课件66张PPT。第七章 有机化合物
第一节 认识有机化合物
第1课时
有机化合物中碳原子的成键特点 烷烃的结构一、有机化合物中碳原子的成键特点
1.甲烷是最简单的有机化合物,甲烷的分子式为___,
电子式为________,结构式为________。CH42.有机物中碳原子的结构及成键特点3.有机物种类繁多的原因
(1)碳原子间成键方式多样
①碳碳之间的结合方式有单键(_________)、双键
(_________)、三键( _________)。—C≡C—②多个碳原子可以相互结合成___状,也可以结合成___
状(且可带支链),如下图所示。链环③碳原子还可以和____________________等多种非金
属原子形成共价键。
(2)组成有机物的碳原子数目灵活
有机物分子中可能只含有1个或几个碳原子,也可以含
有成千上万个碳原子。H、O、N、S、P、卤素二、烷烃的结构
1.烷烃的结构
(1)甲烷的结构
甲烷的空间构型是_________结构,空间示意图是
。甲烷的球棍模型为 ,空间充填
模型为 。正四面体(2)烷烃结构上的特点【微点拨】 烷烃中碳碳结合成链状,链状不是“直线状”,而是呈锯齿状,链上还可分出支链,如图所示。2.烷烃的命名
(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3.同系物
(1)概念:_____相似,在分子组成上相差一个或若干个
_________的化合物。
(2)实例:CH4、C2H6、C3H8互为同系物。结构CH2原子团【微思考】
如何判断有机物之间是否互为同系物?
提示:同系物间的分子结构相似,属于同一类物质;同系物间的组成上相差一个或若干个CH2原子团。4.同分异构体
(1)概念
①同分异构现象:化合物具有相同的_______,但具有不
同_____的现象。
②同分异构体:具有_____________的化合物。分子式结构同分异构现象(2)写出C4H10的同分异构体:___________和__________。CH3CH2CH2CH3(3)戊烷的同分异构体有3种,己烷的同分异构体有__
种。5【巧判断】
(1)同分异构体具有相同的组成元素。 ( )
提示:√。同分异构体具有相同的分子式,所以组成元素一定相同。(2)相对分子质量相同的化合物互为同分异构体。
( )
提示:×。同分异构体具有相同的分子式,相对分子质量一定相同。但相对分子质量相同的化合物不一定是同分异构体。知识点一 同系物的理解与判断
【重点释疑】
1.同系物判断的三个关键点:(1)同系物一定具有不同的碳原子数(或分子式)。
(2)同系物一定具有不同的相对分子质量(相差14 n)。2.同系物判断的几个“一定”和“不一定”
(1)同系物在分子组成上一定相差一个或若干个“CH2”原子团;但在分子组成上相差一个或若干个“CH2”原子团的有机物不一定是同系物。
(2)同系物具有同一通式,但具有同一通式的有机物不一定是同系物。(3)同系物的化学性质一定相似,但化学性质相似的物质不一定是同系物。
(4)同系物的相对分子质量一定不相同。【思考·讨论】
(1)CH3CH2CH2CH3与 是否属于同系物?
为什么?提示:不是。因为同系物在分子组成上必须相差1个或
若干个CH2原子团,一定具有不同的分子式。而
CH3CH2CH2CH3与 分子式相同,属于同分异
构体。(2)CH2＝CHCH3和 的组成相同,二者中哪一
个与CH2＝CH2互为同系物?由此判断,分子组成上相差
一个或若干个CH2原子团的有机物一定是同系物吗?提示:与CH2＝CH2互为同系物的是CH2＝CHCH3,因为
CH2＝CH2和CH2＝CHCH3分子中都含有 ,结构相
似,且分子组成上相差1个CH2原子团。 分子中
含碳碳单键而不含双键,化学键类型不同,结构不相似。
由此可知分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的有
机物结构不一定相似,故不一定是同系物。【案例示范】
【典例】如图是几种烷烃的球棍模型,试回答下列问题:(1)A、B、C三者的关系是____________。?
(2)A的分子式为____________________,?C的名称为____________。?【思维建模】解答本类试题思维流程如下:【解析】据球棍模型知结构简式分别为A.CH3CH3,
B.CH3CH2CH3,C.CH3CH2CH2CH3,名称分别为乙烷、丙烷、正丁烷,它们分子组成上依次相差一个“CH2”原子团,互为同系物。
答案:(1)同系物 (2)C2H6 正丁烷【迁移·应用】
1.下列关于同系物的说法中,错误的是 ( )
A.同系物具有相同的最简式
B.同系物能符合同一通式
C.同系物中,相邻的同系物彼此在组成上相差一个CH2原子团
D.同系物的化学性质基本相似,物理性质随碳原子数增加而呈规律性变化【解析】选A。结构相似,必属同一类物质,因此有同一通式,但不一定有相同的最简式,A错误,B正确;相邻同系物组成上相差一个CH2原子团,C正确;因结构相似,所以化学性质基本相似,但组成上的差异使得物理性质随碳原子数增加而呈规律性变化,D正确。2.下列各组物质互为同系物的是 ( )
A.O2和O3
B.CH4和C3H8
C.CH3CH2CH2CH3和(CH3)3CH
D 【解析】选B。O2和O3互为同素异形体； 互为同
位素;CH3CH2CH2CH3和(CH3)3CH分子式相同,只有CH4和
C3H8满足同系物的概念。知识点二 同分异构体的书写与判断
【重点释疑】
1.烷烃同分异构体的书写规律
(1)方法速记口诀: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)书写原则与操作思路:选择最长的碳链为主链;找出中心对称线;碳原子必须满足四个键;主链上的链端不能接甲基,主链上的第二个碳原子或倒数第二个碳原子不能接乙基,否则主链会改变,而容易出现重复结构。(3)实例:书写戊烷(C5H12)同分异构体
①先写出碳链最长的直链烃:CH3CH2CH2CH2CH3。
②从主链上减少一个—CH3作为取代基(支链),在所得
主链上依次移动可能的位置,得 。③再从主链上减少一个碳原子作为所得主链的取代基,
得 。
故C5H10的同分异构体共有三种,依次称为正戊烷、异戊
烷、新戊烷。2.“等效氢法”判断一卤代烃的数目
要判断某烃的一卤取代物的同分异构体的数目,首先要观察烃的结构是否具有对称性。
(1)连在同一碳原子上的氢原子等效,如甲烷中的4个氢原子等效。(2)同一个碳原子上所连接的甲基(—CH3)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。
烃分子中等效氢原子有几种,则该烃一卤取代物就有几
种同分异构体。【思考·讨论】
(1) 与 是否为同分异构体?说明理由。提示:不是同分异构体,由于二者均为四面体结构,为同一种物质。(2)CH3—CH＝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。(3)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4种,它们分别是CH3CH2CH2CH2Cl、CH3CH2CHClCH3、(CH3)2CHCH2Cl、(CH3)2CClCH3。【案例示范】
【典例】已知某烷烃分子中电子数为42。
(1)该烷烃的分子式为____________。?
