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第2课时　烷烃的性质
第七章
内容索引
01
02
课前篇 素养初探
课堂篇 素养提升
素养目标
1.通过实验探究甲烷与氯气的反应,理解取代反应的本质,提升科学探究与创新意识等学科核心素养。
2.通过阅读教材,认识烷烃的物理性质和化学性质,提升宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知等学科核心素养。
3.初步了解多数有机物与无机物的区别。
课前篇 素养初探
【自主梳理】
一、烷烃的性质
1.物理性质
一般来说,随着分子中碳原子数的增加:
(1)熔、沸点:逐渐升高。
(2)状态:由气态→液态→固态,其中常温、常压下分子中碳原子数小于或等于4的烷烃为气态。
(3)密度:逐渐增大且均比水的密度小。
(4)溶解性:难溶于水。
2.化学性质
(1)稳定性
在通常情况下,烷烃比较稳定,与强酸、强碱或高锰酸钾等强氧化剂不发生反应。
(2)可燃性
烷烃可以在空气中完全燃烧,生成二氧化碳和水,并放出大量的热。写出下列物质完全燃烧的化学方程式:
【微思考1】空气中含甲烷5%~15%或氧气中含甲烷5.4%~59.2%时,遇火花将发生爆炸,煤矿中的瓦斯爆炸多数是甲烷气体爆炸引发的。假如你是一名煤矿工人,当你在矿井采矿时,为预防瓦斯爆炸,你会采取哪些措施呢
提示 及时通风、避免明火。
(3)受热分解
烷烃在较高温度下会发生分解反应。
(4)取代反应(以CH4与Cl2的反应为例)
实验 操作
实验 现象 A装置:a.试管内气体黄绿色逐渐变浅;
b.试管内壁有油状液滴出现;
c.试管内液面上升。
B装置:无明显现象
常温下,一氯甲烷为气体,二氯甲烷、三氯甲烷(氯仿)、四氯甲烷(四氯化碳)都为液体,4种产物都不溶于水。
【微思考2】根据烷烃取代反应的特点分析,乙烷与Cl2发生取代反应后得到的有机物是6种吗
提示 不是。乙烷的一氯代物、五氯代物、六氯代物各有1种,二氯代物、三氯代物、四氯代物各有2种,共有9种。
(5)取代反应
①定义: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烷烃在一定条件下,可以与卤素单质发生取代反应。
二、大多数有机化合物的通性
1.物理性质
(1)熔点比较低。
(2)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。
【自我检测】
1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)C5H12的熔点、沸点比C3H8的熔点、沸点高。(　　)
(2)常温常压下,C3H8呈气态,C6H14呈液态。(　　)
(3)乙烷能与溴水发生取代反应而使之褪色。(　　)
(4)所有有机化合物均易燃烧,所以有机化合物都不能用来灭火。(　　)
(5)甲烷与氯气按照物质的量之比1∶4反应,有机产物只有四氯化碳。(　　)
√
√
×
×
×
2.(2021北京西城区高一期末)取一支试管,收集半试管CH4和半试管Cl2,在光照下得到的有机取代产物是(　　)
①CH3Cl　②CH2Cl2　③CHCl3　④CCl4
A.只有① B.只有④
C.只有①②③ D.①②③④
答案 D
解析 光照条件下,试管中CH4和Cl2发生取代反应,可得到四种氯代甲烷。
3.(2021北京东城区高一期末)“可燃冰”被认为是“21世纪高效清洁能源”,它是由水和甲烷在低温、高压条件下形成的一种“冰块”。下列说法不正确的是(　　)
A.甲烷属于有机化合物
B.甲烷分子中含有共价键
C.甲烷分子中的5个原子在同一个平面上
D.“可燃冰”燃烧后生成二氧化碳和水
答案 C
解析 甲烷分子是正四面体结构,5个原子不可能在同一平面上。
课堂篇 素养提升
任务一
甲烷的取代反应
【问题探究】
1.根据取代反应的原理,能否用CH4和Cl2按1∶1的体积比混合来制取纯净的CH3Cl
提示 不能。CH4和Cl2的反应是链锁反应,不可能只发生第一步取代反应,将CH4与Cl2按体积比1∶1反应,生成物为CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4四种有机物与氯化氢,因此无法制取纯净的CH3Cl。
2.CH4和Cl2取代反应的产物中物质的量最多的是什么 它与Cl2在物质的量上有什么关系
提示 因为在CH4和Cl2的取代反应中,每一步都有HCl生成,故产物中物质的量最多的是HCl。根据化学方程式可知,每生成1 mol HCl则消耗1 mol Cl2,故反应生成的HCl与反应消耗的Cl2的物质的量相等。
【深化拓展】
1.甲烷与氯气的取代反应
2.取代反应和置换反应的比较
