二氯取代物的同分异构体有4种;正丁烷:一氯取代物的同分异构体有2种,二氯取代物的同分异构体有6种;异丁烷:一氯取代物的同分异构体有2种,二氯取代物的同分异构体有3种。1.下列关于烷烃性质的叙述正确的是( )
A.烷烃分子中碳原子不可能在同一平面上
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【解析】选D。烷烃分子中碳原子呈锯齿状,不在同一直线上,但可以在同一平面上,A错误;烷烃通常情况下性质稳定,不与强酸、强碱、强氧化剂反应,B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错误;由于烷烃的卤代反应的取代位置和个数难以控制,故很难得到纯净的产物,D正确。2.由沸点数据:甲烷-162℃,乙烷-89℃,正丁烷-0.5℃,可以判断丙烷的沸点可能是( )
A.高于-0.5℃ B.约是+30℃
C.约是-40℃ D.低于-89℃
【解析】选C。不同碳原子数的烷烃,其沸点随碳原子数的增多而逐渐升高,故丙烷的沸点高于-89℃,低于-0.5℃,C正确。3.同系物都具有( )
A.相同的分子式 B.相同的含碳量
C.相似的化学性质 D.相同的最简式
【解析】选C。同系物在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团,因此,分子式一定不同,含碳量不一定相同;同系物中碳、氢原子个数比不一定相同,即同系物的最简式不一定相同;对于同系物的化学性质,由于同系物的结构相似,所以化学性质相似。4.下列关于CH4和 的叙述正确的是( )
A.均能用组成通式CnH2n+2来表示
B.与所有烷烃互为同分异构体
C.它们物理、化学性质相同
D.通常情况下前者是气体,后者是液体
【解析】选A。A项,因二者均为烷烃,都符合通式CnH2n+2;B项,
它们与其他烷烃互为同系物;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的烷烃常温下是气体。5.下列几组物质中,互为同位素的有 ,互为同素异形体
的有 ,互为同系物的有 ,互为同分异构体的
有 ,属于同种物质的有 。
①O2和O3 ②35Cl和37Cl ③CH3CH3和CH3CH2CH3
④ 和 ⑤CH3(CH2)2CH3和(CH3)2CHCH3【解析】①是氧元素的两种单质,互为同素异形体;②是氯元素的两种不同原子,互为同位素;③中乙烷与丙烷互为同系物;
④中属于同种物质;⑤两者分别为正丁烷与异丁烷,互为同分异构体。
答案:② ① ③ ⑤ ④烷烃的性质与组成、结构的关系探究
在1.013×105Pa下,测得的某些烷烃的沸点见下表。请根据表中数据探究下列问题:
(1)在常温常压下,只有碳原子数小于5的烃才是气体吗?
提示:不是,新戊烷也是气体。
(2)随碳原子数增加,烷烃的沸点变化规律是怎样的?
提示:随碳原子数增加,烷烃的沸点逐渐升高,当碳原子数相同时,支链越多,沸点越低。(3)烷烃易燃烧,写出丁烷燃烧的化学方程式。
提示:丁烷燃烧的化学方程式是2C4H10+13O2 8CO2+10H2O。
(4)戊烷与氯气能发生取代反应吗?若能,其一氯代物有几种?
提示:光照时,戊烷能与氯气发生取代反应,戊烷有正戊烷、异
戊烷和新戊烷,其一氯代物分别有3种、4种、1种,故戊烷的一
氯代物共有8种。(5)新戊烷分子中紧邻中间碳原子的4个碳原子构成怎样的空间构型?
提示:新戊烷分子中紧邻中间碳原子的4个化学键完全相同,故这4个碳原子构成正四面体。
