高中化学专题3常见的烃第一单元脂肪烃第1课时烷烃教学案苏教选修5

第1课时 烷 烃

[目标导航] 1.了解烷烃的物理性质的变化与分子中碳原子数目的关系。2.能以甲烷为例，理解烷烃的组成、结构和主要化学性质。3.通过回忆甲烷及烷烃的分子结构，初步体会有机物分子结构的特点对性质的影响。

一、烷烃的结构 1.脂肪烃的分类

根据脂肪烃的结构，人们把含有双键或叁键等不饱和键的脂肪烃称为不饱和脂肪烃，简称不饱和烃，主要包括烯烃、炔烃等；把不含不饱和键的脂肪烃称为饱和脂肪烃，简称饱和烃，主要包括烷烃。 2.烷烃的结构与通式

碳原子之间以单键结合成链状，剩余的价键均与氢原子结合，使每个碳原子的化合价都充分利用，达到饱和。通式为C n H 2n ＋2。 议一议

分子式符合通式C n H 2n ＋2的两种有机物一定互为同系物吗？

答案 不一定。分子式符合通式C n H 2n ＋2的有机物，若碳原子数不同，都属于烷烃，结构相似，互为同系物；若碳原子数相同，碳架结构不同，则为同分异构体。 二、烷烃的性质 1.物理性质

(1)熔沸点：随着分子中碳原子数目的增多熔沸点逐渐升高。

(2)密度：随着分子中碳原子数目的增多，密度逐渐增大，但都小于水的密度。 (3)溶解性：烷烃难溶于水，易溶于有机溶剂。 2.化学性质

烷烃的化学性质稳定，常温下不与强酸、强碱、高锰酸钾溶液等发生反应。 (1)氧化反应——可燃性： 烷烃燃烧的通式为C n H 2n ＋2＋

3n ＋12

O 2――→点燃

n CO 2＋(n ＋1)H 2O 。 (2)取代反应：烷烃在光照条件下能与氯气、溴蒸气等发生取代反应。如甲烷与氯气反应生成一氯甲烷的化学方程式为CH 4＋Cl 2――→光照

CH 3Cl ＋HCl 。

(3)裂解反应：烷烃在隔绝空气加强热的条件下可以分解成碳原子数较少的烷烃和烯烃。

如：C 4H 10――→催化剂

C 2H 4＋C 2H 6， C 4H 10――→催化剂CH 4＋C 3H 6。 议一议

1.依据下图分析什么样的烷烃在常温常压下为气态？

答案 碳原子数小于等于4的烷烃为气态，其他的烷烃在常温、常压下一般都为液态或固态(新戊烷在常温常压下为气态)。

2.烷烃的沸点与其分子中所含有的碳原子数之间有怎样的关系？ 答案 随着碳原子数的增多，烷烃的沸点逐渐升高。

3.烷烃燃烧属于氧化反应，是不是只发生氧化反应，没发生还原反应？

答案 不是，任何一个氧化还原反应的氧化反应与还原反应都是同时进行，但在有机反应中主要考虑有机物在氧化还原反应中发生的氧化反应还是还原反应，我们就称该反应为氧化反应或还原反应。

一、烷烃的熔、沸点比较

1.分子中所含碳原子数不同时，分子中碳原子数越多，其沸点越高。

2.碳原子数相同时，分子中支链越多，其沸点越低。 例1 ①丁烷 ②2-甲基丙烷 ③正戊烷 ④2-甲基丁烷 ⑤2,2-二甲基丙烷五种物质的沸点排列顺序正确的是( ) A.①>②>③>④>⑤ B.⑤>④>③>②>① C.③>④>⑤>①>② D.②>①>⑤>④>③

解析 丁烷和2-甲基丙烷碳原子数为4, 正戊烷、2-甲基丁烷、2,2-二甲基丙烷碳原子数为

5。2-甲基丙烷含支链，丁烷不含支链，故丁烷沸点高于2-甲基丙烷。2-甲基丁烷含一个支链，2,2-二甲基丙烷含两个支链，正戊烷不含支链，故沸点正戊烷>2-甲基丁烷>2,2-二甲基丙烷>丁烷>2-甲基丙烷。

