陜西省榆林市神木縣第六中學(xué)高中化學(xué) 1.3.2 烷烴的化學(xué)性質(zhì)學(xué)案2 魯科版選修5

第2課時(shí)烷烴的化學(xué)性質(zhì)[學(xué)習(xí)目標(biāo)定位]1.能根據(jù)甲烷的性質(zhì)理解烷烴的化學(xué)性質(zhì)，如取代反應(yīng)、氧化反應(yīng)等。2.由烷烴的通式會(huì)寫其燃燒的化學(xué)方程式，會(huì)分析有關(guān)的燃燒規(guī)律。1．烷烴又叫飽和鏈烴。烷烴分子中碳原子之間的共價(jià)鍵全部為碳碳單鍵，其中碳原子皆為飽和碳原子，也就是說(shuō)，烷烴分子中碳原子之間全部以碳碳單鍵結(jié)合成鏈狀，碳原子剩余的價(jià)鍵全部跟氫原子相結(jié)合而達(dá)到飽和。簡(jiǎn)言之，烷烴具有“單”“鏈”“飽”的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。2．甲烷的分子式是CH4，結(jié)構(gòu)式是，空間構(gòu)型是正四面體。(1)通常狀況下，甲烷性質(zhì)穩(wěn)定，與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑都不反應(yīng)，但在特定條件下，甲烷也能發(fā)生某些反應(yīng)。(2)甲烷在空氣中安靜的燃燒，火焰呈淡藍(lán)色，反應(yīng)的化學(xué)方程式：CH4＋2O2eq\o(→,\s\up7(點(diǎn)燃))CO2＋2H2O。(3)甲烷與Cl2在光照條件下發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：CH4＋Cl2eq\o(→,\s\up7(光照))CH3Cl＋HCl(只寫第一步)，該反應(yīng)為取代反應(yīng)。甲烷與Cl2發(fā)生反應(yīng)的產(chǎn)物有5種，其中常溫下為氣態(tài)的有2種，具有正四面體形結(jié)構(gòu)的物質(zhì)是CCl4，產(chǎn)物中量最多的是HCl。探究點(diǎn)一烷烴與鹵素單質(zhì)的反應(yīng)1．實(shí)驗(yàn)探究：C2H6與Cl2的反應(yīng)，現(xiàn)把C2H6與Cl2按照1∶2的體積比充入大試管中，再將此試管倒立在水槽中放于光亮處。(1)觀察到的現(xiàn)象是①氣體顏色逐漸變淺；②試管內(nèi)液面上升；③試管壁上有油狀液滴生成。(2)試寫出可能發(fā)生的反應(yīng)方程式(寫一個(gè)即可)CH3—CH3＋Cl2eq\o(→,\s\up7(hν))CH3—CH2Cl＋HCl。2．問(wèn)題討論：(1)有同學(xué)認(rèn)為試管內(nèi)液面上升是由于Cl2溶于水使試管內(nèi)壓強(qiáng)減小造成的，你能根據(jù)所學(xué)的知識(shí)證明該同學(xué)的判斷是否正確嗎？答案取試管內(nèi)液體，向其中滴加石蕊試液，若變紅后又褪色，說(shuō)明是由于Cl2溶于水，使液面上升，若變紅后不褪色，則說(shuō)明不是由于Cl2溶于水而使液面上升，因Cl2溶于水與水反應(yīng)會(huì)生成具有漂白作用的HClO。(2)烷烴與鹵素發(fā)生反應(yīng)需要怎樣的條件？答案烷烴與鹵素反應(yīng)是發(fā)生在光照條件下的，如在黑暗處則反應(yīng)不能發(fā)生。(3)上述反應(yīng)的產(chǎn)物是否唯一？為什么？答案上述反應(yīng)的產(chǎn)物不是唯一的，該方程式寫出的是生成的一氯代物，事實(shí)上無(wú)論如何控制實(shí)驗(yàn)條件，產(chǎn)物中還有二氯代物、三氯代物、四氯代物、五氯代物、六氯代物共存。