第二章 第一节 第1课时 甲烷及烷烃（讲义及解析）-高二化学选择性必修3（新人教版）

选修三.有机化学基础(周星星·化学） 第二章 烃 第一节 烷烃 第1课时 甲烷及烷烃 一、甲烷的结构及性质 1．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的空间结构为正四面体形，碳原子位于正四面体的中心，4个氢原子分别位于4个顶点。分子中的4个C－H的长度和强度相同，相互之间的夹角相等，键角为109°28′ 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．甲烷的化学性质——通常情况下，甲烷比较稳定，与强酸、强碱或高锰酸钾等强氧化剂等不反应 (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 注意 ①甲烷是优良的气体燃料，通常状况下，1 mol甲烷在空气中完全燃烧，生成二氧化碳和水，放出890 kJ热量。因此以甲烷为主要成分的天然气、沼气是理想的清洁能源 ②甲烷具有可燃性，点燃甲烷之前一定要检验甲烷的纯度 ③煤矿中的爆炸事故多与CH4气体爆炸有关。为了保证安全生产，必须采取通风、严禁烟火等措施 (2)甲烷的取代反应 ①实验探究 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 实验装置 实验现象 A装置 ①试管内气体颜色逐渐变浅 ②试管内壁有油状液滴出现 ③试管中有少量白雾生成 ④试管内液面上升 ⑤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 a．反应条件：光照，其光照为漫射光，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 b．对反应物状态的要求：卤素单质的气态，如甲烷和溴蒸气、碘蒸气在光照条件下也能发生取代反应，但CH4与氯水、溴水则不反应 c．反应产物：虽然反应物的比例、反应时间的长短等因素会造成各种产物的比例不同，但甲烷与氯气反应生成的产物都是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4四种有机物与HCl形成的混合物。反应产物中HCl的物质的量最多 d．反应特点——连锁反应：甲烷分子中的氢原子被氯原子逐步取代，第一步反应一旦开始，后续反应立即进行，且各步反应可同时进行。即当n(CH4)∶n(Cl2)＝1∶1时，并不只发生反应CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl，其他反应也在进行 e．定量关系——n(X2)＝n(一卤代物)＋2n(二卤代物)＋3n(三卤代物)＋…＝n(HX) (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) 【对点训练1】 1．如图所示，在光照条件下，将盛有CH4和Cl2的试管倒扣于盛有饱和食盐水的水槽中进行实验，不可能出现的现象是(　　) A．试管中液面上升至试管顶部 B．试管内的黄绿色变浅 C．试管内壁出现油状液滴 D．试管内出现少量白雾 2．下列有关甲烷的取代反应的叙述正确的是(　　) A．甲烷与氯气以物质的量之比为1∶4混合时只生成CCl4 B．甲烷与氯气反应生成的产物中CH3Cl的量最多 C．甲烷与氯气的取代反应生成的产物为混合物 D．1 mol甲烷生成CH2Cl2，最多消耗1 mol氯气 3．将1 mol CH4和适量的Cl2混合后，在光照条件下充分反应后生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4四种有机物且物质的量相等，则生成的HCl的物质的量为(　　) A．1.5 mol B．2.5 mol C．3 mol D．4 mol 4．将等物质的量的甲烷和溴蒸气混合后，在光照条件下充分反应，所得产物中物质的量最大的是(　　) A．CH3Br B．CH2Br2 C．CHBr3 D．