7.1.2烷烃的性质(课件 学案 教案,共3份打包)

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基础课时14 烷烃的性质
学习目标 1.熟练掌握甲烷的主要性质;了解烷烃的主要物理性质和化学性质。2.认识取代反应的概念及特点。
一、烷烃的物理性质及可燃性
(一)知识梳理
1.烷烃的物理性质
相似性 递变性(随分子中碳原子数的增加)
熔、沸点 较低 逐渐 
密度 比水  逐渐 
状态 气态→液态→固态,常温常压下分子中碳原子数n≤4的烷烃为气态(常温常压下,新戊烷为气态)
溶解性 难溶于 
2.烷烃的化学性质
(1)稳定性:烷烃比较稳定,通常情况下与            、   或    等强氧化剂不发生反应。
(2)氧化反应:烷烃可以在空气中完全燃烧,生成CO2和H2O,并放出大量的热。
甲烷完全燃烧的化学方程式为                        ;
丙烷完全燃烧的化学方程式为                        。
(3)分解反应:烷烃在较高温度下会发生分解。
(二)归纳总结
1.燃烧反应一定属于氧化反应,一定会放出热量。链状烷烃CnH2n+2燃烧的通式:CnH2n+2+O2nCO2+(n+1)H2O。
2.分解反应:烷烃在较高的温度下会发生分解。
如:CH4C+2H2,应用:石油化工生产和天然气化工生产中,获得重要的化工基本原料和燃料。
1.下列有关烷烃性质的叙述不正确的是 (  )
A.常温下烷烃与酸、碱、强氧化剂不反应
B.烷烃都具有还原性,能被氧气氧化
C.烷烃都能燃烧生成二氧化碳和水
D.烷烃能使酸性高锰酸钾溶液褪色
2.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.-40 ℃ B.-162 ℃
C.-89 ℃ D.36 ℃
3.使1 mol某烷烃完全燃烧需要消耗氧气5 mol,该烷烃的化学式是 (  )
A.C2H6 B.C3H8
C.C4H10 D.C5H12
二、烷烃的典型性质——取代反应
(一)知识梳理
1.取代反应
(1)[实验探究] 甲烷与Cl2的取代反应:
实验 操作
实验 现象 A装置:试管内气体颜色    ;试管内壁有    出现,试管中有少量白雾,且试管内液面    ,有固体析出。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+Cl2            ; CH3Cl+Cl2            ; CH2Cl2+Cl2            ; CHCl3+Cl2            。
(2)甲烷的四种氯代产物的性质:
CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4都不溶于水,常温下除      是气体外,其余三种均为液体。
(3)取代反应:有机物分子里的某些        被其他原子或原子团所替代的反应。
2.有机物的通性(与烷烃类似)
(1)大多数有机物的熔点比较低,且    于水,易溶于汽油、乙醇、苯等有机溶剂。
(2)大多数有机物容易    ,受热会发生分解。
(3)有机物的化学反应比较复杂,常伴有副反应发生(有机化学方程式常用“—→”连接反应物和生成物),很多反应需要在加热、光照或使用催化剂的条件下进行。
(二)问题探究
问题1 甲烷与氯气发生反应时,所得产物有几种 能否用CH4和Cl2按1∶1的体积比混合来制取纯净的CH3Cl
                                         
                                         
问题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
                                         
                                         
【探究归纳】
1.烷烃(以甲烷为例)发生取代反应的有关规律
(1)反应条件:反应条件为光照,其光照为漫射光,强光直射易发生爆炸。
(2)反应物:反应物为卤素单质,如甲烷与氯水、溴水不反应,但可以与氯气、溴蒸气发生取代反应。
(3)反应产物: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。
(4)反应特点
①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。
②数量关系
CH4与Cl2发生取代反应时,每有1 mol H被取代,则消耗1 mol Cl2,同时生成1 mol HCl,即n(Cl2)=n(H)=n(HCl)。1 mol CH4与Cl2发生取代反应,最多消耗4 mol Cl2。1 mol CnH2n+2与Cl2发生取代反应,最多消耗Cl22n+2 mol。
2.甲烷氯代产物的结构
