第3节 烃
第1课时 烷烃及其性质
课标定向 心中有丘壑
1.通过烷烃与氧气、卤素单质的反应, 知道化学变化需要一定的条件, 并遵循一定规律。(变化观念与平衡思想)
2.以典型代表物的具体反应为载体, 通过类比迁移学习一类有机化合物的性质。(科学探究与创新意识)
一、烷烃的结构
1.概念:分子中的碳原子之间都以单键相连的链烃。
2.特点:单键、链烃、饱和烃。
3.通式:Cn(n≥1)。
二、烷烃的物理性质
1.递变规律(随碳原子数n递增)
2.相似性
烷烃不溶于水,易溶于苯、乙醚等有机溶剂,密度小于水。
[思考] 烷烃的熔沸点为什么随着碳原子数的增加而升高
提示:烷烃分子的组成和结构相似,分子之间只存在范德华力,相对分子质量越大,范德华力越大,熔沸点越高。
三、烷烃的化学性质
1.稳定性
常温下烷烃很不活泼,与强酸、强碱、强氧化剂和还原剂都不发生反应。
2.与卤素单质的反应
在光照条件下,烷烃与Cl2、Br2等卤素单质发生取代反应。
(1)乙烷与氯气(生成一氯代物)
CH3CH3+Cl2CH3CH2Cl+HCl
(2)分子中碳链较长的烷烃与氯气(生成一氯代物)
不同碳氢键断裂可以得到不同的取代产物,如丙烷与氯气在光照条件下发生取代反应的产物是(1-氯丙烷)、(2-氯丙烷)。
[思考] 能否在光照条件下利用乙烷与氯气反应制备氯乙烷
提示:乙烷与氯气的取代反应有机产物有多个,因此不能用于制备氯乙烷。
3.与氧气的反应
烷烃可在空气或氧气中完全燃烧生成CO2和H2O,燃烧的通式为CnH2n+2+O2nCO2+(n+1)H2O。
【质疑辨析】
(1)符合通式CnH2n+2(n≥1,n为整数)的物质一定为烷烃。 (√)
提示:烷烃的通式为CnH2n+2(n≥1,n为整数),符合此通式的均为烷烃。
(2)环戊烷()属于烷烃。 (×)
提示:烷烃属于链烃。
(3)甲烷能与氯水发生取代反应。 (×)
提示:甲烷与氯气在光照条件下反应,与氯水不反应。
(4)正戊烷、异戊烷和新戊烷分子间只存在范德华力且相对分子质量相同,故熔沸点相等。 (×)
提示:烷烃的同分异构体,支链越多,范德华力越小,熔沸点越低。
(5)光照条件下,乙烷通入溴水,可使溴水褪色。 (×)
提示:在光照条件下,烷烃能与溴蒸气反应,而与溴水不反应,不能使溴水褪色。
(6)烷烃能使酸性KMnO4溶液紫色褪去。 (×)
提示:烷烃一般比较稳定,通常烷烃不与酸、碱、氧化剂反应,不能使酸性KMnO4溶液褪色。
探究任务一:烷烃的取代反应
【导学探究】
把1体积CH4和4体积Cl2组成的混合气体充入大试管中,将此试管倒立在盛有Na2SiO3溶液的水槽里,放在光亮处。
(1)试管中观察到哪些现象
提示:CH4和Cl2在光照条件下生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl,随着反应的进行,Cl2不断消耗,黄绿色逐渐变浅。又由于生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4常温下均为油状液体,使试管壁上有油滴出现。因生成的HCl易溶于水,反应后试管内气体压强减小,试管内液面上升。
(2)若忽略氯气与水的反应,出现什么现象证明氯气与甲烷发生的反应属于取代反应而不是加成反应
提示:由于氯化氢溶于水后与Na2SiO3反应生成白色絮状沉淀。若水槽中出现白色絮状沉淀则证明氯气与甲烷反应后生成HCl,发生取代反应,若没有白色絮状沉淀生成则证明该过程中发生加成反应。
(3)若将1 mol甲烷与4 mol的氯气充分反应,能否制备CCl4
提示:不能,无论两者以何种比例混合产物均为四种有机物的混合物。
【归纳总结】
烷烃与卤素单质的取代反应
反应的条件 光照
反应物状态 卤素单质(F2、Cl2、Br2、I2)而不是其溶液
反应的特点 氢原子被卤素原子逐步取代,多步反应同时进行
反应产物 混合物(多种卤代烃),不适宜制备卤代烃
