人教版高中化学必修二教学讲义，复习补习资料（含知识讲解，巩固练习）：20甲烷、烷烃
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| 名称 | 人教版高中化学必修二教学讲义，复习补习资料（含知识讲解，巩固练习）：20甲烷、烷烃 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 250.3KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2019-12-12 11:22:56 | ||
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文档简介
甲烷、烷烃
【学习目标】
1、初步认识有机化合物种类繁多的原因；
2、掌握甲烷的结构特点、性质和用途，理解取代反应的本质；
3、掌握烷烃的特征、性质和通式；
4、了解同系物、同分异构现象、同分异构体等概念，并掌握烷烃同分异构体的书写。
【要点梳理】
要点一、有机物
1、有机物的定义
含碳元素的化合物叫有机化合物，简称有机物。 要点诠释：
①个别含碳的化合物如CO、CO2及碳酸和碳酸盐等结构与性质跟无机物相似，故仍属无机物。
②有机物一定是含碳元素的化合物。
③有机物除含有氢、氧元素外，还含有氮、硫、卤素、磷等。
有机物与无机物的区别见下表所示
性质和反应
有机物
无机物
溶解性
多数不溶于水，易溶于有机溶剂
大多数溶于水，而不溶于有机溶剂
耐热性
多数不耐热，熔点较低，一般在400℃以下
多数耐热，难熔化，熔点一般比较高
可燃性
多数可以燃烧
多数不能燃烧
电离性
多数是非电解质
多数是电解质
2、有机物种类繁多的主要原因：
①碳原子的结构特征是最外层有4个电子，常常以共价键与碳原子或别的原子结合；
②碳碳间除能形成单键外，还能形成双键和三键，并且能形成长的碳链或碳环，；
③有机物普遍存在同分异构现象。
3、烃的定义
仅由碳和氢两种元素组成的一类有机物称为烃，也叫碳氢化合物。 要点二、甲烷 1、分子结构 在甲烷分子里，1个碳原子与4个氢原子形成4个C—H共价键。甲烷分子是正四面体形，C原子居于正四面体的中心，4个H原子位于4个顶点，4个C—H键的键长、键能相等，键角均为109°28′。 ①分子式：CH4? ②电子式：/ ③结构式：/
/
2、物理性质 甲烷是无色无味的气体，标准状况下的密度为0.717g/L，极难溶于水。 3、化学性质 （1）稳定性：通常情况下，甲烷与强酸、强碱、强氧化剂一般都不发生反应，也不能使酸性KMnO4溶液和溴水褪色。但在特定的条件下，也会发生某些反应。 【 最简单的有机化合物——甲烷 甲烷与氯气的反应】
（2）取代反应：有机物分子里的某些原子或原子团被其它原子或原子团所代替的反应叫取代反应。 ?/ 要点诠释： ①反应需在光照条件下进行，参加反应的物质必须是氯气不能是氯水。 ②反应后生成的有机物中，常温下只有CH3Cl为气态，其余三种均为液体。四种产物均不溶于水。四氯甲烷也叫四氯化碳，是一种效率较高的灭火剂。 ③在取代反应中，甲烷的四个氢原子可以依次逐步被取代，最终完全被取代，四级反应同时发生，无先后次序，产物是混合物，通常不能用于制取某卤代烃。
④实验现象：Cl2的黄绿色逐渐变淡；管壁上有油状液滴生成；用蘸有浓氨水的玻璃棒靠近瓶口，能看见有白烟产生。
⑤书写有机反应的化学方程式通常用“/”，而不用“/”。
取代反应与置换反应的区别
反应类型
取代反应
置换反应
定义
有机分子内的原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反应
一种单质和一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物的反应
反应特点
反应物：有机物与单质或化合物
生成物：不一定有单质
很多反应进行不完全，速度慢
反应物：一种单质和一种化合物；
生成物：新的单质和新的化合物；
一般能反应完全，速度快
本质
反应中无电子得失
反应中有电子转移
反应条件
反应受催化剂、温度、光的影响
水溶液中置换遵循“以强制弱”的原则
（3）氧化反应：甲烷易燃，燃烧时发出蓝色火焰。1mol CH4完全燃烧放出890kJ热量。 /
要点诠释：甲烷在点燃前必须验纯。如果点燃甲烷和氧气或空气的混合物，就会立即发生爆炸。
4、存在和用途 存在：是天然气、沼气、坑道气或瓦斯气的主要成分 用途：（1）高效清洁燃料；（2）化工原料——甲烷高温分解可得炭黑，用作颜料、油墨、油漆以及橡胶的添加剂等；氯仿和CCl4都是重要的溶剂。
要点三、烷烃 1、结构特点和通式： 烃分子里碳原子间都以单键互相连接成链状，碳原子的其余的价键全部跟氢原子结合，达到饱和状态，这种类型的烃叫饱和烃，也称为烷烃。若C-C连成环状，称为环烷烃。 烷烃的通式：CnH2n+2?(n≥1)
2、物理性质 随着分子里碳原子数的递增，它们在常温下的状态由气态、液态到固态：C1～C4为气态，C5～C16为液态，C17以上为固态；它们的沸点和液态时的密度也都逐渐升高和增大。其原因是烷烃是分子晶体，随着碳原子数增多，相对分子质量逐渐增大，分子间作用力增大，因而熔沸点逐渐升高。当相对分子质量相同时，烷烃支链越多，熔沸点越低。注意分析随着碳原子数增加，烷烃分子的含碳量和含氢量的递变规律：含碳量逐渐增大，含氢量逐渐减小。 3、化学性质 烷烃的化学性质与其代表物甲烷的相似。一般比较稳定，在通常情况下跟酸、碱和酸性高锰酸钾等氧化剂都不起反应，也不跟其它物质化合。但在特定条件下也能发生下列反应： ①在光照条件下均可与氯气发生取代反应； ②氧化反应：均可点燃； 烷烃燃烧的通式为： /
要点四、同系物
同系物：结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质互称为同系物。 要点诠释：
（1）同系物必须结构相似，即组成元素相同、分子组成通式相同。 （2）同系物间相对分子质量相差14或14的整数倍。 （3）同系物有相似的化学性质，物理性质有一定的递变规律。 要点五、同分异构现象与同分异构体
1、定义
化合物具有相同的分子式，但具有不同结构的现象，叫做同分异构现象。具有同分异构现象的化合物互称为同分异构体。 要点诠释：
①同分异构体必须是分子式相同而结构不同的物质。它们可以是同一类（系列）物质，如：正丁烷和异丁烷，也可以是不同类（非同系物）的物质，如：丙烯和环丙烷。
②同分异构体可以是有机物和有机物，还可以是无机物和有机物之间构成。如：NH4CNO和CO(NH2)2。
“四同”总结如下表：
/
2、烷烃同分异构体的写法
书写规律可概括为：主链由长到短，支链由整到散，位置由心到边。
要点诠释：
①先写出碳原子数量最多的主链；
②写出少一个碳原子的主链，另一个碳原子作为甲基接在主链某碳原子上。
③写出少两个碳原子上的主链，另两个碳原子作为乙基或两个甲基接在主链碳原子上，以此类推。