甲烷分子中四个氢原子完全相同,氢原子被氯原子取代后的产物均只有一种结构,但由于氯原子和氢原子半径不同,生成的CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3是四面体结构,CCl4则为正四面体。
3.取代反应的特点
(1)取代反应的特点是“上一下一,有进有出”,类似无机反应中的复分解反应,注意在书写化学方程式时,防止漏写产物中的小分子。
(2)烷烃在光照条件下与溴水不反应,但由于溴易溶于有机溶剂而被从水层中萃取出来,水层颜色变浅。
1.下列反应属于取代反应的是 (  )
①Mg+H2SO4===MgSO4+H2↑
②NaOH+CH3COOH===CH3COONa+H2O
③CH3CH3+2Br2CH2BrCH2Br+2HBr
④CH2Cl2+Br2CHBrCl2+HBr
A.②③ B.①③
C.②④ D.③④
2.实验室中将盛有甲烷与氯气混合气体的量筒倒立在盛有饱和食盐水的水槽中,光照使其发生反应,下列说法错误的是 (  )
A.量筒中气体颜色逐渐变浅
B.氯化氢极易溶于水,导致量筒中液面上升
C.饱和食盐水能够抑制氯气的溶解
D.通过量筒内壁上出现的油状液滴可以说明生成四种有机产物
3.若甲烷与氯气以物质的量之比1∶3混合,在光照下得到的有机产物:①CH3Cl,②CH2Cl2,③CHCl3,④CCl4,其中正确的是 (  )
A.只有① B.只有③
C.①②③的混合物 D.①②③④的混合物
:课后完成 第七章 基础课时14基础课时14 烷烃的性质
学习目标 1.熟练掌握甲烷的主要性质;了解烷烃的主要物理性质和化学性质。2.认识取代反应的概念及特点。
一、烷烃的物理性质及可燃性
(一)知识梳理
1.烷烃的物理性质
相似性 递变性(随分子中碳原子数的增加)
熔、沸点 较低 逐渐升高
密度 比水小 逐渐增大
状态 气态→液态→固态,常温常压下分子中碳原子数n≤4的烷烃为气态(常温常压下,新戊烷为气态)
溶解性 难溶于水。
2.烷烃的化学性质
(1)稳定性:烷烃比较稳定,通常情况下与强酸、强碱或高锰酸钾 等强氧化剂不发生反应。
(2)氧化反应:烷烃可以在空气中完全燃烧,生成CO2和H2O,并放出大量的热。
甲烷完全燃烧的化学方程式为CH4+2O2CO2+2H2O ;丙烷完全燃烧的化学方程式为C3H8+5O23CO2+4H2O 。
(3)分解反应:烷烃在较高温度下会发生分解。
(二)归纳总结
1.燃烧反应一定属于氧化反应,一定会放出热量。链状烷烃CnH2n+2燃烧的通式:CnH2n+2+O2nCO2+(n+1)H2O。
2.分解反应:烷烃在较高的温度下会发生分解。
如:CH4C+2H2,应用:石油化工生产和天然气化工生产中,获得重要的化工基本原料和燃料。
                
1.下列有关烷烃性质的叙述不正确的是 (  )
A.常温下烷烃与酸、碱、强氧化剂不反应
B.烷烃都具有还原性,能被氧气氧化
C.烷烃都能燃烧生成二氧化碳和水
D.烷烃能使酸性高锰酸钾溶液褪色
答案 D
解析 烷烃属于饱和烃,性质稳定,常温下与酸、碱、强氧化剂不反应,A正确、D错误;烷烃都能在氧气中燃烧,表现出还原性,B正确;烷烃为碳、氢元素组成的化合物,在氧气中完全燃烧生成二氧化碳和水,C正确。
2.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.-40 ℃ B.-162 ℃
C.-89 ℃ D.36 ℃
答案 A
解析 随着碳原子数的增加,烷烃的沸点逐渐升高,丙烷的沸点应介于乙烷和丁烷的沸点之间。
3.使1 mol某烷烃完全燃烧需要消耗氧气5 mol,该烷烃的化学式是 (  )
A.C2H6 B.C3H8 C.C4H10 D.C5H12
答案 B
解析 根据烷烃的燃烧通式可知,CnH2n+2+O2nCO2+(n+1)H2O,某1 mol烷烃完全燃烧需要消耗5 mol氧气,则n=3,即该烷烃为丙烷,化学式为C3H8。
二、烷烃的典型性质——取代反应
(一)知识梳理
1.取代反应
(1)[实验探究] 甲烷与Cl2的取代反应:
实验 操作
实验 现象 A装置:试管内气体颜色逐渐变浅;试管内壁有油状液体出现,试管中有少量白雾,且试管内液面上升,有固体析出。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 ;CH3Cl+Cl2CH2Cl2+HCl ; CH2Cl2+Cl2CHCl3+HCl ;CHCl3+Cl2CCl4+HCl。
(2)甲烷的四种氯代产物的性质:
CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4都不溶于水,常温下除CH3Cl是气体外,其余三种均为液体。
(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。
2.有机物的通性(与烷烃类似)
(1)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)大多数有机物容易燃烧,受热会发生分解。