HBr 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)典型烷烃分子结构的分析 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 乙烷 CH3CH3 C2H6 sp3 C－H σ键、 C－C σ键 丙烷 CH3CH2CH3 C3H8 sp3 C－H σ键、 C－C 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 (3)烷烃的结构特点 ①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 ②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 ③键的类型：烷烃分子中的共价键全部是单键(C－C、C－H) ④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 (4)链状烷烃的通式：CnH2n＋2(n≥1) 2．烷烃的物理性质 几种常见烷烃的熔点、沸点和密度 名称 分子式 结构简式 常温下状态 熔点/0C 沸点/0C 密度/( g·cm－3) 甲烷 CH4 CH4 气 －182 －164 0.423 乙烷 C2H6 CH3CH3 气 －172 －89 0.545 丙烷 C3H8 CH3CH2CH3 气 －187 －42 0.501 正丁烷 C4H10 CH3CH2CH2CH3 气 －138 －0.5 0.579 正戊烷 C5H12 CH3(CH2)3CH3 液 －129 36 0.626 正壬烷 C9H20 CH3(CH2)7CH3 液 －54 151 0.718 十一烷 C11H24 CH3(CH2)9CH3 液 －26 196 0.740 十六烷 C16H34 CH3(CH2)14CH3 液 18 280 0.775 十八烷 C18H38 CH3(CH2)16CH3 固 28 308 0.777 (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：随着碳原子数增加，烷烃的相对分子质量逐渐增大，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 烷烃的化学性质比较稳定，常温下不能被酸性高锰酸钾溶液氧化，也不与强酸、强碱及溴的四氯化碳溶液反应 (1)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在空气或氧气中点燃烷烃，完全燃烧的产物为CO2和H2O，相但在同状况下随着烷烃分子里碳原子数的增加往往会燃烧越来越不充分，使燃烧火焰明亮，甚至伴有黑烟 (2)烷烃的特征反应——取代反应 ①烷烃的取代反应：CnH2n＋2＋X2CnH2n＋1X＋HX，CnH2n＋1X可与X2继续发生取代反应 ②光照条件下，乙烷与氯气发生取代反应：CH3CH3＋Cl2CH3CH2Cl＋HCl (只要求写一氯取代) a．原因：之所以可以发生取代反应，是因为C－H有极性，可断裂，CH3CH2Cl会继续和Cl2发生取代反应，生成更多的有机物 b．化学键变化情况：断裂C－H键和Cl－Cl键，形成C－Cl键和H－Cl键 注意 a．烷烃的取代反应是在光照条件下与纯净的卤素单质反应 b．反应的特点：烷烃与X2取代反应为连锁反应，烷烃中的氢原子被卤素原子逐步取代，多步反应同时进行，即第一步反应一旦开始，后续反应立即进行，所以产物较为复杂，不适宜制备卤代烃 c．反应产物：烷烃与氯气也可以是溴蒸气在光照条件下发生的取代反应，随着烷烃碳原子数的增多，产物越将会越来越多，但HCl最多；而生成的取代产物的种类将会更多，如甲烷的氯代物有：一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷共四种氯代物，乙烷的氯代物产物将会更多(9种) d．定量关系：1 mol卤素单质只能取代1 mol H，同时生成1 mol HX (3)烷烃的分解反应(高温裂化或裂解)——应用于石油化工和天然气化工生产中 烷烃受热时会分解，生成含碳原子数较少的烷烃和烯烃，如：C16H34C8H16＋C8H18 4．烷烃的存在：天然气、液化石油气、汽油、柴油、凡士林、石蜡等，它们的主要成分都是烷烃 【对点训练2】 1．现有下列物质：①正丁烷；②2-甲基丙烷；③正戊烷；④2－甲基丁烷；⑤2，2－二甲基丙烷。以上各物质沸点的排列顺序正确的是(　　) A．①＞②＞③＞④＞⑤ B．⑤＞④＞③＞②＞① C．③＞④＞⑤＞①＞② D．②＞①＞⑤＞④＞③ 2．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．除甲烷外，大多数烷烃都能使酸性KMnO4溶液褪色 C．在一定条件下，烷烃能与氯气、溴水等发生取代反应 D．烷烃在空气中都能燃烧，但不一定产生淡蓝色火焰 3．