2.1.1 烷烃的结构和性质（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中化学选择性必修3（人教版2019，浙江专版）

烃 第二章 第一节 烷烃 学习目标 重点难点 1.认识烷烃的组成和结构特点及其性质,认识烷烃的取代反应的特点和规律。 2.了解烷烃在日常生活中的重要应用。 重点 依据甲烷的结构和性质认识烷烃的结构和性质。 难点 烷烃的系统命名法。 第1课时　烷烃的结构和性质 目录 新知探究(一)——烷烃的结构 新知探究(二)——烷烃的性质 课时跟踪检测 5 烷烃的结构 新知探究(一) 1.烷烃的结构探究 请根据图中所示烷烃的分子结构,写出相应的结构简式和分子式,并分析它们在组成和结构上的相似点。 名称 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 σ键 乙烷 _________ _______ _____ _____ 丙烷 _____________ _______ _____ _____ 正丁烷 _________________ _______ _____ _____ 正戊烷 _______________ _______ _____ _____ CH3CH3 C2H6 sp3 σ键 CH3CH2CH3 C3H8 sp3 σ键 CH3CH2CH2CH3 C4H10 sp3 σ键 CH3(CH2)3CH3 C5H12 sp3 σ键 2.烷烃的结构特点 杂化方式 烷烃的结构与甲烷的相似,其分子中的碳原子都采取 杂化,以伸向四面体4个顶点方向的sp3杂化轨道与其他 或_______结合,形成σ键 空间结构 以碳原子为中心形成若干四面体空间结构,碳链呈锯齿状排列 键的类型 烷烃分子中的共价键全部是单键(C—C、C—H) sp3 碳原子 氢原子 3.同系物 结构 、分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的化合物互称为同系物。甲烷、乙烷和丙烷互称为同系物。链状烷烃的通式为________。 相似 CnH2n+2 1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)烷烃的碳原子均采取sp3杂化( ) (2)分子通式为CnH2n+2的烃一定是烷烃( ) (3)烷烃分子中的所有原子不可能共平面( ) (4)丙烷分子中所有碳原子在一条直线上( ) (5)烷烃分子中的键角一般为109°28',分子中可能含π键( ) [题点多维训练] √ √ √ × × 2.(2024·山东济宁月考)下列物质中,与甲烷互为同系物的是 (　　) A.CH3—CH2—CH3 B.CH3—CH==CH2 C.CH≡C—CH3 D. √ 3.写出下列烃的分子式。 (1)己烷　　　　,含氢原子个数为16的链状烷烃为　　　　,环状烷烃为　　　　。  (2)含11个碳原子的链状烷烃　　　　。  (3)含碳质量分数最小的烷烃为　　　。  C6H14 C7H16 C8H16 C11H24 CH4 烷烃的性质 新知探究(二) 1.甲烷的性质 (1)物理性质 纯净的甲烷是 、 的气体, 溶于水,密度比空气的小。 (2)化学性质 甲烷的化学性质比较 ,常温下不能被酸性高锰酸钾溶液氧化,也不与强酸、强碱及溴的CCl4溶液反应。甲烷的主要化学性质表现为能在空气中燃烧(可燃性)和能在光照下与氯气发生 反应。 无色 无臭 难 稳定 取代 2.烷烃的性质 根据甲烷的性质推测烷烃的性质 (1)物理性质递变性 物理性质 递变规律 状态 烷烃常温下的存在状态随碳原子数的增加由气态→液态→固态 C1~C4 态,C5~C16 态 [新戊烷C(CH3)4在常温常压下是气态],C17以上为 态 气 液 固 熔、沸点 ①随碳原子数的增加,即烷烃的相对分子质量越大,烷烃的熔、沸点______ ②碳原子数相同(相对分子质量相同),支链越多,熔、沸点越低 密度 随碳原子数的增多而逐渐增大,但都 水的密度 溶解性 烷烃都难溶于水,易溶于有机溶剂 升高 小于 续表 (2)化学性质 ①稳定性 常温下烷烃的化学性质比较稳定,与强酸、强碱、强氧化剂、溴的CCl4溶液等都不发生反应。 ②可燃性 烷烃均具有可燃性,写出汽油的成分——辛烷(C8H18)完全燃烧的化学方程式为 。 2C8H18+25O2 16CO2+18H2O ③取代反应 烷烃可与卤素单质在光照条件下发生取代反应生成卤代烃和卤化氢。如乙烷与氯气反应生成一氯乙烷的化学方程式为 。 乙烷与Cl2在光照下反应可生成的有机产物有几种(写结构简式)。 CH3CH3+Cl2 CH3CH2Cl+HCl CH3CH2Cl、CH3CHCl2、CH2ClCH2Cl、CH3CCl3、CH2ClCHCl2、 CH2ClCCl3、CHCl2CHCl2、CHCl2CCl3、CCl3CCl3 。 应用化学 烷烃是一类最基础的有机化合物,在我们生活中扮演着重要的角色。烷烃的化学性质比较稳定,与强酸、强碱或酸性KMnO4等强氧化剂不反应。但在一定条件下会发生取代反应。某兴趣小组以甲烷为例探究烷烃的取代反应,其装置如下 1.该实验现象如何?如何书写该反应的化学方程式? 提示:现象:A装置,试管内气体颜色逐渐变浅,试管壁有油状液滴,试管中有少量白雾,且试管内水面上升,水槽内有固体析出;B装置,无明显现象。 化学方程式: CH4+Cl2 CH3Cl(一氯甲烷)+HCl CH3Cl+Cl2 CH2Cl2(二氯甲烷)+HCl CH2Cl2+Cl2 CHCl3(三氯甲烷)+HCl CHCl3+Cl2 CCl4(四氯甲烷)+HCl 2.如下两个反应均可得到氯乙烷。 CH3CH3+Cl2 CH3CH2Cl+HCl,CH2==CH2+HCl CH3CH2Cl,你认为采取哪一种方法好? 提示:采取第二种方法好。因为这种方法无副反应,产物较纯。 1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)烷烃与所有氧化剂均不发生氧化反应( ) (2)所有的烷烃在光照条件下都能与氯气发生取代反应( ) (3)在光照下,乙烷通入溴水中,可使溴水褪色( ) (4)1 mol丙烷与氯气发生取代反应,最多能消耗Cl2的物质的量为8 mol ( ) (5)戊烷的三种同分异构体中,沸点最低的是新戊烷( ) (6)乙烷、丙烷、正丁烷的熔沸点依次降低( ) [题点多维训练] × √ × √ √ × √ 2.下列关于烷烃性质的叙述中,不正确的是 (　　) A.烷烃同系物的熔沸点随分子内碳原子数的增多逐渐升高,常温下的状态由气态递变到液态,再递变到固态 B.烷烃同系物的密度随分子内碳原子数的增多而逐渐增大,从比水轻递变到比水重 C.烷烃跟卤素单质在光照下能发生取代反应 D.烷烃同系物都不能使溴水、酸性KMnO4溶液褪色 解析:烷烃的密度比水的小,B错误。 √ 3.液化气的主要成分之一是丙烷,下列有关丙烷的叙述不正确的是 (　) A.丙烷是链状烷烃,但分子中碳原子不在同一直线上 B.在光照条件下能够与Cl2发生取代反应 C.丙烷比其同分异构体丁烷易液化 D.1 mol丙烷完全燃烧消耗5 mol O2 解析:丙烷分子中碳原子均为饱和碳原子,3个碳原子不在同一直线上,A正确;丙烷在光照条件下能与Cl2发生取代反应,B正确;丙烷与丁烷互为同系物,C错误;1 mol丙烷(C3H8)完全燃烧消耗O2的物质的量为mol=5 mol,D正确。 4.异辛烷是优良的发动机燃料,其结构简式如图所示。下列说法正确的是 (　　) A.异辛烷分子中碳原子的杂化方式有2种 B.异辛烷的沸点高于正辛烷 C.异辛烷的一氯代物有4种(不考虑立体异构) D.异辛烷易溶于水 √ 解析:异辛烷分子中的碳原子都是饱和碳原子,杂化方式为sp3,A错误;异辛烷和正辛烷互为同分异构体,一般情况下,同种烷烃的不同异构体的支链越多,沸点越低,故沸点:异辛烷<正辛烷,B错误;由异辛烷的结构简式可知,分子中含有4种不同化学环境的氢原子,其一氯代物有4种,C正确;异辛烷为烷烃,难溶于水,D错误。 5.