答案 C

理解感悟比较烷烃的熔、沸点思维流程

变式训练1 根据以下数据推断丙烷的沸点可能是( )

物质甲烷乙烷丁烷戊烷

沸点－162℃－89℃－1℃＋36℃

A.约－40℃

B.低于－162℃

C.低于－89℃

D.高于＋36℃

答案 A

解析烷烃的物理性质随分子中碳原子数的增加呈现规律性的变化，熔、沸点逐渐升高，丙烷的沸点介于乙烷和丁烷之间。

二、烷烃的取代反应

1.取代反应是最重要的一类有机反应，判定一个反应是否属于取代反应，最直接的方法就是依据概念判定：有机物分子中的某些原子或原子团被其他原子或原子团所代替的反应。

2.取代反应的特征是：分步取代，产物多，所生成的产物一般为混合物。

3.取代反应与置换反应的比较

实例区别

取代反应置换反应

甲烷与氯气反应锌与稀硫酸反应

定义有机物分子里的原子或原子团被

其他原子或原子团所代替的反应

一种单质跟一种化合物反应，生

成另一种单质和另一种化合物

的反应

参与物质反应物和生成物不一定有单质反应物、生成物中一定有单质

反应条件反应受催化剂、温度、光的影响水溶液中置换反应遵循以强制弱的原则

反应电子得失不一定有电子的转移一定有电子的得失反应是否可逆有很多是可逆反应反应一般单向进行

例2下列反应属于取代反应的是( )

A.2CH 3CH 2OH ＋O 2――→催化剂

△2CH 3CHO ＋2H 2O B.CH 4＋2O 2――→点燃CO 2＋2H 2O

C.CH 3CH===CH 2＋Br 2―→CH 3CHBrCH 2Br

D.CHCl 3＋HF ―→CHFCl 2＋HCl 答案 D

变式训练2 下列化学反应中属于取代反应的是( ) A.CH 2Cl 2＋Br 2―→CHBrCl 2＋HBr B.Fe ＋CuSO 4===FeSO 4＋Cu C.CH 2===CH 2＋H 2O ――→催化剂 CH 3CH 2OH D ．CH 3CH 2OH ――→浓硫酸△CH 2===CH 2↑＋H 2O 答案 A

解析 B 项反应不是有机反应，故不是取代反应。C 、D 不符合取代反应的概念，不是取代反应。

1.下列叙述正确的是( )

A.各元素的质量分数相等的物质一定是同系物

B.具有相同分子通式的不同有机物一定属于同系物

C.同系物之间互为同分异构体

D.两个相邻的同系物的相对分子质量之差为14 答案 D

解析 HCHO 与CH 3COOH ，其各元素的质量分数相同，但不是同系物关系；单烯烃与环烷烃的分子通式相同，但不是同系物关系；同系物之间相差一个或若干个CH 2原子团，因而不可能是同分异构体关系。 2.下列说法中正确的是( )

A.烷烃的分子中，所有碳原子不可能位于同一平面上

B.随着碳原子数的增加，烷烃的熔、沸点逐渐降低

C.随着碳原子数的增加，烷烃的同分异构体数目也增加

D.所有的烷烃之间一定互为同系物 答案 C

解析 烷烃分子中的所有碳原子可能位于同一平面上(如CH 3—CH 3、CH 3CH 2CH 3)，也可能不都

位于同一平面上[如(CH 3)2CHCH 3分子中最多只有3个碳原子共平面]；随着碳原子数的增加，烷烃的分子间作用力逐渐增大，使其熔、沸点逐渐升高；分子式相同的不同烷烃之间互为同分异构体，分子式不同的烷烃之间互为同系物。 3.下列有关简单的烷烃的叙述中正确的是( )

