7.1 第2课时 烷烃的性质（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年高中化学必修第二册（人教版2019 不定项版）

第2课时　烷烃的性质 课程标准 核心素养目标 　　1.能辨识烷烃分子中的碳骨架，知道烷烃的氧化、取代等有机反应类型。 2．描述甲烷的主要化学性质及相应性质实验的现象，能书写相关的反应式。 　　1.证据推理与模型认知：以烷烃的代表物——甲烷的结构和性质为模型，认知烷烃的结构与性质，建立“结构决定性质”的思维模型。 2．科学探究与创新意识：通过实验探究甲烷与氯气发生取代反应，从微观角度探析取代反应的原理。 一、烷烃的性质 1．物理性质 2．化学性质 (1)稳定性：通常情况下，烷烃比较稳定，与强酸、强碱或高锰酸钾等强氧化剂不发生反应。 (2)氧化反应(可燃性) 烷烃可以在空气中完全燃烧，发生氧化反应，生成二氧化碳和水，并放出大量的热。CH4、C3H8完全燃烧的化学方程式分别为CH4＋2O2CO2＋2H2O、C3H8＋5O23CO2＋4H2O。 链状烷烃完全燃烧的通式为CnH2n＋2＋O2nCO2＋(n＋1)H2O。 (3)取代反应 ①实验探究甲烷与氯气反应(实验7－1) 实验 操作 取两支试管，均通过排饱和NaCl溶液的方法收集半试管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，另一支试管放在光亮处(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 套铝箔的试管中无明显现象；另一试管中气体颜色逐渐变浅，试管壁出现油状液滴，试管内水面上升，试管中有白雾 结论 光照时，CH4与Cl2发生反应，生成甲烷的氯代物(CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4)和HCl，气体压强减小；4种氯代物均不溶于水，HCl与水蒸气形成小液滴，出现白雾 反应 原理 反应的化学方程式依次为CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl、CH3Cl＋Cl2CH2Cl2＋HCl、CH2Cl2＋Cl2CHCl3＋HCl、CHCl3＋Cl2CCl4＋HCl ②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。烷烃在一定条件下，可以与卤素单质发生取代反应。 (4)热分解反应 烷烃在较高温度下会发生分解。这个性质常被应用于石油化工和天然气化工生产中。 二、有机化合物的通性 1．物理性质 与无机物相比，大多数有机物的熔点比较低，且难溶于水，易溶于汽油、乙醇、苯等有机溶剂。 2．化学性质 (1)大多数有机物容易燃烧，受热会发生分解。 (2)有机物的化学反应比较复杂，常伴有副反应发生，很多反应需要在加热、光照或使用催化剂的条件下进行。 ◆名师点拨 烷烃的物理性质 (1)烷烃难溶于水，但大多易溶于有机溶剂。 (2)常温常压下，碳原子数小于等于4的烷烃及新戊烷都是气体。 (3)互为同分异构体的烷烃，所含支链越多，其沸点越低，如沸点：正戊烷＞异戊烷＞新戊烷。 ◆概念辨析 取代反应的特点 (1)从反应物类型看，至少有一种是有机化合物。 (2)从反应形式看，取代反应可以是1个原子被1个其他原子或原子团所替代，也可以是1个原子团被1个其他原子或原子团所替代，即“一下一上，取而代之”。 (3)从甲烷的取代反应可以看出，反应物中的化学键不一定都发生断裂，可能只是部分发生断裂。 我的感悟 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ◆名师点拨 有机化合物与无机化合物的比较 物质 有机化合物 无机化合物 类型 多数为共价化合物 有离子化合物，也有共价化合物 结构 大多数有机物中只含有共价键 物质中可能含有离子键，也可能含有共价键 溶解性 大多数难溶于水，易溶于汽油、乙醇等有机溶剂 多数能溶于水而难溶于有机溶剂 熔点 多数熔点较低 熔点有高有低 可燃性 多数易燃烧(CCl4等除外) 多数不燃烧 热稳定性 大多数热稳定性差，有的具有较强的热稳定性 — 化学反应特点 一般反应复杂，副反应多，反应速率慢，化学方程式通常用“―→”连接反应物和生成物 一般反应比较简单，副反应少，反应快，化学方程式中用“===”或“⇌”连接反应物和生成物 ◆微辨析(对的画“√”，错的画“×”) (1)C3H8的熔、沸点和密度均比C6H14的低。(　　√　　) (2)烷烃在光照下均能与氯水发生取代反应。(　　×　　) (3)CH4、C2H6均能使酸性KMnO4溶液褪色。(　　×　　) (4)烷烃很稳定，不能发生分解反应。