2024-2025學(xué)年高中化學(xué)第二章烴和鹵代烴1-1烷烴和烯烴學(xué)案新人教版選修5

PAGE15-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)律性改變，沸點漸漸上升，相對密度漸漸增大，常溫下的存在狀態(tài)，也由氣態(tài)漸漸過渡到液態(tài)、固態(tài)。1．當(dāng)烴分子中碳原子數(shù)≤4時，常溫下呈氣態(tài)。2．分子式相同的烴，支鏈越多，熔沸點越低。例如沸點：CH3(CH2)3CH3>(CH3)2CHCH2CH3>C(CH3)4。3．烷烴、烯烴的相對密度小于水的密度。4．溶解性：都不溶于水，易溶于有機溶劑。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，所以通常狀況下，烷烴化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，如與強酸、強堿和強氧化劑等一般不發(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)：有機物分子中的原子或原子團被其他原子或原子團所代替的反應(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會產(chǎn)生淡藍色火焰，但隨著碳原子數(shù)的增多，分子中的含碳量會不斷增大，所以在燃燒時會不完全，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(點燃))CO2＋2H2O烷烴的燃燒通式：CnH2n＋2＋eq\f(3n＋1,2)O2eq\o(→,\s\up17(點燃))nCO2＋(n＋1)H2O4．受熱分解：碳原子數(shù)較多的烷烴在受熱時會發(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，它確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)含有兩個雙鍵，當(dāng)它與一分子氯氣發(fā)生加成反應(yīng)時，有兩種產(chǎn)物：1,2-加成：1,3-丁二烯分子中一個雙鍵斷裂，兩個氯原子分別與1號碳原子和2號碳原子相連。化學(xué)方程式為：CH2=CH—CH=CH2＋Cl2。1,4-加成：1,3-丁二烯分子中兩個雙鍵斷裂，兩個氯原子分別與1號碳原子和4號碳原子相連，在2號碳原子和3號碳原子之間形成一個新的雙鍵?；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-加成是競爭反應(yīng)，究竟哪一種加成占優(yōu)勢，取決于反應(yīng)條件。四、烯烴的順反異構(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)：兩個相同的原子或原子團排列在雙鍵的同一側(cè)。(2)反式結(jié)構(gòu)：兩個相同的原子或原子團排列在雙鍵的兩側(cè)。3．性質(zhì)特點順式結(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)有肯定的差異。探究點一烷烴與烯烴的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)一、烷烴和烯烴的結(jié)構(gòu)特點1．烷烴的結(jié)構(gòu)特點烷烴又叫飽和鏈烴，其結(jié)構(gòu)特點是碳原子之間以單鍵結(jié)合成鏈狀，碳原子剩余的價鍵全部跟氫原子結(jié)合達到飽和。(1)烷烴概念的內(nèi)涵有兩點：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鍵全部跟氫原子結(jié)合，這是推斷某烴是否為烷烴的標(biāo)準(zhǔn)，特殊留意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)果并不肯定是單純的一條長鏈，有的碳鏈處于長鏈的“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)特點分子里含有碳碳雙鍵的一類鏈烴叫做烯烴。(1)廣義來說，烯烴分子里的C=C鍵數(shù)可以是一個，也可以是多個；狹義來說，烯烴分子里的C=C鍵數(shù)僅是一個，這樣的烯烴又叫做單烯烴，簡稱烯烴，通常說的烯烴即指單烯烴，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．概念有機物分子中的某些原子或原子團被其他原子或原子團所代替的反應(yīng)。2．取代反應(yīng)的剖析令分子AB由原子或原子團A、B組成，對其表示為A—B；分子CD由原子或原子團C、D組成，對其表示為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)成有機化合物不飽和鍵的兩個原子與其他原子或原子團干脆結(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)：在這個過程中，乙烯雙鍵中的一個易斷裂的鍵(π鍵)斷裂，兩個溴原子(或氫原子與溴原子)分別加到原碳碳雙鍵的兩個碳原子上。3．從形式上看，加成反應(yīng)類似于無機化學(xué)中的化合反應(yīng)，但加成反應(yīng)必需有有機物分子中的不飽和鍵的斷裂，而化合反應(yīng)不肯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等在肯定條件下發(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．烯烴與幾種常見試劑的加成反應(yīng)。1．烷烴分子中全部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稱加成(馬氏規(guī)則)?提示：(1)從結(jié)構(gòu)上看，當(dāng)不對稱烯烴與氫化物發(fā)生加成反應(yīng)時，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)假如選取合適的反應(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)須要什么條件嗎？產(chǎn)物有什么特點？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)，而在劇烈日光照耀下卻能發(fā)生反應(yīng)。