有A、B、C三种烃,已知: ①B完全燃烧的产物n(CO2)∶n(H2O)=2∶3; ②C为饱和链烃,通常状况下呈气态,其二氯代物有三种; ③A是B分子中的氢原子全部被甲基取代后的产物;A遇Br2的CCl4溶液不褪色,其一氯代物只有一种。 请回答下列问题: (1)B的最简式为　 　　,分子式为　 　　,其二溴代物有　　种。  解析:由B的燃烧产物可推出B中n(C)∶n(H)=1∶3,B的最简式为CH3,B的分子式只能是C2H6,B为乙烷,其二溴代物有两种。 CH3 C2H6 2 (2)C的三种二氯代物的结构简式分别为　　 　　、 　　　　　　、　　　　　　。  解析:由②可推断C应为异丁烷,在饱和气态链烃中只有异丁烷的二氯代物有三种。 (3)A的结构简式为　　　　　　　　　。  课时跟踪检测 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 12 1.下列有关烷烃的叙述中,正确的是 (　　) A.常温常压下,所有烷烃都为气体 B.烷烃在空气中都能燃烧,但不一定产生淡蓝色火焰 C.在一定条件下,烷烃能与氯气、溴水等发生取代反应 D.除甲烷外,大多数烷烃都能使酸性KMnO4溶液褪色 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 2.下列叙述正确的是 (　　) A.甲烷分子的空间结构是正四面体,所以CH2Cl2有两种不同的结构 B.甲烷可以与氯气发生取代反应,因此可以使氯水褪色 C.正丁烷属于直链烷烃,分子中所有的碳原子均可在同一条直线上 D.链状烷烃随着分子中碳原子数的增多,含碳量逐渐升高 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 解析:由于甲烷分子的空间结构是正四面体,故CH2Cl2只有一种结构,A错误;甲烷能与Cl2在光照条件下发生取代反应,但与氯水不反应,B错误;正丁烷分子中所有碳原子不在同一条直线上,C错误;由链状烷烃通式CnH2n+2可知,含碳量为,即随着分子中碳原子数的增多,含碳量逐渐升高,D正确。 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 3.(2024·太原检测)下列物质一定互为同系物的是 (　　) ① 　 ② ③ 　 ④C2H4 ⑤CH2==CH—CH==CH2　⑥CH2==CHCH2OH ⑦ 　 ⑧ A.④和⑧　　　　　　　 B.①、②和③ C.⑤、⑦和⑧ D.⑥和⑧ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 解析:结构相似、分子组成上只相差一个或若干个CH2原子团的化合物互称为同系物。 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 4.根据以下数据推断丙烷的沸点可能是 (　　) A.约-40 ℃ B.低于-160 ℃ C.低于-89 ℃ D.高于36 ℃ 物质 甲烷 乙烷 正丁烷 正戊烷 沸点 -164 ℃ -89 ℃ -0.5 ℃ 36 ℃ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 解析:根据烷烃同系物沸点的递变性,丙烷的沸点介于乙烷与丁烷之间,A正确。 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 5.异辛烷在内燃机的汽缸里燃烧时抗震性较好,是优良的发动机燃料,异辛烷的球棍模型如图所示。下列说法正确的是 (　　) A.异辛烷分子式为C8H16 B.异辛烷中所有碳原子可能共平面 C.异辛烷和环戊烷互为同系物 D.1 mol异辛烷完全燃烧消耗氧气的物质的量为12.5 mol 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 解析:由异辛烷的球棍模型知,含有8个碳原子和18个氢原子,则分子式为C8H18,故A错误; 单键碳原子和与其相连的原子为四面体结构,且异辛烷中含有3个支链,则所有碳原子不可能共平面,故B错误; 异辛烷和环戊烷的结构不相似,分子式分别为C8H18和C5H10,在分子组成上相差C3H8原子团,不是同系物,故C错误; 异辛烷完全燃烧生成CO2和H2O,方程式为C8H18+O2 8CO2+9H2O,则1 mol异辛烷完全燃烧消耗氧气的物质的量为12.5 mol,故D正确。 