[歸納總結(jié)](1)烷烴與鹵素在光照條件下發(fā)生取代反應(yīng)，產(chǎn)物常為混合物，不適于制取鹵代烴。(2)如果碳鏈比較長(zhǎng)的烷烴和氯氣發(fā)生取代反應(yīng)時(shí)，不同的碳?xì)滏I斷裂，可能會(huì)生成不同的取代產(chǎn)物。例如：CH3CH2CH3＋Cl2eq\o(→,\s\up7(hν))CH3CHCH3Cl＋HCl2-氯丙烷CH3CH2CH3＋Cl2eq\o(→,\s\up7(hν))CH3CH2CH2Cl＋HCl1-氯丙烷[活學(xué)活用]1．下列有關(guān)烷烴的敘述中，不正確的是()A．在烷烴分子中，所有的化學(xué)鍵都是單鍵B．烷烴中除甲烷外，很多都能使酸性KMnO4溶液的紫色褪去C．分子通式為CnH2n＋2(n≥1)的烴一定是烷烴D．所有的烷烴在光照條件下都能與氯氣發(fā)生取代反應(yīng)答案B解析烷烴分子中碳原子之間全部以碳碳單鍵結(jié)合成鏈狀，碳原子的剩余價(jià)鍵全部跟氫原子相結(jié)合而達(dá)飽和，無(wú)論是碳碳鍵還是碳?xì)滏I，都是單鍵，選項(xiàng)A說(shuō)法正確；烷烴屬飽和鏈烴，其化學(xué)性質(zhì)一般比較穩(wěn)定，通常烷烴不與酸、堿、氧化劑(如酸性KMnO4溶液)反應(yīng)，(n≥1)的有機(jī)物一定是烷烴，選項(xiàng)C說(shuō)法正確；烷烴在光照下都能與氯氣發(fā)生取代反應(yīng)，這是烷烴的主要特征反應(yīng)之一，選項(xiàng)D說(shuō)法正確。2．在光照條件下，將1mol甲烷和1mol氯氣混合充分反應(yīng)后，得到的產(chǎn)物為()A．CH3Cl、HClB．HCl、CCl4C．CH3Cl、CH2Cl2D．CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl答案D解析本題主要考查CH4與Cl2的取代反應(yīng)。如果忽視了有機(jī)反應(yīng)的復(fù)雜性、多步性、多副反應(yīng)的特點(diǎn)，最易錯(cuò)選為A。雖然甲烷和氯氣按等物質(zhì)的量混合，但實(shí)際上反應(yīng)不會(huì)只停留在生成CH3Cl的第一步取代，而是四步取代反應(yīng)幾乎同時(shí)都發(fā)生，所以生成物就是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl。探究點(diǎn)二烷烴與氧氣的反應(yīng)1．烷烴可在空氣或氧氣中燃燒生成CO2和H2O，燃燒的通式為CnH2n＋2＋eq\f(3n＋1,2)O2eq\o(→,\s\up7(點(diǎn)燃))nCO2＋(n＋1)H2O。(1)在氧氣充足的條件下，烴能夠完全燃燒生成二氧化碳和水，同時(shí)放出大量的熱，因此烴是非常重要的能源物質(zhì)。(2)烷烴中的甲烷含氫量最高。相同質(zhì)量的烷烴完全燃燒，甲烷放出的熱量最多，甲烷是最常使用的燃料。(3)液化石油氣中的主要成分是丙烷和丁烷，也是含氫量較高的小分子烷烴。2．寫出氣態(tài)烴(CxHy)燃燒的化學(xué)方程式CxHy＋(x＋eq\f(y,4))O2eq\o(→,\s\up7(點(diǎn)燃))xCO2＋eq\f(y,2)H2O，試分析討論烴類完全燃燒前后氣體體積變化。(1)燃燒后溫度高于100℃時(shí)，水為氣態(tài)反應(yīng)前后氣體體積變化V前＝V后V前＞V后V前＜V后x、y滿足的條件y＝4y＜4y＞4(2)燃燒后溫度低于100℃時(shí)，水為液態(tài)，反應(yīng)后氣體體積變化是1＋eq\f(y,4)。