定量关系 n(X2)=n(一卤代物)+2n(二卤代物)+3n(三卤代物)+……=n(HX)
【针对训练】
1.实验室中用如图所示的装置进行甲烷与氯气在光照下反应的实验。
光照下反应一段时间后,下列装置示意图中能正确反映实验现象的是 ( )
【解析】选D。甲烷与氯气发生取代反应生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl,因此观察到试管内颜色变浅,生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4为油状液体,且氯气易溶于有机物,故观察到试管内壁有油状液滴,只有CH3Cl和HCl为气体,因此反应后气体的体积减小,且HCl易溶于水,因此导致试管内压强减小,饱和食盐水会进入试管内形成一段水柱,因此答案为D。
【补偿训练】将试管中的甲烷和氯气光照一段时间后,拔开橡胶塞,实验过程中不可能观察到的现象是 ( )
A.试管中气体的黄绿色变浅
B.试管中有火星出现
C.试管内壁有油状液滴出现
D.试管口有白雾
【解析】选B。甲烷和氯气光照一段时间后试管内气体颜色逐渐变浅,内壁有油状液滴出现,拔开橡胶塞试管口有少量白雾出现。
2.(2023·三明高二检测)将体积比为1∶1的甲烷和氯气的混合气体,光照充分反应后,有关生成物中卤代物的说法正确的是 ( )
A.只有CH3Cl
B.只有CCl4
C.含有两到三种氯代物
D.含有四种氯代物
【解析】选D。光照条件下,甲烷和氯气的取代反应为连锁反应,无论甲烷和氯气的比例是多少,其产物中四种氯代物(CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4)都存在,故答案选D。
[拓展思考]
(1)产物中含量最多的是哪一种物质
提示:无论两者如何反应,产物中含量最多的都是HCl。
(2)若1 mol CH4与足量的Cl2充分反应,得到四种有机物的量均为0.25 mol,实际消耗氯气的量是多少
提示:由于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。
探究任务二:烃燃烧的规律和应用
【导学探究】
[生活情境]液化石油气是常用的燃料,由于其热值高、无烟尘、无炭渣,操作使用方便,已广泛地进入人们的生活领域。已知:①液化石油气的成分包括丙烷、丙烯、丁烷、丁烯等;
②烃燃烧的化学方程式为CxHy+(x+)O2xCO2+H2O。
探究点一:探究等物质的量烃的燃烧规律
同状况、等体积、等物质的量的以上物质完全燃烧时:
(1)消耗O2的量最多的是哪一种烃
提示:等物质的量的烃,完全燃烧耗氧量取决于(x+)的相对大小,(x+)越大,耗氧量越高,因此上述四种物质中耗氧量最大的是丁烷。
(2)生成二氧化碳最多的是哪一种烃 生成水最多的是哪一种烃
提示:x越大,生成二氧化碳越多,因此生成二氧化碳最多的是丁烷和丁烯;y越大,生成水越多,因此生成水最多的是丁烷。
探究点二:探究等质量烃的燃烧规律
等质量的以上物质完全燃烧时:
(1)消耗O2的量最多的是哪一种烃
提示:对于同质量的烃CxHy,完全燃烧时耗氧量的多少取决于的大小,越大,耗氧量越多,因此上述等质量的四种物质耗氧量最多的是丙烷。
(2)生成二氧化碳最多的是哪一种烃 生成水最多的是哪一种烃
提示:对于同质量的烃CxHy,完全燃烧时生成二氧化碳及水的多少取决于的大小,越大,水越多,二氧化碳越少,因此上述四种物质生成二氧化碳最多的是丙烯和丁烯,生成水最多的是丙烷。
【归纳总结】
1.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)烃完全燃烧的四个规律:
①等物质的量的烃(CxHy)完全燃烧时,x+的值越大,耗氧量越多。其中x值越大,生成的CO2越多;y值越大,生成的水越多。
②等质量的烃(CxHy)完全燃烧,烃(CxHy)燃烧可看作烃中的C和H分别与氧结合。其关系式为