对由于碳原子的连接方式不同而产生异构的同分异构体，称为碳链异构。常常采用“碳链缩短法”来书写并确定异构体的数目。现以C6H14为例，具体说明如下： 先写出六个碳原子都在同一条线上，即主链上为6个碳原子： CH3－CH2－CH2－CH2－CH2－CH3 缩减主链（注意主链位置的对称性）：去掉主链上一个碳原子，使主链为五个碳原子，将取下来的碳原子摆放在主链不同位置上，并由主链中间位置开始摆放，逐渐向外移，但不能移到端碳上。可形象的称为：去一个，挂中间；向外移，不靠边（只分叉，不拐弯）。 ?/ 再去掉一个碳原子，使主链为四个碳原子，将两个碳原子摆放在主链不同位置上（去两个，同碳挂；去两个，肩并肩）： ?/ 不能再缩短碳链了，碳原子也没有可摆放的位置了（否则，会出现重复）。在书写同分异构体时一定要随时注意满足碳四价、氢一价的原则。因此C6H14共有5种同分异构体。
要点六、烷烃分子式的确定
1、直接法：直接求算出1mol烷烃中各元素原子的物质的量即可推出烷烃的分子式，如给出一定条件下的密度（或相对密度）以及各元素的质量比求算分子式的途径为：
密度（或相对密度）/摩尔质量/1mol烷烃中C、H原子的物质的量/分子式。
2、最简式法：根据分子式为最简式的整数倍，利用相对分子质量和最简式量可确定其分子式。
即/（最简整数比）。最简式为CaHb，则分子式为(CaHb)n，
/（M为烷烃的相对分子质量，12a+b为最简式量）。
3、商余法：烷烃的通式为CnH2n+2，相对分子质量为14n+2，即用烷烃的相对分子质量除以14，若余数为2，即/=x…2（M为烷烃的相对分子质量），则为含x个碳原子的烷烃（CxH2x+2）。
4、利用燃烧反应化学方程式，抓住以下关键：①气体体积变化；②气体压强变化；③气体密度变化。
【典型例题】
类型一：有机物
例1、（2019 福建省建瓯二中期中考）下列有关有机物的组成和结构的叙述中，正确的是（ ）。
A．仅由碳、氢两种元素组成
B．仅由碳、氢、氧三种元素组成
C．有机化合物中的碳原子只能以共价键形成碳链，不能形成碳环
D．有机化合物分子中可存在碳碳单键，也可以存在碳碳双键或碳碳三键
【思路点拨】有机物除了含有碳元素外，还含有其它多种元素；有机物中碳原子间可以以碳碳单键、双键或三键的形式形成碳链、碳环。
【答案】D
【解析】构成有机物的元素有C、H、O、N、P、S、卤素等，只含C、H两种元素的有机化合物称为烃，故A、B都不正确。有机化合物分子中的碳原子能以共价键结合成碳链，也可以形成碳环；可形成碳碳单键，也可形成碳碳双键或三键，故C不正确、D正确。
【总结升华】要从有机化合物整体去把握其组成和结构特点。
举一反三：
【变式1】在人类已知的化合物中，种类最多的是（ ）。
A．过渡元素的化合物
B．第ⅡA族的化合物
C．第ⅢA族的化合物
D．第ⅣA族的化合物
【答案】D
【解析】种类最多的化合物是含碳化合物，碳位于元素周期表第ⅣA族。故选D。
类型二：甲烷/
例2、（2019 内蒙古杭锦奋斗中学期中考）能够证明甲烷分子的空间结构为正四面体的事实是（ ）。
A．甲烷的4个碳氢键的键能相等
B．甲烷的4个碳氢键的键长相等
C．甲烷的一氯代物只有1种
D．甲烷的二氯代物只有1种
【思路点拨】关于甲烷的空间结构有两种说法，一种说法为平面型结构，一种说法为正四面体结构，根据两种结构的不同点作答。
【答案】D
【解析】A项，甲烷无论是正四面体结构，还是正方形，甲烷的4个碳氢键键能也相等，所以无法判断甲烷为正四面体结构，故A错误；B项，甲烷无论是正四面体结构，还是正方形，甲烷的4个碳氢键的键长都相等，无法判断甲烷的结构，故B错误；C项，甲烷无论是正四面体结构，还是正方形，其一氯代物只有1种，不能说明分子结构，故C错误；D项，若为平面正方形结构，二氯甲烷有2种同分异构体，只有甲烷分子为正四面体结构时，其二氯代物只有1种，故D正确。
【总结升华】理解并掌握CH4的结构。
举一反三：
【变式1】下列分子具有正四面体结构的是（ ）。
/
【答案】A、D
【解析】本题主要考查甲烷分子的正四面体结构。由甲烷分子的结构，推导其取代物的分子结构。同时应明确正面体结构中各键应完全一样。CH4为正四面体结构，若CH4分子中4个氢原子被氯原子取代后，与CH4分子结构相似，而CHCl3、CH2BrCl分子中各键不完全相同，均不属于正四面体结构。
例3、1mol CH4与Cl2发生取代反应，等反应完成后测得四种取代物的物质的量相等，则消耗Cl2为（ ）。 A．0.5mol B．2molC．2.5molD．4mol 【思路点拨】根据守恒定律，理清数量关系。
【答案】C
【解析】因为参加反应的CH4只有1mol，CH4与Cl2发生取代反应有4种产物，根据碳原子守恒，4种取代产物的物质的量相等，则每种取代物均为0.25mol，而取代物中的氯均来自于氯气，且有1mol氢原子被取代，消耗1mol氯气，则共需氯气的物质的量为： 0.25×（1mol+2mol+3mol+4mol）=2.5mol
【总结升华】抓住守恒定律，根据取代反应的特征，找出数量关系。
举一反三：
【变式1】（2019 湖南省衡阳四中期中考）甲烷和氯气以物质的量1∶1混合，在光照条件下，得到的产物是（ ）。
①CH3Cl ②CH2Cl2 ③CHCl3 ④CCl4 ⑤HCl
A．只有①⑤ B．①②③④的混合物 C．只有②⑤ D．①②③④⑤的混合物
【答案】D
【解析】Cl2与CH4发生取代反应，无论按何种体积比混合，都有两种气体接触不均匀的现象，将会发生各步取代反应，生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl，不像无机反应那样可由反应物的比例关系确定生成物种类，无机反应易于控制，有机反应都不易控制在某一阶段。因此，各步取代反应的产物都将存在。
【变式2】（2019 四川眉山期末考）将甲烷与氯气按1∶3的体积比混合于一试管中，倒立于盛有饱和食盐水的水槽，置于光亮处（如图所地），下列有关此实验的现象和结论的叙述不正确的是（ ）。
A．试管中气体的黄绿色逐渐变浅，水面上升
B．生成物只有三氯甲烷和氯化氢在标准状况下是气体
C．试管内壁有油状液滴形成
D．试管内有少量白雾
【答案】B
【解析】A．氯气是黄绿色气体，光照条件下，甲烷和氯气发生取代反应生成氯代烃和氯化物，所以气体颜色变浅，氯化氢溶于水后导致试管内液面上升，故A正确；
B．甲烷和氯气反应的生成物有一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和氯化氢，标况下三氯甲烷为液态，故B错误；
C．二氯甲烷、三氯甲烷和三氯甲烷都是液态有机物，所以瓶内壁有油状液滴生成，故C正确；
D．该反应中有氯化氢生成，氯化氢与空气中的水蒸气形成白雾，故D正确。
类型三：烷烃
例4、下列叙述错误的是（ ）。
A．烷烃分子中的每个C原子都和其他原子形成四个共价键
B．凡是烷烃，不论碳链长短都可视为结构相似
C．符合通式为CnH2n＋2(n≥1)的烃一定为烷烃
D．烷烃必须是直链的
【思路点拨】烷烃的定义：烃分子里碳原子间都以单键互相连接成链状，碳原子的其余的价键全部跟氢原子结合，达到饱和状态，这种类型的烃称为烷烃。
【答案】D
【解析】掌握烷烃的结构特点，每个碳原子都占四个共价键，且结构相似，可以是直链的，也可带支链。
【总结升华】理解烷烃的结构特点，并能熟练应用。
举一反三：
【变式1】烷烃C4H10中的C—C键和C—H键的数目分别是（ ）。 A．4个，10个 B．3个，10个 C．4个，8个 D．3个，8个
