第1课时 烷烃及其性质
学习目标 1.认识烷烃的组成和结构特点。2.能描述和分析烷烃的典型代表物的重要反应,能书写相应的化学方程式。
一、烷烃的结构和性质
1.烷烃的结构
(1)烷烃的结构特点
碳原子之间以 结合成链状,碳原子剩余价键全部与 结合。
(2)分子组成通式: (n≥1)。
2.烷烃的性质
(1)烷烃的物理性质
(2)烷烃的化学性质
①稳定性
因为烷烃分子中碳氢键和碳碳单键的牢固程度较高,所以常温下烷烃很不活泼,与 、 、 和 都不反应。
②与卤素单质的反应
在 条件下,烷烃能与Cl2、Br2等卤素单质发生取代反应。
反应举例:CH3CH3+Cl2 + (一氯取代)。
③与氧气的反应
a.烷烃可在空气或氧气中燃烧生成CO2和H2O,放出大量热。燃烧的通式为CnH2n+2+O2nCO2+(n+1)H2O。
b.质量相同的烃,碳元素的质量分数越 ,完全燃烧时放出的热量越多。
1.下列4种烷烃的沸点由高到低的顺序是 ( )
①2,5-二甲基己烷 ②正辛烷 ③2,3,4-三甲基戊烷 ④2,2,3,3-四甲基丁烷
A.②>③>①>④ B.③>①>②>④
C.②>③>④>① D.②>①>③>④
2.下列关于丙烷结构、性质的推断中正确的是 ( )
A.丙烷能使溴水、酸性KMnO4溶液都褪色
B.丙烷可与氯水发生取代反应
C.丙烷的3个碳原子不在同一直线上
D.丙烷可与强酸或强碱反应
3.1molCH4与Cl2发生取代反应,待反应完成后测得四种有机取代产物物质的量相等,则消耗的Cl2为 mol,被氯原子取代的氢原子有
mol。其中碳含量最小的取代产物的空间结构是 。四种取代产物中有一种不存在同分异构体,且能说明CH4是正四面体结构而不是平面结构,该产物是 。
二、烃的燃烧规律
1.烃类(CxHy)完全燃烧的化学方程式
CxHy+(x+)O2xCO2+H2O。
2.烃完全燃烧耗氧量与生成CO2和H2O的规律
(1)等质量的烃(CxHy)完全燃烧时,越大,则H元素的质量分数越大,耗氧量越多,生成的水越多,生成的CO2越少。
(2)等物质的量的烃(CxHy)完全燃烧时,(x+)越大,耗氧量越多。
(3)最简式相同的有机物不论以何种比例混合。只要混合物的总质量一定,则完全燃烧时生成的CO2的量一定,生成的H2O的量一定,耗氧量也一定。
(4)不同的有机物完全燃烧时,若生成的CO2和H2O的物质的量之比相同,则它们分子中C原子与H原子的原子个数比为1∶2。
3.同温同压下,1mol气态烃(CxHy)完全燃烧前后气体体积变化规律
(1)燃烧后温度高于100℃时,水为气态
反应前后气体体积变化 V前=V后 V前>V后 V前满足条件 y=4 y<4 y>4
(2)燃烧后温度低于100℃时,水为液态,反应后气体物质的量变化是(1+)mol。
4.0.1mol两种气态烃组成的混合物完全燃烧得到0.16mol二氧化碳和3.6g水。下列说法正确的是 ( )
A.一定有甲烷 B.一定是甲烷和乙烯
C.可能有乙烷 D.一定有乙炔
5.常温常压下,a体积的下列几种气态烃的混合物与足量氧气混合点燃爆炸,恢复到原来状态时,体积共缩小了2a体积,则该混合烃的组合可能是 ( )
①CH4 ②C2H4 ③C2H6 ④C3H4 ⑤C3H6 ⑥C3H8
A.①②③ B.①③⑤
C.①②④ D.①④⑥
1.下列关于烷烃性质的叙述中,不正确的是 ( )
A.烷烃随相对分子质量的增大,熔点、沸点逐渐升高,常温下的状态由气态递变到液态,相对分子质量大的则为固态
B.烷烃的密度随相对分子质量的增加逐渐增大
C.烷烃与卤素单质在光照条件下能发生取代反应
D.烷烃能使溴水、酸性KMnO4溶液褪色
2.下列五种烃:①2-甲基丁烷 ②2,2-二甲基丙烷
③戊烷 ④丙烷 ⑤丁烷,按沸点由高到低的顺序排列的是 ( )
A.①>②>③>④>⑤ B.②>③>⑤>④>①
C.③>①>②>⑤>④ D.④>⑤>②>①>③
3.取一定质量的下列各组物质混合后,无论以何种比例混合,其充分燃烧后一定能得到相同物质的量的二氧化碳和水的是 ( )
A.C2H2、C2H6 B.CH4、C3H8
C.C3H6、C3H8 D.C2H4、C4H8
4.丁烷的分子结构可简写成键线式结构,有机物A的键线式结构为,则:
(1)有机物A的分子式为 。
(2)用系统命名法命名有机物A,其名称为
。
(3)有机物A完全燃烧的化学方程式为
。
(4)有机物A与Cl2发生反应生成的一氯代物有 种,写出A与Cl2反应生成任意一种一氯代物的反应方程式 。
第1课时 烷烃及其性质
一、1.(1)碳碳单键 氢原子 (2)CnH2n+2 2.(1)1~4 升高 小 增大 不 (2)①强酸 强碱 强氧化剂 还原剂 ②光照 CH3CH2Cl HCl ③b.低
