第7章 第1节 第2课时 烷烃的性质-【金版教程】2024-2025学年高中化学必修第二册创新导学案word（人教版2019 不定项版）

第二课时　烷烃的性质 [学习目标]　1.了解烷烃的主要物理性质的相似性与递变性。2.通过掌握甲烷的化学性质认识烷烃的化学性质，提高“证据推理与模型认知”的能力。3.认识取代反应的特点。 1．烷烃的物理性质 烷烃均为难溶于水的无色物质，其熔点、沸点和密度一般随着分子中碳原子数的增加(同时相对分子质量也在增大)而升高，在常温下的状态由气态变为液态，再到固态。 2．烷烃的化学性质 (1)稳定性：在通常情况下，烷烃比较稳定，与强酸、强碱、强氧化剂都不反应。如甲烷不能使高锰酸钾溶液褪色。 (2)氧化反应 烷烃在空气中完全燃烧，发生氧化反应生成CO2和H2O，并放出大量的热。如甲烷的燃烧反应为CH4＋2O2CO2＋2H2O；丙烷的燃烧反应为C3H8＋5O23CO2＋4H2O。 (3)烷烃在较高温度下会发生分解 (4)取代反应(如甲烷与Cl2的取代反应) ①实验探究 实验装置 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，且试管内液面上升B装置：无明显现象 实验结论 CH4与Cl2需在光照时才能发生化学反应，有关化学方程式： CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl(一氯代物)，CH3Cl＋Cl2CH2Cl2＋HCl(二氯代物)，CH2Cl2＋Cl2CHCl3＋HCl(三氯代物)，CHCl3＋Cl2CCl4＋HCl(四氯代物) ②甲烷四种氯代产物的物理性质 a．状态：常温下一氯甲烷是气体，其余三种均为液体。 b．水溶性：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4均不溶于水。 ③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。烷烃在一定条件下，可以与卤素单质发生取代反应。 3．有机物的性质特点 (1)物理性质：大多数有机物的熔点比较低，难溶于水，易溶于汽油、乙醇、苯等有机溶剂。 (2)化学性质：大多数有机物容易燃烧，受热会发生分解；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。 判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)烷烃都是无色气体。(　　) (2)在通常条件下，烷烃和硫酸、氢氧化钠不反应，和酸性KMnO4溶液也不反应。(　　) (3)在做甲烷、乙烷燃烧实验前，气体一定要验纯。(　　) (4)2KI＋Cl2===2KCl＋I2是取代反应。(　　) (5)CH4和Cl2按体积比1∶1混合，发生取代反应生成的产物只有两种。(　　) (6)任何有机物都能发生燃烧反应。(　　) 答案　(1)×　(2)√　(3)√　(4)×　(5)× (6)× 实验操作：取一支试管，通过排饱和NaCl溶液的方法收集半试管CH4和半试管Cl2，用铁架台固定好(如图所示)。将试管放在光亮处(不要放在日光直射的地方)。静置，观察试管内的现象。 [问题探究] 1．甲烷与氯气发生反应时，所得产物有几种？上述反应中能否得到纯净的CH3Cl? 提示：反应中得到CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4四种有机物和HCl，共5种产物。不能，CH4和Cl2的反应是连锁反应，不可能只发生第一步取代反应，生成物为混合物。 2．CH4和Cl2发生取代反应时，每有1 mol氢原子被取代，消耗的Cl2分子及生成的HCl分子的物质的量分别是多少？ 提示：每有1 mol氢原子被取代，消耗1 mol Cl2分子，同时生成1 mol HCl分子。 3．烷烃能否与溴水发生取代反应？向溴水中加入少量辛烷，充分振荡后静置，有何现象？ 提示：不能。辛烷从溴水中萃取溴，静置后液体分层，上层为橙红色，下层几乎无色。 [重点讲解] 1．烷烃的物理性质 (1)烷烃难溶于水，易溶于汽油、苯等有机溶剂。 (2)常温下，碳原子数小于或等于4的烷烃为气态(新戊烷常温下也为气态)。 (3)烷烃的熔、沸点随着分子中碳原子数的增加逐渐升高，碳原子数相同时，支链越多，熔、沸点越低。如沸点：正戊烷>异戊烷>新戊烷。 2．烷烃的化学性质 (1)通常较稳定，不能被高锰酸钾等强氧化剂氧化，也不能与强酸、强碱发生反应。 (2)链状烷烃完全燃烧的通式为 CnH2n＋2＋O2nCO2＋(n＋1)H2O。 (3)在光照条件下，烷烃与Cl2、Br2等卤素单质的气体发生取代反应，生成多种卤代产物和相应的卤化氢气体。 3．甲烷发生取代反应的有关规律 (1)反应条件和反应物 反应条件为光照，但不能用太阳光直射，以防爆炸，应用散射光，反应物为甲烷与卤素单质，与氯水、溴水等不反应。 (2)反应产物 甲烷与氯气反应生成的产物是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4四种有机物与HCl形成的混合物，虽然反应物的比例、反应的时间长短等因素会造成各种产物的比例不同，但很难出现全部是某一种产物的情况。 (3)反应特点 ①连锁反应 甲烷的取代反应是一种连锁反应，即第一步反应一旦开始，后续反应立即进行。生成物中各物质均含有，其中HCl的物质的量最多。 ②数量关系 CH4与Cl2发生取代反应时，每1 mol H被取代，消耗1 mol Cl2，同时生成1 mol HCl。即1 mol CxHy与Cl2发生完全取代，消耗Cl2最多为y mol。n(Cl2)＝n(H)＝n(HCl)。 [对点练习] [练1]　下列反应属于取代反应的是(　　) ①CHCl3＋Cl2CCl4＋HCl ②2HI＋Cl2===2HCl＋I2 ③CO＋2H2CH3OH ④CH3CH2CN＋Cl2 ⑤CH3CH2OH＋HBrCH3CH2Br＋H2O A．①② B．①②③④ C．①④⑤ D．②④⑤ 答案　C [练2]　在标准状况下，22.4 L CH4与氯气在光照下发生取代反应，待反应完全后，测得四种有机取代物的物质的量相等，则消耗的氯气为(　　) A．1.25 mol B．2 mol C．2.5 mol D．4 mol 答案　C 解析　1 mol CH4与氯气发生取代反应，生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各0.25 mol，四种取代物中n(Cl)＝0.25 mol×(1＋2＋3＋4)＝2.5 mol，即1 mol CH4中被取代的氢原子为2.5 mol，每取代1 mol氢原子，消耗1 mol Cl2，故消耗的氯气为2.5 mol。 [练3]　在下列5种物质沸点的排列顺序中，正确的是(　　) ①正丁烷　②2­甲基丙烷[CH3CH(CH3)CH3] ③正戊烷　④2­甲基丁烷[CH3CH(CH3)CH2CH3] ⑤2，2­二甲基丙烷[C(CH3)4] A．①>②>③>④>⑤ B．⑤>④>③>②>① C．③>④>⑤>①>② D．②>①>⑤>④>③ 答案　C 解析　在有机物同系物中，随着碳原子数的增加，烷烃的熔、沸点逐渐升高；分子式相同的烷烃，支链越多，熔、沸点越低。①②均只有4个C原子，③④⑤均有5个碳原子，故①②的沸点小于③④⑤的沸点；②有1个支链，而①无支链，故沸点①>②；③无支链，④只有1个支链，⑤有2个支链，故沸点③>④>⑤；综上所述：沸点③>④>⑤>①>②。 [练4]　某气态链状烷烃20 mL，完全燃烧时，恰好消耗同温同压下的氧气100 mL，该烃的化学式是(　　) A．CH4 B．C3H8 C．C4H10 D．C5H12 答案　B 解析　设链状烷烃的分子式为CnH2n＋2， CnH2n＋2＋O2nCO2＋(n＋1)H2O， 1　　　　 20 mL 　 100 mL 即＝，则n＝3，所以分子式为C3H8。 [规律方法] 1．有机反应比较复杂，常伴随很多副反应发生，因此有机反应的化学方程式常用“―→”。 2．CH4与Cl2的反应逐步进行，应分步书写。 3．当n(CH4)∶n(Cl2)＝1∶1时，反应并不只发生CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl，其他反应仍发生。 4．甲烷与氯气发生取代反应时，取代H原子的个数是难以控制的，因此制备CH3Cl一般不采用CH4与Cl2的取代反应。 1．下列关于甲烷的说法正确的是(　　) A．甲烷能使酸性KMnO4溶液褪色 B．甲烷和氯水在光照条件下发生取代反应 C．甲烷能够燃烧，在一定条件下会发生爆炸，因此是矿井的安全威胁之一 D．将甲烷和氯气按体积比1∶1混合，光照条件下可以得到纯净的CH3Cl 答案　C 2．将体积比为1∶4的甲烷与氯气混合于一集气瓶中，加盖后置于光亮处，下列有关此实验的现象和结论叙述不正确的是(　　) A．产物中只有四氯化碳分子是正四面体结构 B．瓶中气体的黄绿色逐渐变浅，瓶内壁有油状液滴形成 C．若日光直射，可能发生爆炸 D．生成物只有CCl4、HCl 答案　D 3．几种烷烃的沸点如下： 烷烃 甲烷 乙烷 丁烷 戊烷 沸点/℃ －164 －89 －0.5 36 根据以上数据推断丙烷的沸点可能是(　　) A．