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第二节 烯烃 炔烃
第1课时 烯烃
课标要点
核心素养
1.宏观辨识与微观探析
2.证据推理与模型认知
1.认识烯烃的组成和结构特点。
2.通过乙烯的学习,掌握烯烃的性质和变化规律。
3.能描述和分析烯烃及其典型代表物的重要反应,能书写相应的反应化学方程式。
认识烯烃的组成和结构特点及其加成反应的特征和规律,了解乙烯在日常生活和化工生产中的作用。
能通过模型假设、证据推理认识常见有机物分子的空间结构,了解烯烃的顺反异构现象,会判断复杂有机物分子中原子间的位置关系。
[知识梳理]
[知识点一] 烯烃的结构与性质
1.结构特点
(1)烯烃的官能团是 碳碳双键 ( ),
乙烯是最简单的烯烃。
(2)乙烯的结构特点。
碳原子
杂化方式
C-H键成分
C-C
键成分
相邻两个键
之间的键角
分子空间结构
sp2 杂化
σ键
1个σ键
和1个π键
约为 120°
分子中所有
原子都处于
同一平面内
2.通式
单烯烃的通式为 CnH2n (n≥2)。
3.物理性质
(1)常温常压下的状态:碳原子数≤4的烯烃为 气态 ,其他为 液态或固态 。
(2)熔、沸点:随着分子中碳原子数的增加,烯烃的熔、沸点逐渐 升高 ;相同碳原子数时,支链越多,熔、沸点 降低 。
(3)密度:相对密度逐渐 增大 ,但相对密度均小于1。
(4)溶解性:都难溶于水, 易 溶于有机溶液。
4.化学性质
(1)氧化反应
①能使酸性KMnO2溶液褐色,常用于的检验。
②燃烧:火焰明亮,并伴有黑烟,其燃烧式为:
(2)加成反应:有机物分子中的不饱和碳原子与其他原子或原子团直接结合生成新的化合物的反应。烯烃可以与X2、HX(X表示卤素)、H2、H2O等在一定条件下发生加成反应。
例如:
CH2===CH-CH3+Br2CH2BrCHBrCH3
CH2===CH2+H2O eq \a\vs4\al(CH3CH2OH)
CH2===CHCH3+H2O
CH2===CHCH3+HCl
(或 CH3CH2CH2Cl )。
(3)加聚反应:
单烯烃可在一定条件下发生加成聚合反应,如丙烯生成聚丙烯:
n CHCH3CH2
5.二烯烃的加成反应:
(1)CH2===CH-CH===CH2+2Br2
[知识点二] 烯烃的立体异构
1.顺反异构现象
通过 碳碳双键 连接的原子或原子团不能绕键轴旋转会导致其空间排列方式不同,产生顺反异构现象。
2.顺反异构体
相同的原子或原子团位于双键同一侧的称为 顺式 结构,相同的原子或原子团位于双键两侧的称为 反式 结构,例如顺2丁烯和反2丁烯的结构简式分别是
。
3.性质
顺反异构体的化学性质基本相同,物理性质有一定的差异。
[自我评价]
[判断对错](对的在括号内打“√”,错的在括号内打“×”)
(1)符合CnH2n+2的烃一定为烷烃,符合CnH2n的烯一定为烯烃。( × )
(2)可用酸性高锰酸钾溶液区别烯烃和烷烃。 ( √ )
(3)分子式为C3H6的烃一定能使酸性KMnO4溶液褪色。( × )
(4)任何烯烃均存在顺反异构现象。( × )
(5)烷烃不能发生加成反应,烯烃不能发生取代反应。( × )
(6)相同物质的量的乙烯和甲烷完全燃烧后产生的水的质量相同。 ( √ )
(7)KMnO4溶液既可以用来鉴别乙烷和乙烯,又可以用来除去乙烷中混有的少量乙烯。( × )
(8)1,3丁二烯与溴的加成产物有2种。( × )
提示:不能。因酸性KMnO4溶液氧化乙烯生成CO2,会引入新的杂质。
烯烃的结构与性质
(素养形成——宏观辨识与微观探析)
[思考探究]
1.鉴别乙烷和乙烯可用溴水或酸性KMnO4溶液,那么能否利用此方法除去乙烷中的乙烯杂质?