由上面关系可知,等质量的烃的耗氧量的大小取决于,的值越大,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。
③最简式(实验式)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原子的原子个数比也相同。
2.同温同压下,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,则
故反应前后气体体积的变化ΔV仅与氢原子数y有关。
(2)燃烧后温度低于100 ℃时,水为液态,反应后气体变化ΔV(V后-V前)=-(1+),气体体积一定是减少的。
【特别警示】利用烃类燃烧通式处理相关问题时的注意事项
(1)水的状态是液态还是气态。
(2)气态烃完全燃烧前后,气体体积变化只与烃分子中氢原子个数有关。
(3)注意烃是否完全燃烧,也就是O2是否足量。
【针对训练】
1.(2024·济南高二检测)两种物质不论以什么质量比混合,只要混合物的质量一定,充分燃烧时产生的水的量总为定值,这组混合物是 ( )
A.乙炔和丁炔
B.乙烷和丙烯
C.乙烷和乙烯
D.乙炔和苯
【解析】选D。两种物质不论以什么质量比混合,只要混合物的质量一定,充分燃烧时产生的水的量总为定值,符合该条件的两种物质中H元素的质量分数相等,两种物质可能具有相同的最简式、可能互为同分异构体等。
[拓展思考]
(1)上题题干中“两种物质不论以什么质量比混合,只要混合物的质量一定”改为“两种物质不论以什么物质的量之比混合,只要混合物的总物质的量一定”哪个选项符合题意
提示:根据题意,两种烃的氢原子数目应该相等,故选B。
(2)上题题干改为“两种物质不论以什么物质的量之比混合,只要混合物的总物质的量一定,充分燃烧时产生的二氧化碳的量总为定值,”哪个选项符合题意
提示:根据题意要求两种烃的碳原子个数相同,故选C。
2.0.1 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】选A。由燃烧产物推知混合烃的平均分子式为C1.6H4,则两种气态烃中必有CH4,另一种可以是C2H4,也可以是C3H4。
【补偿训练】25 ℃某气态烃与O2混合,在密闭容器中点燃爆炸后又恢复至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
【解析】选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;当y=6时,x=2.5,不符合题意;当y=8时,x=3,故正确答案为A。
【真题示例】
(双选)下列有关烷烃的说法正确的是 ( )
A.(2022·浙江6月选考·6节选)天然气的主要成分是甲烷,是常用的燃料
B.(2021·全国甲卷·10节选)烷烃的沸点高低仅取决于碳原子数的多少
C.(2021·广东选择考·5节选)属于烷烃
D.(2021·浙江6月选考·5节选)乙烷的球棍模型
[解题思维]解答本题的思维流程如下:
提取 关键点 ①沸点高低; ②球棍模型
转化 知识点 ①烷烃属于分子晶体,且分子间无氢键,因此相对分子质量越大,熔沸点越高,碳原子个数相同的烷烃,支链越多熔沸点越低; ②球棍模型不仅体现原子大小,还能体现成键方式
排除 障碍点 烷烃为碳原子之间以碳碳单键结合成链状,其余的全连氢
【解析】选A、D。天然气是三大化石燃料之一,其主要成分是甲烷,是生产生活中常用的一种燃料,A正确;烷烃的沸点高低取决于碳原子数目的多少,碳原子数越多,相对分子质量越大,沸点越高;碳原子数相同的烷烃,与支链多少有关,支链越多,沸点越低,B错误;根据结构简式可知,分子中含C、H、O,含碳碳双键和酯基,不属于烷烃,C错误;D.乙烷的结构简式为CH3CH3,球棍模型为,D正确。
【对点演练】