丁烷广泛应用于家用液化石油气，也用于打火机中作燃料，下列叙述中不正确的是(　　) A．CH3CH2CH2CH3分子中四个碳原子排列成一条直线 B．C4H10与C(CH3)4互为同系物 C．丁烷在常温下是气体 D．C4H10进行一氯取代后可生成四种沸点不同的有机产物 4．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 5．烷烃(以甲烷为例)在光照条件下发生卤代反应，原理如图所示，下列说法正确的是(　　) 某研究人员研究了异丁烷发生溴代反应生成一溴代物的比例，结果如下： A．异丁烷的二溴代物有两种 B．反应过程中异丁烷形成的自由基比稳定 C．丙烷在光照条件下发生溴代反应，生成的一溴代物中，2-甲基-1-溴丙烷含量更高 D．光照条件下卤素单质分子中化学键断裂是引发卤代烃反应的关键步骤 三、同系物 名称 甲烷 乙烷 丙烷 分子式 CH4 C2H6 C3H8 相邻分子间关系 相邻烷烃分子在组成上均相差一个CH2原子团 1．定义：结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质，互称为同系物 如：CH4、C2H6、C3H8互为同系物 2．判断方法 ①一差：两种物质分子组成上相差一个或多个“CH2”原子团 ②二同：具有相同的通式，两种物质属于同一类物质 ③二相似：两种物质结构相似，化学性质相似 注意 ①同系物的研究对象一定是同类有机物，根据分子式判断一系列物质是不是属于同系物时，一定要注意这一分子式表示的是不是一类物质，如：CH2==CH2(乙烯)与(环丙烷)不互为同系物 ②同系物的结构相似，主要指化学键类型相似，分子中各原子的结合方式相似。对烷烃而言就是指碳原子之间以共价单键相连，其余价键全部结合氢原子。同系物的结构相似，并不是相同。如：和CH3CH2CH3，前者有支链，而后者无支链，结构不尽相同，但两者的碳原子均以单键结合成链状，结构相似，故为同系物 ③根据物质的结构简式判断物质是不是属于同系物，要注意所给的物质是不是分子式相同，如：CH3CH2CH2CH3和CH3CH(CH3)2属于同分异构体 ④同系物一定满足同一通式，但通式相同的有机物不一定是同系物，如：CH2==CH2和均满足通式CnH2n(n≥2，n为正整数)，但因二者结构不相似，故不互为同系物 ⑤同系物的组成元素相同，同系物之间相对分子质量相差14n(n＝1，2，3……) ⑥同系物一定具有不同的分子式 ⑦同系物的化学性质相似，物理性质随着碳原子数的增加而发生规律性的变化 【对点训练3】 1．下列有机物中和甲烷互为同系物的为__________(填序号，下同)，和CH2==CH2互为同系物的为____________ ①CH3CH2CH3　②　③CH2==CH－CH3　④　⑤　⑥ 2．在下列各组物质中，找出合适的序号填在对应的空格内： ① NO2和N2O4 ② 12C和14C ③K和Ca ④甲烷和丙烷 ⑤红磷和白磷 ⑥异戊烷( )和新戊烷() ⑦ (1)互为同位素的是 。 (2) 互为同分异构体的是 。 (3) 互为同系物的是 。 (4) 为同一种物质的是 。 1．如图所示均能表示甲烷的分子结构，下列说法错误的是(　　) A．Ⅰ将各原子看成了质点，为空间结构示意图 B．Ⅱ为电子式，表示甲烷分子中有8个电子 C．Ⅲ为球棍模型，棍代表甲烷分子内含有的共价键 D．Ⅳ为空间填充模型，能表示甲烷的空间结构及各原子的相对大小 2．下图是CH4、CCl4、CH3Cl分子的球棍模型。下列说法正确的是(　　) A．CH4、CCl4和CH3Cl都是正四面体结构 B．CH4、CCl4都是正四面体结构 C．CH4和CCl4中的化学键完全相同 D．CH4、CCl4的结构相同，性质也相同 3．能够证明甲烷的空间结构是四面体的事实是(　　 ) A．甲烷的四个键键能相同 B．甲烷的四个键键长相等 C．甲烷的所有C－H键键角相等 D．二氯甲烷没有同分异构体 4．下列关于烷烃性质的叙述中，不正确的是(　　) A．烷烃随相对分子质量的增大，熔、沸点逐渐升高，常温下的状态由气态递变到液态，相对分子质量大的则为固态 B．烷烃的密度随相对分子质量的增大而逐渐增大 C．烷烃与卤素单质在光照条件下能发生取代反应 D．烷烃能使溴水、KMnO4酸性溶液褪色 5．下列有关烷烃的叙述正确的是(　　) ①在烷烃分子中，所有的化学键都是单键 ②烷烃中除甲烷外，很多都能使酸性KMnO4溶液褪色 ③分子通式为CnH2n＋2的烃不一定是烷烃 ④所有的烷烃在光照条件下都能与氯气发生取代反应 ⑤光照条件下，乙烷通入溴水中，可使溴水褪色 ⑥所有的烷烃都可以在空气中燃烧 A．