(3)有机物的化学反应比较复杂,常伴有副反应发生(有机化学方程式常用“”连接反应物和生成物),很多反应需要在加热、光照或使用催化剂的条件下进行。
(二)问题探究
问题1 甲烷与氯气发生反应时,所得产物有几种 能否用CH4和Cl2按1∶1的体积比混合来制取纯净的CH3Cl
提示 反应中得到CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4四种有机物和HCl,共5种产物。用CH4和Cl2按1∶1的体积比混合不能制取纯净的CH3Cl。因为CH4和Cl2的反应是连锁反应,分子中的氢原子是被氯原子逐步取代,不可能只发生第一步取代反应,生成物为混合物。
问题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。
【探究归纳】
1.烷烃(以甲烷为例)发生取代反应的有关规律
(1)反应条件:反应条件为光照,其光照为漫射光,强光直射易发生爆炸。
(2)反应物:反应物为卤素单质,如甲烷与氯水、溴水不反应,但可以与氯气、溴蒸气发生取代反应。
(3)反应产物: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。
(4)反应特点
①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。
②数量关系
CH4与Cl2发生取代反应时,每有1 mol H被取代,则消耗1 mol Cl2,同时生成1 mol HCl,即n(Cl2)=n(H)=n(HCl)。1 mol CH4与Cl2发生取代反应,最多消耗4 mol Cl2。1 mol CnH2n+2与Cl2发生取代反应,最多消耗Cl22n+2 mol。
2.甲烷氯代产物的结构
甲烷分子中四个氢原子完全相同,氢原子被氯原子取代后的产物均只有一种结构,但由于氯原子和氢原子半径不同,生成的CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3是四面体结构,CCl4则为正四面体。
3.取代反应的特点
(1)取代反应的特点是“上一下一,有进有出”,类似无机反应中的复分解反应,注意在书写化学方程式时,防止漏写产物中的小分子。
(2)烷烃在光照条件下与溴水不反应,但由于溴易溶于有机溶剂而被从水层中萃取出来,水层颜色变浅。
                
1.下列反应属于取代反应的是 (  )
①Mg+H2SO4===MgSO4+H2↑
②NaOH+CH3COOH===CH3COONa+H2O
③CH3CH3+2Br2CH2BrCH2Br+2HBr
④CH2Cl2+Br2CHBrCl2+HBr
A.②③ B.①③
C.②④ D.③④
答案 D
解析 反应①为置换反应;反应②属于复分解反应;反应③中CH3CH3的2个H原子分别被2个Br原子替代,该反应为取代反应,反应④中CH2Cl2的一个H原子被一个Br原子替代也为取代反应。
2.实验室中将盛有甲烷与氯气混合气体的量筒倒立在盛有饱和食盐水的水槽中,光照使其发生反应,下列说法错误的是 (  )
A.量筒中气体颜色逐渐变浅
B.氯化氢极易溶于水,导致量筒中液面上升
C.饱和食盐水能够抑制氯气的溶解
D.通过量筒内壁上出现的油状液滴可以说明生成四种有机产物
答案 D
解析 Cl2被消耗,Cl2的量逐渐减少,所以气体颜色逐渐变浅;HCl溶于水导致量筒中压强减小,从而导致量筒中液面上升;饱和NaCl溶液中Cl-浓度高,从而抑制Cl2的溶解;该反应中产生了一氯甲烷(气体)、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳四种有机物,油状物有三种。
3.若甲烷与氯气以物质的量之比1∶3混合,在光照下得到的有机产物:①CH3Cl,②CH2Cl2,③CHCl3,④CCl4,其中正确的是 (  )
A.只有① B.只有③
C.①②③的混合物 D.①②③④的混合物
答案 D
解析  CH4和Cl2的取代反应为连锁反应,无论两者的物质的量之比为多少,其产物都是HCl和CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4的混合物。
                
A级 合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
(一)烷烃的物理性质及可燃性
1.下列关于甲烷及烷烃的结构及性质的说法错误的是 (  )
A.烷烃均难溶于水,相对密度均小于1
B.烷烃不能使酸性高锰酸钾溶液褪色,因此烷烃不能发生氧化反应
C.物质的沸点:戊烷>丁烷>丙烷
D.甲烷的空间结构为正四面体形,甲烷分子中4个共价键的长度相同,相互之间的夹角相等
答案 B
解析 烷烃能燃烧,因此能发生氧化反应,B错误。
2.下列性质中,属于链状烷烃特征的是 (  )
A.完全燃烧只生成二氧化碳和水
B.不溶于水
C.分子的通式为CnH2n+2,与氯气发生取代反应
D.密度比水的密度小
答案 C