2.氯乙烷常用作局部麻醉剂,有运动场上的“化学大夫”之称。如下两个反应均可得到氯乙烷:CH3CH3+Cl2CH3CH2Cl+HCl,CH2===CH2+HClCH3CH2Cl,你认为采取哪一种方法好?
提示:采取第二种方法好。乙烷与卤素单质的取代反应为连续反应,很难控制在某一阶段,副反应多。而CH2===CH2与HCl发生加成反应,无副反应,产物较纯。
3.烯烃与酸性KMnO4溶液、溴水均能反应而使其褪色,二者的反应类型相同吗?说明理由。
提示:不相同。烯烃使酸性KMnO4溶液褪色的原理是发生了氧化反应,使溴水褪色的原理是发生了加成反应。
[核心突破]
1.烯烃的组成与结构
(1)通式:CnH2n(n≥2)(含一个双键的烯烃)。
(2)碳原子的杂化及共价键类型:一定有sp2杂化,可能含sp3杂化,共价键类型有σ键和π键,以为中心的六原子共面。
2.烯烃的化学性质
[微点拨] ①溴水或酸性KMnO4溶液能鉴别烷烃与烯烃。
②与X2的等物质的量加成存在1,2加成和1,4加成。
[典例示范]
[典例1] 由乙烯推测丙烯的结构或性质正确的是( )
A.分子中所有原子在同一平面
B.与氯化氢加成只生成一种产物
C.能使酸性 KMnO4溶液褪色
D.能与溴水发生取代反应而使溴水褪色
解题指南:解答有关烯烃性质的问题注意以下两点:
(1)碳碳双键中π键易断裂。
(2)烯烃可发生加成反应(1 mol可以和1 mol Br2 完全加成)、氧化反应(使酸性KMnO4溶液褪色)。
解析:C [丙烯中含有甲基,为空间四面体结构,分子中所有原子不可能共面,故A错误;乙烯结构对称,与氯化氢加成只生成一种产物,丙烯结构不对称,与氯化氢发生加成反应生成两种产物,故B错误;乙烯和丙烯中都含有碳碳双键,能被酸性高锰酸钾溶液氧化,故C正确;乙烯和丙烯中都含有碳碳双键,能与溴水发生加成反应而使溴水褪色,故 D错误。]
(1)烯烃分子关于对称,
与Br2、H2、HCl等加成产物只有一种;
(2)烯烃分子关于不对称:与Br2、
H2加成产物只有一种,与HCl加成产物有两种。
[学以致用]
1.下列关于烯烃和烷烃的说法中,正确的是( )
A.烯烃能使酸性高锰酸钾溶液褪色,烷烃则不能
B.乙烯分子中碳碳双键的键能是乙烷分子中碳碳单键的键能的两倍,因此乙烯比乙烷稳定
C.丙烯发生加聚反应只能形成一种分子(),而所有烷烃分子之间都不会发生聚合反应
D.丙烷在光照下可以与Cl2发生取代反应,而丙烯(CH3-CH===CH2)在任何条件下都不可能与Cl2发生取代反应
解析:A [烯烃分子中含有碳碳双键,性质活泼,易发生加成、加聚反应,能与酸性KMnO4溶液反应而使其褪色,而烷烃是饱和烃,不能发生上述反应,A项正确;碳碳单键和碳碳双键的键能大小关系是,乙烯中的双键比较活泼,故乙烯没有乙烷稳定,B项错误;丙烯形成的加聚产物中,有许多种n值不同的分子,C项错误;丙烯中有饱和烷基(-CH3),在一定条件下能发生取代反应,D项错误。]
2.与等物质的量的Br2发生加成反应,生成的产物可能是( )
A.BrBr
B.BrBr
C.BrBr
D.BrBrBrBr
解析:B [1,3戊二烯与等物质的量的Br2发生加成反应时,可能的生成物有BrBr、BrBr、BrBr,故B正确。]
2.顺2丁烯与反2丁烯分别与Br2加成,产物是否相同(不考虑产物立体异构)?