【答案】B
类型四：同系物
例5、下列各组物质中，互为同系物的是（ ）。
A．CH4和CH3Cl
B．CH4和C3H8
C．C2H6和C6H12
/
【思路点拨】结构相似，组成上相差一个或若干个CH2原子团的化合物互称同系物。
【答案】B、D
【解析】CH4和C3H8均属于烷烃，/和CH3CH2CH2CH2CH3均为烷烃，它们互为同系物。
【总结升华】判断两种物质是否为同系物的方法：
（1）同系物必须符合同一通式，且分子式不能相同；
（2）同系物结构相似，如含官能团，其数目应相等；
（3）在组成上相差一个或若干个CH2原子团，即相对分子质量之差为14n(n为同系物分子间的碳原子数的差值)。
举一反三：
【变式1】下列有机物中，不属于乙烷同系物的是（ ）。
A．C2H4 B．(CH3)3CH
C．CH4 D．(CH3)2CH2
【答案】A
【解析】同系物的特点：结构相似，通式相同，在分子组成上相差一个或多个CH2原子团。只有C2H4不属于乙烷同系物。
类型五：同分异构现象与同分异构体
例6、在下列结构的有机化合物中，属于同分异构体的正确组合是（ ）。
①CH3CH2CH2CH2CH3
②CH3CH2CH2CH2CH2CH3
/
A．①和③ B．②③⑤
C．①和② D．③和④
【思路点拨】同分异构体的特点：分子式相同，结构不同。
【答案】B
【解析】首先找出具有相同碳原子数的有机物，①和④都有5个碳原子，②③⑤都是6个碳原子，然后再看它们的结构，都是烷烃，但是结构不同，所以①和④互为同分异构体，②③⑤互为同分异构体。
【总结升华】同分异构体必须是分子式相同而结构不同的物质。
举一反三：
【变式1】下列物质进行一氯取代反应后，只能生成四种沸点不同的产物的烃是（ ）。 A．(CH3)2CHCH2CH2CH3 B．(CH3CH2)2CHCH3 C．(CH3)2CHCH(CH3)2 D．(CH3)3CCH2CH3
【答案】B
【解析】本题实际上是对有机物中一个氢分子被氯原子取代后得到的同分异构体的数目的考查，也可以从有机物中氢原子的种类进行考虑。A选项中有5种氢，被氯原子取代后有5种产物；B选项中有4种氢，被氯原子取代后有4种产物；C选项中有2种氢，被氯原子取代后有2种产物；D选项中有3种氢，被氯原子取代后有3种产物。
类型六：烷烃分子式的确定
例7、在标准状况下，某气态烃112mL，燃烧后生成CO2和水蒸气的体积比是3∶4，把燃烧产物通过碱石灰，碱石灰增重1.02g。求气态烃的分子式。
【思路点拨】解答本题的关键是理清碱石灰质量增加的原因是吸收了CO2和H2O，即CO2和H2O的质量之和为碱石灰增重的质量。
【答案】C3H8
【解析】n（有机物）=
碱石灰既吸收水又能吸收CO2，故1.02g为生成的CO2和H2O的质量之和。
因为同温同压下，
设生成 CO2为3xmol，H2O为4xmol 44×3x+18×4x=1.02 解得 x=0.005(mol) 所以 n（有机物）∶n（CO2）∶n（H2O）=1∶3∶4 即1mol该烃分子中含3molC、8molH。此烃分子式为C3H8。
【总结升华】抓住有机物燃烧时碳原子和氢原子守恒，注意碱石灰不仅吸收CO2，还吸收水蒸气，整理好数量关系，列方程求解。
举一反三：
【变式1】某气态烃在密闭容器中与氧气混合完全燃烧，若燃烧前后容器压强保持不变(120℃)，则此气态烃是（ ）。 A．C2H6?B．C2H4?C．C2H2 D．C3H8
【答案】B
【解析】注意气态烃和氧气燃烧后在120℃条件下的产物是CO2和H2O(g)，燃烧前后容器压强保持不变说明反应前后气体的体积不变，即气体的物质的量不变。
设该气态烃的分子式为CxHy
CxHy+(x+y/4)O2/xCO2+y/2H2O
1 x+y/4 x y/2
1+ x+y/4= x+y/2
y/4=1
y=4
结果表明，只要氢原子数为4，都满足题中要求，而与碳原子数无关，故选B。
【巩固练习】
一、选择题（每题有1-2个选项符合题意）
1．下图是CH4、CCl4、CH3Cl的分子球棍模型图。下列说法正确的是（ ）。
A．CH4、CCl4和CH3Cl都是正四面体结构
B．CH4、CCl4都是正四面体结构
C．CH4和CCl4中的化学键完全相同
D．CH4、CCl4的结构相同，性质也相同
2．（2019 临沭县期中考）下列关于甲烷的说法正确的是（ ）。
A．甲烷是含碳元素质量分数最高的有机物
B．1 mol甲烷与1 mol Cl2反应恰好生成1 mol一氯甲烷
C．CH2Cl2有/和/两种同分异构体
D．有机物中的碳原子之间能以共价键结合，形成多种链状和环状
3．（2019山东省新泰市新汶中学期中考）等体积的甲烷与氯气混合于一集气瓶中，加盖后置于光亮处，下列有关此实验的现象和结论中，不正确的是（ ）。
A．瓶中气体的黄绿色变浅
B．瓶内壁有油状液滴生成
C．生成物只有CH3Cl和HCl
D．此反应生成物可能是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl的混合物
4．（2019 内蒙古包钢四中期中考）下列烷烃的沸点是：甲烷，-162℃；乙烷，-89℃；丁烷；-1℃；戊烷，+36℃。根据以上数字推断丙烷的沸点可能是（ ）。
A．约-40℃ B．低于-162℃ C．低于-89℃ D．高于+36℃
5．下列说法正确的是（ ）。
A．分子组成相差1个或若干个CH2原子团的物质互称为同系物
B．相对分子质量相同的有机物是同分异构体
C．碳原子之间只以单键相结合的链烃为烷烃
D．分子式相同，结构相同的有机物一定是同一种物质
6．下列各组内的物质不属于同系物的是（ ）。
/
/
7．下列化学式只表示一种纯净物的是（ ）。
A．C2H6 B．C4H10
C．C2H4Cl2 D．C
8．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，按它们的沸点由高到低的顺序排列正确的是（ ）。
A．①>②>③>④>⑤
B．②>③>⑤>④>①
C．③>①>②>⑤>④
D．④>⑤>②>①>③
9．一定量CH4燃烧后得到的产物为CO、CO2、H2O(气)，此混合物的质量为49.6g，当其缓慢通过无水CaCl2时，CaCl2的质量增加25.2g，则原混合物中CO2的质量为（ ）。
A．12.5gB．13.2gC．19.7gD．24.4g 10．将1 mol由两种气态烃组成的混合气体完全燃烧后得到1.5 mol CO2和2 mol H2O。下列有关该混合气体组成的说法中正确的是（ ）。
A．一定有乙烷 B．一定有甲烷 C．一定没有甲烷 D．可能有乙烷 11．某无色混合气体可能由CH4、NH3、H2、CO、CO2和HCl中的某几种气体组成。在恒温恒压条件下，将此混合气体通过浓H2SO4时，总体积基本不变；通入过量的澄清石灰水，未见变浑浊，但混合气体的总体积减小，把剩余气体导出后，在O2中能够点燃，燃烧产物不能使CuSO4粉末变色。则原混合气体的成分是（ ）。
A．CH4和NH3 B．HCl、H2和CO
C．HCl和CO D．HCl、CO和CO2
12．（2019 湖北省孝感高中期中考）将1 mol CH4与一定物质的量的Cl2混合均匀，以漫散光照射CH4与Cl2发生取代反应。反应后CH4与Cl2均无剩余，且生成等物质的量的四中氯代烃，参加反应的Cl2物质的量为（ ）。