解析 A项,碳氢化合物完全燃烧产物都是二氧化碳和水,不属于烷烃的特征;B项,烯烃、炔烃、苯等大部分有机物都是不溶于水的,不属于烷烃的特征;C项,烷烃为饱和烃,其链状烷烃分子的通式为CnH2n+2,满足CnH2n+2的烃一定为链状烷烃;能够发生取代反应是烷烃的特征反应之一;D项,密度比水的密度小的不一定是烷烃,不属于烷烃的特征。
3.为验证烷烃分子中含有C、H两种元素,可将其充分燃烧后的产物通过①浓硫酸;②澄清石灰水;③无水硫酸铜。正确的顺序是 (  )
A.①②③ B.②③
C.②③① D.③②
答案 D
解析 要证明烷烃中含有C、H两种元素,可通过其燃烧产物为CO2和H2O来证明,选②、③,检验时应先检验H2O后检验CO2,故顺序为③②。
4.如图为烃分子的球棍模型,“大球”表示碳原子,“小球”表示氢原子。下列说法正确的是 (  )
A.图1表示的烃叫丙烷
B.图2烃分子的结构简式为CH3CH2CH2CH3
C.图1与图2表示的物质不能被溴水、酸性KMnO4等强氧化剂氧化,故不能发生氧化反应
D.图1与图2表示的物质的沸点:前者高于后者
答案  D
解析 图1含4个碳,故图1表示的烃叫丁烷,A错误;图2烃分子含支链,故其结构简式为CH(CH3)3,B错误;两种物质性质稳定,不能被溴水、酸性KMnO4等强氧化剂氧化,但是可以燃烧,燃烧属于氧化反应,C错误;两物质相对分子质量相同,图2有支链,沸点更低,D正确。
(二)烷烃的典型性质——取代反应
5.下列物质在一定条件下可与乙烷发生化学反应的是 (  )
A.氯气 B.溴水
C.氯水 D.酸性高锰酸钾溶液
答案 A
解析 类比甲烷的化学性质,乙烷与氯气在光照条件下发生取代反应,和溴水、氯水、酸性高锰酸钾溶液不反应。
6.下列反应属于取代反应的是 (  )
①CHCl3+Cl2CCl4+HCl
②2HI+Cl2===2HCl+I2
③CO+2H2CH3OH
④CH3CH2CN+Cl2+HCl
⑤CH3CH2OH+HBr CH3CH2Br+H2O
A.①② B.①②③④
C.①④⑤ D.②④⑤
答案 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—”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。
7.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.0.5 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,该四种取代物中n(Cl)=0.25 mol×(1+2+3+4)=2.5 mol,根据取代反应特点,参加反应的氯气为2.5 mol。
8.已知最简单的有机物E和直线形分子G在光照条件下反应,生成四面体形分子L和直线形分子M(组成G分子的元素为第三周期的元素),如图。则下列判断错误的是 (  )
A.常温常压下,E是一种无色无味的气体
B.上述反应类型是取代反应
C.G能使干燥的红色布条变成无色
D.在光照条件L能与G继续发生与上述类似的反应
答案 C
解析 已知最简单的有机物E为CH4,直线形分子G,组成G分子的元素为第三周期的元素,且G是双原子分子,所以G是Cl2,该反应是CH4和Cl2发生取代反应生成CH3Cl和HCl,即L是CH3Cl,M是HCl。A项,由分析可知,E为CH4,在常温下为无色无味的气体;B项,CH4中的H原子被Cl原子取代生成CH3Cl和HCl,属于取代反应;C项,由分析可知,G为Cl2,Cl2能使湿润的红色布条变成无色;D项,由分析可知,L为CH3Cl,G为Cl2,在光照条件CH3Cl能与Cl2继续发生取代反应。
9.如图所示,U形管的左端被水和胶塞封闭有甲烷和氯气(体积比为1∶4)的混合气体,假定氯气在水中的溶解度可以忽略。将封闭有甲烷和氯气混合气体的装置放置在有光亮的地方,让混合气体缓慢地反应一段时间。
(1)假设甲烷与氯气反应充分,且只产生一种有机物,请写出化学方程式:           
            。
(2)若题目中甲烷与氯气体积之比为1∶1,则得到的产物为    (填字母,下同)。
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后,U形管右端的水柱变化是    。
A.升高 B.降低
C.不变 D.无法确定
答案  (1)CH4+4Cl2CCl4+4HCl (2)D (3)B
解析 (1)因Cl2足量,若充分反应,则CH4中的四个H原子可完全被取代,生成CCl4和HCl,反应方程式为CH4+4Cl2CCl4+4HCl。(2)甲烷与氯气的取代反应,是四步反应同时发生,故得到四种氯代产物和HCl。(3)甲烷和氯气在光照的条件下发生取代反应生成油状液滴和氯化氢气体,氯化氢气体易溶于水,压强减小,U形管右端液面下降,左端液面上升。
B级 素养培优练
10.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。