(2)写出该烷烃分子的所有同分异构体的结构简式:
______________________。?【解题指南】解答本题需注意以下两点:
(1)熟悉烷烃的通式,利用通式求出分子式;
(2)掌握烷烃同分异构体的书写步骤,按照操作流程书写,避免出现重复或遗漏。【解析】(1)烷烃分子通式为CnH2n+2,则其分子中电子
数为6n+(2n+2)=42,n=5,烷烃分子式为C5H12。
(2)烷烃C5H12有三种同分异构体,其结构简式分别为
CH3—CH2—CH2—CH2—CH3、 答案:(1)C5H12
(2)CH3—CH2—CH2—CH2—CH3、
【误区警示】(1)碳碳单键可以旋转,因此烷烃(主链的碳原子数≥4)的碳链形状可以改变。在判断是否为同分异构体时,要特别注意与同一物质相区分。
(2)烷烃分子组成越复杂,同分异构体越多,如CH4、C2H6、C3H8无同分异构体,C4H10有2种同分异构体,C5H12有3种同分异构体。【迁移·应用】
1.下列化合物中有三种不同氢原子的是 ( )
A.(CH3)3CC(CH3)3
B.(CH3)2CH(CH2)2CH(CH3)2
C.(CH3)2CHCH2CH3
D.CH3C(CH3)3【解析】 2.有下列结构的物质:①CH3(CH2)3CH3
②CH3CH2CH2CH2CH3 ③CH3CH2CH2CH2CH2CH3其中,属于同系物的是________;属于同分异构体的是______________;?
属于同种物质的是________。?
A.①② B.②③ C.③④⑤⑥⑦
D.①③ E.③④⑤⑦ F.④⑥【解析】7种物质均为烷烃,若碳原子数不同,则互为同系物;若碳原子数相同,而结构不同,则互为同分异构体;若碳原子数相同,且结构也相同,则为同一种物质。7种物质的分子式分别为①C5H12 ②C5H12 ③C6H14 ④C6H14 ⑤C6H14 ⑥C6H14 ⑦C6H14。所以①②中任一物质与③④⑤⑥⑦中任一物质均属于同系物;①②结构相同,属于同种物质,④⑥结构相同,属于同种物质;③④⑤⑦或③⑤⑥⑦互为同分异构体。答案:BD E AF【补偿训练】
下列说法中正确的是 ( )
A.C3H7Cl有3种同分异构体
B.相对分子质量相同、结构不同的两种化合物互为同分异构体
C.同分异构体之间的转化是化学变化【解析】选C。C3H7Cl有2种同分异构体,即
和 ;相对分子质量相同,但分子式不一定相同,
故相对分子质量相同,结构不同的两种化合物不一定是
同分异构体;同分异构体为不同的物质,故它们之间的
转化是化学变化;为同一物质,不是同分异构体。【素养提升】
“手性”指一个物体不能与其镜像相重合 。如我们的双手,左手与互成镜像的右手不重合。一个手性分子与其镜像不重合,分子的手性通常是由不对称碳引起的,即一个碳上的四个基团互不相同。 通常用(RS)、(DL)对其进行识别。例如:(1)互为手性分子的物质是同一种物质吗? 二者具有什么关系?
提示:不是同一种物质,二者互为同分异构体。(2)互为手性分子的物质化学性质几乎完全相同,分析其原因。
提示:物质结构决定性质。互为手性分子的物质组成、结构几乎完全相同,所以其化学性质几乎完全相同。【课堂回眸】课件88张PPT。第2课时
烷烃的性质一、烷烃的性质
1.物理性质(随分子中碳原子数增加)
(1)熔、沸点:逐渐_____;
(2)状态:由气态→液态→固态,其中常温、常压下碳
原子数小于或等于4的烷烃为气态;
(3)密度:逐渐_____且均比水的密度___,_____于水。升高增大小难溶2.化学性质
通常情况下,烷烃比较稳定,与强酸、强碱或高锰酸钾
等强氧化剂不反应。但一定条件下可燃烧,在较高温度
下会发生分解,与氯气等发生取代反应。
(1)烷烃的燃烧通式为CnH2n+2+______O2 _____
________。nCO2+(n+1)H2O【微思考】 空气中含甲烷:5%～15%,氧气中含甲烷:5.4%～59.2%,遇火花将发生爆炸,煤矿中的瓦斯爆炸多数是甲烷气体爆炸引发的。假如你是一名煤矿工人,当你在矿井采矿时,为预防瓦斯爆炸,你会采取哪些措施呢?