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 6.C5H12有3种不同的结构,甲:CH3(CH2)3CH3,乙:CH3CH(CH3)CH2CH3,丙:C(CH3)4。 下列有关叙述正确的是(　　) A.甲、乙、丙互为同系物,均可与氯气、溴蒸气发生取代反应 B.C5H12能使酸性KMnO4溶液褪色 C.甲、乙、丙中,丙的沸点最低 D.丙有3种不同沸点的二氯代物 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 解析:甲、乙、丙的结构不同,但分子式相同,三者互为同分异构体,不互为同系物,A项错误;C5H12属于烷烃,可以代表3种物质,化学性质比较稳定,不能被酸性KMnO4溶液氧化,B项错误;同种烷烃的不同异构体中,支链越多,其沸点越低,丙的支链最多,所以丙的沸点最低,C项正确;丙中的4个甲基是等效的,其二氯代物有CHCl2C(CH3)3、(CH2Cl)2C(CH3)2两种,故丙只有2种不同沸点的二氯代物,D项错误。 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 12 11 3 7.甲基环戊烷( )常用作溶剂及色谱分析标准物质,也可用于有机合成。下列有关该有机化合物的说法错误的是(　　) A.分子式为C6H12 B.光照下可以与Cl2发生取代反应 C.易溶于水及苯 D.不能使酸性KMnO4溶液褪色 解析:烃难溶于水,C错误。 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 8.已知链状烷烃A的密度是相同条件下H2密度的36倍。 (1)链状烷烃A的分子式为　　　　。  解析:根据A的密度是相同条件下H2密度的36倍,推知其相对分子质量为72,设其分子式为CnH2n+2,求得n=5,则分子式为C5H12。 (2)写出A可能存在的结构简式:______________________________ 　。  C5H12　 CH3CH2CH2CH2CH3、 CH3CH(CH3)CH2CH3、C(CH3)4 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 (3)若A的某种同分异构体B的一氯代物只有一种。 ①B与Cl2发生反应生成一氯代物的化学方程式为 。 ②B完全燃烧的化学方程式为 。  解析:B的一氯代物只有一种,可知B的结构简式为C(CH3)4。 C(CH3)4+Cl2 C(CH3)3CH2Cl+HCl C(CH3)4+8O2 5CO2+6H2O 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 9.某化学学习小组欲探究己烷的性质,用己烷进行下列实验: 实验1:溴水 分层,下层为几乎无色的液体 橙色溶液。 实验2:将上述橙色溶液装入密封性好的无色试剂瓶中。过一段时间,溶液颜色变浅,打开瓶盖瓶口出现白雾。 实验3:利用如图所示实验装置在一定条件下分解己烷生成丙烷和丙烯(CH3CH===CH2),且丙烯能被酸性KMnO4溶液氧化。 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 (1)实验1中用到的玻璃仪器主要有　　　　　　　　(填名称)。  (2)由实验1可知,己烷的物理性质有__________________________ 。  烧杯、分液漏斗 密度比水小,难溶于水,可溶 解溴 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 (3)实验2中的橙色溶液颜色逐渐变浅的原因是　　　　(填字母)。  A.