A．1.5 mol B．2 mol C．2.5 mol D．4 mol
二、计算题
1．1mol某烷烃可与8molCl2完全取代，求此烷烃的分子式。 2．将标准状况的下CH4和过量O2的混合气体840 mL点燃，再将燃烧后的气体用过量的碱石灰吸收，碱石灰增重0.600 g。求： （1）燃烧后的气体用碱石灰吸收后所剩气体的体积(标准状况下)。 （2）原混合气体中CH4和O2的体积比。 三、填空题
有一类组成最简单的有机硅化合物叫硅烷，硅烷的组成、结构与相应的烷烃相似。 （1）写出硅烷的通式：____________。 （2）写出乙硅烷在空气中自燃的化学方程式：__________________________________。 （3）甲硅烷的密度________(填“大于”、“小于”或“等于”)甲烷。 （4）甲硅烷的热稳定性________(填“大于”、“小于”或“等于”)甲烷。
【答案与解析】
一、选择题
1．B
【解析】CH4为正四面体结构，四个氢原子是完全等同的，分子中各键长相等。四个氢原子被氯原子取代后，CCl4与CH4分子结构相似，但是二者分子的化学键分别是C-Cl键和C-H键，常温下CCl4为液体而CH4为气体，性质不同，故C、D选项错，B选项对。而CH3Cl分子中C-H键长和C-Cl键长不相等，所以CH3Cl为四面体结构，而不是正四面结构，则A选项错。
2．D
【解析】A．有机物中C原子呈四价，1个C原子最多结合4个H原子，故甲烷是含氢质量分数最高的有机物，故A错误；
B．1 mol甲烷与1 mol Cl2发生取代反应，伴随副反应的发生，同时生成多种烷的氯代物，生成的一氯甲烷小于1 mol，故B错误；
C．甲烷为正四面体结构，四个氢原子的空间位置只有一种，所以二氯代物只有1种，不存在同分异构体，故C错误；
D．碳原子之间能以共价键结合，能形成多种链状和环状，故D正确。
3．C
【解析】A．甲烷和氯气发生取代反应，生成的产物均无色，试管中气体颜色会变浅，故A正确；
B．一氯四烷是气体，内壁出现油状液体，是甲烷和氯气发生取代反应，生成的二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳，故B正确；
C．甲烷和氯气发生取代反应，生成的是CH3Cl、CH3Cl2、CHCl3、CCl4和HCl的混合物，故C错误；
D．在甲烷和氯气发生一氯取代后，生成的一氯甲烷能继续和氯气取代生成二氯甲烷，一次继续，故最后得到的是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl的混合物，故D正确。
4．A
【解析】根据同系物沸点的递变规律，可以推测出丙烷的沸点介于乙烷和丁烷之间，即比-89℃高，比-1℃低，符合要求的选项只有A。
5．C、D
【解析】同系物必须是结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质。结构相似即强调必须是同一类有机物之间，才能互称同系物。所以A项不正确。相对分子质量相同的有机物不一定存在同分异构关系，如C10H8与C9H20的相对分子质量都是128，显然它们之间无同分异构关系。所以化合物之间要存在有同分异构关系，就必须具有相同的分子式，则B项也不正确。
6．C
【解析】C选项中的两种物质，一方面结构不相似，前者不属于烃类；另一方面组成上不仅不是相差CH2原子团，前者还多一个氧原子。其余各选项内的物质均符合同系物的定义。
7．A
【解析】C4H10、C2H4Cl2分别存在两种同分异构体；C既可以表示活性炭，又可以表示其他碳的单质；只有C2H6只表示一种分子。
8．C
【解析】掌握烷烃同系物的物理性质的递变规律是解答本题的关键。同类烃碳原子数越多，熔沸点越高；同类烃中碳原子数相同时，支链越多，其熔沸点越低。故它们的沸点顺序排列为：戊烷>2－甲基丁烷>2,2－二甲基丙烷>丁烷>丙烷。
9．B 【解析】根据质量守恒定律，C、H原子个数反应前后保持不变。 可知n(CH4)=n(CO)+n(CO2)，而n(CH4)可由产物H2O中所含的H原子数求得： /，CO和CO2的质量=49.6g－25.2g=24.4g 设混合物中CO物质的量为x，CO2的物质的量为y，则有： /?解得 / 所以m(CO2)=0.3mol×44g·mol－1=13.2g 另一种解法——待定系数法 设生成CO、CO2的物质的量分别为x、y，则有 /? /? 解得?/ 所以m(CO2)=0.3mol×44g·mol－1=13.2g
10．B
【解析】本题考查有机化学计算中常用的平均分子式的方法确定有机物的组成。根据题目可知该混合物的平均分子式是C1.5H4，两种气态烃碳原子数的平均值为1.5。根据平均的思想，必有一种碳原子数大于1.5，另一种碳原子数小于1.5，而碳原子数小于1.5的烃只有甲烷，所以一定有甲烷。甲烷的氢原子数为4，且两种气态烃氢原子数的平均值为4，因此另一种烃的氢原子数必然也是4，其碳原子数大于或等于2。 11．C
【解析】混合气体通过浓H2SO4时总体积基本不变，说明没有NH3，排除了A项。混合气体通入过量的澄清石灰水未见变浑浊，但混合气体的总体积减小，说明一定有气体被吸收，这样就一定有HCl，还可能有CO2；剩余气体导出后，在O2中能够点燃，说明剩余气体中不含CO2，这时可以说明原混合气体中也不含CO2；燃烧产物不能使CuSO4粉末变色，说明没有氢元素，排除了B、D。
12．C
【解析】1 mol CH4与Cl2发生取代反应，欲得到四种取代物的物质的量相等，则生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各为0.25 mol，该四种取代物中n (Cl)=0.25 mol×(1+2+3+4)=2.5 mol，根据取代反应的特点知n (Cl2)=2.5 mol， 生成的HCl的物质的量也为2.5mol。
二、计算题
1．C3H8
【解析】本题考查对取代反应的理解。当烷烃分子中在1mol氢原子被取代时，就需要有1mol氯气参加反应，同时生成1mol氯化氢，因此根据本题中的条件“参加反应的氯气为8mol”可知在该烷烃分子中应有8mol氢原子。再根据烷烃通式CnH2n+2可知2n+2=8，则n=3，所以该烷烃的分子式为C3H8。
2．（1）336 mL（2）1∶4
【解析】CH4与O2反应生成的CO2和H2O全部被碱石灰吸收。 CH4＋2O2/CO2＋2H2O 22.4 L＋44.8 L 44 g ＋ 36 g / 即反应掉的CH4与O2的总体积为504 mL，其中V(CH4)∶V(O2)＝1∶2，故V(CH4)＝168 mL，V(O2)总＝672 mL，V(O2)余＝336 mL。 三、填空题
（1）SinH2n＋2(n≥1) （2）2Si2H6＋7O2―→4SiO2＋6H2O （3）大于 （4）小于