对点训练
1.D [①②③④的分子中碳原子数相同,其支链数:②<①<③<④,所以沸点:②>①>③>④。]
2.C [丙烷不能使溴水、酸性KMnO4溶液都褪色,A项错误;丙烷可与氯气在光照条件下发生取代反应,但不能与氯水发生取代反应,B项错误;丙烷的3个碳原子呈锯齿形排列,不在同一直线上,C项正确;丙烷与强酸或强碱不反应,D项错误。]
3.2.5 2.5 正四面体形 CH2Cl2
解析 因为CH4与Cl2发生取代反应生成的4种取代产物中的碳原子均来自CH4,由碳原子守恒可知,共生成1 mol取代产物,且每一种产物物质的量均为0.25 mol。由于CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4分子中的氯原子均来自Cl2,由CH4和Cl2反应的化学方程式知,共消耗Cl2:0.25 mol+0.25 mol×2+0.25 mol×3+0.25 mol×4=2.5 mol。一个Cl2分子中的一个氯原子进入HCl,一个氯原子进入有机物,故n(H)取代=n(Cl2)=2.5 mol。碳含量最小的取代产物是CCl4,它的空间结构与甲烷相同。不管CH4是正四面体结构还是平面结构,CH3Cl、CHCl3、CCl4都不存在同分异构现象,对于CH2Cl2,若CH4为正四面体结构,CH2Cl2不存在同分异构现象,若CH4为平面结构,则CH2Cl2有两种同分异构体。
二、对点训练
4.A [由燃烧产物推知混合烃的平均分子式为C1.6H4,则两烃中必有CH4,另一种可以是C2H4,也可以是C3H4。]
5.C [本题考查有机物燃烧的化学方程式,并根据化学方程式进行计算。例如CH4+2O2CO2+2H2O,常温常压下水是液态,当CH4为a体积时,消耗O2 2a体积,产生CO2 a体积,气体体积共减少了2a体积,以此类推,②减少了2a体积;③减少了2.5a体积;④减少了2a体积;⑤减少了2.5a体积;⑥减少了3a体积,所以C项正确。]
课堂达标训练
1.D [烷烃是饱和烃,化学性质稳定,具有代表性的反应是取代反应,C对;与烷烃发生取代反应的是卤素单质,溴水不能与烷烃反应,酸性KMnO4溶液也不能将烷烃氧化,D错。]
2.C [烷烃含有的C原子数越多,相对分子质量越大,熔、沸点越高,含碳原子数相同的烷烃中含有的取代基越多,熔、沸点越低;所以按沸点由高到低的顺序排列的是③>①>②>⑤>④,故选C。]
3.D [充分燃烧后一定能得到相同物质的量的二氧化碳和水,应满足最简式相同,各组分的碳、氢原子的个数比为1∶2。A错,C2H2、C2H6最简式不同,不符合题意;B错,CH4、C3H8最简式不同,不符合题意;C错,C3H6、C3H8最简式不同,不符合题意;D对,C2H4、C4H8最简式都是CH2,符合题意。]
4.(1)C8H18 (2)2,2,3-三甲基戊烷
(3)2C8H18+25O216CO2+18H2O
(4)5 C(CH3)3CH(CH3)CH2CH3+Cl2C(CH3)3CH(CH3)CH2CH2Cl+HCl(合理即可)
解析 (1)根据丁烷的键线式可知,A的结构简式为C(CH3)3CH(CH3)CH2CH3,所以分子式为C8H18。(2)根据A的结构简式可知,该有机物的系统命名为2,2,3-三甲基戊烷。(3)A燃烧的反应方程式为2C8H18+25O216CO2+18H2O。
(4)A的氢原子的种类一共有5种,所以一氯代物一共有5种,结构简式分别为CH2ClC(CH3)2CH(CH3)CH2CH3,C(CH3)3CCl(CH3)CH2CH3,C(CH3)3CH(CH2Cl)CH2CH3,
C(CH3)3CH(CH3)CHClCH3,C(CH3)3CH(CH3)CH2CH2Cl。(共57张PPT)
第 节 烃
第 章 有机化合物的结构与性质 烃
第 课时 烷烃及其性质
1
1
3
1.认识烷烃的组成和结构特点。2.能描述和分析烷烃的典型代表物的重要反应,能书写相应的化学方程式。
学习目标
一、烷烃的结构和性质
二、烃的燃烧规律
目
录
CONTENTS
课堂达标训练
课后巩固训练
一、烷烃的结构和性质
对点训练
1.烷烃的结构
(1)烷烃的结构特点
碳原子之间以 结合成链状,碳原子剩余价键全部与 结合。
(2)分子组成通式: (n≥1)。
碳碳单键
氢原子
CnH2n+2
2.烷烃的性质
(1)烷烃的物理性质
1~4
升高
小
增大
不
强酸
强碱
强氧化剂
还原剂
光照
CH3CH2Cl
HCl
低
1.下列4种烷烃的沸点由高到低的顺序是( )
①2,5 二甲基己烷 ②正辛烷 ③2,3,4 三甲基戊烷 ④2,2,3,3 四甲基丁烷
A.②>③>①>④ B.③>①>②>④
C.②>③>④>① D.②>①>③>④
