化學(xué)人教版選修5學(xué)案2-1-1烷烴和烯烴

第二章烴和鹵代烴第一節(jié)脂肪烴第1課時(shí)烷烴和烯烴一、烷烴與烯烴的物理性質(zhì)烷烴和烯烴的物理性質(zhì)隨著分子中碳原子數(shù)的遞增，呈規(guī)律性變化，沸點(diǎn)逐漸升高，相對(duì)密度逐漸增大，常溫下的存在狀態(tài)，也由氣態(tài)逐漸過(guò)渡到液態(tài)、固態(tài)。1．當(dāng)烴分子中碳原子數(shù)≤4時(shí)，常溫下呈氣態(tài)。2．分子式相同的烴，支鏈越多，熔沸點(diǎn)越低。例如沸點(diǎn)：CH3(CH2)3CH3>(CH3)2CHCH2CH3>C(CH3)4。3．烷烴、烯烴的相對(duì)密度小于水的密度。4．溶解性：都不溶于水，易溶于有機(jī)溶劑。二、烷烴的化學(xué)性質(zhì)1．常溫下的穩(wěn)定性：烷烴分子中C—C、C—H鍵的鍵能較大，所以通常情況下，烷烴化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，如與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和強(qiáng)氧化劑等一般不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。不能使Br2的CCl4溶液或酸性KMnO4溶液褪色。2．取代反應(yīng)——與鹵素單質(zhì)反應(yīng)：取代反應(yīng)：有機(jī)物分子中的原子或原子團(tuán)被其他原子或原子團(tuán)所代替的反應(yīng)稱作取代反應(yīng)。如乙烷與氯氣產(chǎn)生一氯乙烷：CH3CH3＋Cl2eq\o(→,\s\up17(光照))CH3CH2Cl＋HCl3．氧化反應(yīng)——可燃性：烷烴完全燃燒生成CO2和H2O，分子中碳原子數(shù)比較少的烴在燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生淡藍(lán)色火焰，但隨著碳原子數(shù)的增多，分子中的含碳量會(huì)不斷增大，所以在燃燒時(shí)會(huì)不完全，甚至在燃燒中產(chǎn)生黑煙。如甲烷的燃燒方程式：CH4＋2O2eq\o(→,\s\up17(點(diǎn)燃))CO2＋2H2O烷烴的燃燒通式：CnH2n＋2＋eq\f(3n＋1,2)O2eq\o(→,\s\up17(點(diǎn)燃))nCO2＋(n＋1)H2O4．受熱分解：碳原子數(shù)較多的烷烴在受熱時(shí)會(huì)發(fā)生分解，發(fā)生裂化反應(yīng)。如C4H10eq\o(→,\s\up17(催化劑),\s\do15(△))CH2=CH2＋CH3CH3或C4H10eq\o(→,\s\up17(催化劑),\s\do15(△))CH3CH=CH2＋CH4三、烯烴的化學(xué)性質(zhì)烯烴的化學(xué)性質(zhì)：烯烴的特征性結(jié)構(gòu)是碳碳雙鍵，它決定了烯烴的主要化學(xué)特征。性質(zhì)類似乙烯。1．能使KMnO4酸性溶液褪色。2．能燃燒，燃燒通式為：CnH2n＋eq\f(3n,2)O2eq\o(→,\s\up17(點(diǎn)燃))nCO2＋nH2O。5．二烯烴的1,2-加成與1,4-加成。1,3-丁二烯分子內(nèi)含有兩個(gè)雙鍵，當(dāng)它與一分子氯氣發(fā)生加成反應(yīng)時(shí)，有兩種產(chǎn)物：1,2-加成：1,3-丁二烯分子中一個(gè)雙鍵斷裂，兩個(gè)氯原子分別與1號(hào)碳原子和2號(hào)碳原子相連?；瘜W(xué)方程式為：CH2=CH—CH=CH2＋Cl2。1,4-加成：1,3-丁二烯分子中兩個(gè)雙鍵斷裂，兩個(gè)氯原子分別與1號(hào)碳原子和4號(hào)碳原子相連，在2號(hào)碳原子和3號(hào)碳原子之間形成一個(gè)新的雙鍵?；瘜W(xué)方程式為：CH2=CH—CH=CH2＋Cl2。