【解析】C和Si是同一主族的元素，所以硅烷和烷烃的组成、结构相似。我们知道烷烃的通式是CnH2n＋2(n≥1)，故硅烷的通式也就为SinH2n＋2(n≥1)；乙烷在空气中燃烧的化学方程式为2C2H6＋7O2/4CO2＋6H2O，所以乙硅烷自燃反应的化学方程式也就为2Si2H6＋7O2―→4SiO2＋6H2O；通常情况下，气体的摩尔质量越大，其密度就越大，甲硅烷的摩尔质量是32 g·mol－1，甲烷是16 g·mol－1，故甲硅烷的密度比甲烷的大；甲烷和甲硅烷是C、Si两元素的气态氢化物，在元素周期表中，同主族元素的气态氢化物的稳定性由上到下逐渐减弱，故甲硅烷的稳定性小于甲烷。
【学习目标】
1、初步认识有机化合物种类繁多的原因；
2、掌握甲烷的结构特点、性质和用途，理解取代反应的本质；
3、掌握烷烃的特征、性质和通式；
4、了解同系物、同分异构现象、同分异构体等概念，并掌握烷烃同分异构体的书写。
【要点梳理】
要点一、有机物
1、有机物的定义
含碳元素的化合物叫有机化合物，简称有机物。 要点诠释：
①个别含碳的化合物如CO、CO2及碳酸和碳酸盐等结构与性质跟无机物相似，故仍属无机物。
②有机物一定是含碳元素的化合物。
③有机物除含有氢、氧元素外，还含有氮、硫、卤素、磷等。
有机物与无机物的区别见下表所示
性质和反应
有机物
无机物
溶解性
多数不溶于水，易溶于有机溶剂
大多数溶于水，而不溶于有机溶剂
耐热性
多数不耐热，熔点较低，一般在400℃以下
多数耐热，难熔化，熔点一般比较高
可燃性
多数可以燃烧
多数不能燃烧
电离性
多数是非电解质
多数是电解质
2、有机物种类繁多的主要原因：
①碳原子的结构特征是最外层有4个电子，常常以共价键与碳原子或别的原子结合；
②碳碳间除能形成单键外，还能形成双键和三键，并且能形成长的碳链或碳环，；
③有机物普遍存在同分异构现象。
3、烃的定义
仅由碳和氢两种元素组成的一类有机物称为烃，也叫碳氢化合物。 要点二、甲烷 1、分子结构 在甲烷分子里，1个碳原子与4个氢原子形成4个C—H共价键。甲烷分子是正四面体形，C原子居于正四面体的中心，4个H原子位于4个顶点，4个C—H键的键长、键能相等，键角均为109°28′。 ①分子式：CH4? ②电子式：/ ③结构式：/
/
2、物理性质 甲烷是无色无味的气体，标准状况下的密度为0.717g/L，极难溶于水。 3、化学性质 （1）稳定性：通常情况下，甲烷与强酸、强碱、强氧化剂一般都不发生反应，也不能使酸性KMnO4溶液和溴水褪色。但在特定的条件下，也会发生某些反应。 【 最简单的有机化合物——甲烷 甲烷与氯气的反应】
（2）取代反应：有机物分子里的某些原子或原子团被其它原子或原子团所代替的反应叫取代反应。 ?/ 要点诠释： ①反应需在光照条件下进行，参加反应的物质必须是氯气不能是氯水。 ②反应后生成的有机物中，常温下只有CH3Cl为气态，其余三种均为液体。四种产物均不溶于水。四氯甲烷也叫四氯化碳，是一种效率较高的灭火剂。 ③在取代反应中，甲烷的四个氢原子可以依次逐步被取代，最终完全被取代，四级反应同时发生，无先后次序，产物是混合物，通常不能用于制取某卤代烃。
④实验现象：Cl2的黄绿色逐渐变淡；管壁上有油状液滴生成；用蘸有浓氨水的玻璃棒靠近瓶口，能看见有白烟产生。
⑤书写有机反应的化学方程式通常用“/”，而不用“/”。
取代反应与置换反应的区别
反应类型
取代反应
置换反应
定义
有机分子内的原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反应
一种单质和一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物的反应
反应特点
反应物：有机物与单质或化合物
生成物：不一定有单质
很多反应进行不完全，速度慢
反应物：一种单质和一种化合物；
生成物：新的单质和新的化合物；
一般能反应完全，速度快
本质
反应中无电子得失
反应中有电子转移
反应条件
反应受催化剂、温度、光的影响
水溶液中置换遵循“以强制弱”的原则
（3）氧化反应：甲烷易燃，燃烧时发出蓝色火焰。1mol CH4完全燃烧放出890kJ热量。 /
要点诠释：甲烷在点燃前必须验纯。如果点燃甲烷和氧气或空气的混合物，就会立即发生爆炸。
4、存在和用途 存在：是天然气、沼气、坑道气或瓦斯气的主要成分 用途：（1）高效清洁燃料；（2）化工原料——甲烷高温分解可得炭黑，用作颜料、油墨、油漆以及橡胶的添加剂等；氯仿和CCl4都是重要的溶剂。
要点三、烷烃 1、结构特点和通式： 烃分子里碳原子间都以单键互相连接成链状，碳原子的其余的价键全部跟氢原子结合，达到饱和状态，这种类型的烃叫饱和烃，也称为烷烃。若C-C连成环状，称为环烷烃。 烷烃的通式：CnH2n+2?(n≥1)
2、物理性质 随着分子里碳原子数的递增，它们在常温下的状态由气态、液态到固态：C1～C4为气态，C5～C16为液态，C17以上为固态；它们的沸点和液态时的密度也都逐渐升高和增大。其原因是烷烃是分子晶体，随着碳原子数增多，相对分子质量逐渐增大，分子间作用力增大，因而熔沸点逐渐升高。当相对分子质量相同时，烷烃支链越多，熔沸点越低。注意分析随着碳原子数增加，烷烃分子的含碳量和含氢量的递变规律：含碳量逐渐增大，含氢量逐渐减小。 3、化学性质 烷烃的化学性质与其代表物甲烷的相似。一般比较稳定，在通常情况下跟酸、碱和酸性高锰酸钾等氧化剂都不起反应，也不跟其它物质化合。但在特定条件下也能发生下列反应： ①在光照条件下均可与氯气发生取代反应； ②氧化反应：均可点燃； 烷烃燃烧的通式为： /
要点四、同系物
同系物：结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质互称为同系物。 要点诠释：
（1）同系物必须结构相似，即组成元素相同、分子组成通式相同。 （2）同系物间相对分子质量相差14或14的整数倍。 （3）同系物有相似的化学性质，物理性质有一定的递变规律。 要点五、同分异构现象与同分异构体
1、定义
化合物具有相同的分子式，但具有不同结构的现象，叫做同分异构现象。具有同分异构现象的化合物互称为同分异构体。 要点诠释：
①同分异构体必须是分子式相同而结构不同的物质。它们可以是同一类（系列）物质，如：正丁烷和异丁烷，也可以是不同类（非同系物）的物质，如：丙烯和环丙烷。
②同分异构体可以是有机物和有机物，还可以是无机物和有机物之间构成。如：NH4CNO和CO(NH2)2。
“四同”总结如下表：
/
2、烷烃同分异构体的写法
书写规律可概括为：主链由长到短，支链由整到散，位置由心到边。
要点诠释：
①先写出碳原子数量最多的主链；
②写出少一个碳原子的主链，另一个碳原子作为甲基接在主链某碳原子上。
③写出少两个碳原子上的主链，另两个碳原子作为乙基或两个甲基接在主链碳原子上，以此类推。
对由于碳原子的连接方式不同而产生异构的同分异构体，称为碳链异构。常常采用“碳链缩短法”来书写并确定异构体的数目。现以C6H14为例，具体说明如下： 先写出六个碳原子都在同一条线上，即主链上为6个碳原子： CH3－CH2－CH2－CH2－CH2－CH3 缩减主链（注意主链位置的对称性）：去掉主链上一个碳原子，使主链为五个碳原子，将取下来的碳原子摆放在主链不同位置上，并由主链中间位置开始摆放，逐渐向外移，但不能移到端碳上。可形象的称为：去一个，挂中间；向外移，不靠边（只分叉，不拐弯）。 ?/ 再去掉一个碳原子，使主链为四个碳原子，将两个碳原子摆放在主链不同位置上（去两个，同碳挂；去两个，肩并肩）： ?/ 不能再缩短碳链了，碳原子也没有可摆放的位置了（否则，会出现重复）。在书写同分异构体时一定要随时注意满足碳四价、氢一价的原则。因此C6H14共有5种同分异构体。