提示:及时通风、避免明火。(2)以甲烷为例探究烷烃的取代反应变浅油状液体上升无明显现象光照难CH3Cl原子或原子团【微思考】
若甲烷分子中的一个氢原子被氯原子取代,生成的CH3Cl还是四面体结构吗?
提示:CH3Cl中3个H和1个Cl仍位于四面体的4个顶点,仍为四面体结构。二、有机物的性质
1.物理性质:大多数有机物的熔点比较低,难溶于水,易溶于汽油、乙醇、苯等有机溶剂。
2.化学性质:大多数有机物容易燃烧,受热会分解;有机物的化学反应比较复杂,常伴有副反应发生,很多反应需要在加热、光照或催化剂的条件下进行。【情境·思考】
《水调歌头·明月几时有》是宋代大文学家苏轼公元1076年中秋在密州时所作。这首词以月起兴,与其弟苏辙七年未见之情为基础,围绕中秋明月展开想象和思考,把人世间的悲欢离合之情纳入对宇宙人生的哲理性追寻之中,反映了作者复杂而又矛盾的思想感情,又表现出作者热爱生活与积极向上的乐观精神。(1)有机物在生产生活中无处不在,观察上图说明哪些物品中含有有机物?
提示:花草树木、衣帽服饰、酒(乙醇)中均含有有机物。(2)根据生活中常见的有机物分析其物理性质、化学性质有哪些通性?
提示:熔沸点较低、易燃烧等。知识点一 有机物的表示方法
【重点释疑】【思考·讨论】
(1)一种烃的球棍模型为 ,试着写出其分子式和结构简式。
提示:分子式为C4H10,结构简式为CH3CH2CH2CH3。(2)结合化学键理论分析有机物的分子结构中是否真像球棍模型一样原子通过“棍”相互连接?球棍模型中的“棍”表示什么?
提示:有机物分子中原子通过化学键相互结合,球棍模型中的“棍”表示的是化学键。【案例示范】
【典例】正己烷是优良的有机溶剂,其球棍模型为
,下列有关说法正确的是 ( )
A.正己烷的分子式为C6H12
B.正己烷的一氯代物有3种
C.正己烷能与溴发生取代反应而使溴水褪色D.主链上含有4个碳原子的正己烷的同分异构体只有1种【解题指南】解答本题需注意以下两点:
(1)根据有机物的球棍模型确定其分子式和结构简式。
(2)根据结构确定有机物类别和典型性质。【解析】选B。正己烷分子式为C6H14,A项错误;正己烷
的结构简式为CH3CH2CH2CH2CH2CH3,分子中存在三种位置
不同的氢原子,故其一氯代物有3种,B项正确;烷烃不能
与溴水发生反应,C项错误;主链上有4个碳原子时,正己
烷的同分异构体有2种: 、
,D项错误。【迁移·应用】
1.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分子,其中分子结构示意图、球棍模型及空间充填模型均能反映甲烷分子的空间构型,但空间充填模型更能形象地表达出甲烷分子中H、C的位置及所占比例。电子式只反映出原子的最外层电子的成键情况。2.(2019·邢台高一检测)有4种碳骨架如图所示的烃,下列说法正确的是 ( )A.a和b互为同分异构体
B.b和c互为同系物
C.b、c互为同分异构体
D.只有b和c能发生取代反应【解析】选B。a的分子式为C4H8,b的分子式为C4H10,不互为同分异构体, A错误; b的分子式为C4H10,c的分子式为C5H12,均是烷烃,结构相似,相差一个CH2原子团,互为同系物, B正确,C错误;d是环丁烷也能发生取代反应, D错误。【补偿训练】
甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构,而不是正方形的平面结构,理由是 ( )
A.CH3Cl只有一种结构
B.CH2Cl2只有一种结构
C.CHCl3只有一种结构
D.CH4中含有4个C—H极性键【解析】选B。甲烷分子无论是正四面体结构,还是正
方形的平面结构,A、C、D三项都是成立的,CH2Cl2若是
正方形的平面结构,则其结构应有两种,即
和 ,若是正四面体结构,则其结构只有一种。
无论是正四面体结构还是正方形结构,CH4中都含有4个
C—H 极性键。知识点二 认识烷烃取代反应的特点
【重点释疑】
1.甲烷与氯气的取代反应归纳2.在光照条件下,烷烃与Cl2、Br2等卤素单质的气体发
生取代反应,生成多种卤代产物和相应的卤化氢气体。
可与X2
继续发生取代反应。【思考·讨论】
(1)甲烷和氯气发生反应时,所得的产物有几种?其反应类型是什么?
提示:产物有5种,分别为CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl;取代反应。(2)能否用CH4和Cl2按1∶1的体积比混合来制取纯净的CH3Cl?
提示:CH4和Cl2的反应是连锁反应,不可能只发生第一步取代反应,生成物为混合物,即CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4四种有机物与氯化氢形成的混合物,CH3Cl的产率低,因此不能用CH4和Cl2按1∶1的体积比混合来制取纯净的CH3Cl。【案例示范】
【典例】某课外活动小组利用如图所示装置探究甲烷与氯气的反应。根据题意,回答下列问题:(1)CH4与Cl2发生反应的条件是________;若用日光直射,可能会引起__________________。?