1.两种气态烃组成的混合气体完全燃烧后得到CO2和H2O的物质的量随混合烃的总物质的量的变化如图所示,则下列对混合烃的判断正确的是 ( )
①一定有乙烯 ②一定有甲烷
③一定有丙烷 ④一定无乙烷
⑤可能有乙烷 ⑥可能有丙炔
A.②③⑤ B.⑤⑥ C.②④⑥ D.①④
【解析】选C。由题给图示可知n(烃)∶n(CO2)∶n(H2O)=1∶1.6∶2,所以n(烃)∶n(C)∶n(H)=1∶1.6∶4,所给混合气体的平均组成为C1.6H4,则一定含有CH4,另一种烃应为CxH4,即一定没有乙烷、丙烷,可能有乙烯或丙炔。
【补偿训练】(双选)一定条件下,两种气态烃的混合物共1 mol,在空气中完全燃烧生成1.5 mol CO2和2 mol水蒸气。关于该混合物的说法正确的是 ( )
A.一定有甲烷
B.一定有乙烷
C.一定含有甲烷,可能含有乙烯
D.可能是甲烷和丙烷的混合物
【解析】选A、C。设混合烃的平均分子式为CxHy,则有
列式解得x=1.5,y=4。即混合烃的平均分子式为C1.5H4,则其中一定含有CH4,且另一种必须是含有4个H的烃。
2.(双选)(2024·威海高二检测)下列有关烷烃的说法正确的是 ( )
A.戊烷的同分异构体有3种,其习惯命名分别为正戊烷、异戊烷、新戊烷
B.沸点:异丁烷<正丁烷
C.符合通式CnH2n+2(n≥0)的物质一定是烷烃的同系物
D.随着碳原子数的依次增加,烷烃中碳的质量分数逐渐减小
【解析】选A、B。戊烷存在3种同分异构体:正戊烷、异戊烷和新戊烷,故A正确;对于互为同分异构体的烷烃,不含支链的沸点高于有支链的沸点,正丁烷的沸点高于异丁烷的沸点,故B正确;符合通式CnH2n+2(n≥0)的物质,当n=0时,该物质为氢气,氢气不是烷烃的同系物,故C错误;烷烃分子的通式为CnH2n+2,所以随着碳原子数的依次增加,烷烃中碳的质量分数逐渐增大,故D错误。
1.(2024·东营高二检测)下列有关烷烃的说法不正确的是 ( )
A.烷烃分子中既有σ键也有π键
B.完全燃烧产物只有CO2和H2O
C.与卤素单质发生取代反应
D.通常不与强酸、强碱、强氧化剂反应
【解析】选A。烷烃分子中只含有共价单键,只有σ键没有π键;烷烃只由C和H两种元素组成,完全燃烧只生成二氧化碳和水;烷烃能与卤素单质发生取代反应;烷烃通常不与强酸、强碱和强氧化剂反应。
2.下列物质中,在常温和光照的条件下可以与乙烷发生化学反应的是 ( )
A.稀硫酸 B.NaOH溶液
C.Cl2 D.酸性KMnO4溶液
【解析】选C。常温下烷烃性质稳定,一般情况下不与强酸、强碱、强氧化剂和还原剂发生反应,但是在光照条件下可以与氯气发生取代反应。
【补偿训练】1.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.甲烷与氯气发生取代反应,生成的产物中CH3Cl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
【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,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 CH4完全生成CCl4,最多消耗4 mol Cl2,D错误。
2.下列有关烷烃的叙述不正确的是 ( )
A.所有直链烷烃分子中,碳碳键的数目均比碳原子数目少1
B.烷烃在光照条件下都能与氯气发生取代反应
C.烷烃的分子通式为CnH2n+2,符合通式的烃不一定是烷烃
D.随着碳原子数的增加,烷烃的熔、沸点逐渐升高
【解析】选C。烷烃的通式为CnH2n+2,碳原子个数大于或等于1的所有直链烷烃分子中碳碳键的数目为n-1,则分子中碳碳键的数目均比碳原子数目少1,故A正确;光照条件下,烷烃都能与氯气发生取代反应生成氯代烷烃和氯化氢,故B正确;通式为CnH2n+2的烃分子中碳原子结合的原子已饱和,则符合CnH2n+2的有机物一定是烷烃,故C错误;烷烃随着碳原子数的增加,相对分子质量逐渐增大,分子间的作用力逐渐增大,熔、沸点逐渐升高,故D正确。