11.相同物质的量的下列气态烃完全燃烧,消耗氧气最多的是 (  )
A.C3H8 B.C3H6
C.C2H4 D.CH4
答案 A
解析 设烃的分子式为CxHy,完全燃烧的化学方程式为CxHy+(x+)O2xCO2+H2O。设四种烃均为1 mol,根据(x+)可算出完全燃烧消耗O2的物质的量分别为5 mol、4.5 mol、3 mol、2 mol。故A项消耗O2最多。
12.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.其分子式为C16H32
答案 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;根据结构简式可知分子式为C16H30,D错误。
13.两种气态烃组成的混合气体,完全燃烧后得到CO2和H2O(g)的物质的量随着混合烃的总物质的量的变化如图所示,则下列对混合烃的判断正确的是 (  )
①可能有C2H2 ②一定有CH4 ③一定有C3H8 ④一定没有C4H6 ⑤可能有C2H6
A.②⑤ B.②④
C.③④ D.②③
答案 B
解析 解答本题的关键是明白图像中混合烃的总物质的量与生成的CO2和H2O(g)的关系,结合图像中正比关系,能确定混合烃的平均分子式。由题图可知两种气态烃的平均分子式为C1.6H4,根据碳原子平均数可知,该混合气体中一定含有CH4,由氢原子平均数可知,另一气态烃中氢原子数目为4,则一定没有C2H2、C3H8、C4H6、C2H6,故②④正确。
14.如图是某同学利用日常用品注射器设计的简易实验装置。甲管中注入10 mL CH4,同温同压下乙管中注入50 mL Cl2,将乙管气体推入甲管中,气体在甲管中反应,针管放在光亮处一段时间。
(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)甲管中发生化学反应的类型为      。
(3)反应后,能吸收甲管中剩余气体的试剂是      。
A.水 B.NaOH溶液
C.AgNO3溶液 D.饱和食盐水
(4)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)B (4)液体分为两层,产生白色沉淀 溶液先变红后褪色
解析  在光照条件下,甲烷与氯气发生反应: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,而甲中氯气与甲烷体积比为5∶1>4∶1,说明氯气过量,反应后仍有氯气剩余。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逐一取代,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剩余气体。(4)生成的HCl会与AgNO3溶液反应生成AgCl白色沉淀,同时因CH2Cl2、CHCl3、CCl4难溶于水而看到液体分为两层,因Cl2有剩余,若加入几滴石蕊,溶液会先变红后褪色。
15.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    (填字母)。
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    (填字母)。
A.CH3Cl B.CH2Cl2
C.CHCl3 D.CCl4
答案  (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。(共51张PPT)
第一节 认识有机化合物
基础课时  烷烃的性质
14
第七章
有机化合物
1.熟练掌握甲烷的主要性质;了解烷烃的主要物理性质和化学性质。
2.认识取代反应的概念及特点。
学习目标
一、烷烃的物理性质及可燃性
二、烷烃的典型性质——取代反应


CONTENTS
课后巩固训练
一、烷烃的物理性质及可燃性
对点训练
(一)知识梳理
1.烷烃的物理性质
相似性 递变性(随分子中碳原子数的增加)
熔、沸点 较低 逐渐______
密度 比水____ 逐渐______
状态 气态→液态→固态,常温常压下分子中碳原子数n≤4的烷烃为气态(常温常压下,新戊烷为气态)
溶解性 难溶于____。

升高
增大

2.烷烃的化学性质
(1)稳定性:烷烃比较稳定,通常情况下与______、______或__________ 等强氧化剂不发生反应。
(2)氧化反应:烷烃可以在空气中完全燃烧,生成CO2和H2O,并放出大量的热。
甲烷完全燃烧的化学方程式为______________________;丙烷完全燃烧的化学方程式为_______________________。
(3)分解反应:烷烃在较高温度下会发生分解。
强酸
强碱
高锰酸钾
1.下列有关烷烃性质的叙述不正确的是 (  )
A.常温下烷烃与酸、碱、强氧化剂不反应
B.烷烃都具有还原性,能被氧气氧化
C.烷烃都能燃烧生成二氧化碳和水
D.烷烃能使酸性高锰酸钾溶液褪色