己烷与溴发生了取代反应 B.溴己烷为无色物质 C.液溴向外挥发浓度降低 D.己烷与液溴发生了加成反应 E.液溴与己烷分层,密度大的液溴在下层 AB 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 (4)实验3中装置Ⅱ的作用是 。 (5)试管C中的现象是 。 (6)试写出装置Ⅰ中发生反应生成丙烷和丙烯的化学方程式: 　 。  冷凝己烷分解产生的气体 酸性高锰酸钾溶液的紫红色褪去 CH3(CH2)4CH3 CH3CH2CH3↑+CH3CH==CH2↑ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 10.环丙烷可作为全身麻醉剂,环己烷是重要的有机溶剂。下面是部分环烷烃及烷烃衍生物的结构简式、键线式和某些有机化合物的反应式(其中Pt、Ni是催化剂)。 结构 简式 BrCH2CH2CH(CH3)CH2Br 键线式 (环己烷) 　 (环丁烷) 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 回答下列问题: (1)从反应①~③可以看出,最容易发生开环加成反应的环烷烃是 　　 (填名称),判断依据为 。  环丙烷 　环丙烷与H2反应所需温度最低 10 1 2 4 5 6 7 8 9 11 12 3 (2)环烷烃还可与卤素单质、卤化氢发生类似的开环加成反应,如环丁烷与HBr在一定条件下反应,其化学方程式为　　　　　　　　　　　　　 (不需注明反应条件)。  (3)写出鉴别环丁烷与丁烯的一种方法:　 +HBr―→CH3CH2CH2CH2Br 利用酸性KMnO4溶液, 能使酸性KMnO4溶液褪色的为丁烯,不能使酸性KMnO4溶液褪色的为 环丁烷(答案合理即可) 。  1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 高阶思维训练 11.烷烃与氯气的取代反应属于常见的自由基反应,其中甲烷反应的部分历程如下: ①引发:Cl2―→Cl·+Cl·等 ②链反应:Cl·+CH4―→CH3·+HCl,CH3·+Cl2―→Cl·+CH3Cl等 ③终止:Cl·+Cl·―→Cl2,Cl·+CH3·―→CH3Cl等。 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 下列说法不正确的是 (　　) A.引发时可以通过热辐射、光照等条件 B.链反应可以反复进行 C.反应产物只有四种 D.产物中将出现CH3CH3 解析:根据反应的部分历程分析可以得到至少五种产物:一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、氯化氢,C错误。 √ 12 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 3 12.正己烷是优良的有机溶剂,其球棍模型为 , X是它的一种同分异构体,且X分子的主链上含有4个碳原子,下列有关说法正确的是(　　) A.X分子中可能含有三个甲基 B.X的一氯代物可能有三种(不考虑立体异构) C.标准状况下2.24 L X完全燃烧,将生成的气体通过装有足量无水CaCl2的干燥管,干燥管会增重12.6 g D.X能使溴的四氯化碳溶液褪色 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 解析:根据题意X可能为(CH3) 2CHCH(CH3)2或(CH3)3CCH2CH3,分子中都含有4个甲基,故A错误;X若为(CH3)2CHCH(CH3)2,分子中有2种氢原子,一氯代物只有2种,X若为(CH3)3CCH2CH3,分子中有3种氢原子,一氯代物有3种,故B正确;标准状况下X为液态,无法用气体摩尔体积进行计算,故C错误;(CH3)2CHCH(CH3)2或(CH3)3CCH2CH3都属于烷烃,与溴的四氯化碳溶液不反应,不能使溴的四氯化碳溶液褪色,故D错误。 ①+H2 ②+H2 ③+H2 ④+KMnO4+ $$