1.3 课时1 烷烃及其性质 学案（含答案） 2023-2024学年高二化学鲁科版（2019）选择性必修3

1.3第1课时　烷烃及其性质
【学习目标】
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。
【自主预习】
1.烷烃的结构
(1)结构特点
(2)分子通式
烷烃的分子通式为　　　　。
2.烷烃的物理性质
物理性质 变化规律
状态 当碳原子数小于或等于　　　　时,烷烃在常温下为气态,当碳原子数大于　　　　时,烷烃在常温下为液态或固态(新戊烷在常温下为气态)
溶解性 都难溶于水,易溶于　　　
沸点 随分子中碳原子数的递增,沸点逐渐　　　　;碳原子数相同的烃,支链越多,沸点越　　　　
密度 随分子中碳原子数的递增,相对密度逐渐　　　　;烷烃的密度　　　　水的密度
3.烷烃的化学性质
取代反应——特征反应
烷烃可与纯卤素单质在光照下发生取代反应生成卤代烃和卤化氢,如乙烷与氯气生成一氯乙烷和氯化氢反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　。
此外,烷烃还能发生氧化反应(燃烧)和分解反应。
【答案】
1.(1)单键　氢原子　4　(2)CnH2n+2
2.4　4　有机溶剂　升高　低　增大　小于
3.CH3CH3+Cl2CH3CH2Cl+HCl
【效果检测】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)C5H12的熔、沸点比C3H8的熔、沸点高。 (　　)
(2)常温常压下,C3H8呈气态,C6H14呈液态。 (　　)
(3)烷烃属于饱和烃,也属于链烃。 (　　)
(4)(CH3)2CHCH2CH3的名称为正戊烷。 (　　)
(5)分子式符合CnH2n+2的烃都是烷烃。 (　　)
(6)甲烷和氯水在光照的条件下发生取代反应。 (　　)
(7)CH3CH3和Cl2发生取代反应,有机产物只有CH3CH2Cl。 (　　)
(8)烷烃在一定条件下能与卤素单质反应生成卤代烃。 (　　)
　　【答案】(1)√　(2)√　(3)√　(4)×　(5)√　(6)× (7)×　(8)√
2.分子通式为CnH2n+2的烃一定为烷烃吗 碳原子数不同的烷烃一定互为同系物吗
　　【答案】分子通式为CnH2n+2的烃一定是烷烃;碳原子数不同的烷烃一定互为同系物。
3.烷烃分子在组成和结构上有哪些相似点
　　【答案】①分子只由碳和氢两种原子构成,符合烷烃通式CnH2n+2;②碳原子均为sp3杂化,分子中只存在碳碳单键和碳氢键。
4.乙烷与Cl2光照反应可以得到几种氯代烃
【答案】一氯乙烷(1种)、二氯乙烷(2种)、三氯乙烷(2种)、四氯乙烷(2种)、五氯乙烷(1种)、六氯乙烷(1种),共9种。
【合作探究】
任务1　烷烃的结构与物理性质
情境导入　我国的可燃冰储量极为丰富,青藏高原、东北地区、东海和南海海域都含有大量的可燃冰,据不完全测算,我国南海可燃冰资源量为800亿吨油当量,相当于陆上石油、天然气资源总量的二分之一。2017年5月18日上午10时许,在距离祖国大陆300多公里的我国南海北部神狐海域“蓝鲸一号”海上钻井平台,我国进行的首次可燃冰(又称天然气水合物)试采实现连续稳定产气,取得历史性突破,可燃冰试采宣告成功。
问题生成
1.可燃冰的主要成分是什么 其主要成分具备怎样的物理性质
　　【答案】可燃冰指天然气水合物,其主要成分是甲烷;纯净的甲烷是无色、无臭的气体,难溶于水,密度比空气小。
2.在物质分类上,甲烷属于哪类烃
　　【答案】甲烷是最简单的饱和链烃,即烷烃。
3.和甲烷属于同一类的烃都是气态的吗 它们互称为什么
　　【答案】不是,烷烃的熔、沸点随着碳原子数的增多而逐渐升高,存在状态有气态、液态和固态;烷烃互称为同系物。
4.甲烷中碳原子的杂化方式是什么 其中含有的共价键类型是什么 由此你能否推断烷烃中碳原子的杂化方式及共价键类型
　　【答案】sp3杂化;σ键;烷烃中碳原子均为sp3杂化,共价键类型均为σ键。
5.随着碳原子数的增加,烷烃的熔、沸点有何变化规律 常温下呈气态的烷烃有哪些