要点六、烷烃分子式的确定
1、直接法：直接求算出1mol烷烃中各元素原子的物质的量即可推出烷烃的分子式，如给出一定条件下的密度（或相对密度）以及各元素的质量比求算分子式的途径为：
密度（或相对密度）/摩尔质量/1mol烷烃中C、H原子的物质的量/分子式。
2、最简式法：根据分子式为最简式的整数倍，利用相对分子质量和最简式量可确定其分子式。
即/（最简整数比）。最简式为CaHb，则分子式为(CaHb)n，
/（M为烷烃的相对分子质量，12a+b为最简式量）。
3、商余法：烷烃的通式为CnH2n+2，相对分子质量为14n+2，即用烷烃的相对分子质量除以14，若余数为2，即/=x…2（M为烷烃的相对分子质量），则为含x个碳原子的烷烃（CxH2x+2）。
4、利用燃烧反应化学方程式，抓住以下关键：①气体体积变化；②气体压强变化；③气体密度变化。
【典型例题】
类型一：有机物
例1、（2019 福建省建瓯二中期中考）下列有关有机物的组成和结构的叙述中，正确的是（ ）。
A．仅由碳、氢两种元素组成
B．仅由碳、氢、氧三种元素组成
C．有机化合物中的碳原子只能以共价键形成碳链，不能形成碳环
D．有机化合物分子中可存在碳碳单键，也可以存在碳碳双键或碳碳三键
【思路点拨】有机物除了含有碳元素外，还含有其它多种元素；有机物中碳原子间可以以碳碳单键、双键或三键的形式形成碳链、碳环。
【答案】D
【解析】构成有机物的元素有C、H、O、N、P、S、卤素等，只含C、H两种元素的有机化合物称为烃，故A、B都不正确。有机化合物分子中的碳原子能以共价键结合成碳链，也可以形成碳环；可形成碳碳单键，也可形成碳碳双键或三键，故C不正确、D正确。
【总结升华】要从有机化合物整体去把握其组成和结构特点。
举一反三：
【变式1】在人类已知的化合物中，种类最多的是（ ）。
A．过渡元素的化合物
B．第ⅡA族的化合物
C．第ⅢA族的化合物
D．第ⅣA族的化合物
【答案】D
【解析】种类最多的化合物是含碳化合物，碳位于元素周期表第ⅣA族。故选D。
类型二：甲烷/
例2、（2019 内蒙古杭锦奋斗中学期中考）能够证明甲烷分子的空间结构为正四面体的事实是（ ）。
A．甲烷的4个碳氢键的键能相等
B．甲烷的4个碳氢键的键长相等
C．甲烷的一氯代物只有1种
D．甲烷的二氯代物只有1种
【思路点拨】关于甲烷的空间结构有两种说法，一种说法为平面型结构，一种说法为正四面体结构，根据两种结构的不同点作答。
【答案】D
【解析】A项，甲烷无论是正四面体结构，还是正方形，甲烷的4个碳氢键键能也相等，所以无法判断甲烷为正四面体结构，故A错误；B项，甲烷无论是正四面体结构，还是正方形，甲烷的4个碳氢键的键长都相等，无法判断甲烷的结构，故B错误；C项，甲烷无论是正四面体结构，还是正方形，其一氯代物只有1种，不能说明分子结构，故C错误；D项，若为平面正方形结构，二氯甲烷有2种同分异构体，只有甲烷分子为正四面体结构时，其二氯代物只有1种，故D正确。
【总结升华】理解并掌握CH4的结构。
举一反三：
【变式1】下列分子具有正四面体结构的是（ ）。
/
【答案】A、D
【解析】本题主要考查甲烷分子的正四面体结构。由甲烷分子的结构，推导其取代物的分子结构。同时应明确正面体结构中各键应完全一样。CH4为正四面体结构，若CH4分子中4个氢原子被氯原子取代后，与CH4分子结构相似，而CHCl3、CH2BrCl分子中各键不完全相同，均不属于正四面体结构。
例3、1mol CH4与Cl2发生取代反应，等反应完成后测得四种取代物的物质的量相等，则消耗Cl2为（ ）。 A．0.5mol B．2molC．2.5molD．4mol 【思路点拨】根据守恒定律，理清数量关系。
【答案】C
【解析】因为参加反应的CH4只有1mol，CH4与Cl2发生取代反应有4种产物，根据碳原子守恒，4种取代产物的物质的量相等，则每种取代物均为0.25mol，而取代物中的氯均来自于氯气，且有1mol氢原子被取代，消耗1mol氯气，则共需氯气的物质的量为： 0.25×（1mol+2mol+3mol+4mol）=2.5mol
【总结升华】抓住守恒定律，根据取代反应的特征，找出数量关系。
举一反三：
【变式1】（2019 湖南省衡阳四中期中考）甲烷和氯气以物质的量1∶1混合，在光照条件下，得到的产物是（ ）。
①CH3Cl ②CH2Cl2 ③CHCl3 ④CCl4 ⑤HCl
A．只有①⑤ B．①②③④的混合物 C．只有②⑤ D．①②③④⑤的混合物
【答案】D
【解析】Cl2与CH4发生取代反应，无论按何种体积比混合，都有两种气体接触不均匀的现象，将会发生各步取代反应，生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl，不像无机反应那样可由反应物的比例关系确定生成物种类，无机反应易于控制，有机反应都不易控制在某一阶段。因此，各步取代反应的产物都将存在。
【变式2】（2019 四川眉山期末考）将甲烷与氯气按1∶3的体积比混合于一试管中，倒立于盛有饱和食盐水的水槽，置于光亮处（如图所地），下列有关此实验的现象和结论的叙述不正确的是（ ）。
A．试管中气体的黄绿色逐渐变浅，水面上升
B．生成物只有三氯甲烷和氯化氢在标准状况下是气体
C．试管内壁有油状液滴形成
D．试管内有少量白雾
【答案】B
【解析】A．氯气是黄绿色气体，光照条件下，甲烷和氯气发生取代反应生成氯代烃和氯化物，所以气体颜色变浅，氯化氢溶于水后导致试管内液面上升，故A正确；
B．甲烷和氯气反应的生成物有一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和氯化氢，标况下三氯甲烷为液态，故B错误；
C．二氯甲烷、三氯甲烷和三氯甲烷都是液态有机物，所以瓶内壁有油状液滴生成，故C正确；
D．该反应中有氯化氢生成，氯化氢与空气中的水蒸气形成白雾，故D正确。
类型三：烷烃
例4、下列叙述错误的是（ ）。
A．烷烃分子中的每个C原子都和其他原子形成四个共价键
B．凡是烷烃，不论碳链长短都可视为结构相似
C．符合通式为CnH2n＋2(n≥1)的烃一定为烷烃
D．烷烃必须是直链的
【思路点拨】烷烃的定义：烃分子里碳原子间都以单键互相连接成链状，碳原子的其余的价键全部跟氢原子结合，达到饱和状态，这种类型的烃称为烷烃。
【答案】D
【解析】掌握烷烃的结构特点，每个碳原子都占四个共价键，且结构相似，可以是直链的，也可带支链。
【总结升华】理解烷烃的结构特点，并能熟练应用。
举一反三：
【变式1】烷烃C4H10中的C—C键和C—H键的数目分别是（ ）。 A．4个，10个 B．3个，10个 C．4个，8个 D．3个，8个
【答案】B
类型四：同系物
例5、下列各组物质中，互为同系物的是（ ）。
A．CH4和CH3Cl
B．CH4和C3H8
C．C2H6和C6H12
/
【思路点拨】结构相似，组成上相差一个或若干个CH2原子团的化合物互称同系物。
【答案】B、D
【解析】CH4和C3H8均属于烷烃，/和CH3CH2CH2CH2CH3均为烷烃，它们互为同系物。