[歸納總結(jié)](1)烴類完全燃燒的產(chǎn)物都是CO2和H2O，且都放出大量的熱量。分子中含氫量越高的烴在質(zhì)量相同時(shí)完全燃燒放出的熱量越多。(2)烴類完全燃燒后氣體體積的變化都只與烴分子中氫原子數(shù)目有關(guān)，而與烴分子中碳原子數(shù)目無(wú)關(guān)。[活學(xué)活用]3．在1大氣壓120℃時(shí)，1體積某氣態(tài)烴與4體積氧氣混合，完全燃燒后，恢復(fù)到原來(lái)溫度和壓強(qiáng)，體積不變，該烴分子式中碳原子數(shù)不可能是()A．1B．2C．3D．4答案D解析設(shè)烴分子式為CxHy，據(jù)燃燒方程式CxHy＋(x＋eq\f(y,4))O2eq\o(→,\s\up7(點(diǎn)燃))xCO2＋eq\f(y,2)H2O(g)，前后體積不變則有x＋eq\f(y,2)＝1＋x＋eq\f(y,4)解得y＝4，又因?yàn)樵摕N完全燃燒所以有x＋eq\f(y,4)≤4，解得x≤3。4．在同溫同壓下，相等質(zhì)量的下列各烴在氧氣中完全燃燒時(shí)，耗氧量由多到少的順序是()A．乙炔、乙烯、甲烷、乙烷B．乙烯、乙烷、甲烷、乙炔C．甲烷、乙烯、乙炔、乙烷D．甲烷、乙烷、乙烯、乙炔答案D解析設(shè)烴的分子式為CxHy。烴在氧氣中完全反應(yīng)生成CO2和H2O。由C～O2、4H～O2可知?dú)涞馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，耗氧量越多。因此當(dāng)質(zhì)量相等時(shí)，將CxHy轉(zhuǎn)化成CHy/x形式可以快速地比較出耗氧量的多少，即eq\f(y,x)越大，耗氧量越多。CH4→CH4、C2H4→CH2、C2H6→CH3、C2H2→CH，故D正確。烷烴的化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑不發(fā)生反應(yīng)，能燃燒發(fā)生氧化反應(yīng)，與鹵素能發(fā)生取代反應(yīng)，高溫下發(fā)生裂化(或裂解)反應(yīng)。1．下列有關(guān)烷烴性質(zhì)的敘述正確的是()A．烷烴分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)B．烷烴中碳元素表現(xiàn)負(fù)價(jià)，易被酸性KMnO4溶液氧化C．在光照條件下，烷烴可與溴水中的溴發(fā)生取代反應(yīng)D．烷烴的鹵代反應(yīng)很難得到純凈的產(chǎn)物答案D解析烷烴性質(zhì)的穩(wěn)定性是相對(duì)的，一定條件下可發(fā)生取代、燃燒等反應(yīng)。烷烴不能使酸性KMnO4溶液褪色，烷烴發(fā)生的自由基取代反應(yīng)并不能在水溶液中進(jìn)行，故不能與溴水中的溴取代。D正確。2．液化石油氣作為燃料，已普遍進(jìn)入城市家庭，它是含有下列物質(zhì)的混合物。在常壓下，這些物質(zhì)的沸點(diǎn)如下表所示：物質(zhì)名稱乙烷丙烷丁烷戊烷己烷沸點(diǎn)/℃－88.6－42.2－0.536.169.2在常溫下使用至無(wú)氣體放出時(shí)，鋼瓶中常剩余一些液態(tài)物質(zhì)，這些物質(zhì)有可能是()A．乙烷、丙烷和丁烷B．乙烷和丙烷C．只有乙烷D．戊烷和己烷答案D3．下列有關(guān)簡(jiǎn)單的烷烴的敘述中正確的是()①都是易燃物②特征反應(yīng)是取代反應(yīng)③相鄰兩個(gè)烷烴在分子組成上相差一個(gè)甲基A．①和③B．②和③C．只有①D．