解析 ①②③④的分子中碳原子数相同,其支链数:②<①<③<④,所以沸点:②>①>③>④。
D
2.下列关于丙烷结构、性质的推断中正确的是( )
A.丙烷能使溴水、酸性KMnO4溶液都褪色
B.丙烷可与氯水发生取代反应
C.丙烷的3个碳原子不在同一直线上
D.丙烷可与强酸或强碱反应
解析 丙烷不能使溴水、酸性KMnO4溶液都褪色,A项错误;丙烷可与氯气在光照条件下发生取代反应,但不能与氯水发生取代反应,B项错误;丙烷的3个碳原子呈锯齿形排列,不在同一直线上,C项正确;丙烷与强酸或强碱不反应,D项错误。
C
3.1 mol CH4与Cl2发生取代反应,待反应完成后测得四种有机取代产物物质的量相等,则消耗的Cl2为 mol,被氯原子取代的氢原子有 mol。其中碳含量最小的取代产物的空间结构是 。四种取代产物中有一种不存在同分异构体,且能说明CH4是正四面体结构而不是平面结构,该产物是 。
2.5
2.5
正四面体形
CH2Cl2
解析 因为CH4与Cl2发生取代反应生成的4种取代产物中的碳原子均来自CH4,由碳原子守恒可知,共生成1 mol取代产物,且每一种产物物质的量均为0.25 mol。由于CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4分子中的氯原子均来自Cl2,由CH4和Cl2反应的化学方程式知,共消耗Cl2:0.25 mol+0.25 mol×2+0.25 mol×3+0.25 mol×4=2.5 mol。一个Cl2分子中的一个氯原子进入HCl,一个氯原子进入有机物,故n(H)取代=n(Cl2)=2.5 mol。碳含量最小的取代产物是CCl4,它的空间结构与甲烷相同。不管CH4是正四面体结构还是平面结构,CH3Cl、CHCl3、CCl4都不存在同分异构现象,对于CH2Cl2,若CH4为正四面体结构,CH2Cl2不存在同分异构现象,若CH4为平面结构,则CH2Cl2有两种同分异构体。
二、烃的燃烧规律
对点训练
1.烃类(CxHy)完全燃烧的化学方程式
2.烃完全燃烧耗氧量与生成CO2和H2O的规律
3.同温同压下,1 mol气态烃(CxHy)完全燃烧前后气体体积变化规律
(1)燃烧后温度高于100 ℃时,水为气态
反应前后气体体积变化 V前=V后 V前>V后 V前满足条件 y=4 y<4 y>4
(2)燃烧后温度低于100 ℃时,水为液态,反应后气体物质的量变化是(1+)mol。
4.0.1 mol两种气态烃组成的混合物完全燃烧得到0.16 mol二氧化碳和3.6 g水。下列说法正确的是( )
A.一定有甲烷 B.一定是甲烷和乙烯
C.可能有乙烷 D.一定有乙炔
解析 由燃烧产物推知混合烃的平均分子式为C1.6H4,则两烃中必有CH4,另一种可以是C2H4,也可以是C3H4。
A
5.常温常压下,a体积的下列几种气态烃的混合物与足量氧气混合点燃爆炸,恢复到原来状态时,体积共缩小了2a体积,则该混合烃的组合可能是( )
①CH4 ②C2H4 ③C2H6 ④C3H4 ⑤C3H6 ⑥C3H8
A.①②③ B.①③⑤
C.①②④ D.①④⑥
C
课堂达标训练
1.下列关于烷烃性质的叙述中,不正确的是( )
A.烷烃随相对分子质量的增大,熔点、沸点逐渐升高,常温下的状态由气态递变到液态,相对分子质量大的则为固态
B.烷烃的密度随相对分子质量的增加逐渐增大
C.烷烃与卤素单质在光照条件下能发生取代反应
D.烷烃能使溴水、酸性KMnO4溶液褪色
解析 烷烃是饱和烃,化学性质稳定,具有代表性的反应是取代反应,C对;与烷烃发生取代反应的是卤素单质,溴水不能与烷烃反应,酸性KMnO4溶液也不能将烷烃氧化,D错。
D
2.下列五种烃:①2 甲基丁烷 ②2,2 二甲基丙烷 ③戊烷 ④丙烷 ⑤丁烷,按沸点由高到低的顺序排列的是( )
A.①>②>③>④>⑤ B.②>③>⑤>④>①
C.③>①>②>⑤>④ D.④>⑤>②>①>③
解析 烷烃含有的C原子数越多,相对分子质量越大,熔、沸点越高,含碳原子数相同的烷烃中含有的取代基越多,熔、沸点越低;所以按沸点由高到低的顺序排列的是③>①>②>⑤>④,故选C。
C
3.取一定质量的下列各组物质混合后,无论以何种比例混合,其充分燃烧后一定能得到相同物质的量的二氧化碳和水的是( )
A.C2H2、C2H6 B.CH4、C3H8
C.C3H6、C3H8 D.C2H4、C4H8
解析 充分燃烧后一定能得到相同物质的量的二氧化碳和水,应满足最简式相同,各组分的碳、氢原子的个数比为1∶2。A错,C2H2、C2H6最简式不同,不符合题意;B错,CH4、C3H8最简式不同,不符合题意;C错,C3H6、C3H8最简式不同,不符合题意;D对,C2H4、C4H8最简式都是CH2,符合题意。