(　　×　　) 探究一__实验探究甲烷与氯气的取代反应 某研究性小组通过实验来验证甲烷和氯气发生取代反应的条件，实验装置如图所示： 实验中，装置A试管内气体颜色逐渐变浅，试管壁出现油状液滴，液面上有少量白雾出现；装置B试管中没有明显现象。 [问题设计] (1)装置A中试管壁出现的油状液滴是哪些物质？甲烷与氯气反应生成的产物最多的是什么物质？ 提示：CH2Cl2、CHCl3、CCl4 ；HCl。 (2)装置A、B中的实验现象可得出，甲烷和氯气发生取代反应的条件是什么？该条件下，甲烷与氯水能否发生取代反应？ 提示：光照；不能。 (3)将1 mol CH4与一定量的Cl2反应，得到等物质的量的4种取代物，求出消耗Cl2的物质的量。 提示：2.5 mol；生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4均为0.25 mol，根据CH3Cl～Cl2、CH2Cl2～2Cl2、CHCl3～3Cl2、CCl4～4Cl2，则消耗Cl2的物质的量为0.25 mol×(1＋2＋3＋4)＝2.5 mol。 (1)甲烷与氯气的取代反应 (2)取代反应和置换反应的比较 反应 取代反应 置换反应 实例 CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑ 反应物 一种化合物和另一种化合物或单质(反应物中至少有一种是有机物) 一种单质和一种化合物 生成物 一般生成两种化合物 另一种化合物和另一种单质 【例1】 (2023·北京朝阳区高一期末)某实验小组探究甲烷与氯气的取代反应，实验装置及现象如下： 实验装置 现象 ⅰ.光照后，产生白雾，混合气体颜色变浅 ⅱ.试管内液面上升 ⅲ.试管壁出现油状液滴 下列说法不正确的是(　　　　　) A．饱和NaCl溶液可以减少氯气的溶解 B．出现油状液滴，说明CH4全部转化为CCl4 C．产生白雾以及试管内液面上升与HCl的生成有关 D．若用铝箔套住装满CH4和Cl2的试管，一段时间后没有明显变化 B　解析：氯气和水的反应是可逆反应：Cl2＋H2O⇌HCl＋HClO，饱和NaCl溶液中的c(Cl－)较大，能降低氯气的溶解度，减少氯气的溶解，A正确；CH4和Cl2混合后在光照条件下发生的取代反应是连锁的：CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl、CH3Cl＋Cl2CH2Cl2＋HCl、CH2Cl2＋Cl2CHCl3＋HCl、CHCl3＋Cl2CCl4＋HCl，故油状液滴是二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳的混合物，B错误；HCl易溶于水，可产生白雾，导致试管内液面上升，C正确；此反应是在光照条件下发生的，若为了探究反应条件，可用铝箔套住装满甲烷和氯气的试管，一段时间后进行观察，即可得出结论，D正确。 1．如图是某同学利用日常用品注射器设计的简易实验装置。甲注射器中充入10 mL CH4，同温同压下乙注射器中充入50 mL Cl2，将乙注射器中的气体推入甲注射器中，气体在甲注射器中反应，将该装置放在光亮处一段时间。 下列说法不正确的是(　　　　　) A．甲注射器中发生的化学反应类型为取代反应 B．实验过程中，甲注射器活塞向内移动，壁有油珠，气体最终变为无色 C．反应后，甲注射器中主要剩余气体可被NaOH溶液吸收 D．将甲注射器中的物质推入盛有适量AgNO3溶液的小试管，液体分为两层，产生白色沉淀 B　解析：在光照下，甲烷与氯气发生取代反应：CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl，CH3Cl＋Cl2CH2Cl2＋HCl，CH2Cl2＋Cl2CHCl3＋HCl，CHCl3＋Cl2CCl4＋HCl，A正确；理论上，甲烷与氯气体积比为1∶4时二者恰好完全反应，而该注射器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，气体不会变成无色，B错误；甲注射器中主要剩余气体是Cl2，可被NaOH溶液吸收，C正确；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，D正确。 探究二__烷烃的结构特点与性质 液化石油气是在提炼原油时生产出来的，或从石油(或天然气)开采过程挥发出的气体，其主要成分是丙烷(CH3CH2CH3)、正丁烷(CH3CH2CH2CH3)、异丁烷[(CH3)2CHCH3]等。液化石油气常用作燃料，广泛进入人们的日常生活领域。 [问题设计] (1)分别写出丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10)完全燃烧反应的化学方程式。 提示：C3H8＋5O23CO2＋4H2O；C4H10＋O24CO2＋5H2O。 (2)结合甲烷与Cl2的取代反应机理，推测丙烷、异丁烷与Cl2发生反应生成一氯代物的种类，并写出其结构简式。 提示：丙烷：2种，分别为CH3CH2CH2Cl、CH3CHClCH3；异丁烷：2种，分别为(CH3)2CHCH2Cl、(CH3)2CClCH3。 (1)全面理解烷烃的化学性质 (2)利用“等效氢法”判断烷烃的一氯代物的种类 【例2】 液化石油气中含有丙烷，且丙烷中碳原子的成键特点与CH4中碳原子相似，其性质相似。下列有关丙烷的叙述不正确的是(　　　　　) A．分子中碳原子不在一条直线上 B．在光照条件下能够发生取代反应 C．丙烷与甲烷互为同分异构体 D．丙烷不能使酸性KMnO4溶液褪色 C　解析：丙烷中碳原子的成键特点与CH4中碳原子相似，每个碳原子与周围4个原子形成四面体形结构，故丙烷分子中碳原子不在同一直线上，A正确；类似于甲烷，丙烷在光照下与Cl2等卤素单质能够发生取代反应，B正确；丙烷和甲烷都属于烷烃，都符合通式CnH2n＋2，二者相差2个CH2原子团，故属于同系物，不互为同分异构体，C错误；烷烃的化学性质稳定，都不能被酸性KMnO4溶液氧化，D正确。 2．异丁烷的球棍模型为，下列关于异丁烷的说法错误的是(　　　　　) A．其分子式为C4H10 B．与丙烷互为同系物 C．其沸点比正丁烷()的低 D．其一氯代物有4种 D　解析：由异丁烷的球棍模型推知，其分子式为C4H10，A正确；与丙烷的结构相似，在分子组成上相差1个CH2原子团，互为同系物，B正确；互为同分异构体的烷烃，所含支链越多，沸点越低，C正确； 分子中有2种不同化学环境的氢原子，则其一氯代物有2种，D错误。 1．在一定条件下，下列物质可与甲烷发生化学反应的是(　　　　　) A．Cl2 B．稀硝酸 C．NaOH溶液 D．酸性KMnO4溶液 A　解析：光照条件下，甲烷可与Cl2发生取代反应；甲烷的化学性质稳定，与强酸、强碱、酸性KMnO4溶液等均不发生反应。 2．(2023·北京昌平区高一期末)甲烷分子的球棍模型如图所示。下列关于甲烷分子的说法不正确的是(　　　　　) A．属于烷烃 B．能发生氧化反应 C．能与Cl2发生反应 D．是平面形结构 D　解析：甲烷属于烷烃，是正四面体形结构，A正确，D错误；甲烷在光照下与Cl2发生取代反应，点燃时完全燃烧生成CO2和H2O(属于氧化反应)，B、C正确。 3．利用图中装置在光亮处进行甲烷的性质实验，下列说法正确的是(　　　　　) A．试管中气体颜色逐渐变深 B．一段时间后液体充满试管 C．试管的内壁出现油状液滴 D．该反应的生成物共有4种 C　解析：甲烷与氯气反应生成氯化氢气体和卤代烃，消耗氯气，颜色变浅，A错误；甲烷与氯气反应生成氯化氢和卤代烃，除一氯甲烷外的其他卤代烃均为液体，并且HCl易溶于水，试管内气体压强减小，液面上升，但一氯甲烷难溶于水，故液体不会充满试管，B错误；除一氯甲烷外的其他卤代烃在试管内壁上形成油状液滴，C正确；该反应得到的是一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和HCl的混合物，得到五种产物，D错误。 4．对于丙烷和丁烷，下列说法正确的是(　　　　　) A．丙烷和丁烷互为同分异构体 B．符合通式CnH2n＋2(n≥1)的物质均属于烷烃 C．丁烷的一氯代物有5种 D．等质量的丙烷和丁烷完全燃烧时，后者耗氧量大 B　解析：同分异构体是具有相同的分子式、但具有不同结构的化合物的互称，丙烷和丁烷互为同系物，A错误；丁烷有两种结构：CH3CH2CH2CH3和(CH3)3CH，两种分子中均有2种不同化学环境的氢原子，故其一氯代物有4种，C错误；等质量的烷烃(CnH2n＋2)完全燃烧时，耗氧量取决于的大小，该值越大，耗氧量越大，则等质量的丙烷和丁烷完全燃烧时，后者耗氧量小，D错误。 5．甲烷的综合利用是各国科学家研究的重要课题。回答下列问题： (1)天然气的主要成分是甲烷，甲烷的结构式为________，甲烷的空间结构为________。 (2)验证甲烷和氯气发生取代反应的条件，实验装置如图所示： ①装置A、B中的实验现象分别为____________________、__________________。 ②写出甲烷与氯气反应生成一氯甲烷的化学方程式：______________________________。 答案：(1) 　正四面体形 (2)①A试管内气体颜色逐渐变浅，试管内壁上有油状液滴产生，液面上有少量白雾出现　B试管中没有明显现象　②CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl [课时梯级训练(13)见P204] 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