①和②答案D解析烷烴含有碳和氫兩種元素，都能燃燒生成二氧化碳和水，①正確；烷烴都易發(fā)生取代反應(yīng)，②正確；相鄰兩個(gè)烷烴在分子組成上相差一個(gè)CH2，③不正確。4．兩種氣態(tài)烴組成的混合氣體完全燃燒后得到CO2和H2O的物質(zhì)的量隨混合烴的總物質(zhì)的量的變化如圖所示，則下列對(duì)混合烴的判斷正確的是()①一定有乙烯；②一定有甲烷；③一定有丙烷；④一定無(wú)乙烷；⑤可能有乙烷；⑥可能有丙炔A．②③⑤B．⑤⑥C．②④⑥D(zhuǎn)．①④答案C解析由圖可知兩種氣態(tài)烴的平均組成為C1.6H4，根據(jù)碳原子平均數(shù)可知，混合氣體一定含有CH4，由氫原子平均數(shù)可知，另一氣態(tài)烴中氫原子數(shù)目為4，碳原子數(shù)目大于1.6，不超過(guò)4。5．烴A的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為(1)用系統(tǒng)命名法命名烴A：____________；烴A的一氯代物具有不同沸點(diǎn)的產(chǎn)物有________種。(2)已知烴A中伯、仲、叔、季碳原子各有6個(gè)、4個(gè)、2個(gè)和1個(gè)。試判斷在烷烴C7H16中，具有3個(gè)伯碳原子的同分異構(gòu)體有________種。(3)烷烴B中含有4個(gè)伯碳原子、1個(gè)仲碳原子和2個(gè)叔碳原子，則烷烴B的分子式為________，寫出烷烴B可能具有的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式和它們的系統(tǒng)名稱________________。(4)1mol烷烴B完全燃燒需消耗氧氣________mol。答案(1)2,2,6-三甲基-4-乙基辛烷10(2)3(3)C7H16(4)11解析(1)，根據(jù)編號(hào)可知此物質(zhì)的名稱為2,2,6-三甲基-4-乙基辛烷，其中中氫原子種類有10種，所以烴A的一氯代物有10種。(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個(gè)伯碳原子即3個(gè)—CH3，且只有一個(gè)支鏈，其可能的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式有：，共3種同分異構(gòu)體。(3)烷烴B中共有7個(gè)碳原子，所以分子式為C7H16，烷烴B可能的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：(2,3-二甲基戊烷)和(2,4-二甲基戊烷)。(4)C7H16＋11O2eq\o(→,\s\up7(點(diǎn)燃))7CO2＋8H2O。[基礎(chǔ)過(guò)關(guān)]一、烷烴的物理性質(zhì)1．下列烷烴沸點(diǎn)由高到低順序正確的是()①CH4②C3H8③C5H12④C8H18⑤C12H26A．①②③④⑤B．⑤④③②①C．⑤③④②①D．③④⑤②①答案B解析規(guī)律總結(jié)：一般來(lái)說(shuō)組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，相對(duì)分子質(zhì)量越大，熔、沸點(diǎn)越高。2．下列烷烴的沸點(diǎn)：甲烷－164℃，乙烷－89℃，丁烷－1℃，戊烷＋36℃，根據(jù)上述數(shù)據(jù)推斷，丙烷的沸點(diǎn)可能是()A．低于－89℃B．約為－42℃C．高于－1℃D．高于＋36℃答案B解析由烷烴的熔、沸點(diǎn)變化規(guī)律可知，隨著碳原子數(shù)的增加，烷烴的熔、沸點(diǎn)升高，故丙烷的沸點(diǎn)介于乙烷和丁烷之間，根據(jù)題目提供的數(shù)據(jù)，丙烷的沸點(diǎn)可能約為－42℃。