3.(2024·聊城高二检测)等质量的下列烃分别完全燃烧,消耗氧气最少的是 ( )
A.甲烷 B.乙烯
C.苯 D.甲苯(C7H8)
【解析】选C。C中数值最小,即含氢的质量分数最低。
4.(2024·济宁高二检测)某烃分子的球棍模型如图所示,关于该烃的说法不正确的是( )
A.分子式为C3H8
B.该烃含有碳碳双键
C.结构简式为CH3CH2CH3
D.化学性质与甲烷相似
【解析】选B。由该烃分子的球棍模型可知,1个该分子中含有3个C原子和8个H原子,分子式为C3H8,A正确;分子中存在碳碳单键和碳氢单键,没有碳碳双键,该烃属于烷烃,B错误;由分子的球棍模型可知,该烃分子的结构简式为CH3CH2CH3,C正确;分子中存在碳碳单键和碳氢单键,没有碳碳双键或三键,该烃属于烷烃,化学性质与甲烷相似,D正确。
5.丁烷(分子式C4H10)广泛应用于家用液化石油气,也用于打火机中作燃料。下列关于丁烷的叙述不正确的是 ( )
A.在常温常压下,C4H10是气体
B.丁烷有正丁烷与异丁烷两种同分异构体
C.C4H10与CH4互称为同系物
D.C4H10进行一氯取代后生成3种沸点不同的产物
【解析】选D。对于各类烃,当烃分子中C原子数小于等于4时,在常温下物质的状态为气态,故在常温常压下,C4H10是气体,A正确;丁烷分为正丁烷和异丁烷两种不同结构,二者分子式相同,结构不同,因此二者互为同分异构体,B正确;C4H10与CH4结构相似,在分子组成上相差3个CH2原子团,因此二者互称为同系物,C正确;C4H10有正丁烷(CH3CH2CH2CH3)、异丁烷()两种不同结构,每种物质分子中都存在两种不同位置的H原子,因此分子式是C4H10的物质进行一氯取代后生成4种沸点不同的产物,D错误。第3节 烃
第1课时 烷烃及其性质
课标定向 心中有丘壑
1.通过烷烃与氧气、卤素单质的反应, 知道化学变化需要一定的条件, 并遵循一定规律。(变化观念与平衡思想)
2.以典型代表物的具体反应为载体, 通过类比迁移学习一类有机化合物的性质。(科学探究与创新意识)
一、烷烃的结构
1.概念:分子中的碳原子之间都以单键相连的链烃。
2.特点:单键、链烃、饱和烃。
3.通式: 。
二、烷烃的物理性质
1.递变规律(随碳原子数n递增)
2.相似性
烷烃 于水, 于苯、乙醚等有机溶剂,密度 水。
[思考] 烷烃的熔沸点为什么随着碳原子数的增加而升高
三、烷烃的化学性质
1.稳定性
常温下烷烃很不活泼,与 、 、 和 都不发生反应。
2.与卤素单质的反应
在光照条件下,烷烃与Cl2、Br2等卤素单质发生取代反应。
(1)乙烷与氯气(生成一氯代物)
(2)分子中碳链较长的烷烃与氯气(生成一氯代物)
不同 断裂可以得到不同的取代产物,如丙烷与氯气在光照条件下发生取代反应的产物是 (1-氯丙烷)、 (2-氯丙烷)。
[思考] 能否在光照条件下利用乙烷与氯气反应制备氯乙烷
3.与氧气的反应
烷烃可在空气或氧气中完全燃烧生成CO2和H2O,燃烧的通式为CnH2n+2+O2nCO2+(n+1)H2O。
【质疑辨析】
(1)符合通式CnH2n+2(n≥1,n为整数)的物质一定为烷烃。 ( )
(2)环戊烷()属于烷烃。 ( )
(3)甲烷能与氯水发生取代反应。 ( )
(4)正戊烷、异戊烷和新戊烷分子间只存在范德华力且相对分子质量相同,故熔沸点相等。 ( )
(5)光照条件下,乙烷通入溴水,可使溴水褪色。 ( )
(6)烷烃能使酸性KMnO4溶液紫色褪去。 ( )
探究任务一:烷烃的取代反应
【导学探究】
把1体积CH4和4体积Cl2组成的混合气体充入大试管中,将此试管倒立在盛有Na2SiO3溶液的水槽里,放在光亮处。
(1)试管中观察到哪些现象
(2)若忽略氯气与水的反应,出现什么现象证明氯气与甲烷发生的反应属于取代反应而不是加成反应