①②③⑥ B．①④⑥ C．②③④ D．①②③④ 6．下列有机物：①正丁烷，②丙烷，③异戊烷，④异丁烷，⑤己烷。沸点由高到低的顺序为(　　) A．②①④③⑤ B．⑤③④①② C．⑤③①④② D．②①③④⑤ 7．在1.013×105 Pa下，测得某些烷烃的沸点见下表。据表分析，下列说法不正确的是(　　) 物质 沸点( ℃) 正丁烷[CH3(CH2)2CH3] －0.5 正戊烷[CH3(CH2)3CH3] 36.1 异戊烷[CH3CH2CH(CH3)2] 27.8 新戊烷[C(CH3)4] 9.5 正己烷[CH3(CH2)4CH3] 69.0 A．标准状况下，正丁烷是气体 B．烷烃随碳原子数的增加，沸点升高 C．常温常压下，C5H12都是液体 D．C5H12随着支链数的增加，沸点降低 8．下列各组化合物中，不论两者以什么比例混合，只要总质量一定，则完全燃烧时消耗O2的质量、生成水的质量或CO2的质量不变的是(　　) A．CH4　C2H6 B．C2H6　C3H6 C．C2H4　C3H6 D．C2H4　C3H4 9．下列各组物质中互为同系物的是(　　) A．CH3CH==CH2和CH3CH2CH2CH==CH2 B．CH3CH3和CH3CH==CH2 C．CH3CH2CH3和CH3CH==CH2 D．CH3CH2CH==CH2和CH3CH2CH2CH3 10．烷烃分子可看成由－CH3、－CH2－、和等结合而成的。如果某链状烷烃分子中同时存在这4种基团，它所含碳原子数最少为(　　) A．4 B．7 C．8 D．9 11．某链状有机物分子中含有n个－CH2－，m个，a个，其余为－CH3，则分子中－CH3的个数为(　　) A．n＋m＋a B．m＋2＋a C．m＋2a＋2 D．m＋2n＋2a 12．已知下列两个结构简式：CH3－CH3和－CH3，两式中均有短线“－”，这两条短线所表示的意义是(　　) A．都表示一个共用电子对 B．都表示一个共价单键 C．前者表示一个共用电子对，后者表示一个未成对电子 D．前者表示分子内只有一个共价单键，后者表示该基团内无共价单键 13．最近美国宇航局(NASA)马里诺娃博士找到了一种比二氧化碳有效104倍的“超级温室气体”——全氟丙烷(C3F8)，并提出用其“温室化火星”使其成为第二个地球的计划。有关全氟丙烷的说法不正确的是(　　) A．分子中三个碳原子不可能处于同一直线上 B．全氟丙烷属于烃的衍生物 C．全氟丙烷的电子式为： D．全氟丙烷分子中既有极性键又有非极性键 14．化学家们合成了一种新物质－五星烷，其键线式如图所示。下列有关五星烷的说法正确的是(　　) A．五星烷与戊烷互为同系物 B．1 mol五星烷完全燃烧消耗氧气19 mol C．常温下，五星烷为气态化合物 D．五星烷的核磁共振氢谱有2组峰，峰面积之比为1∶1 15．已知有一种烃的结构类似自行车，简称“自行车烃”，如图所示，下列关于它的性质叙述正确的是(　　) A．易溶于水 B．可以发生取代反应 C．其密度大于水的密度 D．与环己烷互为同系物 16．实验室中用如图所示的装置进行甲烷与氯气在光照下反应的实验。光照下反应一段时间后，下列装置示意图中能正确反映实验现象的是(　　) 17．常温下，1 mol某链状烷烃在光照条件下与氯气发生取代反应，若在适当的条件下，完全取代需要消耗6 mol Cl2，则下列判断正确的是(　　) A．该链状烷烃的分子式为C5H12 B．反应所生成的有机物能与AgNO3溶液反应产生白色沉淀 C．该链状烷烃的四氯代物有2种 D．反应产物中，一氯代物的物质的量分数最大 18．烷烃与氯气的取代反应属于常见的自由基反应，其中甲烷与氯气反应的部分历程如下，下列说法错误的是(　　) ①引发：Cl2Cl·＋Cl·等； ②链反应：Cl·＋CH4CH3·＋HCl，CH3·＋Cl2Cl·＋CH3Cl等 ③终止：Cl·＋Cl·Cl2，Cl·＋CH3·CH3Cl等 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．生成物只有四种 D．生成物中可能出现CH3CH3 19．下列反应属于取代反应的是(　　) ①CHCl3＋Cl2CCl4＋HCl ②2HI＋Cl2==2HCl＋I2 ③CO＋2H2CH3OH ④ ⑤CH3CH2OH＋HBrCH3CH2Br＋H2O A．①② B．①②③④ C．①④⑤ D．②④⑤ 20．氯仿(CHCl3)可作全身麻醉剂，但在光照下易被氧化为光气(COCl2)：2CHCl3＋O22COCl2＋2HCl，COCl2易爆炸，为防止事故，使用前先检验是否变质，你认为检验用的最佳试剂是(　　) A．