D
(1)有机物A的分子式为 。
(2)用系统命名法命名有机物A,其名称为 。
(3)有机物A完全燃烧的化学方程式为 。
(4)有机物A与Cl2发生反应生成的一氯代物有 种,写出A与Cl2反应生成任意一种一氯代物的反应方程式
。
C8H18
2,2,3 三甲基戊烷
5
课后巩固训练
A级 合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
1.下列化学性质中,烷烃不具备的是( )
A.一定条件下发生分解反应 B.可以在空气中燃烧
C.与氯气发生取代反应 D.能使酸性高锰酸钾溶液褪色
解析 烷烃可以在一定条件下发生分解反应,也可以燃烧、发生取代反应,但烷烃不能使酸性高锰酸钾溶液褪色。
D
2.下列反应属于取代反应的是( )
D
解析 依据取代反应的概念:有机物分子里的原子或原子团被其他原子或原子团所代替的反应,D项正确。
3.25 ℃时,某气态烃与O2混合,在密闭容器中完全燃烧后又恢复至25 ℃,此时容器内压强为原来的一半,再经NaOH溶液处理,容器内几乎成为真空。该烃的分子式可能为( )
A.C2H4 B.C2H6 C.C3H6 D.C4H8
A
4.下列烃在光照下与氯气反应,只生成一种一氯代物的有( )
B
5.1 mol丙烷在光照条件下,最多消耗氯气( )
A.4 mol B.8 mol
C.10 mol D.2 mol
解析 烷烃发生取代反应时,取代1个氢原子,需要1个氯分子,故1 mol丙烷最多可与8 mol氯气反应。
B
6.已知五种烃的摩尔燃烧焓如表所示,现有五种烃中的两种组成的气体混合物共22.4 L(标准状况),经充分燃烧后放出1 518.5 kJ的热量,则该气体混合物的组成可能是( )
A.C2H6和C3H8 B.C2H4和C2H2 C.CH4和C2H4 D.C2H4和C3H8
D
烃 CH4 C2H6 C2H4
摩尔燃烧焓/(kJ·mol-1) -890.3 -1 559.8 -1 411
烃 C2H2 C3H8
摩尔燃烧焓/(kJ·mol-1) -1 299.6 -2 219.9
解析 标况下22.4 L混合气体的物质的量为1 mol,即1 mol混合气体充分燃烧后放出1 518.5 kJ的热量,用平均值特点,结合极限假设法可知,要满足要求中需要的热量,应该一种烃的摩尔燃烧焓的数值高于1 518.5,另一种低于1 518.5。
A.n+m+a B.m+2+a
C.m+2a+2 D.m+2n+2a
解析 根据题意可知该链状有机物为烷烃,其通式为CyH2y+2(y≥1),设该分子中
—CH3个数为x,则C原子个数y=n+m+a+x,H原子个数2y+2=2n+m+3x,解得x=m+2a+2。C符合题意,故选C。
C
8.1 mol某烷烃完全燃烧消耗的O2为11 mol,则其主链上含有5个碳原子的同分异构体(不考虑立体异构)有( )
A.3种 B.6种 C.5种 D.7种
C
9.在光照条件下,CH4与Cl2能发生取代反应。使1 mol CH4与Cl2反应,待反应完全后测得四种有机取代产物的物质的量之比,n(CH3Cl)∶n(CH2Cl2)∶n(CHCl3)∶
n(CCl4)=3∶2∶1∶4,则消耗的Cl2的物质的量为( )
A.1.0 mol B.1.8 mol
C.2.2 mol D.2.6 mol
D
解析 在光照条件下,1 mol CH4与Cl2能发生取代反应,测得四种有机取代产物的物质的量之比n(CH3Cl)∶n(CH2Cl2)∶n(CHCl3)∶n(CCl4)=3∶2∶1∶4,由碳原子守恒可知:n(CH3Cl)+n(CH2Cl2)+n(CHCl3)+n(CCl4)=1 mol,所以n(CH3Cl)=0.3 mol, n(CH2Cl2)=0.2 mol,n(CHCl3)=0.1 mol,n(CCl4)=0.4 mol,该四种取代产物中取代的n(H)=n(Cl)=0.3 mol×1+0.2 mol×2+0.1 mol×3+0.4 mo×4=2.6 mol,根据取代反应的特点可知,取代1 mol H,消耗1 mol Cl2,则消耗的n(Cl2)=n(H)=2.6 mol,D正确。
10.烷烃与氯气的取代反应属于常见的自由基反应,其中甲烷反应的部分历程如下:
①引发:Cl2――→Cl·+Cl·等
②链反应:Cl·+CH4――→CH3·+HCl,CH3·+Cl2――→Cl·+CH3Cl等
③终止:Cl·+Cl·――→Cl2,Cl·+CH3·――→CH3Cl等
下列说法不正确的是( )
A.引发时可以通过热辐射、光照等条件
B.链反应可以反复进行
C.反应产物只有四种
D.产物中将出现CH3CH3
C