(3)若将1 mol甲烷与4 mol的氯气充分反应,能否制备CCl4
【归纳总结】
烷烃与卤素单质的取代反应
反应的条件 光照
反应物状态 卤素单质(F2、Cl2、Br2、I2)而不是其溶液
反应的特点 氢原子被卤素原子逐步取代,多步反应同时进行
反应产物 混合物(多种卤代烃),不适宜制备卤代烃
定量关系 n(X2)=n(一卤代物)+2n(二卤代物)+3n(三卤代物)+……=n(HX)
【针对训练】
1.实验室中用如图所示的装置进行甲烷与氯气在光照下反应的实验。
光照下反应一段时间后,下列装置示意图中能正确反映实验现象的是 ( )
【补偿训练】将试管中的甲烷和氯气光照一段时间后,拔开橡胶塞,实验过程中不可能观察到的现象是 ( )
A.试管中气体的黄绿色变浅
B.试管中有火星出现
C.试管内壁有油状液滴出现
D.试管口有白雾
2.(2023·三明高二检测)将体积比为1∶1的甲烷和氯气的混合气体,光照充分反应后,有关生成物中卤代物的说法正确的是 ( )
A.只有CH3Cl
B.只有CCl4
C.含有两到三种氯代物
D.含有四种氯代物
[拓展思考]
(1)产物中含量最多的是哪一种物质
(2)若1 mol CH4与足量的Cl2充分反应,得到四种有机物的量均为0.25 mol,实际消耗氯气的量是多少
探究任务二:烃燃烧的规律和应用
【导学探究】
[生活情境]液化石油气是常用的燃料,由于其热值高、无烟尘、无炭渣,操作使用方便,已广泛地进入人们的生活领域。已知:①液化石油气的成分包括丙烷、丙烯、丁烷、丁烯等;
②烃燃烧的化学方程式为CxHy+(x+)O2xCO2+H2O。
探究点一:探究等物质的量烃的燃烧规律
同状况、等体积、等物质的量的以上物质完全燃烧时:
(1)消耗O2的量最多的是哪一种烃
(2)生成二氧化碳最多的是哪一种烃 生成水最多的是哪一种烃
探究点二:探究等质量烃的燃烧规律
等质量的以上物质完全燃烧时:
(1)消耗O2的量最多的是哪一种烃
(2)生成二氧化碳最多的是哪一种烃 生成水最多的是哪一种烃
【归纳总结】
1.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)烃完全燃烧的四个规律:
①等物质的量的烃(CxHy)完全燃烧时,x+的值越大,耗氧量越多。其中x值越大,生成的CO2越多;y值越大,生成的水越多。
②等质量的烃(CxHy)完全燃烧,烃(CxHy)燃烧可看作烃中的C和H分别与氧结合。其关系式为
由上面关系可知,等质量的烃的耗氧量的大小取决于,的值越大,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。
③最简式(实验式)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原子的原子个数比也相同。
2.同温同压下,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,则
故反应前后气体体积的变化ΔV仅与氢原子数y有关。
(2)燃烧后温度低于100 ℃时,水为液态,反应后气体变化ΔV(V后-V前)=-(1+),气体体积一定是减少的。
【特别警示】利用烃类燃烧通式处理相关问题时的注意事项
(1)水的状态是液态还是气态。
(2)气态烃完全燃烧前后,气体体积变化只与烃分子中氢原子个数有关。
(3)注意烃是否完全燃烧,也就是O2是否足量。
【针对训练】
1.(2024·济南高二检测)两种物质不论以什么质量比混合,只要混合物的质量一定,充分燃烧时产生的水的量总为定值,这组混合物是 ( )
A.乙炔和丁炔
B.乙烷和丙烯
C.乙烷和乙烯
D.乙炔和苯
[拓展思考]
(1)上题题干中“两种物质不论以什么质量比混合,只要混合物的质量一定”改为“两种物质不论以什么物质的量之比混合,只要混合物的总物质的量一定”哪个选项符合题意