二、烷烴的取代反應(yīng)3．光照對(duì)下列反應(yīng)幾乎沒(méi)有影響的是()A．氯氣與氫氣反應(yīng)B．氯氣與甲烷反應(yīng)C．甲烷與氧氣反應(yīng)D．次氯酸分解答案C解析甲烷與氧氣點(diǎn)燃時(shí)才反應(yīng)。4．下列化學(xué)性質(zhì)中，烷烴不具備的是()A．一定條件下發(fā)生分解反應(yīng)B．可以在空氣中燃燒C．與氯氣發(fā)生取代反應(yīng)D．能使酸性高錳酸鉀溶液褪色答案D解析烷烴可以在一定條件下發(fā)生分解反應(yīng)，也可以燃燒、發(fā)生取代反應(yīng)，但烷烴不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色。5．下列實(shí)驗(yàn)?zāi)塬@得成功的是()①甲烷氣體通入空氣中點(diǎn)燃獲得熱量②甲烷氣體通入氯水中制取一氯甲烷③甲烷通入酸性高錳酸鉀溶液中，可使紫色褪去④甲烷通入濃硝酸中分解得到碳單質(zhì)和氫氣A．只有①②B．只有①C．只有④D．①②③④答案B解析甲烷分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，通常不與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或強(qiáng)氧化劑反應(yīng)，不能使溴水和酸性KMnO4溶液褪色。但是在一定條件下，甲烷也會(huì)發(fā)生某些反應(yīng)，如燃燒、與氯氣的取代反應(yīng)。三、烷烴的燃燒6．某運(yùn)動(dòng)會(huì)火炬所用燃料為65%的丁烷(C4H10)和35%的丙烷。下列說(shuō)法不正確的是()A．火炬燃燒主要是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎凸饽蹷．正丁烷的沸點(diǎn)比丙烷高C．丁烷和丙烷都不溶于水D．丁烷和丙烷的燃燒產(chǎn)物對(duì)環(huán)境無(wú)影響答案D7．等質(zhì)量的下列烷烴，完全燃燒消耗氧氣最多的是()A．CH4B．C2H6C．C3H8D．C6H答案A解析判斷等質(zhì)量的不同烴燃燒時(shí)的耗氧量，可先簡(jiǎn)化其分子式為CHx，x越大，氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)就越大，耗氧量就越多。本題中A為CH4；B為CH3；C為CH2.7；D為CH2.3。故答案為A。8．將1mol兩種氣態(tài)烴組成的混合氣體完全燃燒后得到1.5molCO2和2molH2O。下列說(shuō)法正確的是()A．一定有乙烷B．一定有甲烷C．一定沒(méi)有甲烷D．不一定有甲烷答案B[能力提升]9．下列烷烴在光照下與Cl2反應(yīng)只生成一種一氯代物的是()A．CH3CH2CH2CH3B．CH3CHCH3CH3C．CH3CCH3CH3CH3D．CH3CHCH3CH2CH3答案C解析A選項(xiàng)中有2種等效氫；B選項(xiàng)中有2種等效氫；C選項(xiàng)中有1種等效氫；D選項(xiàng)中有4種等效氫。10．化學(xué)家們合成了一種新物質(zhì)——五星烷，其鍵線式如圖所示。下列有關(guān)五星烷的說(shuō)法正確的是()A．五星烷與乙烷互為同系物B．五星烷的化學(xué)式為C15H20C．五星烷的分子中含有7個(gè)五元環(huán)D．五星烷的一氯代物有3種答案B解析乙烷的分子式為C2H6，五星烷的分子式為C15H20，顯然兩