(2)实验中可观察的实验现象有:量筒内壁出现油状液滴,饱和食盐水中有少量固体析出,________,________等。?(3)实验中生成的油状液滴的化学式为___________
_____,其中________是工业上重要的溶剂。?
(4)用饱和食盐水而不用水的原因是______________
________。?【解题指南】解答本题需注意以下两点:
(1)注意有机反应的条件,同种物质条件不同可能反应不同或不反应。
(2)注意反应方式,同类有机物在相同条件下反应的方式相同。【解析】CH4和Cl2光照可以反应生成CH3Cl、CH2Cl2、
CHCl3、CCl4、HCl,随着反应进行,Cl2不断消耗,黄绿色逐渐消失。又由于生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4常温下是无色油状液体,故量筒内壁上有油滴。因生成的HCl易溶于水,量筒内的压强减小,量筒内液面上升。HCl溶于水后,溶液中Cl-浓度增大,使NaCl固体析出。答案:(1)光照(或光亮处) 爆炸 (2)量筒内黄绿色气体颜色变浅 量筒内液面上升 (3)CH2Cl2、CHCl3、CCl4 CHCl3、CCl4 (4)降低Cl2在水中溶解度,抑制Cl2和水的反应【误区警示】(1)取代反应的特点是“上一下一,有进有出”,类似无机反应中的复分解反应,注意在书写化学方程式时,防止漏写产物中的小分子。
(2)烷烃在光照条件下与溴水不反应,但由于溴易溶于有机溶剂而被从水层中萃取出来,水层颜色变浅。【迁移·应用】
1.下列化学反应中不属于取代反应的是 ( )
A.CH2Cl2+Br2 CHBrCl2+HBr
B.CH3OH+HCl CH3Cl+H2O
C.2Na+2H2O====2NaOH+H2↑
D.CH3—CH2—Br+H2O CH3—CH2—OH+HBr【解析】选C。取代反应是指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的反应。C项中的反应为置换反应,不是有机反应,更不是取代反应。2.如图是某同学利用日常用品注射器设计的简易实验装置。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,试管放在光亮处一段时间。(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)甲管中发生化学反应的类型为____________。?(3)反应后,甲管中剩余可溶于水的气体能用下列试剂吸收的是______________。?
A.水 B.NaOH溶液
C.AgNO3溶液 D.饱和食盐水(4)反应后,若将甲中的物质全部推入盛有适量AgNO3溶液的小试管中会观察到________________;若再向其中滴入几滴石蕊溶液,又观察到__________。?【解析】在光照条件下,甲烷与氯气发生反应:CH4+Cl2
CH3Cl+HCl,CH3Cl+Cl2 CH2Cl2+HCl,CH2Cl2+Cl2
CHCl3+HCl,CHCl3+Cl2 CCl4+HCl。(1)理论上,甲烷与氯气体积比为1∶4时,二者恰好完全反应,而装置中甲烷与氯气体积比为1∶5,说明氯气过量,反应后仍有氯气剩余。该反应进行缓慢,不会产生火花。产物中只有氯化氢和一氯甲烷为气体,所以气体的总物质的量减小,内部压强减小,甲管活塞向内移动。(2)甲烷分子中的四个氢原子可被氯原子逐一取代,故甲管中发生的是取代反应。
(3)剩余可溶于水的气体中含有氯气和氯化氢,可用氢氧化钠溶液吸收剩余气体。(4)生成的HCl会与AgNO3溶液反应生成AgCl白色沉淀,同时因CH2Cl2、CHCl3、CCl4难溶于水而看到液体分为两层,因Cl2有剩余,若加入几滴石蕊溶液,溶液会先变红后褪色。答案:(1)②③ (2)取代反应 (3)B (4)液体分为两层,产生白色沉淀 溶液先变红后褪色【补偿训练】
甲烷和氯气以物质的量之比1∶3混合,在光照条件下,得到的有机产物是 ( )
①CH3Cl ②CH2Cl2 ③CHCl3 ④CCl4
A.只有①
B.①和②的混合物
C.只有②
D.①②③④的混合物【解析】选D。甲烷和氯气反应,无论反应物的物质的量之比是多少,都会得到各种氯代物的混合物。【素养提升】
为了充分利用资源,国家大力提倡在农村建设沼气池,将粪便、垃圾、植物秸秆等转化为沼气。(1)沼气的主要成分是什么?
提示:沼气的主要成分是甲烷。(2)已知甲烷的密度在标准状况下是0.717 g·L-1,含碳75%,含氢25%,利用这些数据怎样确定它的分子式?提示:甲烷的摩尔质量为M=22.4 L·mol-1×0.717 g·
L-1≈16 g·mol-1, 1 mol甲烷气体中含碳原子的物质
的量: 1 mol甲烷气体中
含氢原子的物质的量:
所以甲烷的分子式为CH4。(3)按照如图装置进行甲烷的取代反应实验。请根据图示回答下列问题:①把1体积的甲烷和4体积的氯气组成的混合气体充入大试管中,并将试管倒立在盛有硝酸银溶液的烧杯中,然后放置在光亮处,预测观察到的现象。提示:CH4与Cl2光照条件下反应生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl,随着反应的进行,Cl2不断消耗,黄绿色逐渐消失,又由于生成的CH2Cl2、CHCl3和CCl4常温下均为无色液体,Cl2易溶于有机溶剂,使试管内壁上有黄色油滴出现;因生成的HCl易溶于水,反应后,试管内压强减小,水位在试管内上升,HCl溶于水后,与AgNO3反应生成AgCl白色沉淀。②写出上述过程中反应的化学方程式,并指明反应的类型。提示:甲烷与氯气的反应方程式为CH4+Cl2 CH3Cl+
HCl;CH3Cl+Cl2 CH2Cl2+HCl;CH2Cl2+Cl2 CHCl3
+HCl;CHCl3+Cl2 CCl4+HCl。反应的类型为取代反
应。
生成白色沉淀的反应为HCl+AgNO3====AgCl↓+HNO3,
反应的类型为复分解反应。③上述实验装置能否说明甲烷和氯气发生的是取代反应?
