专题8 第一单元 第5课时　烃的燃烧与共线、共面问题　等效氢法 学案（含答案）

第5课时　烃的燃烧与共线、共面问题　等效氢法
[核心素养发展目标]　1.认识烃的分子式的确定方法和燃烧规律。2.根据烃分子中碳原子的成键特点分析原子共线、共面问题。3.能够根据等效氢法判断烷烃一氯代物的同分异构体数目。
一、烃的燃烧规律及其应用
1．烃燃烧的通式
若烃的分子式为CxHy，则CxHy在空气或氧气中完全燃烧的化学方程式为CxHy＋(x＋)O2xCO2＋H2O。
2．耗氧量大小规律
等质量 等物质的量
耗氧量 越大，耗氧量越多 x＋越大，耗氧量越多
产物量 越大，生成的CO2越少，水越多 x越大，生成的CO2越多；y越大，生成的水越多
3.气体体积变化规律
CxHy＋(x＋)O2xCO2＋H2O
1　　　x＋　　　　x　　　
其中，ΔV＝V后－V前。
(1)当温度大于或等于100 ℃时，水为气态
则ΔV＝－1
(2)当常温、常压时，水为液体
则ΔV＝－(1＋)，反应后气体体积始终减小且减少量与氢原子数有关。
1．在常温、常压下，取下列四种气态烃各1 mol，分别在足量氧气中燃烧，消耗氧气最多的是(　　)
A．CH4 B．C2H4
C．C3H8 D．C4H6
2．两种气态烃以任意比例混合，在105 ℃时，1 L该混合烃与10 L氧气混合，充分燃烧后恢复到原状态，所得气体体积仍为11 L。下列各组混合烃中符合此条件的是(　　)
A．C2H4、C2H6 B．CH4、C3H8
C．C2H6、C3H6 D．CH4、C3H4
二、常见烃分子中原子共线、共面问题判断
1．熟悉常见分子的空间结构
(1)与三键直接相连的原子共线，如—C≡C—、—C≡N。
(2)“模型法”分析多原子共面问题
①甲烷型：CH4分子为正四面体结构，如图，凡是碳原子与4个原子形成共价键时，其空间结构都是四面体，5个原子中最多有3个原子共平面，称为V形共面。凡是出现一个碳原子周围连有4个原子的结构，所有的原子不可能共平面。
②乙烯型：乙烯分子是平面形结构，如图，所有原子共平面，与双键碳原子直接相连的4个原子与2个双键碳原子共平面。
③苯型：苯分子(C6H6)是平面正六边形结构，位于苯环上的12个原子共平面，处于对角线位置的4个原子共直线。
2．连接不同基团后的原子共面分析
(1)直线与平面连接，则直线在这个平面上。
如苯乙炔：，所有的原子共平面。
(2)平面与平面连接：如果两个平面结构通过单键相连，由于单键可以旋转，两个平面可以重合。
如苯乙烯：，分子中至少12个原子共平面，最多16个原子共平面。
(3)平面与立体结构连接：如甲基与平面结构通过单键相连，由于单键可以旋转，甲基的一个氢原子可能处于这个平面上。
1．分子中，在同一平面上的碳原子至少有(　　)
A．7个 B．8个
C．9个 D．14个
2．已知某有机分子(C11H10)的结构简式为，则该分子中：
(1)可能共面的C原子最多有________个，一定共面的C原子有________个。
(2)可能共面的原子最多有________个，一定共面的原子有________个。
(3)一定共直线的C原子最多有________个，一定共直线的原子有________个。
判断烃分子中原子共面的方法
三、烃的一氯代物同分异构体数目的判断
烃分子中的一个氢原子被氯原子代替，称为烃的一氯代物，其同分异构体数目的判断是常见重要题型，通常用等效氢法判断其数目。
若烃有n种不同的等效氢，其一元取代物就有n种。
(1)同一碳原子上的氢为等效氢；
(2)同一碳原子上所连甲基(—CH3)上的氢为等效氢；
(3)处于对称位置的碳原子上的氢为等效氢。
1．四联苯的一氯代物有(　　)
A．3种 B．4种
C．5种 D．6种
2．下列烷烃在光照下与氯气反应，生成的一氯代烃种类最多的是(　　)
A．
B．
C．CH3CH2CH2CH3
D．
1．下列烃①C4H10、②C4H8、③C7H8、④C6H12分别完全燃烧，耗氧量分析不正确的是(　　)
A．等物质的量时耗氧量最少的是①
B．等物质的量时③和④的耗氧量相等
C．等质量时耗氧量最大的是①
D．等质量时②和④的耗氧量相等
2．下列分子中的所有原子都处于同一平面的是(　　)
A．乙烷
B．乙烯
C．丙烯(CH2==CH—CH3)
D．正丁烷
3.分子式为C4H9Cl的有机化合物有(　　)
A．3种 B．4种
C．5种 D．6种