解析 烷烃与氯气反应的条件为光照,所以引发时可以通过热辐射、光照等条件,A正确;依据反应历程可知Cl·在链反应中消耗后又生成,所以链反应可以周而复始、反复进行,B正确;甲烷与氯气反应可以生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、HCl等,C错误;两个·CH3可以结合生成CH3—CH3,D正确。
11.(1)分子中碳原子数在10以内的烷烃,一氯代物只有一种的共有四种,试写出其结构简式: 、 、
、 。
(2)烃A与含氢量最高的烃B互为同系物,在光照条件下,1体积A最多可与6体积Cl2完全反应(同温同压下),烃A的结构简式是 。
(3)烃B的相对分子质量为72,每个B分子中有42个电子,B的一溴代物种数是它同分异构体中最多的。B的名称为 。
CH4
CH3CH3
CH3CH3
2 甲基丁烷
B级 素养培优练
12.下列有关烷烃的叙述中,不正确的是( )
A.在烷烃分子中,所有的化学键都是单键
B.烷烃中除甲烷外,很多都能使酸性KMnO4溶液的紫色褪去
C.分子通式为CnH2n+2的烃一定是烷烃
D.所有的烷烃在光照条件下都能与氯气发生取代反应
B
解析 烷烃分子中碳原子之间全部以碳碳单键结合成链状。碳原子的剩余键全部跟氢原子相结合而达饱和,无论是碳碳键还是碳氢键,都是单键,A正确;烷烃属于饱和烃,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溶液)反应,B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,C正确;烷烃在光照条件下都能与氯气发生取代反应,这是烷烃的主要特征之一,D正确。
13.常温下,1 mol某烷烃在光照条件下与氯气发生取代反应,若在适当的条件下,完全取代需要消耗6 mol Cl2,则下列判断不正确的是( )
A.该烷烃的分子式为C2H6
B.将反应所生成的气体产物通入AgNO3溶液会产生白色沉淀
C.该烷烃的四氯代物有2种
D.反应容器中,一氯代物所占的物质的量分数最大
D
解析 1 mol某烷烃在光照条件下与氯气发生取代反应,若在适当的条件下,完全取代需要消耗6 mol Cl2,说明分子中含有6个H原子,该烷烃的分子式为C2H6,故A正确;烷烃在光照条件下与氯气发生取代反应,生成的气体产物中一定有HCl,通入AgNO3溶液会产生白色沉淀,故B正确;该烷烃的四氯代物有1,1,1,2 四氯乙烷、1,1,2,2 四氯乙烷,共2种,故C正确;反应容器中,氯化氢所占的物质的量分数最大,故D错误。
14.页岩气中某些烃分子的结构模型如图所示:
(1)有机化合物乙的名称为
,
有机化合物甲与有机化合物乙互为
。
(2)有机化合物甲的二氯取代物有 种;根据甲烷分子的空间结构推测,有机化合物乙中最多有 个C原子在同一平面内。
(3)有机化合物甲和乙的沸点:甲 (填“>”“=”或“<”)乙,1 mol甲和乙的混合气体完全燃烧消耗O2的物质的量为 mol。
异丁烷(或2 甲基丙烷)
同分异构体
6
3
>
6.5
15.如图是某同学利用日常用品注射器设计简易实验装置。甲管中注入10 mL CH4,同温、同压下乙管中注入50 mL Cl2,将乙管气体推入甲管中,气体在甲管中反应,针管用日光照射一段时间。
(1)下列是某同学预测的实验现象:
①气体最终变为无色;②实验过程中,
甲管活塞向内移动;③甲管内壁有油珠;④产生火花。
其中正确的是 。
(2)甲管中发生的化学反应类型为 。
②③
取代反应
解析 (1)甲烷与氯气在光照条件下发生取代反应生成CH3Cl(气体)、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl,因为氯气过量,所以混合气体的颜色逐渐变浅,不会变成无色;反应后有油状液滴(二氯甲烷、三氯甲烷与四氯甲烷)出现;反应过程中气体的体积减小,导致试管内的压强低于外界大气压,体积减小,甲管活塞向内移动。(2)甲烷与氯气在光照条件下发生取代反应生成CH3Cl(气体)、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl。
(3)反应后,甲管中剩余气体能用下列试剂吸收的是 。
A.水 B.氢氧化钠溶液
C.硝酸银溶液 D.饱和食盐水
(4)反应后,若将甲管中的物质推入盛有适量AgNO3溶液的小试管中会观察到
,若再向其中滴入几滴石蕊试液,又观察到 。
B
液体分为两层,产生白色沉淀
先变红后褪色