(2)上题题干改为“两种物质不论以什么物质的量之比混合,只要混合物的总物质的量一定,充分燃烧时产生的二氧化碳的量总为定值,”哪个选项符合题意
2.0.1 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
【补偿训练】25 ℃某气态烃与O2混合,在密闭容器中点燃爆炸后又恢复至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
【真题示例】
(双选)下列有关烷烃的说法正确的是 ( )
A.(2022·浙江6月选考·6节选)天然气的主要成分是甲烷,是常用的燃料
B.(2021·全国甲卷·10节选)烷烃的沸点高低仅取决于碳原子数的多少
C.(2021·广东选择考·5节选)属于烷烃
D.(2021·浙江6月选考·5节选)乙烷的球棍模型
[解题思维]解答本题的思维流程如下:
提取 关键点 ①沸点高低; ②球棍模型
转化 知识点 ①烷烃属于分子晶体,且分子间无氢键,因此相对分子质量越大,熔沸点越高,碳原子个数相同的烷烃,支链越多熔沸点越低; ②球棍模型不仅体现原子大小,还能体现成键方式
排除 障碍点 烷烃为碳原子之间以碳碳单键结合成链状,其余的全连氢
【对点演练】
1.两种气态烃组成的混合气体完全燃烧后得到CO2和H2O的物质的量随混合烃的总物质的量的变化如图所示,则下列对混合烃的判断正确的是 ( )
①一定有乙烯 ②一定有甲烷
③一定有丙烷 ④一定无乙烷
⑤可能有乙烷 ⑥可能有丙炔
A.②③⑤ B.⑤⑥ C.②④⑥ D.①④
【补偿训练】(双选)一定条件下,两种气态烃的混合物共1 mol,在空气中完全燃烧生成1.5 mol CO2和2 mol水蒸气。关于该混合物的说法正确的是 ( )
A.一定有甲烷
B.一定有乙烷
C.一定含有甲烷,可能含有乙烯
D.可能是甲烷和丙烷的混合物
2.(双选)(2024·威海高二检测)下列有关烷烃的说法正确的是 ( )
A.戊烷的同分异构体有3种,其习惯命名分别为正戊烷、异戊烷、新戊烷
B.沸点:异丁烷<正丁烷
C.符合通式CnH2n+2(n≥0)的物质一定是烷烃的同系物
D.随着碳原子数的依次增加,烷烃中碳的质量分数逐渐减小
1.(2024·东营高二检测)下列有关烷烃的说法不正确的是 ( )
A.烷烃分子中既有σ键也有π键
B.完全燃烧产物只有CO2和H2O
C.与卤素单质发生取代反应
D.通常不与强酸、强碱、强氧化剂反应
2.下列物质中,在常温和光照的条件下可以与乙烷发生化学反应的是 ( )
A.稀硫酸 B.NaOH溶液
C.Cl2 D.酸性KMnO4溶液
【补偿训练】1.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.甲烷与氯气发生取代反应,生成的产物中CH3Cl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
2.下列有关烷烃的叙述不正确的是 ( )
A.所有直链烷烃分子中,碳碳键的数目均比碳原子数目少1
B.烷烃在光照条件下都能与氯气发生取代反应
C.烷烃的分子通式为CnH2n+2,符合通式的烃不一定是烷烃
D.随着碳原子数的增加,烷烃的熔、沸点逐渐升高
3.(2024·聊城高二检测)等质量的下列烃分别完全燃烧,消耗氧气最少的是 ( )
A.甲烷 B.乙烯
C.苯 D.甲苯(C7H8)
4.(2024·济宁高二检测)某烃分子的球棍模型如图所示,关于该烃的说法不正确的是( )
A.分子式为C3H8
B.该烃含有碳碳双键
C.结构简式为CH3CH2CH3
D.化学性质与甲烷相似
5.丁烷(分子式C4H10)广泛应用于家用液化石油气,也用于打火机中作燃料。下列关于丁烷的叙述不正确的是 ( )
A.在常温常压下,C4H10是气体
B.丁烷有正丁烷与异丁烷两种同分异构体
C.C4H10与CH4互称为同系物
D.C4H10进行一氯取代后生成3种沸点不同的产物