1,3-丁二烯的1,2-加成和1,4-加成是競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)，到底哪一種加成占優(yōu)勢(shì)，取決于反應(yīng)條件。四、烯烴的順?lè)串悩?gòu)1．異構(gòu)現(xiàn)象的產(chǎn)生由于碳碳雙鍵不能旋轉(zhuǎn)而導(dǎo)致分子中原子或原子團(tuán)在空間的排列方式不同。2．異構(gòu)的分類(1)順式結(jié)構(gòu)：兩個(gè)相同的原子或原子團(tuán)排列在雙鍵的同一側(cè)。(2)反式結(jié)構(gòu)：兩個(gè)相同的原子或原子團(tuán)排列在雙鍵的兩側(cè)。3．性質(zhì)特點(diǎn)順式結(jié)構(gòu)和反式結(jié)構(gòu)的物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)基本相同，物理性質(zhì)有一定的差異。探究點(diǎn)一烷烴與烯烴的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)一、烷烴和烯烴的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1．烷烴的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)烷烴又叫飽和鏈烴，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是碳原子之間以單鍵結(jié)合成鏈狀，碳原子剩余的價(jià)鍵全部跟氫原子結(jié)合達(dá)到飽和。(1)烷烴概念的內(nèi)涵有兩點(diǎn)：一是分子里碳原子跟碳原子都以單鍵結(jié)合成鏈狀，二是碳原子剩余的價(jià)鍵全部跟氫原子結(jié)合，這是判斷某烴是否為烷烴的標(biāo)準(zhǔn)，特別注意CH4是唯一一種不含C—C的烷烴。(2)烷烴分子里碳原子結(jié)合的結(jié)果并不一定是單純的一條長(zhǎng)鏈，有的碳鏈處于長(zhǎng)鏈的“枝杈”處，人們稱之為支鏈。(3)烷烴的通式為CnH2n＋2(n≥1)。2．烯烴的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分子里含有碳碳雙鍵的一類鏈烴叫做烯烴。(1)廣義來(lái)說(shuō)，烯烴分子里的C=C鍵數(shù)可以是一個(gè)，也可以是多個(gè)；狹義來(lái)說(shuō)，烯烴分子里的C=C鍵數(shù)僅是一個(gè)，這樣的烯烴又叫做單烯烴，簡(jiǎn)稱烯烴，通常說(shuō)的烯烴即指單烯烴，不飽和烴不屬于烯烴，而屬于環(huán)烯烴。(2)單烯烴的通式是CnH2n(n≥2)，它們具有相同的最簡(jiǎn)式“CH2”二、烷烴、烯烴結(jié)構(gòu)與化學(xué)性質(zhì)的比較三、烷烴的特征反應(yīng)——取代反應(yīng)1．概念有機(jī)物分子中的某些原子或原子團(tuán)被其他原子或原子團(tuán)所代替的反應(yīng)。2．取代反應(yīng)的剖析令分子AB由原子或原子團(tuán)A、B組成，對(duì)其表示為A—B；分子CD由原子或原子團(tuán)C、D組成，對(duì)其表示為C—D。AB與CD之間可發(fā)生取代反應(yīng)生成新物質(zhì)AC和BD，取代反應(yīng)的特征為：3．取代反應(yīng)與置換反應(yīng)的比較四、加成反應(yīng)——不飽和烴(如烯烴、炔烴)的特征反應(yīng)1．概念：構(gòu)成有機(jī)化合物不飽和鍵的兩個(gè)原子與其他原子或原子團(tuán)直接結(jié)合的反應(yīng)。2．乙烯和溴的四氯化碳溶液、溴化氫等反應(yīng)：在這個(gè)過(guò)程中，乙烯雙鍵中的一個(gè)易斷裂的鍵(π鍵)斷裂，兩個(gè)溴原子(或氫原子與溴原子)分別加到原碳碳雙鍵的兩個(gè)碳原子上。3．