提示:甲烷与氯气的取代反应生成HCl,可以通过证明HCl生成说明此反应为取代反应,但是体系中过量的氯气会干扰实验的验证,因此本实验装置不能证明甲烷与氯气发生的是取代反应。【课堂回眸】【核心整合】【素养迁移】
1.现在的家电市场中无氟冰箱被称为绿色环保冰箱,其重大改进是不采用氟利昂-12,而采用新冷媒(R-134a)作制冷剂。关于氟利昂-12 (CCl2F2)的叙述正确的是
( )
A.有两种同分异构体
B.是平面形分子
C.只有一种结构
D.有四种同分异构体【解析】选C。CCl2F2可看作CH2Cl2的2个氢原子被2个氟原子取代而得到,所以选C。2.(2019·南平高一检测)下列物质之间的相互关系错
误的是 ( )
A.CH3CH2CH2CH2CH3和 互为同分异构体
B.干冰和冰为同一种物质
C.CH3CH3和CH3CH2CH3互为同系物
D.12C和14C互为同位素3.(2019·保定高一检测)丙烷(C3H8)常用作烧烤、便携式炉灶和机动车的燃料。常被用来驱动公交车、出租车,也被用来充当休旅车和露营时取暖和做饭的燃料。运动会火炬一般也使用丙烷作燃料。
(1)使用丙烷作燃料有哪些优点?
(2)丙烷的一氯取代产物有几种?提示:(1)丙烷充分燃烧的产物是二氧化碳和水,不会产生污染。
(2)丙烷的一氯取代产物有2种,分别是CH3CH2CH2Cl和CH3CHClCH3。4.立方烷为人工合成的烷烃,又称为五环辛烷,外观为有光泽的晶体。立方烷于1964年由芝加哥大学的Dr. Philip Eaton与Thomas W. Cole首先合成。如图是立方烷(Cubane)的球棍模型。(1)立方烷与甲烷是否为同系物?
(2)立方烷与苯乙烯(C6H5—CH＝CH2)是什么关系?
(3)判断立方烷的一氯代物和二氯代物的种类数。提示:(1)结构相似,分子组成相差若干个CH2原子团的有机物互为同系物,因此立方烷不可能是甲烷的同系物。
(2)分子式相同而结构不同的化合物互为同分异构体,苯乙烯的分子式与立方烷的分子式相同,均为C8H8,但结构不同,所以它们互为同分异构体。(3)立方烷整个分子的结构是立方体形,且分子结构是对称的,只有1种氢原子,立方烷的一氯代物只有一种;立方烷二氯代物有三种,即两个氯原子在立方体同边有一种情况,两个氯原子的位置在对角有两种情况,所以同分异构体有三种。5.香袋在日常生活中颇受欢迎,如玫瑰香袋使用干玫瑰花制成,能够散发出玫瑰花的香气。但是不法商贩通常在香袋中添加玫瑰香精来增添香气,玫瑰香精的主要成分是“结晶玫瑰”(化学式为C10H9O2Cl3),是一种具有强烈玫瑰香气的结晶型固体香料,其化学名称为“乙酸三氯甲基苯甲酯”,目前国内工业上主要使用以下路径来合成“结晶玫瑰”:(1)上述制备流程中共涉及6种物质,哪些是有机物?
(2)指出甲、乙、丙三种有机物中含氧官能团。提示:(1)流程中涉及的6种物质除KOH为无机物外,其余的5种物质均为有机化合物,且均为烃的衍生物。
(2)根据甲、乙、丙三种有机物的结构简式,可以判断三种物质中含氧官能团分别为醛基、羟基和酯基。【补偿训练】
(2019·青岛高一检测)下列说法正确的是 ( )
A. H2、D2和T2互称为同素异形体
B. 和 互称为同分异构体
C.35Cl和37Cl 互称为同位素
D.CH3—CH3和CH3—CH＝CH2互称为同系物【解析】选C。H2、D2、T2都是氢元素组成的单质,结构
相同,属于同一物质,A错误; 和 都是甲
烷的二氯代物,没有同分异构体,属于同种物质,B错
误;35Cl和37Cl的质子数都为17,中子数分别为18、20,
属于同位素,C正确;CH3—CH3和CH3—CH＝CH2的结构不
相似,不互为同系物,D错误。温馨提示：
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课堂检测·素养达标
1.(2019·西城区高一检测)大多数有机物分子里的碳原子与碳原子或碳原子与其他原子相结合的化学键是 ( )
A.只有非极性键 B. 只有极性键
C.非极性键和极性键 D. 只有离子键
【解析】选C。在大多数有机物分子里,碳原子和碳原子之间形成非极性共价键、碳原子和其他原子间形成极性共价键,如C—O、C—N等原子之间存在极性共价键。
2.以下结构表示的物质中是烷烃的是 ( )
A.CH3OH
B.CH2CH2
C.