类别 取代反应 置换反应
实例 CH4+Cl2 CH3Cl+HCl Zn+H2SO4=== ZnSO4+H2↑
定义 有机物分子里的原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反应 一种单质与一种化合物反应,生成另一种单质和另一种化合物的反应
反应物 一种化合物和另一种化合物或单质 一种单质和一种化合物
生成物 一般生成两种新化合物 另一种化合物和另一种单质
反应中电子得失 不一定发生电子转移,因此不一定是氧化还原反应 一定发生电子转移,一定是氧化还原反应
【素能应用】
典例1某课外活动小组利用如图所示装置探究甲烷与氯气的反应。根据题意,回答下列问题:
(1)CH4与Cl2发生反应的条件是　　　　　　　;若用日光直射,可能会引起　　　　　　。
(2)实验中可观察到的实验现象有:量筒内壁出现油状液滴,饱和食盐水中有少量固体析出,　　　　　　　　　　,　　　　　　　　等。
(3)实验中生成的油状液滴的化学式为　　　　　　　,其中　　　　　是工业上重要的溶剂。
(4)用饱和食盐水而不用水的原因是　　　　　。
答案 (1)光照　爆炸
(2)量筒内黄绿色气体颜色变浅　量筒内液面上升
(3)CH2Cl2、CHCl3、CCl4　CHCl3、CCl4
(4)降低Cl2在水中的溶解度,抑制Cl2和水的反应
解析 CH4和Cl2在光照条件下反应生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl等物质,随着反应进行,Cl2不断消耗,黄绿色逐渐消失。又由于生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4在常温下是无色油状液体,故量筒内壁上出现油状液滴。因生成的HCl易溶于水,量筒内的压强减小,液面上升。HCl溶于水后,溶液中Cl-浓度增大,使NaCl固体析出。
规律方法由于甲烷分子中的4个C—H键完全相同,所以它们都有可能发生反应,即甲烷发生取代反应的产物很复杂,生成物常包括4种有机物和氯化氢,其中氯化氢的量最多,4种有机物的比例因反应物的比例、反应时间的长短等因素而变化。
【变式设问】
从甲烷与Cl2反应的机理分析,所得产物中含量最大的是哪种物质
提示 HCl;CH4与Cl2发生系列取代反应,每一步反应都生成HCl。
变式训练1(2021山东烟台高一期末)把1体积CH4和4体积Cl2组成的混合气体充入大试管中,将此试管倒立在盛有饱和食盐水的水槽里,放在光亮处。下列说法错误的是(　　)
A.试管内液面逐渐上升
B.有机产物只有CCl4
C.混合气体的浅黄绿色逐渐变浅
D.水槽内有白色晶体析出
答案 B
解析 甲烷和氯气发生取代反应,生成的二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳均是油状的液体,一氯甲烷是气体,生成的氯化氢极易溶于水,其中的有机产物均难溶于水,生成的产物均无色,因此试管中气体颜色会变浅。氯化氢溶于水后导致试管内液面上升,A正确;甲烷和氯气在光照条件下发生了取代反应,生成的物质有CH3Cl(气体)、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl,B错误;生成的产物均无色,试管中气体颜色会变浅,C正确;氯化氢溶于水后溶液中氯离子浓度增大,导致饱和氯化钠溶液中有氯化钠固体析出,D正确。
任务二
烷烃的结构与性质
【问题探究】
1.甲烷是可燃性气体,在点燃可燃性气体前要注意什么
提示 可燃性气体在点燃前要验纯,因为可燃性气体和
空气混合,如果在爆炸极限内,点燃会发生爆炸。
2.根据甲烷的性质,推测丙烷具有哪些化学性质
提示 能与O2发生燃烧反应,能与Cl2在光照下发生取代反应。
3.多碳原子链状烷烃(如CH3—CH2—CH2—CH3)分子中,碳链是直线形结构吗
提示 不是。在CH3—CH2—CH2—CH3分子中,碳原子与其相连的4个原子在空间形成四面体结构,因此多碳原子直链烷烃分子中的碳链应为锯齿状。
【深化拓展】
1.烷烃的结构特点
(1)单键:碳原子之间以碳碳单键相结合。
(2)饱和:碳原子剩余价键全部与氢原子相结合,烷烃是饱和烃,含相同碳原子数的有机物分子里,链状烷烃的含氢量最大。
2.烷烃的化学性质
烷烃的化学性质和甲烷相似,通常情况下不与强酸、强碱以及强氧化剂发生反应,都不能够使酸性高锰酸钾溶液以及溴水褪色。
(1)链状烷烃在光照条件下与卤素单质发生取代反应。
(2)链状烷烃的燃烧反应。
【素能应用】
典例2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溶液的紫色褪去