烧碱溶液 B．溴水 C．AgNO3溶液 D．淀粉－KI试剂 21．已知烷烃A的密度是相同条件下H2密度的36倍 (1)烷烃A的分子式为________________ (2)写出A可能存在的结构简式：______________ (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燃烧的化学方程式为_______________________________________________________________ 22．如图所示，U形管的左端用橡胶塞封闭，充有CH4和Cl2(体积比为1∶4)的混合气体，假定Cl2在水中的溶解度可以忽略不计。将该装置放置在有漫射光的地方，让混合气体缓慢反应一段时间。回答下列问题： (1)假设CH4与Cl2完全反应，且只生成一种有机物，写出发生反应的化学方程式：__________________________ (2)若CH4与Cl2的体积比为1∶1，则反应得到的产物为________________________ A．CH3Cl、HCl B．CCl4、HCl C．CH3Cl、CH2Cl2 D．CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl (3)经过几个小时的反应，U形管右侧的水面________ A．升高 B．降低 C．不变 D．无法确定 (4)若水中含有Na2SiO3，则在U形管左侧观察到的现象有__________________________________________ (5)右端玻璃管的作用是___________________________ 23．按要求填空 (1)降冰片烷的结构如图所示：，其分子式为_______________，该有机物______________(填“属于”或“不属于”)烷烃 (2)已知链状烷烃的通式为CnH2n＋2，在链状烷烃分子中的基团：－CH3、－CH2－、、中的碳原子，分别称为伯、仲、叔、季碳原子，数目分别用n1、n2、n3、n4表示。 例如：分子中，n1＝6，n2＝0，n3＝2，n4＝1，在链状烷烃(除甲烷外)分子中，各种类型的碳原子个数之间存在着一定的关系 ①四种碳原子个数之间的关系为n1＝________ ②若某链状烷烃分子中n2＝n3＝n4＝1，写出该链状烷烃的分子式：________________ 24．如图是某同学利用日常用品注射器设计的简易实验装置。甲管中吸入10 mL CH4，同温同压下乙管中吸入50 mL Cl2，将乙管气体推入甲管中，将针管放在光亮处片刻后，观察现象 (1)下列是某同学预测的实验现象：①气体最终变为无色；②实验过程中，甲管活塞向内移动；③甲管内壁有油珠；④产生火花。其中正确的是________ (2)甲管中发生的化学反应类型为__________ (3)反应后，甲管中主要剩余气体最好用下列试剂中的________(填字母)吸收 A．水 B．氢氧化钠溶液 C．硝酸银溶液 D．饱和食盐水 (4)反应后，若将甲管中的物质推入盛有适量AgNO3溶液的小试管中会观察到________________________，若再向其中滴入几滴紫色石蕊溶液，又观察到_______________________________________________ 25．利用甲烷与氯气发生取代反应制取副产品盐酸的设想在工业上已成为现实。某化学兴趣小组在实验室中模拟上述过程，其设计的模拟装置如图所示。根据设计要求回答下列问题： (1)A装置中发生反应的离子方程式是_________________________________________________________ (2)B装置有三种功能：①_____________________________________；②均匀混合气体；③干燥混合气体 (3)在C装置中，经过一段时间的强光照射，发现硬质玻璃管内壁有黑色小颗粒产生，写出置换出黑色小颗粒的化学方程式：____________________________________________________________________ (4)D装置的石棉中均匀混有KI粉末，其作用是_______________________________________ (5)E装置的作用是________ A．吸收氯气　 B．吸收氯化氢　 C．防止倒吸 (6)该装置还有缺陷，原因是没有进行尾气处理，其尾气中主要的含氯有机物为_____ A．