D.
【解析】选C。烷烃是由碳和氢两种元素组成的,A错;烷烃呈链状,且每个碳原子都达到饱和,连着4个原子,B、D错。
3.下列分子只表示一种物质的是 ( )
A.C3H7Cl B.C3H8
C.C5H12 D.C4H10
【解析】选B。C3H7Cl可以表示CH2Cl—CH2—CH3,也可以表示CH3—CHCl—CH3;C5H12可以表示正戊烷、异戊烷、新戊烷;C4H10可以表示正丁烷和异丁烷,均存在同分异构现象。
4.(2019·济南高一检测)下列说法正确的是 ( )
A.含有10个中子的氧原子核素符号O
B.CH3CH2CH2CH2CH3和互为同素异形体
C.和互为同分异构体
D.乙烯的球棍模型:
【解析】选D。含有10个中子的氧原子核素符号O, A错误; CH3CH2CH2CH2CH3和分子式相同,但是结构不同,互为同分异构体, B错误; 和相当于甲烷中的2个氢原子被2个—CH3取代,而甲烷是正四面体结构,4个氢原子的关系是等同的,则分子式相同,结构相同,所以和是同一种物质, C错误;乙烯为平面结构,所以乙烯的球棍模型为, D正确。
5.下列化学用语正确的是 ( )
A.结构简式(CH3)2CHCH3既可以表示正丁烷,也可以表示异丁烷
B.丙烷分子的比例模型:
C.甲烷分子的球棍模型:
D.乙烷分子的电子式:
【解析】选D。结构简式(CH3)2CHCH3只表示异丁烷,A错误;B为丙烷分子的球棍模型,B错误;C为甲烷分子的空间充填模型,C错误。
6.(1)分子式为CmH20的烷烃中m为________,分子式为C8Hn的烷烃中n为________,与CO2密度(同温同压)相同的烷烃分子式为________________________,若上述烃各1 mol,在足量O2中燃烧,消耗O2最多的是________。?
(2)若CH4、C2H6、C3H8、C4H10四种烃各为1 g,在足量O2中燃烧,消耗O2最多的是____________________。?
【解析】(1)根据烷烃通式为Cn可求出m为9,n为18,密度与CO2相同的烷烃相对分子质量为44,由14n0+2=44可求出n0为3,即分子式为C3H8。若同为1 mol烃,消耗O2的多少取决于CxHy中“x+”的大小,“x+”的值越大,消耗O2越多,此题中消耗O2最多的是C9H20。
(2)若同为1 g烃,消耗O2的多少取决于CxHy中“”的大小,“”的值越大,消耗O2越多,此题中消耗O2最多的是CH4。
答案:(1)9 18 C3H8 C9H20 (2)CH4
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课时素养评价 十三
烷烃的性质
(30分钟 50分)
一、选择题(本题包括4小题,每小题6分,共24分)
1.(2019·烟台高一检测)下列关于甲烷的叙述中不正确的是 ( )
A.甲烷是一种无色、难溶于水的气体
B.将甲烷通入酸性高锰酸钾溶液,溶液褪色
C.甲烷只有1种二氯代物,证明它是正四面体结构
D. CH4和Cl2在光照条件下能发生反应,得到多种产物
【解析】选B。常温下,甲烷是一种无色无味的气体,难溶于水, A正确;甲烷不能与高锰酸钾溶液反应使溶液褪色, B错误;甲烷的取代产物二氯甲烷没有同分异构体,即可说明甲烷是正四面体结构, C正确;甲烷与氯气在光照条件下发生反应可以生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷四种有机产物,另外还有HCl气体生成, D正确。
2.在标准状况下,22.4 L CH4与氯气在光照下发生取代反应,待反应完全后,测得四种有机取代物的物质的量相等,则消耗的氯气为
( )
A.0.5 mol B.2 mol
C.2.5 mol D.4 mol
【解析】选C。1 mol CH4与氯气发生取代反应,生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各0.25 mol,该四种取代物中 n(Cl)=0.25 mol×(1+2+3+4)=2.5 mol,根据取代反应特点,的氯原子进入氯化氢,所以n(HCl)=2.5 mol,故生成物中所含氯原子共2.5 mol+2.5 mol=5 mol,参加反应的氯气为n(Cl2)=2.5 mol。
3.液化石油气中含有丙烷,且丙烷中碳原子成键特点与CH4中碳原子相似,性质相似。下列有关丙烷的叙述中不正确的是 ( )
A.分子中碳原子不在一条直线上
B.光照下能够发生取代反应
C.丙烷与甲烷不是同系物
D.丙烷不能使酸性KMnO4溶液褪色
【解析】选C。A项,结合CH4中碳原子成键特点知丙烷分子中碳原子不在同一条直线上;B项,光照下与卤素发生取代反应是烷烃的主要性质;C项,丙烷与甲烷均为烷烃,互为同系物;D项,丙烷性质稳定,不能被酸性KMnO4溶液氧化而使其褪色。
4.鉴别CH4、CO、H2三种无色气体的方法是 ( )
A.点燃——通入澄清石灰水——加入溴的四氯化碳溶液
B.点燃——罩上小烧杯——加入澄清石灰水
C.点燃——通入澄清石灰水
D.点燃——通入酸性KMnO4溶液
【解析】选B。根据燃烧后的产物来判断,甲烷燃烧后生成CO2和H2O,氢气燃烧后生成H2O,CO燃烧后生成CO2。在燃烧的火焰上方罩一个干燥的小烧杯,出现水雾的是甲烷和氢气,没有水雾的是CO;然后在有水雾的两个小烧杯里加入澄清石灰水,出现浑浊的是甲烷,无现象的是H2。
二、非选择题(本题包括1小题,共10分)
5.甲烷是最简单的有机物。
(1)下列关于天然气的叙述中,不正确的是________(填字母)。?