解析 烷烃属于饱和烃,性质稳定,常温下与酸、碱、强氧化剂不反应,A正确、D错误;烷烃都能在氧气中燃烧,表现出还原性,B正确;烷烃为碳、氢元素组成的化合物,在氧气中完全燃烧生成二氧化碳和水,C正确。
D
2.几种烷烃的沸点如下:
根据以上数据推断丙烷的沸点可能是 (  )
A.-40 ℃ B.-162 ℃
C.-89 ℃ D.36 ℃
解析 随着碳原子数的增加,烷烃的沸点逐渐升高,丙烷的沸点应介于乙烷和丁烷的沸点之间。
A
烷烃 甲烷 乙烷 丁烷 戊烷
沸点/℃ -164 -89 -0.5 36
3.使1 mol某烷烃完全燃烧需要消耗氧气5 mol,该烷烃的化学式是 (  )
A.C2H6 B.C3H8 C.C4H10 D.C5H12
解析 根据烷烃的燃烧通式可知,CnH2n+2+O2 nCO2+(n+1)H2O,某1 mol烷烃完全燃烧需要消耗5 mol氧气,则n=3,即该烷烃为丙烷,化学式为C3H8。
B
二、烷烃的典型性质——取代反应
对点训练
(一)知识梳理
1.取代反应
(1)[实验探究] 甲烷与Cl2的取代反应:
实验 操作
实验 现象 A装置:试管内气体颜色__________;试管内壁有__________出现,试管中有少量白雾,且试管内液面______,有固体析出。B装置:无明显现象
逐渐变浅
油状液体
上升
CH3Cl+HCl
CH2Cl2+HCl
CHCl3+HCl
CCl4+HCl
(2)甲烷的四种氯代产物的性质:
CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4都不溶于水,常温下除____________是气体外,其余三种均为液体。
(3)取代反应:有机物分子里的某些______________被其他原子或原子团所替代的反应。
CH3Cl
原子或原子团
2.有机物的通性(与烷烃类似)
(1)大多数有机物的熔点比较低,且______于水,易溶于汽油、乙醇、苯等有机溶剂。
(2)大多数有机物容易______,受热会发生分解。
(3)有机物的化学反应比较复杂,常伴有副反应发生(有机化学方程式常用“ ”连接反应物和生成物),很多反应需要在加热、光照或使用催化剂的条件下进行。
难溶
燃烧
(二)问题探究
问题1 甲烷与氯气发生反应时,所得产物有几种 能否用CH4和Cl2按1∶1的体积比混合来制取纯净的CH3Cl
提示 反应中得到CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4四种有机物和HCl,共5种产物。用CH4和Cl2按1∶1的体积比混合不能制取纯净的CH3Cl。因为CH4和Cl2的反应是连锁反应,分子中的氢原子是被氯原子逐步取代,不可能只发生第一步取代反应,生成物为混合物。
问题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。
【探究归纳】
1.烷烃(以甲烷为例)发生取代反应的有关规律
(1)反应条件:反应条件为光照,其光照为漫射光,强光直射易发生爆炸。
(2)反应物:反应物为卤素单质,如甲烷与氯水、溴水不反应,但可以与氯气、溴蒸气发生取代反应。
(3)反应产物: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。
(4)反应特点
①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+Cl2
CH3Cl+HCl,其他反应也在进行。
②数量关系
CH4与Cl2发生取代反应时,每有1 mol H被取代,则消耗1 mol Cl2,同时生成1 mol HCl,即n(Cl2)=n(H)=n(HCl)。1 mol CH4与Cl2发生取代反应,最多消耗4 mol Cl2。1 mol CnH2n+2与Cl2发生取代反应,最多消耗Cl22n+2 mol。
2.甲烷氯代产物的结构
甲烷分子中四个氢原子完全相同,氢原子被氯原子取代后的产物均只有一种结构,但由于氯原子和氢原子半径不同,生成的CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3是四面体结构,CCl4则为正四面体。
3.取代反应的特点
(1)取代反应的特点是“上一下一,有进有出”,类似无机反应中的复分解反应,注意在书写化学方程式时,防止漏写产物中的小分子。
(2)烷烃在光照条件下与溴水不反应,但由于溴易溶于有机溶剂而被从水层中萃取出来,水层颜色变浅。
1.下列反应属于取代反应的是 (  )
①Mg+H2SO4===MgSO4+H2↑
②NaOH+CH3COOH===CH3COONa+H2O
③CH3CH3+2Br2 CH2BrCH2Br+2HBr
④CH2Cl2+Br2 CHBrCl2+HBr
A.②③ B.①③ C.②④ D.③④
解析 反应①为置换反应;反应②属于复分解反应;反应③中CH3CH3的2个H原子分别被2个Br原子替代,该反应为取代反应,反应④中CH2Cl2的一个H原子被一个Br原子替代也为取代反应。
D