從形式上看，加成反應(yīng)類似于無(wú)機(jī)化學(xué)中的化合反應(yīng)，但加成反應(yīng)必須有有機(jī)物分子中的不飽和鍵的斷裂，而化合反應(yīng)不一定有不飽和鍵的斷裂，因此，加成反應(yīng)不能叫做化合反應(yīng)。4．除了與Br2反應(yīng)之外，烯烴還可以與H2O、H2、HX、Cl2、HCN等在一定條件下發(fā)生加成反應(yīng)，工業(yè)制酒精就是利用乙烯與H2O的加成反應(yīng)。該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：CH2=CH2＋H—OHeq\o(→,\s\up17(催化劑),\s\do15(加熱、加壓))CH3CH2OH5．烯烴與幾種常見(jiàn)試劑的加成反應(yīng)。1．烷烴分子中所有的碳原子都在同一條直線上嗎？提示：不在，烷烴分子中碳碳結(jié)合成鏈狀，鏈狀不是呈“直線狀”，而是呈鋸齒狀，鏈上還可分出支鏈。如下圖所示：2．如何理解烯烴的不對(duì)稱加成(馬氏規(guī)則)?提示：(1)從結(jié)構(gòu)上看，當(dāng)不對(duì)稱烯烴與氫化物發(fā)生加成反應(yīng)時(shí)，有兩種不同結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物，通常是氫原子加到連接氫原子較多的碳原子上所生成的產(chǎn)物為主要產(chǎn)物，即遵循馬氏規(guī)則。如丙烯與溴化氫加成反應(yīng)的主要產(chǎn)物是2-溴丙烷。(2)如果選取合適的反應(yīng)條件，也可能生成反馬氏規(guī)則的產(chǎn)物。如在過(guò)氧化物存在的條件下，丙烯與溴化氫加成反應(yīng)的主要產(chǎn)物是1-溴丙烷。3．烷烴發(fā)生取代反應(yīng)需要什么條件嗎？產(chǎn)物有什么特點(diǎn)？提示：(1)烷烴與鹵素單質(zhì)在室溫下的黑暗環(huán)境中不發(fā)生反應(yīng)，而在強(qiáng)烈日光照射下卻能發(fā)生反應(yīng)。(2)烷烴發(fā)生取代反應(yīng)時(shí)，分子中的氫原子能逐個(gè)被取代，得到不同氯代物的混合物。(3)取代反應(yīng)是“鏈?zhǔn)健狈磻?yīng)。如乙烷與Cl2反應(yīng)，生成的一氯乙烷可以繼續(xù)與氯氣在光照條件下發(fā)生取代反應(yīng)，生成二氯乙烷……直至生成六氯乙烷。各步反應(yīng)同時(shí)發(fā)生，每步只取代一個(gè)氫原子，難以得到純凈的有機(jī)物?！纠?】某氣態(tài)烴0.5mol能與1molHCl完全加成，加成后產(chǎn)物分子上的氫原子又可與4molCl2發(fā)生取代反應(yīng)，則此氣態(tài)烴可能是()A．CH2=CH—CH3B．CH2=CH2C．CH2=CH—CH=CH2D．CH2=C(CH3)2【思路分析】此題是一道考查取代反應(yīng)和加成反應(yīng)的題目，解答此題首先要弄清取代反應(yīng)的本質(zhì)是烷烴中的氫原子(或其他原子團(tuán))被另外的原子或原子團(tuán)所代替的反應(yīng)。【解析】0.5mol烴能與1molHCl完全加成，則每個(gè)分子中多加了2個(gè)H,2個(gè)Cl，加成后0.5mol產(chǎn)物可與4molCl2發(fā)生取代反應(yīng)，說(shuō)明每個(gè)分子中有8個(gè)氫，那么與HCl加成前分子中應(yīng)有6個(gè)氫原子，所以原來(lái)的烴是CH2=CH—CH=CH2。故選C?！敬鸢浮緾下列關(guān)于烯烴和烷烴的說(shuō)法中正確的是(A)A．烯烴能使酸性高錳酸鉀溶液和溴水褪色，烷烴則不能B．乙烯分子中碳碳雙鍵的鍵能是乙烷分子中碳碳單鍵的兩倍，因此乙烯比乙烷穩(wěn)定C．丙烯可以形成一種分子，而所有烷烴分子之間都不會(huì)發(fā)生聚合反應(yīng)D．