①都是易燃物 ②特征反应是取代反应 ③相邻烷烃分子在组成上相差一个甲基 A.①和③B.②和③C.只有①D.①和② 答案 D

解析 烷烃含有碳和氢两种元素，都能燃烧生成二氧化碳和水，①正确；烷烃都易发生取代反应，②正确；相邻烷烃分子在组成上相差一个CH 2原子团，③不正确。 4.下列关于烷烃性质的叙述中正确的是( ) A.都不能使酸性高锰酸钾溶液褪色 B.都是液体 C.都能溶于水 D.都是气体 答案 A

解析 烷烃是饱和烃，不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，A 项正确；常温下，碳原子数≤4的烷烃为气态，碳原子数>4的烷烃为液态或固态，B 、D 两项不正确；烷烃都不溶于水，C 项不正确。

5.下列有机反应中，不属于取代反应的是( )

A.

B.2CH 3CH 2OH ＋O 2――→Cu

△

2CH 3CHO ＋2H 2O C.ClCH 2CH===CH 2＋NaOH ――→H 2O △

HOCH 2CH===CH 2＋NaCl D.

答案 B

解析 A 项Cl 2中的氯原子取代了甲苯甲基上的H 原子。C 项，羟基取代了氯原子。D 项硝基取代了苯环上的氢原子。B 项不符合取代反应的定义，它是有机物中加氧的反应，有机化学中称之为氧化反应。

[基础过关]

一、甲烷的结构与性质

1.CH4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不存在同分异构体

B.CH2Cl2不存在同分异构体

C.CHCl3不存在同分异构体

D.CH4是气体分子

答案 B

2.光照对下列反应几乎没有影响的是( )

A.氯气与氢气的反应

B.氯气与甲烷的反应

C.甲烷与氧气的反应

D.次氯酸的分解

答案 C

解析甲烷与氧气点燃时才反应。

3.下列实验能获得成功的是( )

①甲烷气体通入空气中点燃获得热量②甲烷气体通入氯水中制取一氯甲烷③甲烷通入酸性高锰酸钾溶液中，使紫色褪去④甲烷通入浓硝酸中分解得到碳单质和氢气

A.只有①②

B.只有①

C.只有④

D.①②③④

答案 B

解析甲烷分子结构稳定，通常不与强酸、强碱或强氧化剂反应，不能使溴水和酸性KMnO4溶液褪色。但是在一定条件下，甲烷也会发生某些反应，如燃烧、与氯气的取代反应。

4.有一类组成最简单的有机硅化物叫硅烷，它的组成与烷烃相似。下列说法错误的是( )

A.硅烷的分子通式可表示为Si n H2n＋2(n≥1)

B.甲硅烷燃烧生成二氧化硅和水

C.甲硅烷(SiH4)的密度大于甲烷

D.甲硅烷的热稳定性强于甲烷

答案 D

二、烷烃的物理性质

5.下列烷烃的沸点由高到低的顺序排列正确的是( )

①CH4②C3H8③C5H12④C8H18⑤C12H26

A.①②③④⑤

B.⑤④③②①

C.⑤③④②①

D.③④⑤②①

答案 B

解析规律总结：一般来说组成和结构相似的物质，其相对分子质量越大，熔、沸点越高。

三、烷烃的化学性质

6.某运动会火炬所用燃料为65%的丁烷(C 4H 10)和35%的丙烷。下列说法不正确的是( ) A.火炬燃烧主要是将化学能转变为热能和光能 B.正丁烷的沸点比丙烷高 C.丁烷和丙烷都不溶于水

D.丁烷和丙烷的燃烧产物对环境无影响 答案 D

7.下列化学性质中，烷烃不具备的是( ) A.一定条件下发生分解反应 B.可以在空气中燃烧 C.与氯气发生取代反应 D.能使酸性高锰酸钾溶液褪色 答案 D

解析 烷烃可以在一定条件下发生分解反应，也可以燃烧，还可以发生取代反应，但烷烃不能使酸性高锰酸钾溶液褪色。 8.下列反应不属于取代反应的是( ) A.CH 2===CH 2＋HCl ―→CH 3CH 2Cl B.CH 4＋Cl 2――→光照CH 3Cl ＋HCl

C.