【总结升华】判断两种物质是否为同系物的方法：
（1）同系物必须符合同一通式，且分子式不能相同；
（2）同系物结构相似，如含官能团，其数目应相等；
（3）在组成上相差一个或若干个CH2原子团，即相对分子质量之差为14n(n为同系物分子间的碳原子数的差值)。
举一反三：
【变式1】下列有机物中，不属于乙烷同系物的是（ ）。
A．C2H4 B．(CH3)3CH
C．CH4 D．(CH3)2CH2
【答案】A
【解析】同系物的特点：结构相似，通式相同，在分子组成上相差一个或多个CH2原子团。只有C2H4不属于乙烷同系物。
类型五：同分异构现象与同分异构体
例6、在下列结构的有机化合物中，属于同分异构体的正确组合是（ ）。
①CH3CH2CH2CH2CH3
②CH3CH2CH2CH2CH2CH3
/
A．①和③ B．②③⑤
C．①和② D．③和④
【思路点拨】同分异构体的特点：分子式相同，结构不同。
【答案】B
【解析】首先找出具有相同碳原子数的有机物，①和④都有5个碳原子，②③⑤都是6个碳原子，然后再看它们的结构，都是烷烃，但是结构不同，所以①和④互为同分异构体，②③⑤互为同分异构体。
【总结升华】同分异构体必须是分子式相同而结构不同的物质。
举一反三：
【变式1】下列物质进行一氯取代反应后，只能生成四种沸点不同的产物的烃是（ ）。 A．(CH3)2CHCH2CH2CH3 B．(CH3CH2)2CHCH3 C．(CH3)2CHCH(CH3)2 D．(CH3)3CCH2CH3
【答案】B
【解析】本题实际上是对有机物中一个氢分子被氯原子取代后得到的同分异构体的数目的考查，也可以从有机物中氢原子的种类进行考虑。A选项中有5种氢，被氯原子取代后有5种产物；B选项中有4种氢，被氯原子取代后有4种产物；C选项中有2种氢，被氯原子取代后有2种产物；D选项中有3种氢，被氯原子取代后有3种产物。
类型六：烷烃分子式的确定
例7、在标准状况下，某气态烃112mL，燃烧后生成CO2和水蒸气的体积比是3∶4，把燃烧产物通过碱石灰，碱石灰增重1.02g。求气态烃的分子式。
【思路点拨】解答本题的关键是理清碱石灰质量增加的原因是吸收了CO2和H2O，即CO2和H2O的质量之和为碱石灰增重的质量。
【答案】C3H8
【解析】n（有机物）=
碱石灰既吸收水又能吸收CO2，故1.02g为生成的CO2和H2O的质量之和。
因为同温同压下，
设生成 CO2为3xmol，H2O为4xmol 44×3x+18×4x=1.02 解得 x=0.005(mol) 所以 n（有机物）∶n（CO2）∶n（H2O）=1∶3∶4 即1mol该烃分子中含3molC、8molH。此烃分子式为C3H8。
【总结升华】抓住有机物燃烧时碳原子和氢原子守恒，注意碱石灰不仅吸收CO2，还吸收水蒸气，整理好数量关系，列方程求解。
举一反三：
【变式1】某气态烃在密闭容器中与氧气混合完全燃烧，若燃烧前后容器压强保持不变(120℃)，则此气态烃是（ ）。 A．C2H6?B．C2H4?C．C2H2 D．C3H8
【答案】B
【解析】注意气态烃和氧气燃烧后在120℃条件下的产物是CO2和H2O(g)，燃烧前后容器压强保持不变说明反应前后气体的体积不变，即气体的物质的量不变。
设该气态烃的分子式为CxHy
CxHy+(x+y/4)O2/xCO2+y/2H2O
1 x+y/4 x y/2
1+ x+y/4= x+y/2
y/4=1
y=4
结果表明，只要氢原子数为4，都满足题中要求，而与碳原子数无关，故选B。
【巩固练习】
一、选择题（每题有1-2个选项符合题意）
1．下图是CH4、CCl4、CH3Cl的分子球棍模型图。下列说法正确的是（ ）。
A．CH4、CCl4和CH3Cl都是正四面体结构
B．CH4、CCl4都是正四面体结构
C．CH4和CCl4中的化学键完全相同
D．CH4、CCl4的结构相同，性质也相同
2．（2019 临沭县期中考）下列关于甲烷的说法正确的是（ ）。
A．甲烷是含碳元素质量分数最高的有机物
B．1 mol甲烷与1 mol Cl2反应恰好生成1 mol一氯甲烷
C．CH2Cl2有/和/两种同分异构体
D．有机物中的碳原子之间能以共价键结合，形成多种链状和环状
3．（2019山东省新泰市新汶中学期中考）等体积的甲烷与氯气混合于一集气瓶中，加盖后置于光亮处，下列有关此实验的现象和结论中，不正确的是（ ）。
A．瓶中气体的黄绿色变浅
B．瓶内壁有油状液滴生成
C．生成物只有CH3Cl和HCl
D．此反应生成物可能是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl的混合物
4．（2019 内蒙古包钢四中期中考）下列烷烃的沸点是：甲烷，-162℃；乙烷，-89℃；丁烷；-1℃；戊烷，+36℃。根据以上数字推断丙烷的沸点可能是（ ）。
A．约-40℃ B．低于-162℃ C．低于-89℃ D．高于+36℃
5．下列说法正确的是（ ）。
A．分子组成相差1个或若干个CH2原子团的物质互称为同系物
B．相对分子质量相同的有机物是同分异构体
C．碳原子之间只以单键相结合的链烃为烷烃
D．分子式相同，结构相同的有机物一定是同一种物质
6．下列各组内的物质不属于同系物的是（ ）。
/
/
7．下列化学式只表示一种纯净物的是（ ）。
A．C2H6 B．C4H10
C．C2H4Cl2 D．C
8．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，按它们的沸点由高到低的顺序排列正确的是（ ）。
A．①>②>③>④>⑤
B．②>③>⑤>④>①
C．③>①>②>⑤>④
D．④>⑤>②>①>③
9．一定量CH4燃烧后得到的产物为CO、CO2、H2O(气)，此混合物的质量为49.6g，当其缓慢通过无水CaCl2时，CaCl2的质量增加25.2g，则原混合物中CO2的质量为（ ）。
A．12.5gB．13.2gC．19.7gD．24.4g 10．将1 mol由两种气态烃组成的混合气体完全燃烧后得到1.5 mol CO2和2 mol H2O。下列有关该混合气体组成的说法中正确的是（ ）。
A．一定有乙烷 B．一定有甲烷 C．一定没有甲烷 D．可能有乙烷 11．某无色混合气体可能由CH4、NH3、H2、CO、CO2和HCl中的某几种气体组成。在恒温恒压条件下，将此混合气体通过浓H2SO4时，总体积基本不变；通入过量的澄清石灰水，未见变浑浊，但混合气体的总体积减小，把剩余气体导出后，在O2中能够点燃，燃烧产物不能使CuSO4粉末变色。则原混合气体的成分是（ ）。
A．CH4和NH3 B．HCl、H2和CO
C．HCl和CO D．HCl、CO和CO2
12．（2019 湖北省孝感高中期中考）将1 mol CH4与一定物质的量的Cl2混合均匀，以漫散光照射CH4与Cl2发生取代反应。反应后CH4与Cl2均无剩余，且生成等物质的量的四中氯代烃，参加反应的Cl2物质的量为（ ）。
A．1.5 mol B．2 mol C．2.5 mol D．4 mol
二、计算题
1．1mol某烷烃可与8molCl2完全取代，求此烷烃的分子式。 2．将标准状况的下CH4和过量O2的混合气体840 mL点燃，再将燃烧后的气体用过量的碱石灰吸收，碱石灰增重0.600 g。求： （1）燃烧后的气体用碱石灰吸收后所剩气体的体积(标准状况下)。 （2）原混合气体中CH4和O2的体积比。 三、填空题