CH3Cl　 B．CH2Cl2　 C．CHCl3　 D．CCl4 答案及解析 【对点训练1】 1．A。解析：反应生成的一氯甲烷为气体，故液面不会上升至试管顶部，A项错误；氯气与甲烷发生反应，逐渐被消耗，生成无色物质，黄绿色变浅，B项正确；反应生成的二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳不溶于水，为油状液滴，C项正确；CH4和Cl2发生取代反应，生成HCl，HCl遇水形成酸雾，D项正确。 2．C。解析：甲烷与氯气发生取代反应生成的有机物为CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4，故得不到纯净的CCl4，A错误，C正确；甲烷与氯气的反应中每取代1 mol氢原子，消耗1 mol氯气，生成1 mol HCl，故产物中HCl的量最多，B错误；1 mol甲烷生成CH2Cl2，最多消耗2 mol氯气，D错误。 3．B。解析：据充分反应后生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4四种有机物且物质的量相等，依据原子个数守恒可知生成四种氯代烷物质的量均为0.25 mol，则消耗氯气的物质的量为0.25 mol×(1＋2＋3＋4)＝2.5 mol，则生成氯化氢的物质的量为2.5 mol。 4．D。解析：根据取代反应原理可知每步反应都可得到HBr，显然D项正确。 【对点训练2】 1．C。解析：考查烷烃同系物沸点的递变规律。①碳原子数越多，沸点越高；②碳原子数相同的烷烃，支链越多，沸点越低。 2．D。解析：常温常压下，碳原子数小于或等于4的烷烃为气体，碳原子数大于4的烷烃为液体或固体(新戊烷常温下为气体)；烷烃的化学性质一般比较稳定，通常不与强酸、强碱、强氧化剂(如酸性KMnO4溶液)和强还原剂反应；烷烃在光照条件下可与卤素单质发生取代反应，但不与溴水反应；烷烃在空气中都能燃烧，甲烷、乙烷等燃烧时产生淡蓝色火焰，但随着烷烃中碳原子数的增加，其含碳量升高，在空气中燃烧往往不充分，火焰明亮，甚至伴有黑烟。 3．A。解析：CH3CH2CH2CH3分子中四个碳原子按锯齿状排列，不是直线排列，A叙述错误；C4H10与C(CH3)4相差一个CH2结构，且都属于饱和链状烷烃，互为同系物，B叙述正确；丁烷碳原子个数为4，在常温下是气体，C叙述正确；C4H10存在正丁烷和异丁烷两种同分异构体，正丁烷和异丁烷的一氯取代物均有2种，则可生成四种沸点不同的有机产物，D叙述正确；答案为A。 4．C。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)22种，故丙只有2种不同沸点的二氯代物，D项错误。 5．D。解析：异丁烷的二溴代物有、、三种结构，A错误；根据烷烃卤代反应的机理可知，形成的自由基越稳定，得到的自由基越多，形成相应卤代烃的量就越多，B错误；根据烷烃卤代反应的机理，丙烷在光照条件下发生溴代反应，生成的一溴代物中，2-甲基-2-溴丙烷含量更高，C错误；根据烷烃卤代反应的机理，可知卤素单质分子中化学键断裂形成·X是引发卤代反应的关键步骤，D正确。 【对点训练3】 1．①②④　③⑥　 解析：同系物是结构相似，分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的有机物，分子通式相同，CH4和CH3CH2CH3、、同属于烷烃，互为同系物；CH2==CH2和CH2==CH－CH3及分子中都含，结构相似，且分子组成上相差1个或2个CH2原子团，故互为同系物 2．② ⑥ ④ ⑦ 1．B。解析：Ⅱ表示电子式，但略去了碳原子的内层电子，甲烷分子中应含有10个电子。 2．B 3．D。解析：若甲烷分子是正方形平面结构，甲烷分子中四个键的键能、键长及键角也都相等，但二氯甲烷有两种结构：和，故只有二氯甲烷没有同分异构体，才能证明甲烷的空间结构是四面体。 4．D。解析：烷烃是饱和烃，化学性质稳定，具有代表性的反应是取代反应，C对；与烷烃发生取代反应的必须是纯净的卤素单质，溴水不能与烷烃反应，KMnO4酸性溶液也不能将烷烃氧化，D错。 5．B。解析：烷烃性质稳定，不能被酸性KMnO4溶液氧化，故②错误；烷烃的通性是饱和碳原子上的氢原子在一定条件下和氯气发生取代反应，所以烷烃在光照条件下都能与氯气发生取代反应，故④正确；乙烷与溴水不能发生化学反应，故⑤错误。 6．C。