a.天然气和沼气的主要成分都是甲烷
b.天然气是一种清洁能源
c.天然气燃烧的废气中,SO2等污染物的含量少
d.天然气和空气混合点燃,不会发生爆炸
(2)写出光照条件下CH4与溴蒸气反应时一个氢原子被取代的化学方程式:
____________。?
(3)完全燃烧一定量的甲烷,其燃烧产物依次通过浓硫酸、碱石灰,使装有碱石灰的玻璃管增加8.8 g。则原来的甲烷在标准状况下的体积为________L。?
(4)CH4和H2混合气体10 mL,完全燃烧后生成6 mL CO2 气体(气体的体积在相同状况下测定),则混合气体中CH4和H2的体积之比为________(填字母)。?
a.2∶3 b.3∶2
c.2∶1 d.1∶2
【解析】(1)天然气和沼气的主要成分都是CH4,甲烷完全燃烧生成CO2和H2O,所以是一种清洁能源;天然气中硫元素等含量低,所以燃烧废气中SO2等污染物的含量少;天然气与空气混合点燃,如果二者比例达到某一范围就可能爆炸。
(2)类似于与氯气的取代反应。
(3)由题意可知m(CO2)=8.8 g,n(CO2)=0.2 mol,根据碳原子守恒知,n(CH4)=0.2 mol,V(CH4)=4.48 L。
(4) CH4+2O2 CO2+2H2O
1 1
V(CH4) 6 mL
V(CH4)==6 mL
V(H2)=10 mL-6 mL=4 mL
故V(CH4)∶V(H2)=6 mL∶4 mL=3∶2。
答案:(1)d (2)CH4+Br2CH3Br+HBr
(3)4.48 (4)b
【补偿训练】
一定量的甲烷在O2不足的情况下燃烧,得到CO、CO2和H2O的总质量为14.4 g,若其中水的质量为7.2 g,则CO的质量是 ( )
A.2.8 g B.4.4 g
C.5.6 g D.在2.8 g～5.6 g之间
【解析】选A。甲烷燃烧时,当O2少量时生成CO和H2O,当O2足量时生成CO2和H2O;所以在不足量的O2中燃烧生成CO、CO2和H2O。由氢原子守恒知CH4的物质的量为0.2 mol。设CO和CO2的质量分别为x、y。
则
解得x=2.8 g。
一、选择题(本题包括1小题,共6分)
6.(2019·郑州高一检测)乙烷与氯气反应得到的有机产物最多有( )
A.10种 B.9种 C.8种 D.7种
【解析】选B。乙烷的一氯取代物和五氯取代物种数相同,各有1种,二氯取代物和四氯取代物种数相同,各有2种,三氯取代物有2种,六氯取代物1种,所以共
二、非选择题(本题包括1小题,共10分)
7.(2019·日照高一检测)利用甲烷与氯气发生取代反应制取副产品盐酸的设想在工业上已成为现实。某化学兴趣小组通过在实验室中模拟上述过程,其设计的模拟装置如下:
根据设计要求回答:
(1)B装置有三种功能:①控制气流速度;②均匀混合气体;③______________。?
(2)D装置的石棉中均匀混有KI粉末,其作用是____________________________。?
(3)E装置的作用是________(填编号)。?
A.收集气体 B.吸收氯气
C.防止倒吸 D.吸收氯化氢
(4)在C装置中,经过一段时间的强光照射,发现硬质
玻璃管内壁有黑色小颗粒产生,写出生成黑色小颗粒的化学方程式:_______
_______________________。?
(5)E装置除生成盐酸外,还含有有机物,从E中分离出有机物的最佳方法为______________________________________。该装置还有缺陷,原因是没有进行尾气处理,其尾气主要成分为________(填编号)。?