解析 (3)反应后,甲管中剩余气体为氯气、氯化氢和CH3Cl,三者都能与碱反应,可以用氢氧化钠溶液吸收。(4)甲管中的氯气、氯化氢溶于水,氯气与水反应生成盐酸和次氯酸,溶液呈酸性,氯离子能与AgNO3溶液产生氯化银白色沉淀;其余有机物不溶于水,溶液分层,所以将甲管中的物质推入盛有适量AgNO3溶液的小试管中会观察到液体分为两层,产生白色沉淀;若再向其中滴入几滴石蕊试液,由于有盐酸,溶液变红,又由于存在次氯酸,次氯酸具有强氧化性,会把红色物质氧化,故观察到溶液先变红后褪色。
16.烃A的结构简式为
(1)用系统命名法命名烃A: ;烃A的一氯代物有 种(不考虑立体异构)。
(2)已知烃A中伯、仲、叔、季碳原子各有6个、4个、2个和 1个。试判断在烷烃C7H16中,具有3个伯碳原子的同分异构体(不考虑立体异构)有 种。
2,2,6 三甲基 4 乙基辛烷
10
3
(3)烷烃B中含有4个伯碳原子、1个仲碳原子和2个叔碳原子,则烷烃B的分子式为 ,写出烷烃B可能具有的结构简式和它们的系统名称:
。
1 mol烷烃B完全燃烧需消耗氧气 mol。 第1章 作业5 烷烃及其性质
A级 合格过关练
选择题只有1个选项符合题意(1~10题,每小题4分)
1.下列化学性质中,烷烃不具备的是 ( )
一定条件下发生分解反应
可以在空气中燃烧
与氯气发生取代反应
能使酸性高锰酸钾溶液褪色
2.下列反应属于取代反应的是 ( )
2CH3CH2OH+O22CH3CHO+2H2O
CH4+2O2CO2+2H2O
CH3CHCH2+Br2CH3CHBrCH2Br
CHCl3+HFCHFCl2+HCl
3.25℃时,某气态烃与O2混合,在密闭容器中完全燃烧后又恢复至25℃,此时容器内压强为原来的一半,再经NaOH溶液处理,容器内几乎成为真空。该烃的分子式可能为 ( )
C2H4 C2H6
C3H6 C4H8
4.下列烃在光照下与氯气反应,只生成一种一氯代物的有 ( )
2 甲基丙烷 环戊烷()
2,2 二甲基丁烷 3 甲基戊烷
5.1mol丙烷在光照条件下,最多消耗氯气 ( )
4mol 8mol
10mol 2mol
6.已知五种烃的摩尔燃烧焓如表所示,现有五种烃中的两种组成的气体混合物共22.4L(标准状况),经充分燃烧后放出1518.5kJ的热量,则该气体混合物的组成可能是 ( )
烃 CH4 C2H6 C2H4
摩尔燃烧焓/ (kJ·mol-1) -890.3 -1559.8 -1411
烃 C2H2 C3H8
摩尔燃烧焓/ (kJ·mol-1) -1299.6 -2219.9
C2H6和C3H8 C2H4和C2H2
CH4和C2H4 C2H4和C3H8
7.某链状有机物分子中含有n个—CH2—,m个,a个,其余为—CH3,则分子中—CH3的个数为 ( )
n+m+a m+2+a
m+2a+2 m+2n+2a
8.1mol某烷烃完全燃烧消耗的O2为11mol,则其主链上含有5个碳原子的同分异构体(不考虑立体异构)有 ( )
3种 6种
5种 7种
9.在光照条件下,CH4与Cl2能发生取代反应。使1molCH4与Cl2反应,待反应完全后测得四种有机取代产物的物质的量之比,n(CH3Cl)∶n(CH2Cl2)∶n(CHCl3)∶n(CCl4)=3∶2∶1∶4,则消耗的Cl2的物质的量为 ( )
1.0mol 1.8mol
2.2mol 2.6mol
10.烷烃与氯气的取代反应属于常见的自由基反应,其中甲烷反应的部分历程如下:
①引发:Cl2Cl·+Cl·等
②链反应:Cl·+CH4CH3·+HCl,CH3·+Cl2Cl·+CH3Cl等
③终止:Cl·+Cl·Cl2,Cl·+CH3·CH3Cl等
下列说法不正确的是 ( )
引发时可以通过热辐射、光照等条件
链反应可以反复进行
反应产物只有四种
产物中将出现CH3CH3
11.(8分)(1)(4分)分子中碳原子数在10以内的烷烃,一氯代物只有一种的共有四种,试写出其结构简式: 、 、
、 。
(2)(2分)烃A与含氢量最高的烃B互为同系物,在光照条件下,1体积A最多可与6体积Cl2完全反应(同温同压下),烃A的结构简式是 。
(3)(2分)烃B的相对分子质量为72,每个B分子中有42个电子,B的一溴代物种数是它同分异构体中最多的。B的名称为 。
B级 素养培优练
(12~13题,每小题4分)
12.下列有关烷烃的叙述中,不正确的是 ( )
在烷烃分子中,所有的化学键都是单键
烷烃中除甲烷外,很多都能使酸性KMnO4溶液的紫色褪去
分子通式为CnH2n+2的烃一定是烷烃
所有的烷烃在光照条件下都能与氯气发生取代反应
13.常温下,1mol某烷烃在光照条件下与氯气发生取代反应,若在适当的条件下,完全取代需要消耗6molCl2,则下列判断不正确的是 ( )
该烷烃的分子式为C2H6
将反应所生成的气体产物通入AgNO3溶液会产生白色沉淀
该烷烃的四氯代物有2种