约－40 ℃ B．低于－162 ℃ C．低于－89 ℃ D．高于36 ℃ 答案　A 4．下列有关烷烃的叙述中，不正确的是(　　) A．在烷烃分子中，所有的化学键都是单键 B．分子通式为CnH2n＋2的烃是烷烃 C．烷烃中除甲烷外，很多都能使酸性KMnO4溶液的紫色褪去 D．所有的烷烃在光照条件下都能与氯气发生取代反应 答案　C 5．天然气作为清洁能源，在助力节能减排的同时，也带来“气荒”等问题，于是出现了“油改气”或“煤改气”。专家指出天然气产业将有更大作为。 (1)天然气主要成分的分子式是________，电子式为____________，结构式为____________；分子里各原子的空间分布呈________结构。 (2)天然气主要成分在空气中燃烧的实验现象是____________________，反应的化学方程式为________________________________。 (3)天然气主要成分与Cl2在光照条件下反应生成一氯甲烷的化学方程式为____________________________。 答案　(1)CH4　　　正四面体 (2)产生淡蓝色火焰　CH4＋2O2CO2＋2H2O (3)CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl 课时作业 [学习·理解] 本组内选择题只有1个选项符合题意。 1．《易经》中记载：“泽中有火”“上火下泽”，其中燃烧的气体主要是(　　) A．氢气 B．一氧化碳 C．甲烷 D．乙烯 答案　C 2．在光照条件下，甲烷与Cl2充分反应，得到的生成物中物质的量最多的物质是(　　) A．CH3Cl B．CH2Cl2 C．CCl4 D．HCl 答案　D 3．美国宇航局(NASA)马里诺娃博士发现了一种比二氧化碳高104倍的“超级温室气体”全氟丙烷(C3F8)，提醒人们慎用含氟物。有关全氟丙烷的说法正确的是(　　) A．分子中3个碳原子可能处于同一直线上 B．全氟丙烷的电子式为 C．由丙烷转化为全氟丙烷的反应为取代反应 D．全氟丙烷属于烷烃 答案　C 解析　A项，3个碳原子呈锯齿形，不可能处于同一直线上，错误。B项，电子式中氟原子周围应有8个电子，错误。D项，全氟丙烷中含有碳、氟元素，不含氢元素，不属于烷烃，错误。 4．液化石油气中含有丙烷，且丙烷中碳原子成键特点与CH4中碳原子相似，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．光照下能够发生取代反应 C．丙烷与甲烷不互为同系物 D．丙烷不能使酸性KMnO4溶液褪色 答案　C 5．下列烷烃进行一氯取代反应后，能生成三种沸点不同的产物的是(　　) A．(CH3)2CHCH(CH3)2 B．(CH3CH2)2CHCH3 C．(CH3)3CCH2CH3 D．(CH3)3CCH2CH2CH3 答案　C 解析　进行一氯取代反应后，只能生成三种沸点不同的产物，说明分子中含有3类氢原子。 (CH3)2CHCH(CH3)2中含有2类氢原子；(CH3CH2)2CHCH3中含有4类氢原子；(CH3)3CCH2CH3中含有3类氢原子；(CH3)3CCH2CH2CH3中含有4类氢原子。 6．在光照条件下，CH4与Cl2能发生取代反应。若1 mol CH4与Cl2反应，待反应完成后测得四种有机取代物的物质的量之比为n(CH3Cl)∶n(CH2Cl2)∶n(CHCl3)∶n(CCl4)＝1∶2∶3∶4，则消耗Cl2的物质的量为(　　) A．1.0 mol B．2.0 mol C．3.0 mol D．4.0 mol 答案　C 解析　在光照条件下，CH4与Cl2发生取代反应时，生成1 mol CH3Cl消耗1 mol氯气；生成1 mol CH2Cl2消耗2 mol氯气；生成1 mol CHCl3消耗3 mol氯气；生成1 mol CCl4消耗4 mol氯气。四种有机取代物的物质的量之比为n(CH3Cl)∶n(CH2Cl2)∶n(CHCl3)∶n(CCl4)＝1∶2∶3∶4，根据碳原子守恒，生成四种有机取代物的物质的量n(CH3Cl)、n(CH2Cl2)、n(CHCl3)、n(CCl4)分别是0.1 mol、0.2 mol、0.3 mol、0.4 mol，消耗的Cl2为0.1 mol＋2×0.2 mol＋3×0.3 mol＋4×0.4 mol＝3.0 mol。 7．丁烷有两种不同结构，分别为正丁烷和异丁烷，均可用作制冷剂，下列关于丁烷的说法正确的是(　　) A．异丁烷的沸点高于正丁烷的沸点 B．正丁烷和异丁烷中碳原子均不可能共平面 C．