　　【答案】烷烃的熔、沸点随碳原子数的增加而升高;常温下甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、新戊烷呈气态。
【核心归纳】
1.烷烃的结构
(1)烷烃为开链式结构,即分子结构中首尾不相连,未形成环状,但可以有支链。形成环状的烷烃称为环烷烃。
(2)烷烃分子的“饱和性”,即每个碳原子只与其他原子以4个单键相结合,这种结合方式使其性质比较稳定,其中的碳原子均为sp3杂化。
(3)链状烷烃的通式为CnH2n+2(n≥1,正整数)。相邻烷烃在分子组成上相差一个CH2原子团。
2.烷烃的物理性质
状态 熔、沸点 密度 溶解性
随着碳原子数的增加,常温下,状态由气态→液态→固态,C1~C4为气态,C5~C16为液态,C17以上为固态 随着碳原子数的增加而逐渐升高 随着碳原子数的增加而逐渐增大(均小于1 g·cm-3) 难溶于水,易溶于有机溶剂
注意:一般情况下,烷烃的同分异构体中,支链越多其沸点越低,如沸点:正戊烷>异戊烷>新戊烷。
【典型例题】
【例1】现有下列物质: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。以上各物质沸点的排列顺序正确的是(　　)。
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】考查烷烃同系物沸点的递变规律。①碳原子数越多,沸点越高;②碳原子数相同的烷烃,支链越多,沸点越低。
【例2】已知异丙苯的结构简式如图所示,下列说法错误的是(　　)。
A.异丙苯的分子式为C9H12
B.异丙苯中碳原子可能都处于同一平面
C.异丙苯的沸点比苯的高
D.异丙苯和苯互为同系物
　　【答案】B
【解析】A项,根据有机物中碳原子的特点,分子式为C9H12,正确;B项,苯环是平面结构,异丙基中的碳原子形成四个单键,所有碳原子不可能在一个平面,错误;C项,碳原子数越多,熔沸点越高,故异丙苯的沸点比苯的高,正确;D项,异丙苯和苯结构相似,在分子组成上相差3个CH2原子团,与苯互为同系物,正确。
任务2　烷烃的化学性质
【核心归纳】
烷烃的化学性质
【典型例题】
【例3】下列有关甲烷的取代反应的叙述中正确的是(　　)。
A.甲烷与氯气的物质的量之比为1∶1时,混合发生取代反应只生成CH3Cl
B.甲烷与氯气发生取代反应,生成的产物中CH3Cl的量最多
C.甲烷与氯气发生取代反应,生成的产物为混合物
D.1 mol CH4完全生成CCl4,最多消耗2 mol Cl2
　　【答案】C
【解析】甲烷与氯气一旦发生取代反应就不会停止在某一步,故得不到纯净的CH3Cl,A项错误,C项正确;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的量最多,B项错误;1 mol CH4完全生成CCl4,最多消耗4 mol Cl2,D项错误。
【灵犀一点】
烷烃与卤素单质(X2)的取代反应
反应条件 光照(放在光亮处,日光直射会发生爆炸)
反应物 纯净的卤素单质(烷烃与卤素单质的水溶液不反应)
化学键 变化 断键:C—H键和X—X键 成键:C—X键和H—X键
取代特点 烷烃分子中的氢原子被卤素原子逐步取代,且往往是各步反应同时发生
产物 特点 种类 多种卤代烷烃的混合物,HX(物质的量最多)
产物 的量 ①根据碳元素守恒,烷烃的物质的量等于所有卤代烷烃的物质的量之和 ②根据取代的特点,有机物中氯元素的物质的量等于HX的物质的量等于氯气的物质的量,即n(X2)=n(一卤代物)+2n(二卤代物)+3n(三卤代物)+……=n(HX)
【例4】在1.01×105 Pa、120 ℃时,1体积某气态烃和4体积氧气混合,完全燃烧后恢复到原来的温度和压强,气体体积不变,则1个该烃分子中碳原子数不可能是(　　)。
A.1　　　　B.2　　　　C.3　　　　D.4
　　【答案】D
【解析】假设该烃的分子式为CxHy,其完全燃烧的化学方程式:CxHy+O2xCO2+H2O(g),因为反应前后体积不变,则有x+=1+x+,得y=4,所以1个该烃分子中有4个氢原子;又因为该烃完全燃烧,所以有x+≤4,将y=4代入得碳原子数x≤3。
【灵犀一点】
1.烃的燃烧规律