2.实验室中将盛有甲烷与氯气混合气体的量筒倒立在盛有饱和食盐水的水槽中,光照使其发生反应,下列说法错误的是 (  )
A.量筒中气体颜色逐渐变浅
B.氯化氢极易溶于水,导致量筒中液面上升
C.饱和食盐水能够抑制氯气的溶解
D.通过量筒内壁上出现的油状液滴可以说明生成四种有机产物
解析 Cl2被消耗,Cl2的量逐渐减少,所以气体颜色逐渐变浅;HCl溶于水导致量筒中压强减小,从而导致量筒中液面上升;饱和NaCl溶液中Cl-浓度高,从而抑制Cl2的溶解;该反应中产生了一氯甲烷(气体)、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳四种有机物,油状物有三种。
D
3.若甲烷与氯气以物质的量之比1∶3混合,在光照下得到的有机产物:①CH3Cl,
②CH2Cl2,③CHCl3,④CCl4,其中正确的是 (  )
A.只有① B.只有③
C.①②③的混合物 D.①②③④的混合物
解析  CH4和Cl2的取代反应为连锁反应,无论两者的物质的量之比为多少,其产物都是HCl和CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4的混合物。
D
课后巩固训练
A级 合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
(一)烷烃的物理性质及可燃性
1.下列关于甲烷及烷烃的结构及性质的说法错误的是(  )
A.烷烃均难溶于水,相对密度均小于1
B.烷烃不能使酸性高锰酸钾溶液褪色,因此烷烃不能发生氧化反应
C.物质的沸点:戊烷>丁烷>丙烷
D.甲烷的空间结构为正四面体形,甲烷分子中4个共价键的长度相同,相互之间的夹角相等
解析 烷烃能燃烧,因此能发生氧化反应,B错误。
B
2.下列性质中,属于链状烷烃特征的是 (  )
A.完全燃烧只生成二氧化碳和水
B.不溶于水
C.分子的通式为CnH2n+2,与氯气发生取代反应
D.密度比水的密度小
解析 A项,碳氢化合物完全燃烧产物都是二氧化碳和水,不属于烷烃的特征;B项,烯烃、炔烃、苯等大部分有机物都是不溶于水的,不属于烷烃的特征;C项,烷烃为饱和烃,其链状烷烃分子的通式为CnH2n+2,满足CnH2n+2的烃一定为链状烷烃;能够发生取代反应是烷烃的特征反应之一;D项,密度比水的密度小的不一定是烷烃,不属于烷烃的特征。
C
3.为验证烷烃分子中含有C、H两种元素,可将其充分燃烧后的产物通过①浓硫酸;②澄清石灰水;③无水硫酸铜。正确的顺序是 (  )
A.①②③ B.②③
C.②③① D.③②
解析 要证明烷烃中含有C、H两种元素,可通过其燃烧产物为CO2和H2O来证明,选②、③,检验时应先检验H2O后检验CO2,故顺序为③②。
D
4.如图为烃分子的球棍模型,“大球”表示碳原子,“小球”表示氢原子。下列说法正确的是 (  )
A.图1表示的烃叫丙烷
B.图2烃分子的结构简式为CH3CH2CH2CH3
C.图1与图2表示的物质不能被溴水、酸性KMnO4等强氧化剂氧化,故不能发生氧化反应
D.图1与图2表示的物质的沸点:前者高于后者
D
解析 图1含4个碳,故图1表示的烃叫丁烷,A错误;图2烃分子含支链,故其结构简式为CH(CH3)3,B错误;两种物质性质稳定,不能被溴水、酸性KMnO4等强氧化剂氧化,但是可以燃烧,燃烧属于氧化反应,C错误;两物质相对分子质量相同,图2有支链,沸点更低,D正确。
(二)烷烃的典型性质——取代反应
5.下列物质在一定条件下可与乙烷发生化学反应的是(  )
A.氯气 B.溴水
C.氯水 D.酸性高锰酸钾溶液
解析 类比甲烷的化学性质,乙烷与氯气在光照条件下发生取代反应,和溴水、氯水、酸性高锰酸钾溶液不反应。
A
6.下列反应属于取代反应的是 (  )
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—”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。
7.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.0.5 mol B.2 mol
C.2.5 mol D.4 mol
解析 1 mol CH4与氯气发生取代反应,生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各0.25 mol,该四种取代物中n(Cl)=0.25 mol×(1+2+3+4)=2.5 mol,根据取代反应特点,参加反应的氯气为2.5 mol。
C
8.已知最简单的有机物E和直线形分子G在光照条件下反应,生成四面体形分子L和直线形分子M(组成G分子的元素为第三周期的元素),如图。则下列判断错误的是 (  )
A.常温常压下,E是一种无色无味的气体
B.上述反应类型是取代反应
C.G能使干燥的红色布条变成无色
D.在光照条件L能与G继续发生与上述类似的反应
C