(2)烷烴發(fā)生取代反應(yīng)時，分子中的氫原子能逐個被取代，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接著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)同時發(fā)生，每步只取代一個氫原子，難以得到純凈的有機物。【例1】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)被另外的原子或原子團所代替的反應(yīng)?！窘馕觥?.5mol烴能與1molHCl完全加成，則每個分子中多加了2個H,2個Cl，加成后0.5mol產(chǎn)物可與4molCl2發(fā)生取代反應(yīng)，說明每個分子中有8個氫，那么與HCl加成前分子中應(yīng)有6個氫原子，所以原來的烴是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，而全部烷烴分子之間都不會發(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項錯誤；丙烯形成的聚合物中，有很多種n值不同的分子，C項錯誤；丙烯中有飽和烷基(甲基)，在肯定條件下會發(fā)生取代反應(yīng)，D項錯誤。探究點二烯烴的順反異構(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的空間排列方式不同所產(chǎn)生的異構(gòu)現(xiàn)象，稱為順反異構(gòu)。(1)順式結(jié)構(gòu)：兩個相同的原子或原子團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)：兩個相同的原子或原子團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)的原子或原子團的連接依次以及雙鍵的位置均相同，區(qū)分僅僅是原子或原子團在空間的排列方式不同。②假如用a、b、c表示雙鍵碳原子上的原子或原子團，那么，因雙鍵所引起的順反異構(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)特點互為順反異構(gòu)體的兩種有機物，化學(xué)性質(zhì)基本相同，物理性質(zhì)有肯定的差異。如下表所示：烷烴是否也存在順反異構(gòu)現(xiàn)象？為什么？提示：不存在。因為碳碳單鍵能夠自由旋轉(zhuǎn)?！纠?】下列烯烴中存在順反異構(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，丙烯的結(jié)構(gòu)簡式為CH3CH=CH2，雙鍵碳原子一端連接的是兩個相同的氫原子，所以不存在順反異構(gòu)體；B項，1-丁烯的結(jié)構(gòu)簡式為CH3CH2CH=CH2，雙鍵碳原子一端連接的也是兩個相同的氫原子，所以也不存在順反異構(gòu)體；C項，2-正戊烯的結(jié)構(gòu)簡式為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，所以存在順反異構(gòu)體；D項，2-甲基-2-丁烯的結(jié)構(gòu)簡式為，雙鍵碳原子一端連接的是兩個相同的甲基，所以不存在順反異構(gòu)體?！敬鸢浮緾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：本題所給信息為順反異構(gòu)體，則C3H5Cl的鏈狀化合物的同分異構(gòu)體有CH2=CHCH2Cl(不存在順反異構(gòu)體)、CH3CH=CH—Cl(存在順反異構(gòu)體)、(不存在順反異構(gòu)體)，C3H5Cl的同分異構(gòu)體共有4種。1．在1.013×105Pa下，測得的某些烷烴的沸點見下表。據(jù)表分析，下列選項正確的是(D)物質(zhì)名稱沸點(℃)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，C5H12都是液體C．烷烴隨碳原子數(shù)的增加，沸點降低D．C5H12隨著支鏈數(shù)的增加，沸點降低解析：新戊烷的沸點是9.5℃，標(biāo)準(zhǔn)狀況下是液體，20℃時是氣體，則A、B均錯誤；烷烴隨碳原子數(shù)的增加，沸點漸漸上升；C5H12的3種同分異構(gòu)體中，隨支鏈數(shù)增加，沸點漸漸降低。2．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．下列說法正確的是(C)A．C2H4與C4H8肯定是同系物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；乙烯能使KMnO4酸性溶液褪色，而乙烷不能，B錯；新戊烷和2,2-二甲基丙烷是同一種物質(zhì)，D錯。4．有關(guān)烯烴的下列說法中，正確的是(D)A．烯烴分子中全部的原子肯定在同一平面上B．烯烴在相宜的條件下只能發(fā)生加成反應(yīng)不能發(fā)生取代反應(yīng)C．分子式是C4H8的烴分子中肯定含有碳碳雙鍵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個原子處于同一平面上，而其他的原子則不肯定處于該平面上，如丙烯CH3—CH=CH2分子中—CH3上的氫原子最多只有一個處于其他6個原子所在的平面上，故選項A說法不正確；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時，肯定條件下也可發(fā)生取代反應(yīng)，選項B說法也不正確；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C說法不正確；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D說法正確。5．既可以用來鑒別乙烷和乙烯，又可以用來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．在肯定條件下通入氫氣 D．分別進行燃燒解析：A項，乙烷和乙烯均是無色氣體，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，還會損失大量的乙烷且混入大量的溴蒸氣雜質(zhì)，明顯不合理；C項，若在肯定條件下通入氫氣，雖然可以將乙烯轉(zhuǎn)化為乙烷，但通入氫氣的量不易限制，很難得到純凈的乙烷，且用氫氣無法鑒別它們；D項，若分別進行燃燒，明顯無法再得到乙烷；B項，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)，便于分別。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：CH3