解析：五种有机物均为烷烃，烷烃分子中碳原子数目越多，其沸点越高；碳原子数目相同的烷烃，其支链越多，沸点越低，故五种烷烃的沸点由高到低的顺序为⑤③①④②。 7．C。解析：正丁烷的沸点是－0.5 ℃，标准状况下，正丁烷是气体，故A正确；根据表格数据可知，烷烃随碳原子数的增加，沸点升高，故B正确；新戊烷的沸点是9.5 ℃，常温常压下，新戊烷是气体，故C错误；根据表格数据可知，C5H12随着支链数的增加，沸点降低，故D正确。 8．C【解析】 A．CH4　C2H6的分子式不相同，最简式也不相同，不符合题意，A错误； B．C2H6　C3H6的分子式不相同，最简式也不相同，不符合题意，B错误； C．C2H4　C3H6的分子式不相同，但二者最简式相同，符合题意，C正确； D．C2H4　C3H4的分子式不相同，最简式也不相同，不符合题意，D错误； 故合理选项是C。 9．A。解析：结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质互为同系物，B、C、D三个选项中分别给出的两种物质结构不相似，分子组成上也不相差一个或若干个CH2原子团，所以B、C、D三项均不符合题意。 10．C。解析：如果某链状烷烃分子中存在—CH3、—CH2—、和基团各最少有一个，则分子中最少含有8个碳原子，C正确。 11．C。解析：根据题意可知该链状有机物为烷烃，其通式为：CyH2y＋2(y≥1)，设该分子中—CH3个数为x，则C原子个数y＝n＋m＋a＋x，H原子个数2y＋2＝2n＋m＋3x，解得x＝m＋2a＋2。C符合题意，故选C。 12．C。解析：CH3－CH3分子中的短线表示碳碳单键，即表示一个共用电子对，而—CH3中的短线仅表示一个电子，A、B均错误、C正确；CH3－CH3和－CH3均含有C－H，D错误。 13．C。解析：全氟丙烷可以看做丙烷分子中的氢原子全部被氟原子取代得到，则全氟丙烷分子中三个碳原子呈锯齿形，不可能处于同一直线上，故A不符合题意；全氟丙烷可以看做丙烷分子中的氢原子全部被氟原子取代得到，属于烃的衍生物，故B不符合题意；全氟丙烷为共价化合物，电子式为，故C符合题意；全氟丙烷分子中含有非极性键C—C和极性键C—F键，故D不符合题意。 14．D。解析：五星烷是环状烷烃，戊烷是链状烷烃，两者结构不相似，不是同系物，故A错误；1 mol五星烷C15H20完全燃烧消耗氧气(15＋) mol＝20 mol，故B错误；常温下，碳原子数小于5的烃为气态烃，而五星烷(C15H20)为固态化合物，故C错误；从键线式中可看出，五星烷共有两种等效氢，其核磁共振氢谱有2组峰，氢的个数之比为峰面积之比为1∶1，故D正确。 15．B。解析：烷烃都难溶于水，密度比水小，可以发生取代反应，A、C错误，B正确；“自行车烃”与环己烷二者结构不同，不满足分子式相差n个CH2原子团的要求，所以和环己烷不互为同系物，D错误。 16．D。解析：甲烷和氯气在光照条件下反应，生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl，试管内压强减小，外压大于内压，试管内液面升高，且试管内出现白雾和油状液滴，综合上述分析，D项正确。 17．C。解析：设此链状烷烃的分子式为CnH2n＋2，由于烷烃在光照条件下与氯气发生取代反应时，取代1 mol H消耗1 mol氯气，根据完全取代消耗6 mol氯气可知，1个链状烷烃分子中含6个H，即2n＋2＝6，故n＝2，此链状烷烃为乙烷，分子式为C2H6，A错误；氯气和乙烷发生取代反应生成的有机物是非电解质，不能电离出 Cl－，B错误；该烃分子中共有6个H，其四氯代物种数和二氯代物种数相同，而乙烷的二氯代物有2种，故其四氯代物也有2种，C正确；反应产物中HCl的物质的量分数最大，D错误。 18．C。解析：烷烃发生卤代反应的条件一般为光照，引发时可以通过热辐射、光照等条件，故A正确；依据反应历程可知，Cl·在链反应中既有消耗又有生成，所以链反应可以反复进行，故B正确；甲烷与氯气反应可以生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳，依据题给反应历程可知生成物还有HCl等，生成物不止四种，故C错误；两个·CH3可以结合生成CH3CH3，所以生成物中可能出现CH3CH3，故D正确。 19．C。解析：①CHCl3中的H原子被Cl原子取代，属于取代反应；②该反应属于置换反应；③该反应属于化合反应；④CH3CH2CN分子中－CH2－上的1个H原子被Cl原子取代，属于取代反应；⑤CH3CH2OH分子中的－OH被Br原子取代，属于取代反应。 20．C。