解析 已知最简单的有机物E为CH4,直线形分子G,组成G分子的元素为第三周期的元素,且G是双原子分子,所以G是Cl2,该反应是CH4和Cl2发生取代反应生成CH3Cl和HCl,即L是CH3Cl,M是HCl。A项,由分析可知,E为CH4,在常温下为无色无味的气体;B项,CH4中的H原子被Cl原子取代生成CH3Cl和HCl,属于取代反应;C项,由分析可知,G为Cl2,Cl2能使湿润的红色布条变成无色;D项,由分析可知,L为CH3Cl,G为Cl2,在光照条件CH3Cl能与Cl2继续发生取代反应。
9.如图所示,U形管的左端被水和胶塞封闭有甲烷和氯气(体积比为1∶4)的混合气体,假定氯气在水中的溶解度可以忽略。将封闭有甲烷和氯气混合气体的装置放置在有光亮的地方,让混合气体缓慢地反应一段时间。
(1)假设甲烷与氯气反应充分,且只产生一种有机物,
请写出化学方程式:              。
(2)若题目中甲烷与氯气体积之比为1∶1,则得到的产物为  (填字母,下同)。
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后,U形管右端的水柱变化是    。
A.升高 B.降低
C.不变 D.无法确定
D
B
解析 (2)甲烷与氯气的取代反应,是四步反应同时发生,故得到四种氯代产物和HCl。(3)甲烷和氯气在光照的条件下发生取代反应生成油状液滴和氯化氢气体,氯化氢气体易溶于水,压强减小,U形管右端液面下降,左端液面上升。
B级 素养培优练
10.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
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。
11.相同物质的量的下列气态烃完全燃烧,消耗氧气最多的是 (  )
A.C3H8 B.C3H6
C.C2H4 D.CH4
解析 设烃的分子式为CxHy,完全燃烧的化学方程式为CxHy+(x+)O2 xCO2+H2O。设四种烃均为1 mol,根据(x+)可算出完全燃烧消耗O2的物质的量分别为5 mol、4.5 mol、3 mol、2 mol。故A项消耗O2最多。
A
12.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.其分子式为C16H32
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;根据结构简式可知分子式为C16H30,D错误。
B
13.两种气态烃组成的混合气体,完全燃烧后得到CO2和H2O(g)的物质的量随着混合烃的总物质的量的变化如图所示,则下列对混合烃的判断正确的是 (  )
①可能有C2H2 ②一定有CH4 ③一定有C3H8 
④一定没有C4H6 ⑤可能有C2H6
A.②⑤ B.②④
C.③④ D.②③
B
解析 解答本题的关键是明白图像中混合烃的总物质的量与生成的CO2和H2O(g)的关系,结合图像中正比关系,能确定混合烃的平均分子式。由题图可知两种气态烃的平均分子式为C1.6H4,根据碳原子平均数可知,该混合气体中一定含有CH4,由氢原子平均数可知,另一气态烃中氢原子数目为4,则一定没有C2H2、C3H8、C4H6、C2H6,故②④正确。
14.如图是某同学利用日常用品注射器设计的简易实验装置。甲管中注入10 mL CH4,同温同压下乙管中注入50 mL Cl2,将乙管气体推入甲管中,气体在甲管中反应,针管放在光亮处一段时间。
(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)甲管中发生化学反应的类型为      。
②③
取代反应
(3)反应后,能吸收甲管中剩余气体的试剂是      。
A.水 B.NaOH溶液
C.AgNO3溶液 D.饱和食盐水
(4)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
          。
B
液体分为两层,产生白色沉淀
溶液先变红后褪色
解析 (3)剩余气体中含有氯气和氯化氢,可用氢氧化钠溶液吸收剩余气体。(4)生成的HCl会与AgNO3溶液反应生成AgCl白色沉淀,同时因CH2Cl2、CHCl3、CCl4难溶于水而看到液体分为两层,因Cl2有剩余,若加入几滴石蕊,溶液会先变红后褪色。
15.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            。
控制气流速度
吸收过量的氯气
(5)E装置的作用是    (填字母)。
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____ (填字母)。
A.CH3Cl B.CH2Cl2
C.CHCl3 D.CCl4
BC
A
解析 (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。

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