提示:相同。产物均为2,3二溴丁烷。
烯烃的立体异构和二烯的加成反应
(素养形成——证据推理与模型认知)
[思考探究]
[思考讨论]
1.存在顺反异构现象的分子结构有什么特点?
提示:分子中含有碳碳双键,且每个双键碳原子上分别连接有两个不同的原子或原子团。
1.烯烃的顺反异构的形成条件
(1)由于碳碳双键不能旋转,当每个双键碳原子连接了两个不同的原子或原子团,双键碳上的4个原子或原子团在空间上就有两种不同的排列方式,产生两种不同的结构。对于结构,需满足双键两端的碳原子必须连接两个不同的原子或原子团。即a′≠b′,a≠b ,且 a = a′、b=b′至少有一个存在。
(2)性质:互为顺反异构体的两物质化学性质基本相同,物理性质有一定的差异。
2.二烯烃的加成反应
二烯烃是分子中含有2个碳碳双键的烯烃,如1,3丁二烯。
(1)1,3丁二烯与氯气按物质的量之比1∶1发生加成反应时,有以下两种方式:
1,2加成
CH2===CH-CH===CH2+Cl2
1,4加成
CH2===CH-CH===CH2+Cl2
1,3丁二烯的1,2加成和1,4加成是竞争反应,到底哪一种加成产物占优势取决于反应条件。
(2)1,3丁二烯与过量氯气发生加成反应时,也可发生全加成反应:
CH2===CH-CH===CH2+2Cl2
[典例示范]
[典例2] 下列物质中,有顺反异构体的是( )
A.1,2二氯乙烯(ClCH===CHCl)
B.1,1二氯乙烯(Cl2C===CH2)
C.丙烯(CH3—CH===CH2)
D.苯乙烯()
解析:A [存在顺反异构体的条件:(1)分子中至少有一个键不能自由旋转(否则将变成另外一种分子);(2)双键的同一碳上不能有相同的基团;根据存在顺反异构的条件对各选项中的有机物结构进行判断即可。A.1,2二氯乙烯分子中,碳碳双键上同一碳上连有不同的基团,具有顺反异构,选项A正确;
B.1、1二氯乙烯中双键上同一碳上连有相同的基团,氯原子、氢原子,不具有顺反异构,选项B错误; C.丙烯CH3-CH===CH2,碳碳双键上同一碳上连相同的氢原子,不具有顺反异构,选项C错误;D.苯乙烯分子中,其中C===C双键上的碳原子连接相同的H原子,不具有顺反异构,选项D错误;答案选A。]
[易错提醒] 烃不能产生顺反异构的情况
(1)无碳碳双键,则不能形成顺反异构;
(2)双键碳原子上连有相同的原子或原子团,则不能形成顺反异构。
解析:B [根据氯原子的位置不同,可写出3种结构简式:CH2===CHCH2Cl、CH2===CClCH3、CHCl===CHCH3,其中CHCl===CHCH3还存在顺反异构体,故共有4种可能的结构。]
[学以致用]
3.分子式为C3H5Cl且可以因发生加成反应使溴的四氯化碳溶液褪色的有机物的可能结构(考虑顺反异构)共有( )
A.3种
B.4种
C.5种
D.6种
[素养提升]
常见的家用食品保鲜袋的材质为聚乙烯(PE),主要用于水果、蔬菜等的包装。聚乙烯是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂。聚乙烯无臭,无毒,手感似蜡,具有优越的耐低温性能,化学稳定性好,能耐大多数酸性的侵蚀。常温下不溶于一般溶剂,吸水性小,电绝缘性优良。聚乙烯的性质和乙烯相同吗?能否发生加成反应?