a.CH4 b.CH3Cl c.CH2Cl2 d.CHCl3 e.CCl4
【解析】(1)B装置的三个作用为:①控制气流速度从而达到合适的反应比例;②均匀混合气体,便于后续实验;③干燥混合气体。
(2)氯气具有强氧化性,能将碘离子氧化生成碘单质,KI的作用是吸收多余的Cl2,防止过量的氯气排入空气中污染环境,反应的化学方程式为Cl2+2KI2KCl+I2。
(3)E装置既吸收反应生成的HCl气体,同时还防止倒吸。
(4)据信息可知生成的黑色小颗粒为炭黑,说明在强光照射下可发生反应,根据原子守恒应为CH4+2Cl2C+4HCl。
(5)最后从D中分离出的气体有HCl易溶于水,可用分液的方法分离,分离难溶于水的油状液体可用分液法。
答案:(1)干燥混合气体 (2)吸收过量的氯气 (3)C、D
(4)CH4+2Cl2C+4HCl (5)分液 a、b
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课时素养评价 十二
有机化合物中碳原子的成键特点 烷烃的结构
(30分钟 50分)
一、选择题(本题包括4小题,每小题6分,共24分)
1.目前已知化合物中数量、种类最多的是ⅣA族碳的化合物(有机化合物),下列有关其原因的叙述中不正确的是 ( )
A.碳原子既可以跟自身,又可以跟其他原子(如氢原子)形成4个共价键
B.碳原子性质活泼,可以跟多种元素原子形成共价键
C.碳原子之间既可以形成稳定的单键,又可以形成双键和三键
D.多个碳原子可以形成长度不同的链(可以带有支链)及环,且链、环之间又可以相互结合
【解析】选B。碳元素的原子最外层有4个电子,既不易失电子也不易得电子,故碳原子性质并不活泼,常温下比较稳定,B选项错误。
2.下列分子中,含有极性共价键且呈正四面体结构的是 ( )
A.NH3 B.CH2Cl2
C.CCl4 D.P4
【解析】选C。NH3的分子有1个氮原子3个氢原子,不可能呈正四面体结构;CH2Cl2为四面体;P4中不含极性键。
3.下列数值都是烃的相对分子质量值,其对应的烃一定为烷烃的是
( )
A.44 B.42 C.54 D.128
【解析】选A。用Cn的Mr=14n+2进行判断,44对应的烃是C3H8,42对应的烃是C3H6,54对应的烃是C4H6,128对应的烃是C9H20。由于1个碳原子与12个氢原子的式量之和相等,所以C9H20与C10H8的相对分子质量相等,则128对应的烃不一定是烷烃。
4.(2019·玉溪高一检测)下列说法中正确的一组是 ( )
A.和C(CH3)4是同一种物质
B.H2和D2互为同位素
C.正丁烷和异丁烷是同系物
D.和互为同分异构体
【解析】选A。A项,表示形式不同,但属于同一种物质,故正确;B项,两者为单质,因此不属于同位素,故错误;C项,两者属于同分异构体,故错误;D项,两者属于同一种物质,故错误。
【补偿训练】
下列物质中,互为同分异构体的是 ( )
A.与
B.与CH3CH2CH2CH2Cl
C.CH4与CH3CH3
D.CH3CH(CH3)CH2CH2CH3与
CH3CH2CH2CH(CH3)CH3
【解析】选B。两种物质是否为同分异构体,一看分子式(相同),二看结构式(不同)。如图:
二、非选择题(本题包括1小题,共10分)
5.如图表示4个碳原子相互结合的方式。小球表示碳原子,小棍表示化学键,假如碳原子上其余的化学键都是与氢结合的。
(1)图中属于烷烃的是________(填字母)。?
(2)在如图所示的有机化合物中,碳原子与碳原子之间不仅可以形成共价单键,还可以形成________和________;不仅可以形成________,还可以形成碳环。?
(3)如图中互为同分异构体的是A与________;B与________;D与________(填字母)。?
【解析】根据球棍模型的含义及碳原子的成键特点可知A为CH3CH2CH2CH3,B为CH3—CHCH—CH3,C为,D为CH3—C≡C—CH3,E为CH3CH2—CHCH2,F为,G为CH3CH2C≡CH,H为。故A、C属于烷烃,这些分子中,碳原子之间不仅可以形成共价单键,还可形成碳碳双键、碳碳三键,不仅可以形成碳链,还可形成碳环。再根据同分异构体概念可判断出A与C,B与E、F或H,D与G分别互为同分异构体。
答案:(1)A、C (2)碳碳双键 碳碳三键 碳链
(3)C E、F、H G
一、选择题(本题包括1小题,共6分)
6.化学式为C3H6Cl2的有机物,若再有一个氢原子被氯原子取代,则产物有两种可能的结构,原有机物的结构简式为 ( )
A.CH2Cl—CH2—CH2Cl
B.CHCl2—CH2—CH3
C.CH2Cl—CHCl—CH3
D.CH3—CCl2—CH3
【解析】选A。A项,CH2Cl—CH2—CH2Cl分子中有2种等效氢原子,再取代一个氢原子有2种结构,故正确;B项,CHCl2—CH2—CH3分子中有3种等效氢原子,再取代一个氢原子有3种结构,故错误;C项,CH2Cl—CHCl—CH3分子中有3种等效氢原子,再取代一个氢原子有3种结构,故错误;D项,CH3—CCl2—CH3分子中有1种等效氢原子,再取代一个氢原子有1种结构,故错误。
二、非选择题(本题包括1小题,共10分)
7.已知某种气态化石燃料中含有碳和氢两种元素。为了测定这种燃料中碳和氢两种元素的质量分数,可将气态燃料放入足量的氧气中燃烧,并使产生的气体全部通入如图所示的装置,得到如表所列的实验数据(U形管中干燥剂只吸收水蒸气且假设产生的气体完全被吸收)。
实验前
实验后
(干燥剂+U形管)的质量
101.1 g
102.9 g
(石灰水+广口瓶)的质量
312.0 g
314.2 g
根据实验数据求:
(1)实验完毕后,生成物中水的质量为________g。假设广口瓶里生成一种正盐,其质量为________g。?
(2)生成的水中氢元素的质量为________g。?
(3)生成的CO2中碳元素的质量为________g。?
(4)气态化石燃料中碳元素与氢元素的质量比为________。?
【解析】(1)生成水的质量为102.9 g-101.1 g=1.8 g,生成正盐即CaCO3的质量为×100 g·mol-1=5 g。
(2)生成的水中氢元素的质量为×2 g·mol-1=0.2 g。
(3)生成的CO2中碳元素的质量为
×12 g·mol-1=0.6 g。
(4)碳元素与氢元素的质量比为0.6 g∶0.2 g=3∶1。
答案:(1)1.8 5 (2)0.2
(3)0.6 (4)3∶1
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