可以通过酸性KMnO4溶液鉴别正丁烷和异丁烷 D．丁烷的一氯取代物共有4种结构(不包含立体异构) 答案　D 解析　正丁烷和异丁烷互为同分异构体，烷烃的同分异构体中支链越多，熔、沸点越低，则异丁烷沸点低于正丁烷，故A错误；正丁烷和异丁烷中所有碳原子都为饱和碳原子，通过碳碳单键旋转，正丁烷中所有碳原子可能共平面，异丁烷中最多有三个碳原子共平面，故B错误；正丁烷和异丁烷都不能与酸性高锰酸钾溶液反应，则酸性高锰酸钾溶液不能鉴别正丁烷和异丁烷，故C错误；丁烷的同分异构体为正丁烷和异丁烷，正丁烷和异丁烷分子中都含有2类氢原子，一氯代物都有2种，则丁烷的一氯代物共有4种，故D正确。 [应用·实践] 本组内选择题有1个或2个选项符合题意。 8．有如图所示4种碳骨架的烃，则下列判断正确的是(　　) A．a和d互为同分异构体 B．b和c互为同系物 C．a和c都不能发生取代反应 D．只有b和c能发生取代反应 答案　AB 解析　C项，a、c中都有氢原子，能与Cl2等卤素单质发生取代反应，错误。D项，a、b、c、d都能发生取代反应，错误。 9．下列有关烷烃的叙述中不正确的是(　　) A．烷烃都不能使酸性KMnO4溶液褪色 B．分子式为C2H6和分子式为C5H12的烷烃的一氯代物的数目可能相同 C．链状烷烃的通式为CnH2n＋2(n为正整数)，随着n的增大，碳元素的质量分数逐渐减小 D．随着碳原子数的增加，烷烃的熔、沸点逐渐降低 答案　CD 10．正己烷是优良的有机溶剂，其球棍模型为，下列有关说法不正确的是(　　) A．正己烷的分子式为C6H14 B．正己烷的一氯代物有3种 C．正己烷能与溴发生取代反应 D．主链上含有4个碳原子的正己烷的同分异构体只有1种 答案　D 解析　分子的主链上含有4个碳原子，则支链中含有2个甲基，不可能含有乙基，符合条件的结构简式为(CH3)2CHCH(CH3)2或(CH3)3CCH2CH3，故D错误。 11.立方烷是一种新合成的烃，其分子结构为正方体结构，其碳架结构如图所示，有关立方烷的说法不正确的是(　　) A．立方烷的分子式为C8H8 B．立方烷和氯气发生取代反应，1 mol立方烷最多会生成4 mol HCl C．1 mol立方烷完全燃烧消耗10 mol氧气 D．立方烷的一氯代物只有1种，二氯代物有3种 答案　B 解析　1 mol立方烷和氯气反应，最多需要8 mol氯气，生成8 mol HCl，B错误。 12．有①甲烷，②乙烷，③丙烷，④丁烷4种烷烃，试回答下列问题： (1)请写出烷烃在足量的氧气中充分燃烧的化学方程式：______________________________ __________________________________________。 (2)相同状况下，等体积的上述气态烃，消耗O2的量最多的是________(填序号，下同)。 (3)在120 ℃、1.01×105 Pa条件下，某气态烃与足量的O2完全反应后，测得反应前后气体的体积没有发生改变，则该烃为________。 答案　(1)CnH2n＋2＋O2nCO2＋(n＋1)H2O　(2)④　(3)① 解析　(2)1 mol题述气态烃消耗氧气的物质的量为 mol，故丁烷消耗O2的量最多。 (3)120 ℃时，水为气态，由反应前后气体体积不变可知：1＋＝n＋n＋1，n＝1，即为甲烷。 [创新·提高] 13．某同学利用日常用品注射器设计了如图所示的简易实验装置。甲中注入10 mL CH4，同温同压下乙中注入50 mL Cl2，将乙中气体推入甲中，用漫射光照射一段时间，气体在甲中反应。 (1)下列是某同学预测的实验现象： ①气体最终变为红色；②实验过程中，甲中活塞向内移动；③甲中内壁有油珠；④产生火花。 其中正确的是________。 (2)甲管中发生反应的反应类型为______________。 (3)反应后，若将甲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石蕊溶液，又观察到________________。 答案　(1)②③　(2)取代反应 (3)液体分为两层，产生白色沉淀　溶液先变红后褪色 解析　(1)理论上，甲烷与氯气体积比为1∶4时二者恰好完全反应生成CCl4，而甲中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。反应过程中不会产生火花。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，甲中活塞向内移动。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$