反应容器中,一氯代物所占的物质的量分数最大
14.(6分)页岩气中某些烃分子的结构模型如图所示:
(1)(2分)有机化合物乙的名称为 ,
有机化合物甲与有机化合物乙互为 。
(2)(2分)有机化合物甲的二氯取代物有 种;根据甲烷分子的空间结构推测,有机化合物乙中最多有 个C原子在同一平面内。
(3)(2分)有机化合物甲和乙的沸点:甲 (填“>”“=”或“<”)乙,1mol甲和乙的混合气体完全燃烧消耗O2的物质的量为 mol。
15.(8分)如图是某同学利用日常用品注射器设计简易实验装置。甲管中注入10mLCH4,同温、同压下乙管中注入50mLCl2,将乙管气体推入甲管中,气体在甲管中反应,针管用日光照射一段时间。
(1)(1分)下列是某同学预测的实验现象:
①气体最终变为无色;②实验过程中,甲管活塞向内移动;③甲管内壁有油珠;④产生火花。
其中正确的是 。
(2)(1分)甲管中发生的化学反应类型为 。
(3)(2分)反应后,甲管中剩余气体能用下列试剂吸收的是 。
A.水 B.氢氧化钠溶液
C.硝酸银溶液 D.饱和食盐水
(4)(4分)反应后,若将甲管中的物质推入盛有适量AgNO3溶液的小试管中会观察到
,若再向其中滴入几
滴石蕊试液,又观察到 。
16.(10分)烃A的结构简式为
(1)(2分)用系统命名法命名烃A: ;
烃A的一氯代物有 种(不考虑立体异构)。
(2)(2分)已知烃A中伯、仲、叔、季碳原子各有6个、4个、2个和1个。试判断在烷烃C7H16中,具有3个伯碳原子的同分异构体(不考虑立体异构)有 种。
(3)(6分)烷烃B中含有4个伯碳原子、1个仲碳原子和2个叔碳原子,则烷烃B的分子式为 ,写出烷烃B可能具有的结构简式和它们的系统名称: 。
1mol烷烃B完全燃烧需消耗氧气 mol。
作业5 烷烃及其性质
1.D [烷烃可以在一定条件下发生分解反应,也可以燃烧、发生取代反应,但烷烃不能使酸性高锰酸钾溶液褪色。]
2.D [依据取代反应的概念:有机物分子里的原子或原子团被其他原子或原子团所代替的反应,D项正确。]
3.A [设该烃的分子式为CxHy,则CxHy+(x+)O2xCO2+H2O,由题意可知,烃和O2的物质的量之和应为CO2的物质的量的2倍,即1+(x+)=2x,解得x=1+。讨论:当y=4时,x=2,为C2H4;当y=6时,x=2.5,不符合题意;当y=8时,x=3,为C3H8;当x>3时,不符合烃的组成,故正确答案为A。]
4.B [A项,中含有2种不同化学环境的氢原子,其一氯代物有2种;B项,中只有1种化学环境的氢原子,其一氯代物只有1种,C项中含有3种不同化学环境的氢原子,其一氯代物有3种;D项,中含有4种不同化学环境的氢原子,其一氯代物有4种。]
5.B [烷烃发生取代反应时,取代1个氢原子,需要1个氯分子,故1 mol丙烷最多可与8 mol氯气反应。]
6.D [标况下22.4 L混合气体的物质的量为1 mol,即1 mol混合气体充分燃烧后放出1 518.5 kJ的热量,用平均值特点,结合极限假设法可知,要满足要求中需要的热量,应该一种烃的摩尔燃烧焓的数值高于1 518.5,另一种低于1 518.5。]
7.C [根据题意可知该链状有机物为烷烃,其通式为CyH2y+2(y≥1),设该分子中—CH3个数为x,则C原子个数y=n+m+a+x,H原子个数2y+2=2n+m+3x,解得x=m+2a+2。C符合题意,故选C。]
8.C [烷烃的燃烧通式为CnH2n+2+O2nCO2+(n+1)H2O,1 mol某烷烃完全燃烧消耗的O2为11 mol,=11,解得n=7,该烷烃的分子式为C7H16,主链是5个C原子时,取代基可以是2个甲基的同分异构体有4种,取代基是乙基的有1种,所以共有5种同分异构体。]
9.D [在光照条件下,1 mol CH4与Cl2能发生取代反应,测得四种有机取代产物的物质的量之比n(CH3Cl)∶n(CH2Cl2)∶n(CHCl3)∶n(CCl4)=3∶2∶1∶4,由碳原子守恒可知:n(CH3Cl)+n(CH2Cl2)+n(CHCl3)+n(CCl4)=1 mol,所以n(CH3Cl)=0.3 mol,n(CH2Cl2)=0.2 mol,n(CHCl3)=0.1 mol,n(CCl4)=0.4 mol,该四种取代产物中取代的n(H)=n(Cl)=0.3 mol×1+0.2 mol×2+0.1 mol×3+0.4 mo×4=2.6 mol,根据取代反应的特点可知,取代1 mol H,消耗1 mol Cl2,则消耗的n(Cl2)=n(H)=2.6 mol,D正确。]