解析：只要CHCl3变质就有HCl生成，HCl溶于水电离出Cl－，而COCl2不能电离，故用检验HCl中Cl－的方法即可。 21．(1)C5H12 (2)CH3CH2CH2CH2CH3、CH3CH(CH3)CH2CH3、C(CH3)4 (3)①C(CH3)4＋Cl2C(CH3)3CH2Cl＋HCl ②C5H12＋8O25CO2＋6H2O 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。 22．(1)CH4＋4Cl2CCl4＋4HCl　 (2)D　 (3)B　 (4)液面升高，内壁附有油状液滴，黄绿色气体颜色变浅或消失，有白色胶状沉淀生成　 (5)平衡气压 解析：(1)若CH4和Cl2完全反应且只生成一种有机物，则CH4中的4个氢原子被完全取代，生成CCl4和HCl，化学方程式为CH4＋4Cl2CCl4＋4HCl。(2)CH4与Cl2的取代反应是一种连锁反应，第一步反应一旦开始，后续反应立即进行，因此四步反应均发生，故得到4种氯代产物和HCl。(3)CH4和Cl2在光照条件下发生取代反应，U形管左侧生成的HCl气体极易溶于水，在此条件下除CH3Cl外其他3种氯代产物均为液体，U形管左侧气体压强减小，U形管右侧液面降低，左侧液面升高。(4)因左侧生成的HCl溶于水后发生反应：2HCl＋Na2SiO3===H2SiO3↓＋2NaCl，所以除了能观察到U形管左侧液面升高，内壁有油状液滴附着，气体颜色变浅或消失，还能观察到有白色胶状沉淀生成。 23．(1)C7H12　属于　 (2)①n3＋2n4＋2　②C8H18 解析：(1)由降冰片烷的结构可知，该物质的分子中含7个碳原子和12个氢原子，分子式为C7H12。 (2)①由于链状烷烃的通式为CnH2n＋2，设分子中H原子个数为n，C原子与H原子之间的数量关系为n＝2(n1＋n2＋n3＋n4)＋2，伯、仲、叔、季碳原子上含有的H原子数目分别为3、2、1、0，所以C原子与H原子之间的数量关系为n＝3n1＋2n2＋n3，则2(n1＋n2＋n3＋n4)＋2＝3n1＋2n2＋n3，故n3＋2n4＋2＝n1。②由n3＋2n4＋2＝n1，当n2＝n3＝n4＝1时，n1＝5，碳原子总数为8，则该烷烃的分子式为C8H18。 24．(1)②③　 (2)取代反应　 (3)B　 (4)液体分为两层，产生白色沉淀　溶液变红色 解析：在光照下，甲烷与氯气发生连锁反应：CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl，CH3Cl＋Cl2CH2Cl2＋HCl，CH2Cl2＋Cl2CHCl3＋HCl，CHCl3＋Cl2CCl4＋HCl。(1)理论上，甲烷与氯气体积比为1∶4时二者恰好完全反应，而该针管里氯气与甲烷体积比为5∶1＞4∶1，说明氯气过量，最终气体中仍有氯气。该反应进行缓慢，不会产生火花。产物中只有氯化氢和一氯甲烷为气体，所以气体的总物质的量减小，内部压强减小，甲管活塞向内移动。(2)甲烷分子中的四个氢原子可被氯原子取代，故甲管中发生的是取代反应。(3)剩余气体中含有氯气和氯化氢，可用氢氧化钠溶液吸收。(4)生成的HCl会与AgNO3反应生成AgCl白色沉淀，同时因CH2Cl2、CHCl3、CCl4难溶于水而看到液体分为两层，若加入几滴紫色石蕊溶液，溶液变红色。 25．(1)MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O　 (2)控制气流速度　 (3)CH4＋2Cl24HCl＋C　 (4)吸收过量的氯气　 (5)BC　 (6)A 解析：(1)浓盐酸和二氧化锰在加热条件下反应生成氯气、水和氯化锰，反应的离子方程式为MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O。 (2)B装置除具有均匀混合气体、干燥混合气体的作用之外，还可以根据气泡多少控制气流速度。 (3)在C装置中，经过一段时间的强光照射，发现硬质玻璃管内壁有黑色小颗粒产生，这说明有碳单质产生，则置换出碳单质的化学方程式为CH4＋2Cl2C＋4HCl。 (4)氯气能与KI反应生成氯化钾和I2，所以D装置的石棉中均匀混有KI粉末，其作用是吸收过量的氯气。 (5)E装置中盛装的是水，反应中有HCl生成，HCl极易溶于水，所以E装置的作用是吸收氯化氢和防止倒吸。 (6)甲烷与氯气反应生成的四种氯代烃中，只有一氯甲烷是气体，故尾气中主要的含氯有机物为CH3Cl。 2 1 学科网（北京）股份有限公司 $$