丙烷在光照條件下可以與氯氣發(fā)生取代反應(yīng)，而丙烯(CH3—CH=CH2)在任何條件下都不與氯氣發(fā)生取代反應(yīng)解析：烯烴分子中含有碳碳雙鍵，性質(zhì)活潑，易發(fā)生加成、加聚反應(yīng)，能與酸性高錳酸鉀溶液反應(yīng)，而烷烴是飽和烴，不發(fā)生上述反應(yīng)，A項(xiàng)正確；單鍵和雙鍵的鍵能大小關(guān)系是2C—C>C=C>C—C，且乙烯中的雙鍵比較活潑，故乙烯不如乙烷穩(wěn)定，B項(xiàng)錯(cuò)誤；丙烯形成的聚合物中，有許多種n值不同的分子，C項(xiàng)錯(cuò)誤；丙烯中有飽和烷基(甲基)，在一定條件下會(huì)發(fā)生取代反應(yīng)，D項(xiàng)錯(cuò)誤。探究點(diǎn)二烯烴的順?lè)串悩?gòu)1．概念由于碳碳雙鍵不能旋轉(zhuǎn)而導(dǎo)致分子中原子或原子團(tuán)的空間排列方式不同所產(chǎn)生的異構(gòu)現(xiàn)象，稱為順?lè)串悩?gòu)。(1)順式結(jié)構(gòu)：兩個(gè)相同的原子或原子團(tuán)排列在雙鍵的同一側(cè)，稱為順式結(jié)構(gòu)，如順-2-丁烯。(2)反式結(jié)構(gòu)：兩個(gè)相同的原子或原子團(tuán)分別排列在雙鍵的兩側(cè)，稱為反式結(jié)構(gòu)，如反-2-丁烯。拓展：①順式結(jié)構(gòu)和反式結(jié)構(gòu)的原子或原子團(tuán)的連接順序以及雙鍵的位置均相同，區(qū)別僅僅是原子或原子團(tuán)在空間的排列方式不同。②如果用a、b、c表示雙鍵碳原子上的原子或原子團(tuán)，那么，因雙鍵所引起的順?lè)串悩?gòu)可以表示如下(其中前兩種為順式結(jié)構(gòu)，后兩種為反式結(jié)構(gòu))。2．性質(zhì)特點(diǎn)互為順?lè)串悩?gòu)體的兩種有機(jī)物，化學(xué)性質(zhì)基本相同，物理性質(zhì)有一定的差異。如下表所示：烷烴是否也存在順?lè)串悩?gòu)現(xiàn)象？為什么？提示：不存在。因?yàn)樘继紗捂I能夠自由旋轉(zhuǎn)?！纠?】下列烯烴中存在順?lè)串悩?gòu)體的是()A．丙烯 B．1-丁烯C．2-正戊烯 D．2-甲基-2-丁烯【思路分析】解答本題的思路如下：【解析】A項(xiàng)，丙烯的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為CH3CH=CH2，雙鍵碳原子一端連接的是兩個(gè)相同的氫原子，所以不存在順?lè)串悩?gòu)體；B項(xiàng)，1-丁烯的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為CH3CH2CH=CH2，雙鍵碳原子一端連接的也是兩個(gè)相同的氫原子，所以也不存在順?lè)串悩?gòu)體；C項(xiàng)，2-正戊烯的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為CH3CH=CHCH2CH3，雙鍵碳原子一端連接的是甲基和氫原子，雙鍵碳原子另一端連接的是乙基和氫原子，所以存在順?lè)串悩?gòu)體；D項(xiàng)，2-甲基-2-丁烯的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為，雙鍵碳原子一端連接的是兩個(gè)相同的甲基，所以不存在順?lè)串悩?gòu)體。【答案】C已知和互為同分異構(gòu)體，則分子式為C3H5Cl的鏈狀化合物的同分異構(gòu)體有(B)A．3種B．4種C．5種D．6種解析：本題所給信息為順?lè)串悩?gòu)體，則C3H5Cl的鏈狀化合物的同分異構(gòu)體有CH2=CHCH2Cl(不存在順?lè)串悩?gòu)體)、CH3CH=CH—Cl(存在順?lè)串悩?gòu)體)、(不存在順?lè)串悩?gòu)體)，C3H5Cl的同分異構(gòu)體共有4種。1．在1.013×105Pa下，測(cè)得的某些烷烴的沸點(diǎn)見(jiàn)下表。據(jù)表分析，下列選項(xiàng)正確的是(D)物質(zhì)名稱沸點(diǎn)(℃)正丁烷CH3(CH2)2CH3－0.5正戊烷CH3(CH2)3CH336.1異戊烷CH3CH2CH(CH3)227.8新戊烷C(CH3)49.5正己烷CH3(CH2)4CH369.0A.