提示:聚乙烯分子中不含碳碳双键,不能发生加成反应,与乙烯不同。
1.下列关于乙烯和乙烷相比较的说法中,不正确的是( )
A.乙烯属于不饱和链烃,乙烷属于饱和链烃
B.乙烯分子中所有原子位于同一平面上,乙烷分子则为立体结构,所有原子不在同一平面上
C.乙烯和乙烷中的共价键均有σ键和π键
D.乙烯能使酸性KMnO4溶液褪色,乙烷不能
解析:C [乙烷中只有σ键无π键,C不正确。]
2.丙烯是一种重要的化工原料、燃料,下列有关丙烯及聚丙烯的说法正确的是( )
A.丙烯与等物质的量的氯化氢加成,只生成一种产物
B.1 mol丙烯完全燃烧的耗氧量为4.5 mol
C.聚丙烯的链节是-CH2-CH2-CH2-
D.1 mol丙烯和1 mol聚丙烯完全燃烧放出CO2的量相同
解析:B [丙烯结构不对称,与HCl加成可得到两种产物CH3CHClCH3、CH2ClCH2CH3,A错误;1 mol丙烯(C3H6)与O2完全反应,耗氧量为(3+eq \f(6,4)) mol=4.5 mol,B正确;聚丙烯的链节是-CH2-CH(CH3)-,C错误;丙烯和聚丙烯的分子式不同,相对分子质量不同,等物质的量的丙烯和聚丙烯完全燃烧放出CO2的量不相同,D错误。]
3.下列说法正确的是( )
A.C2H4与C4H8一定互为同系物
B.乙烯和乙烷都能使酸性KMnO4溶液褪色
C.1丁烯与2丁烯互为同分异构体
D.新戊烷和2,2二甲基丙烷互为同分异构体
解析:C [C4H8可以是烯烃也可以是环烷烃,A项错误;乙烯能使酸性KMnO4溶液褪色,而乙烷不能,B项错误;新戊烷和2,2二甲基丙烷是同一种物质,D项错误。]
4.已知乙烯为平面结构,因此1,2二氯乙烯可以形成不同的空间异构体和。下列各物质中,能形成类似上述两种空间异构体的是( )
A.1,1二氯乙烯
B.丙烯
C.2丁烯
D.1戊烯
解析:C [由题给信息可知,双键的碳原子上连有两个不同的原子或原子团时,即可形成空间异构体。显然,只有2丁烯可形成空间异构体:和。]
5.(1)系统命名法命名:
(2)有机物环癸五烯分子结构可表示为。
回答下列问题:
①环癸五烯属于 ________ (填字母)。
A.环烃
B.不饱和烃
C.饱和烃
D.芳香烃
②环癸五烯具有的性质 ________ (填字母)。
a.能溶于水
b.能发生氧化反应
c.能发生加成反应
d.常温常压下为气体
③环癸五烯和足量的氢气反应后所得生成物的分子式为
__________________________________________
__________________________________________。
解析:(1)此三种烯烃含有碳碳双键的最长碳链均是4,故应为丁烯,双键分别在1、2号碳之间,2、3号碳之间和1、2号碳之间,分别在2号位、2号和3号位上含有1个甲基,故分别命名为2甲基1丁烯,2甲基2丁烯、3甲基1丁烯;
(2)①环癸五烯分子结构可表示为
②该有机物含有碳碳双键,可发生加聚反应,加成反应和氧化反应,烃一般都难溶于水,碳原子数大于5,常温下为液体;③环癸五烯的分子式为C10H10,环癸五烯和足量的氢气反应得到环烷烃C10H20。
答案:(1)2甲基1丁烯 2甲基2丁烯 3甲基1丁烯 (2)①AB ②bc ③C10H20
[课堂小结]
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