D.CH 3COOH ＋CH 3CH 2OH 浓硫酸

△CH 3COOCH 2CH 3＋H 2O

答案 A

9.等质量的下列烷烃，完全燃烧消耗氧气最多的是( ) A.CH 4B.C 2H 6C.C 3H 8D.C 6H 14 答案 A

解析 判断等质量的不同烃燃烧时的耗氧量，可先简化其分子式为CH x ，x 越大，氢的质量分数就越大，耗氧量就越多。本题中A 项最简式为CH 4；B 项最简式为CH 3；C 项最简式为CH 2.7；D 项最简式为CH 2.3。故答案为A 。

10.将1mol 两种气态烃组成的混合气体完全燃烧后得到1.5molCO 2和2molH 2O 。下列说法正确的是( ) A.一定有乙烷 B.一定有甲烷 C.一定没有甲烷 D.不一定有甲烷

答案 B [能力提升]

11.某烃的一种同分异构体只能生成一种一氯代物，该烃的分子式可以是( )

A.C3H8

B.C4H10

C.C5H12

D.C6H14

答案 C

解析题给各选项均为烷烃，已知一氯代物只有一种，这表明烷烃分子中只有一种类型的氢原子。结合烷烃的结构简式，其主链两端只能连有甲基(—CH3)，可得出“若烷烃的一氯代物只有1种，则除甲烷外，其他烷烃中的氢原子数必定是6的倍数”的规律性结论，据此分析题给各选项中烷烃的氢原子数，可知只有选项C符合题设要求。

12.主链含5个碳原子，有甲基、乙基2个支链的烷烃有( )

A.2种

B.3种

C.4种

D.5种

答案 A

解析符合题意要求的同分异构体有

和

。需要注意的是烷烃分子中乙基不能出现在第2位碳上，

否则主链上就不是5个碳原子而是6个碳原子，如：。[拓展探究]

13.科学家探测到北极海洋中存在大量由天然气水合物——“可燃冰”释放出的气泡，这种气体会加剧全球变暖。

(1)这种“可燃冰”样品是一种夹杂着白色颗粒状的沉积物，放入水中可以观察到有大量气泡涌出，该白色气泡内的气体主要成分是________。

(2)有科学家预测，从边缘海释放的甲烷，在大气中占了相当大的比重。有研究表明，地质历史时期的若干全球变化事件(如地球生命灭绝)是由天然气水合物分解释放甲烷造成的，所以海底甲烷如同高悬人类头顶的达摩克利斯之剑。甲烷释放到大气中的危害有______。

A.导致温室效应

B.导致局部大气爆炸

C.使地球生物缺氧而死

D.甲烷有毒，毒死地球生命

(3)已知每立方米这种晶体能释放出164立方米的甲烷气体，假设甲烷气体体积是标准状况下的数据，且甲烷水合物固体的密度与冰的密度相同，若冰的密度取水的密度1g·cm－3。试计算“可燃冰”晶体中甲烷与水的分子个数比为__________，用化学式表示“可燃冰”晶体：________。

答案(1)甲烷(或CH4) (2)AB(3)1∶6.7CH4·6.7H2O

解析(1)甲烷水合物不稳定，在水中极易分解而产生甲烷气体，所以气泡内的气体主要成分就是甲烷。

(2)甲烷的温室效应比二氧化碳的温室效应要大得多，所以这是大气中甲烷含量多而导致的危害；另外当大量的甲烷逸出到空气中，与空气混合，当达到其爆炸极限时，遇闪电或火花即可导致局部甚至整个地球大气的爆炸，后果不堪设想。

(3)1立方米“可燃冰”晶体释放出的甲烷气体的物质的量：

164m3÷22.4m3·kmol－1≈7.32kmol，

则其中的水的物质的量：

(1m3×1000kg·m－3－7.32kmol×16kg·kmol－1)÷18kg·kmol－1≈49.05kmol。

所以，n(CH4)∶n(H2O)＝7.32kmol∶49.05kmol

≈1∶6.7

甲烷水合物的组成可能是CH4·6.7H2O。