10.C [烷烃与氯气反应的条件为光照,所以引发时可以通过热辐射、光照等条件,A正确;依据反应历程可知Cl·在链反应中消耗后又生成,所以链反应可以周而复始、反复进行,B正确;甲烷与氯气反应可以生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、HCl等,C错误;两个·CH3可以结合生成CH3—CH3,D正确。]
11.(1)CH4 CH3CH3
(2)CH3CH3 (3)2-甲基丁烷
解析 (1)利用等效氢法可推知,符合条件的烷烃分子只有一种等效氢原子,其结构高度对称。(2)含氢量最高的烃为CH4,即A为烷烃;由1体积A最多与6体积Cl2完全反应知,A分子中含有6个H原子,则A为C2H6。(3)由题意可知B为C5H12。C5H12的同分异构体有3种:①CH3CH2CH2CH2CH3、
②、③,①有三种一溴代物,②有四种一溴代物,③有一种一溴代物,其中②符合题意。
12.B [烷烃分子中碳原子之间全部以碳碳单键结合成链状。碳原子的剩余键全部跟氢原子相结合而达饱和,无论是碳碳键还是碳氢键,都是单键,A正确;烷烃属于饱和烃,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溶液)反应,B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,C正确;烷烃在光照条件下都能与氯气发生取代反应,这是烷烃的主要特征之一,D正确。]
13.D [1 mol某烷烃在光照条件下与氯气发生取代反应,若在适当的条件下,完全取代需要消耗6 mol Cl2,说明分子中含有6个H原子,该烷烃的分子式为C2H6,故A正确;烷烃在光照条件下与氯气发生取代反应,生成的气体产物中一定有HCl,通入AgNO3溶液会产生白色沉淀,故B正确;该烷烃的四氯代物有1,1,1,2-四氯乙烷、1,1,2,2-四氯乙烷,共2种,故C正确;反应容器中,氯化氢所占的物质的量分数最大,故D错误。]
14.(1)异丁烷(或2-甲基丙烷) 同分异构体
(2)6 3 (3)> 6.5
解析 (1)根据有机化合物乙的空间填充模型可知,乙的结构简式为,名称为异丁烷(或2-甲基丙烷);根据有机化合物甲的球棍模型可知,甲的结构简式为CH3CH2CH2CH3,有机化合物甲和乙的分子式相同,均为C4H10,而结构不同,二者互为同分异构体。(2)根据甲的碳骨架结构分析,甲的二氯代物有6种。,相当于CH4分子中的3个H原子被3个—CH3取代,则有机化合物乙分子中最多有3个C原子在同一平面内。(3)甲和乙互为同分异构体,甲没有支链,乙有支链,因此沸点:甲>乙。甲和乙的分子式均为C4H10,1 mol C4H10完全燃烧消耗6.5 mol O2。
15.(1)②③ (2)取代反应 (3)B (4)液体分为两层,产生白色沉淀 先变红后褪色
解析 (1)甲烷与氯气在光照条件下发生取代反应生成CH3Cl(气体)、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl,因为氯气过量,所以混合气体的颜色逐渐变浅,不会变成无色;反应后有油状液滴(二氯甲烷、三氯甲烷与四氯甲烷)出现;反应过程中气体的体积减小,导致试管内的压强低于外界大气压,体积减小,甲管活塞向内移动。(2)甲烷与氯气在光照条件下发生取代反应生成CH3Cl(气体)、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl。(3)反应后,甲管中剩余气体为氯气、氯化氢和CH3Cl,三者都能与碱反应,可以用氢氧化钠溶液吸收。(4)甲管中的氯气、氯化氢溶于水,氯气与水反应生成盐酸和次氯酸,溶液呈酸性,氯离子能与AgNO3溶液产生氯化银白色沉淀;其余有机物不溶于水,溶液分层,所以将甲管中的物质推入盛有适量AgNO3溶液的小试管中会观察到液体分为两层,产生白色沉淀;若再向其中滴入几滴石蕊试液,由于有盐酸,溶液变红,又由于存在次氯酸,次氯酸具有强氧化性,会把红色物质氧化,故观察到溶液先变红后褪色。
16.(1)2,2,6-三甲基-4-乙基辛烷 10 (2)3
(3)C7H16 :2,3-二甲基戊烷、:2,4-二甲基戊烷 11
解析 (1),
根据编号可知此物质的名称为2,2,6-三甲基-4-乙基辛烷,烃A中氢原子种类为10种,所以其一氯代物有10种。(2)伯碳指—CH3中的碳原子,仲碳指—CH2—中的碳原子,叔碳指中的碳原子,季碳指中的碳原子。若C7H16中有3个伯碳原子即3个—CH3,则只有一个取代基,其可能的结构简式有:、、,共3种同分异构体。(3)烷烃B中共有7个碳原子,所以其分子式为C7H16,烷烃B可能的结构简式为(2,3-二甲基戊烷)和(2,4-二甲基戊烷)。烷烃B完全燃烧的化学方程式为C7H16+11O27CO2+8H2O。