(1)烃的燃烧通式
CxHy+O2xCO2+H2O。
(2)烃燃烧的三个规律
①等质量的烃完全燃烧
②等物质的量的烃完全燃烧
a.烃分子中的数值越大,则耗氧量越大。
b.烃分子中x的数值越大,完全燃烧生成的CO2的物质的量越多。
c.烃分子中y的数值越大,完全燃烧生成的H2O的物质的量越多。
③最简式相同的烃燃烧
a.最简式相同的烃,C、H元素的质量分数分别相同。
b.等质量的最简式相同的烃完全燃烧时,耗氧量相同,生成的CO2、H2O的质量分别相同。
2.燃烧规律的应用
(1)若反应前后温度保持在100 ℃以上,则烃(x≤4)完全燃烧前后气体的体积变化为:
CxHy+O2xCO2+H2O　ΔV
1 x+ x -1
故反应前后气体体积的变化ΔV仅与氢原子数y有关。
(2)若反应前后温度低于100 ℃,此时气体体积一定是减少的,减少的气体体积为ΔV=1+,也与氢原子数有关。
【随堂检测】
1.北京奥运会“祥云”火炬所用燃料的主要成分是丙烷,下列有关丙烷的叙述错误的是(　　)。
A.丙烷沸点高于甲烷
B.丙烷和氯气发生加成反应
C.丙烷在常温下为气体
D.丙烷和辛烷互为同系物
　　【答案】B
【解析】烷烃的沸点随着碳原子数增多而依次增大,则丙烷沸点高于甲烷,A项正确;光照条件下,丙烷和氯气发生取代反应生成氯代丙烷和氯化氢,B项错误;碳原子个数小于4的烃,常温下都是气态,则丙烷在常温下为气体,C项正确;丙烷和辛烷都是结构相似的烷烃,互为同系物,D项正确。
2.下列说法中正确的是(　　)。
A.分子式为C7H16的烷烃,含有3个甲基的同分异构体有2种　
B.烷烃的通式为CnH2n+2,随n值增大,碳元素的质量分数逐渐减小
C.含多个碳原子的烷烃分子中的碳原子排列呈锯齿状
D.异戊烷与2-甲基丁烷互为同系物
　　【答案】C
【解析】分子式为C7H16的烷烃,含有3个甲基的同分异构体有3种,A项错误;烷烃的通式为CnH2n+2,碳元素的质量分数为×100%=×100%,则随n值增大,碳元素的质量分数逐渐增大,B项错误;异戊烷与2-甲基丁烷为同一种物质,D项错误。
3.在光照条件下,将1 mol CH4与Cl2反应,得到等物质的量的4种取代产物,则消耗Cl2的物质的量为(　　)。
A.1 mol　　　　　　　B.2 mol
C.2.5 mol D.10 mol
　　【答案】C
【解析】在光照条件下,CH4与Cl2反应的化学方程式为CH4+Cl2CH3Cl+HCl,CH4+2Cl2CH2Cl2+2HCl,CH4+3Cl2CHCl3+3HCl,CH4+4Cl2CCl4+4HCl。1 mol CH4生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各为0.25 mol,则消耗Cl2的物质的量为0.25 mol+0.25 mol×2+0.25 mol×3+0.25 mol×4=2.5 mol,C项正确。
4.现有①CH4、②C2H4、③C2H2、④C2H6、⑤C3H8五种有机物。
(1)等质量的上述烃中,完全燃烧消耗氧气最多的是　　　(填序号,下同)。
(2)等物质的量的上述烃中,完全燃烧消耗氧气最多的是　　　　。
(3)等质量的上述烃中,完全燃烧时生成CO2最多的是　　　　,生成H2O最多的是　　　　。
(4)在1个大气压120 ℃的条件下,1体积以上气态烃与4体积氧气混合,完全燃烧后,恢复到原来的温度和压强,若气体的体积不变,该烃是　　　　。
　　【答案】(1)①　(2)⑤　(3)③　①　(4)①②
【解析】(1)判断等质量的不同烃燃烧时的耗氧量,可先简化其分子式为CHx,x越大,氢的质量分数就越大,耗氧量就越多。①为CH4,②为CH2,③为CH,④为CH3,⑤为CH8/3,故符合条件的为①CH4。
(2)气态烃完全燃烧的通式为CxHy+O2xCO2+H2O,等物质的量的CxHy,x+越大,则完全燃烧耗氧量越多。符合条件的为⑤C3H8。
(3)质量相同的烃,碳(或氢)的质量分数越大,完全燃烧生成的CO2(或H2O)越多。符合条件的分别是③C2H2、①CH4。
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