有一类组成最简单的有机硅化合物叫硅烷，硅烷的组成、结构与相应的烷烃相似。 （1）写出硅烷的通式：____________。 （2）写出乙硅烷在空气中自燃的化学方程式：__________________________________。 （3）甲硅烷的密度________(填“大于”、“小于”或“等于”)甲烷。 （4）甲硅烷的热稳定性________(填“大于”、“小于”或“等于”)甲烷。
【答案与解析】
一、选择题
1．B
【解析】CH4为正四面体结构，四个氢原子是完全等同的，分子中各键长相等。四个氢原子被氯原子取代后，CCl4与CH4分子结构相似，但是二者分子的化学键分别是C-Cl键和C-H键，常温下CCl4为液体而CH4为气体，性质不同，故C、D选项错，B选项对。而CH3Cl分子中C-H键长和C-Cl键长不相等，所以CH3Cl为四面体结构，而不是正四面结构，则A选项错。
2．D
【解析】A．有机物中C原子呈四价，1个C原子最多结合4个H原子，故甲烷是含氢质量分数最高的有机物，故A错误；
B．1 mol甲烷与1 mol Cl2发生取代反应，伴随副反应的发生，同时生成多种烷的氯代物，生成的一氯甲烷小于1 mol，故B错误；
C．甲烷为正四面体结构，四个氢原子的空间位置只有一种，所以二氯代物只有1种，不存在同分异构体，故C错误；
D．碳原子之间能以共价键结合，能形成多种链状和环状，故D正确。
3．C
【解析】A．甲烷和氯气发生取代反应，生成的产物均无色，试管中气体颜色会变浅，故A正确；
B．一氯四烷是气体，内壁出现油状液体，是甲烷和氯气发生取代反应，生成的二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳，故B正确；
C．甲烷和氯气发生取代反应，生成的是CH3Cl、CH3Cl2、CHCl3、CCl4和HCl的混合物，故C错误；
D．在甲烷和氯气发生一氯取代后，生成的一氯甲烷能继续和氯气取代生成二氯甲烷，一次继续，故最后得到的是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl的混合物，故D正确。
4．A
【解析】根据同系物沸点的递变规律，可以推测出丙烷的沸点介于乙烷和丁烷之间，即比-89℃高，比-1℃低，符合要求的选项只有A。
5．C、D
【解析】同系物必须是结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质。结构相似即强调必须是同一类有机物之间，才能互称同系物。所以A项不正确。相对分子质量相同的有机物不一定存在同分异构关系，如C10H8与C9H20的相对分子质量都是128，显然它们之间无同分异构关系。所以化合物之间要存在有同分异构关系，就必须具有相同的分子式，则B项也不正确。
6．C
【解析】C选项中的两种物质，一方面结构不相似，前者不属于烃类；另一方面组成上不仅不是相差CH2原子团，前者还多一个氧原子。其余各选项内的物质均符合同系物的定义。
7．A
【解析】C4H10、C2H4Cl2分别存在两种同分异构体；C既可以表示活性炭，又可以表示其他碳的单质；只有C2H6只表示一种分子。
8．C
【解析】掌握烷烃同系物的物理性质的递变规律是解答本题的关键。同类烃碳原子数越多，熔沸点越高；同类烃中碳原子数相同时，支链越多，其熔沸点越低。故它们的沸点顺序排列为：戊烷>2－甲基丁烷>2,2－二甲基丙烷>丁烷>丙烷。
9．B 【解析】根据质量守恒定律，C、H原子个数反应前后保持不变。 可知n(CH4)=n(CO)+n(CO2)，而n(CH4)可由产物H2O中所含的H原子数求得： /，CO和CO2的质量=49.6g－25.2g=24.4g 设混合物中CO物质的量为x，CO2的物质的量为y，则有： /?解得 / 所以m(CO2)=0.3mol×44g·mol－1=13.2g 另一种解法——待定系数法 设生成CO、CO2的物质的量分别为x、y，则有 /? /? 解得?/ 所以m(CO2)=0.3mol×44g·mol－1=13.2g
10．B
【解析】本题考查有机化学计算中常用的平均分子式的方法确定有机物的组成。根据题目可知该混合物的平均分子式是C1.5H4，两种气态烃碳原子数的平均值为1.5。根据平均的思想，必有一种碳原子数大于1.5，另一种碳原子数小于1.5，而碳原子数小于1.5的烃只有甲烷，所以一定有甲烷。甲烷的氢原子数为4，且两种气态烃氢原子数的平均值为4，因此另一种烃的氢原子数必然也是4，其碳原子数大于或等于2。 11．C
【解析】混合气体通过浓H2SO4时总体积基本不变，说明没有NH3，排除了A项。混合气体通入过量的澄清石灰水未见变浑浊，但混合气体的总体积减小，说明一定有气体被吸收，这样就一定有HCl，还可能有CO2；剩余气体导出后，在O2中能够点燃，说明剩余气体中不含CO2，这时可以说明原混合气体中也不含CO2；燃烧产物不能使CuSO4粉末变色，说明没有氢元素，排除了B、D。
12．C
【解析】1 mol CH4与Cl2发生取代反应，欲得到四种取代物的物质的量相等，则生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各为0.25 mol，该四种取代物中n (Cl)=0.25 mol×(1+2+3+4)=2.5 mol，根据取代反应的特点知n (Cl2)=2.5 mol， 生成的HCl的物质的量也为2.5mol。
二、计算题
1．C3H8
【解析】本题考查对取代反应的理解。当烷烃分子中在1mol氢原子被取代时，就需要有1mol氯气参加反应，同时生成1mol氯化氢，因此根据本题中的条件“参加反应的氯气为8mol”可知在该烷烃分子中应有8mol氢原子。再根据烷烃通式CnH2n+2可知2n+2=8，则n=3，所以该烷烃的分子式为C3H8。
2．（1）336 mL（2）1∶4
【解析】CH4与O2反应生成的CO2和H2O全部被碱石灰吸收。 CH4＋2O2/CO2＋2H2O 22.4 L＋44.8 L 44 g ＋ 36 g / 即反应掉的CH4与O2的总体积为504 mL，其中V(CH4)∶V(O2)＝1∶2，故V(CH4)＝168 mL，V(O2)总＝672 mL，V(O2)余＝336 mL。 三、填空题
（1）SinH2n＋2(n≥1) （2）2Si2H6＋7O2―→4SiO2＋6H2O （3）大于 （4）小于
【解析】C和Si是同一主族的元素，所以硅烷和烷烃的组成、结构相似。我们知道烷烃的通式是CnH2n＋2(n≥1)，故硅烷的通式也就为SinH2n＋2(n≥1)；乙烷在空气中燃烧的化学方程式为2C2H6＋7O2/4CO2＋6H2O，所以乙硅烷自燃反应的化学方程式也就为2Si2H6＋7O2―→4SiO2＋6H2O；通常情况下，气体的摩尔质量越大，其密度就越大，甲硅烷的摩尔质量是32 g·mol－1，甲烷是16 g·mol－1，故甲硅烷的密度比甲烷的大；甲烷和甲硅烷是C、Si两元素的气态氢化物，在元素周期表中，同主族元素的气态氢化物的稳定性由上到下逐渐减弱，故甲硅烷的稳定性小于甲烷。