在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，新戊烷是氣體B．在1.013×105Pa、20℃時(shí)，C5H12C．烷烴隨碳原子數(shù)的增加，沸點(diǎn)降低D．C5H12隨著支鏈數(shù)的增加，沸點(diǎn)降低解析：新戊烷的沸點(diǎn)是9.5℃，標(biāo)準(zhǔn)狀況下是液體，20℃時(shí)是氣體，則A、B均錯(cuò)誤；烷烴隨碳原子數(shù)的增加，沸點(diǎn)逐漸升高；C5H2．下列反應(yīng)中，屬于取代反應(yīng)的是(B)A．①②B．③④C．①③D．②④解析：①是加成反應(yīng)，②是消去反應(yīng)，③是酯化反應(yīng)，④是硝化反應(yīng)。酯化反應(yīng)和硝化反應(yīng)為取代反應(yīng)，B正確。3．下列說(shuō)法正確的是(C)A．C2H4與C4H8一定是同系物B．丙烯和乙烷都能使高錳酸鉀酸性溶液褪色C．1-丁烯與2-丁烯互為同分異構(gòu)體D．新戊烷和2,2-二甲基丙烷互為同分異構(gòu)體解析：C4H8可以是烯烴也可以是環(huán)烷烴，A錯(cuò)；乙烯能使KMnO4酸性溶液褪色，而乙烷不能，B錯(cuò)；新戊烷和2,2-二甲基丙烷是同一種物質(zhì)，D錯(cuò)。4．有關(guān)烯烴的下列說(shuō)法中，正確的是(D)A．烯烴分子中所有的原子一定在同一平面上B．烯烴在適宜的條件下只能發(fā)生加成反應(yīng)不能發(fā)生取代反應(yīng)C．分子式是C4H8的烴分子中一定含有碳碳雙鍵D．烯烴既能使溴水褪色也能使酸性KMnO4溶液褪色解析：烯烴分子中，與雙鍵碳原子相連的6個(gè)原子處于同一平面上，而其他的原子則不一定處于該平面上，如丙烯CH3—CH=CH2分子中—CH3上的氫原子最多只有一個(gè)處于其他6個(gè)原子所在的平面上，故選項(xiàng)A說(shuō)法不正確；加成反應(yīng)是不飽和鍵的特征反應(yīng)，但若烯烴中還含有烷基等其他原子團(tuán)時(shí)，一定條件下也可發(fā)生取代反應(yīng)，選項(xiàng)B說(shuō)法也不正確；分子式為C4H8的烴可以是烯烴，也可以是環(huán)烷烴，而環(huán)烷烴中并不含碳碳雙鍵，選項(xiàng)C說(shuō)法不正確；烯烴中的碳碳雙鍵既可以與Br2加成而使溴水褪色，也可以被酸性KMnO4溶液氧化而使酸性KMnO4溶液褪色，選項(xiàng)D說(shuō)法正確。5．既可以用來(lái)鑒別乙烷和乙烯，又可以用來(lái)除去乙烷中混有的乙烯，得到純凈乙烷的方法是(B)A．與足量溴蒸氣反應(yīng) B．通入足量溴水中C．在一定條件下通入氫氣 D．分別進(jìn)行燃燒解析：A項(xiàng)，乙烷和乙烯均是無(wú)色氣體，但前者易發(fā)生取代反應(yīng)，后者易發(fā)生加成反應(yīng)，若與足量溴蒸氣反應(yīng)，乙烷可以發(fā)生取代反應(yīng)，乙烯則發(fā)生加成反應(yīng)生成CH2BrCH2Br，不僅不易鑒別，還會(huì)損失大量的乙烷且混入大量的溴蒸氣雜質(zhì)，顯然不合理；C項(xiàng)，若在一定條件下通入氫氣，雖然可以將乙烯轉(zhuǎn)化為乙烷，但通入氫氣的量不易控制，很難得到純凈的乙烷，且用氫氣無(wú)法鑒別它們；D項(xiàng)，若分別進(jìn)行燃燒，顯然無(wú)法再得到乙烷；B項(xiàng)，乙烷不與溴水發(fā)生反應(yīng)，而乙烯能與溴水發(fā)生加成反應(yīng)使溴水褪色，且生成的CH2BrCH2Br為液態(tài)，便于分離。6．下列烯烴和HBr發(fā)生加成反應(yīng)所得的產(chǎn)物中有同分異構(gòu)體的是(B)A．CH2=CH2B．CH3CH=CH2C．CH3CH=CHCH3D．CH3CH2CH=CHCH2CH3解析：CH3CH