4．假设烷烃的通式为CnH2n＋2，以下物理量随n的增大而减小的是(　　)
A．1 mol烷烃中共价键的数目
B．1 mol烷烃完全燃烧时的耗氧量
C．一氯代物的种类
D．氢元素的含量
5．某烃的结构简式为，若分子中共线碳原子数为a，可能共面的碳原子数最多为b，含四面体结构的碳原子数为c，则a、b、c分别是(　　)
A．3、4、5 B．3、10、4
C．3、14、4 D．4、10、4
第5课时　烃的燃烧与共线、共面问题　等效氢法
一、
应用体验
1．D　[CH4燃烧时的x＋＝2,1 mol CH4完全燃烧消耗2 mol氧气，C2H4燃烧时的x＋＝3，
1 mol C2H4完全燃烧消耗3 mol氧气，C3H8燃烧时的x＋＝5,1 mol C3H8完全燃烧消耗5 mol氧气，C4H6燃烧时的x＋＝5.5,1 mol C4H6完全燃烧消耗5.5 mol氧气。。]
2．D　[设有机物的平均分子式为CxHy，则有CxHy＋(x＋)O2xCO2＋H2O,105 ℃时水为气体，燃烧前后气体体积不变，则有1＋x＋＝x＋，解得y＝4，即混合气体中平均含有4个H原子，A、B、C三项中H原子个数的平均值都大于4，只有D项中CH4、C3H4的平均H原子数为4。]
二、
应用体验
1．C　[苯环是平面正六边形结构，分子中12个原子共平面，且处于对位的4个原子共直线。分析的结构时，容易受苯环书写形式的局限而认为至少有8个碳原子共平面，实质上4、7、8、11号4个碳原子共直线，所以该分子中至少有9个碳原子共平面。]
2．(1)11　8　(2)19　12　(3)4　4
解析　根据CH4、CH2==CH2、和CH≡CH的空间结构可知，该有机物分子中原子空间位置有如下特点：
(1)苯环和乙烯基团所在平面内的所有碳原子，即11个碳原子都有可能共面，根据苯的结构，一定共面的C原子有8个。(2)因为单键可以旋转，甲基(—CH3)上的3个H原子最多有一个H原子可以在苯环和乙烯基团所在的平面内，故可能共面的原子最多为19个，一定共面的原子应为苯环和与其连接的2个C原子，共12个。(3)苯环对位及对位上连接的两个碳原子共4个C原子一定共直线，乙炔基团及所连接的一个C原子和一个H原子也一定共直线。
三、
应用体验
1．C　[推断有机物一氯代物的种数需要找中心对称轴，四联苯是具有两条对称轴的物质，即
，在其中的一部分上有几种不同的氢原子(包括对称轴上的氢原子)，就有几种一氯代物，四联苯有5种不同的氢原子，故其有5种一氯代物。]
2．B　[A项分子中只含有1种位置的氢原子，所以生成的一氯代烃只有1种；B项分子中含有3种位置不同的氢原子，所以生成的一氯代烃有3种；C项分子中含有2种位置不同的氢原子，所以生成的一氯代烃有2种；D项分子中含有2种位置不同的氢原子，所以生成的一氯代烃有2种。]
随堂演练　知识落实
1．A　[等物质的量时，若烃写成CxHy，(x＋)越大，耗氧量越大；等质量时，若烃写成CHx，x越大，耗氧量越大。]
2．B　[乙烷中碳原子所成价键为四面体结构，所有原子不可能都处于同一平面，A项错误；乙烯是平面形分子，所有原子处于同一平面，B项正确；丙烯(CH3—CH===CH2)中含有甲基，甲基碳原子上所连的原子不可能处于同一平面，C项错误；正丁烷中含有甲基，甲基具有甲烷的结构特点，因此所有原子不可能处于同一平面，D项错误。]
3．B　[C4H9Cl可以看作C4H10上的一个氢原子被氯原子代替，写出C4H10的两种同分异构体：、，用—Cl代替以上的4种H原子，就是该有机物的4种同分异构体。]
4．D　[烷烃的通式为CnH2n＋2，随着n的增大，碳、氢原子数量都增加，形成的共价键数目越来越多，故A错误；随着n的增大，碳、氢原子数量都增加，1 mol烷烃完全燃烧时的耗氧量越来越大，故B错误；随着n的增大，同分异构体的数量越来越多，一氯代物的种类越来越多，故C错误；H元素的质量分数为＝＝1－，由算式可知n越大，氢元素的含量越小。]
5．C　[首先利用乙烯模型中键角为120°，乙炔模型为直线形，苯环键角为120°，将有机物的结构写成下图。
4、7、8号3个碳原子一定共线，所以共线碳原子数为3；苯环和2、3、4、5、7号碳原子构成的乙烯面可以共面，又因为4、7、8号3个碳原子一定共线，所以8号碳原子一定也在这个平面内，1号、6号碳原子也可以在这个平面内，则可能共面的碳原子数最多为14；以四个单键与其他原子连接的碳原子为四面体结构，只有1、2、5、6号碳原子符合。]