③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
A.①③⑤ B.②③ C.①④ D.①②④
答案 C
解析 烷烃分子中无论是碳碳键还是碳氢键,都是单键,①说法正确;烷烃属饱和链烃,其化学性质一般比较稳定,通常烷烃不与强酸、强碱、强氧化剂(如酸性KMnO4溶液)反应,也不能使溴水褪色,②⑤说法不正确;因通式CnH2n+2中的碳原子已达完全饱和,因此符合通式CnH2n+2的有机物一定是烷烃,③说法不正确;烷烃在光照下都能与氯气发生取代反应,这是烷烃的主要特性之一,④说法正确。
【变式设问】
甲烷不能被酸性KMNO4溶液氧化,因此甲烷不能发生氧化反应,这种观点是否正确 为什么
提示 不正确;点燃时,甲烷能与O2反应生成CO2和H2O,该反应属于氧化反应。
变式训练2(2021湖南湘中名校高一期末)0.1 mol某链状烷烃完全燃烧生成13.44 L CO2(已换算成标准状况下),下列说法正确的是(　　)
A.该烷烃的分子式为C6H12
B.该烷烃的同分异构体有6种
C.1 mol该烷烃完全燃烧需要消耗2.5 mol O2
D.该烷烃与甲烷属于同系物
答案 D
解析 标准状况下,13.44 L CO2的物质的量为0.6 mol,即0.1 mol某链状烷烃完全燃烧生成0.6 mol CO2,则该烃分子中含有6个碳原子,即分子式为C6H14,A错误;含有6个碳的烷烃分子式为C6H14,该烷烃的同分异构体有5种,B错误;含有6个碳的烷烃分子式为C6H14,1 mol该烷烃完全燃烧需要消耗O2的量为6 mol+ mol=9.5 mol,C错误;甲烷属于饱和烃,C6H14也属于饱和烃,且分子组成上相差5个CH2原子团,二者属于同系物关系,D正确。
随堂检测
1.下列不属于有机物特点的是(　　)
A.大多数有机物难溶于水,易溶于有机溶剂
B.有机物之间发生的反应比较复杂,反应速率一般较慢
C.绝大多数有机物受热不易分解,而且不易燃烧
D.大多数有机物是非电解质,不易导电、熔点低
答案 C
解析 大多数有机物难溶于水,易溶于汽油、酒精等有机溶剂,A项正确;有机物之间的反应比较复杂,且常伴有副反应发生,故反应速率一般较慢,B项正确;大多数有机物受热易分解且易燃烧,C项错误;大多数有机物在水溶液里和熔融状态下都不能导电,属于非电解质,D项正确。
2.(2021福建泉州高一期末)实验室用如图1所示的装置(夹持装置略),进行甲烷与氯气在光照条件下的反应实验。下列说法错误的是(　　)
A.可发生反应:CH4+Cl2 CH3Cl+HCl
B.光照一段时间后,产生如图2所示实验现象
C.反应过程中,饱和食盐水中有NaCl晶体析出
D.若用乙烷替代甲烷进行实验,也能发生反应
答案 B
解析 光照条件下,CH4与Cl2发生取代反应,生成物中CH3Cl、HCl是气体,CH2Cl2、CHCl3、CCl4都是液体,HCl易溶于水,CH3Cl不溶于水,故试管中液面上升,但液体不会充满试管,B错误。
3.下列反应中,不属于取代反应的是(　　)
答案 B
解析 B项反应属于氧化反应,不是取代反应。
4.(2021广州六中高一期中)下图是两种烃分子的球棍模型,“大球”表示碳原子,“小球”表示氢原子。下列说法正确的是(　　)
A.图甲表示的烃叫丙烷
B.图乙烃分子的结构简式为CH3CH2CH2CH3
C.图甲与图乙表示的是同一种物质
D.图甲与图乙表示的物质互为同分异构体
答案 D
解析 由图可知,图甲的烃分子中含有4个碳原子,应为正丁烷,A错误;图乙的烃分子的结构简式为CH3CH(CH3)2,B错误;图甲表示正丁烷,图乙表示异丁烷,二者互为同分异构体,不是同一物质,则C错误,D正确。
5.现有装有甲烷和氯气混合气体的三个集气瓶,用玻璃片把瓶口盖好后,分别作如下处理,各有怎样的现象发生
(1)置于黑暗处　　　　　。
(2)将点燃的镁条靠近集气瓶外壁　　　　　。
(3)放在光亮的教室里　 。
(4)甲烷和氯气发生的一系列反应都是　　　反应(填反应类型),生成的有机物中常用作有机溶剂的是　　　　　　　　,可用作灭火剂的是　　　　　。
答案 (1)无明显现象　(2)发生爆炸
(3)黄绿色逐渐变浅,最后消失,瓶壁上出现油状液滴
(4)取代　CHCl3、CCl4　CCl4
解析 由于CH4与Cl2的取代反应是在光照条件下进行的,因而在黑暗处不会发生反应;将点燃的镁条靠近集气瓶,因光照太强烈,反应较快,会发生爆炸;放于光亮的教室里,反应较平缓地发生,现象为黄绿色渐渐变浅,最后消失,瓶壁上出现油状液滴。该类有机反应是典型的取代反应,其产物中有机物共四种,常作有机溶剂的是CHCl3、CCl4,作灭火剂的是CCl4。

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