第33讲 甲烷及烷烃-备战2024年高考化学精准一轮复习讲义

第33讲 甲烷及烷烃（原卷板） 目录： 【内容1 甲烷的结构特点】 【内容2 甲烷的化学性质】 【内容3 烷烃的结构特点】 【内容4 烷烃的化学性质】 【内容5 烷烃的命名】 【内容6 烷烃同分异构体的书写及取代物种类的找法】 【内容7 烷烃一氯代物和多氯代物的找法】 一、甲烷的结构及性质 1、甲烷的存在：天然气、沼气、煤层气的主要成分是甲烷。 2、甲烷的物理性质：无色、无味、极难溶于水、密度比空气小的气体 3、甲烷分子的组成与结构 分子式 电子式 结构式 结构简式 球棍模型 空间充填模型 CH4 CH4 结构特点：CH4空间构型为正四面体结构，C原子位于正四面体的中心，4个H原子分别位于正四面体的4个顶点上，4个C—H键的键长、键角、键能完全相同，键角为109°28 ， 4、甲烷的化学性质： (1)甲烷的氧化反应——燃烧反应 甲烷与氧气燃烧的化学方程式：CH4＋2O2CO2＋2H2O (2)甲烷的取代反应 ①实验探究 A B 实验过程：取两支试管，均通过排饱和食盐水的方法先后各收集半试管CH4和半试管Cl2，分别用铁架台固定好。将其中一支试管用铝箔套上，另一试管放在光亮处(不要放在日光直射的地方)。静置，比较两支试管内的现象 实验现象：A装置：试管内气体颜色逐渐变浅；试管内壁有油状液滴出现，试管中有少量白雾生成，且试管内液面上升，水槽中有固体析出 B装置：无明显现象 实验结论：CH4与Cl2在光照时才能发生化学反应 ②反应的机理 ③化学反应方程式 CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl CH3Cl＋Cl2CH2Cl2＋HCl CH2Cl2＋Cl2CHCl3＋HCl CHCl3＋Cl2CCl4＋HCl ④取代反应：有机物分子里的某些原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反应叫做取代反应 【注意】 ①反应条件：光照(漫散光照射)，在室温暗处不发生反应，但不能用日光或其他强光直射，以防爆炸②对反应物状态的要求：CH4和氯气，因此甲烷和溴蒸气、碘蒸气在光照条件下也能发生取代反应，CH4与氯水、溴水则不反应③CH4与Cl2的取代反应为连锁反应，各步反应同时进行，即第一步反应一旦开始，后续反应立即进行，因此产物复杂，五种产物都有，但HCl最多 (3)甲烷的受热分解：CH4C+2H2 (分解温度通常在1000°C以上，说明甲烷的热稳定性很强) 二、烷烃的结构和性质 1、烷烃的结构特点 (1)烷烃的概念：有机化合物中只含有碳和氢两种元素，分子中的碳原子之间都以单键结合，碳原子的剩余价键均与氢原子结合，使碳原子的化合价都达到“饱和”，称为饱和烃，又称烷烃 (2)烷烃的结构特点 ①碳碳单键(C—C)：烷烃分子中碳原子都采取sp3杂化，以伸向四面体4个顶点方向的sp3杂化轨道与其他碳原子或氢原子结合，形成σ键。分子中的共价键全部是单键 ②呈链状(直链或带支链)：多个碳原子相互连接成链状，而不是封闭式环状结构 ③“饱和”：每个碳原子形成4个共价键，碳原子剩余价键全部跟氢原子结合 ④烷烃空间结构中，碳原子(大于等于3时)不在一条直线上，直链烷烃中的碳原子空间构型是折线形或锯齿状 (3)烷烃的通式：链状烷烃中的碳原子数为n，氢原子数就是2n＋2，分子通式可表示为CnH2n＋2 (4)几个典型烷烃分子结构如下表所示 名称 球棍模型 结构简式 分子式 碳原子的杂化方式 分子中共价键的类型 甲烷 CH4 CH4 sp3 C—H σ键 正丁烷 CH3CH2CH2CH3 C4H10 sp3 C—H σ键、 C—C σ键 正戊烷 CH3CH2CH2CH2CH3 C5H12 sp3 C—H σ键、 C—C σ键 2、烷烃的物理性质 (1)状态：一般情况下，1～4个碳原子烷烃(烃)为气态，5～16个碳原子为液态，16个碳原子以上为固态 (2)溶解性：都难溶于水，易溶于有机溶剂 (3)熔沸点：随着烷烃分子中碳原子数增加，相对分子质量增大，范德华力逐渐增大，烷烃分子的熔、沸点逐渐升高；分子式相同的烷烃，支链越多，熔、沸点越低，如熔、沸点：正丁烷>异丁烷 (4)密度：随着碳原子数的递增，密度逐渐增大，但比水的小 3、烷烃的化学性质 (1)稳定性：常温下烷烃很不活泼，与强酸、强碱、强氧化剂(酸性高锰酸钾)、溴的四氯化碳溶液等都不发生反应 原因：烷烃之所以很稳定，是因为烷烃分子中化学键全是σ键，不易断裂 (2)烷烃的氧化反应——可燃性 ①烷烃燃烧的通式：CnH2n＋2＋O2nCO2＋(n＋1)H2O ②丙烷的燃烧：CH3CH2CH3＋5O23