资源简介
五 烷烃
【基础全面练】
题组一:烷烃的结构和性质
1.下列说法正确的是( )
A.碳碳间以单键结合,碳原子的剩余价键全部与氢原子结合的烃一定是饱和链烃
B.在光照条件下,烷烃都能与氯气发生取代反应
C.正戊烷分子中所有原子均在一条直线上
D.碳、氢原子个数之比为1∶3的烃有2种
【解析】选B。符合A项条件的还可以是环烷烃,如 ,故A错误;烷烃的化学性质与甲烷相似,在光照条件下都能与氯气发生取代反应,故B正确;在烷烃分子中,与饱和碳原子相连的4个原子一定位于四面体的4个顶点上,所以正戊烷分子中的所有原子不可能在一条直线上,故C错误;碳、氢原子个数之比为1∶3的烃只有乙烷,故D错误。
2.(2024·昆明高二检测)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-164 ℃
C.低于-89 ℃ D.高于36 ℃
【解析】选A。 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,所以丙烷的沸点高于-89 ℃,低于-0.5 ℃,故A正确。
3.在烷烃分子中,—CH3、—CH2—、、中的碳原子分别称为伯、仲、叔、季碳原子,数目分别用n1、n2、n3、n4表示。n1=5,n2=n3=n4=1的烷烃共有( )
A.2种 B.3种 C.4种 D.5种
【解析】选B。将叔、季碳原子先连在一起,将仲碳原子分别接在左边、中间、右边,最后将伯碳原子接上,可得到(CH3)3CCH(CH3)CH2CH3、(CH3)3CCH2CH(CH3)2、(CH3)2CHC(CH3)2CH2CH33种结构,故B正确。
4.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)
【解析】选D。A.烷烃的同分异构体中支链越多熔沸点越低,所以正丁烷沸点高于异丁烷,故A错误;B.正丁烷和异丁烷中所有碳原子具有甲烷的结构特点,但是碳碳单键可以旋转,正丁烷中所有碳原子可能共平面,故B错误;C.正丁烷和异丁烷都不与酸性高锰酸钾溶液反应,二者与酸性高锰酸钾溶液混合时的现象相同,无法鉴别,故C错误;D.正丁烷的一氯代物有2种结构,异丁烷的一氯代物有2种结构,所以丁烷的一氯代物有4种结构,故D正确。
题组二:烷烃的命名
5.在系统命名法中,下列碳原子主链名称是丁烷的是( )
A.(CH3)2CHCH2CH2CH3
B.(CH3CH2)2CHCH3
C.(CH3)2CHCH(CH3)2
D.(CH3)3CCH2CH2CH3
【解析】选C。 要求主链名称是丁烷,即分子中的最长碳链上有4个碳原子。A、B、D分子中的最长碳链均为5个碳原子。
6.某烷烃分子的键线式为 ,用系统命名法命名,其名称为( )
A.2,3-二甲基-3-乙基丁烷
B.2,3-二甲基-2-乙基丁烷
C.3,3,4-三甲基戊烷
D.2,3,3-三甲基戊烷
【解析】选D。根据键线式写出该有机物的结构简式,可知最长碳链含5个碳原子,以离取代基较近的一端为起点给主链上的碳原子编号,得到有机物名称为2,3,3-三甲基戊烷。
7.下列有机物命名正确的是( )
A.3-二甲基戊烷
B.2,4,5-三甲基己烷
C.2-甲基-3-乙基-戊烷
D.2,6-二甲基-3-乙基庚烷
【解析】选D。A项,有2个取代基,应该为3,3-二甲基戊烷,错误;B项,碳链编号不对,取代基位次和不是最小,应该为2,3,5-三甲基己烷,错误;C项,乙基和戊烷之间的短线去掉,应该为2-甲基-3-乙基戊烷,错误。
【补偿训练】(2024·石家庄高二检测)下列物质命名为2,2-二甲基丙烷的是( )
A. B.
C. D.
【解析】选D。由烷烃的系统命名法可知,2,2-二甲基丙烷的主链有三个碳,2号碳有2个甲基,结构简式为,故选D。
8.关于的表述正确的是( )
A.一氯代物有3种
B.命名为2,3-2甲基丁烷
C.是丁烷的同系物
D.是2-甲基己烷的同分异构体
【解析】选C。该有机化合物是对称结构,结构中含2种H原子,故一氯代物有2种,故A错误;烷烃命名时,应选最长的碳链为主链,故主链上有4个碳原子,从离支链近的一端给主链上的碳原子编号,故在2号和3号碳原子上各有一个甲基,故名称为2,3-二甲基丁烷,故B错误;该有机化合物和丁烷的结构相似,在分子组成上相差2个CH2原子团,故和丁烷互为同系物,故C正确;2-甲基己烷的分子式为C7H16,而该有机化合物的分子式为C6H14,两者的分子式不相同,故不互为同分异构体,故D错误。
【综合应用练】
9.某烷烃的1个分子中含有9个碳原子,其一氯代物只有2种,该烷烃的名称
是( )
A.正壬烷 B.2,6-二甲基庚烷
C.2,2,4,4-四甲基戊烷 D.2,3,4-三甲基己烷
【解析】选C。由题给条件知,该烷烃分子中有2种处于不同化学环境的氢原子,由此可推断该烷烃分子中一定有—CH3结构,且处于对称位置,从而可写出其结构简式为,名称为2,2,4,4-四甲基戊烷,故选C。
10.用如图所示装置进行甲烷和氯气反应的实验,将该装置放在日光灯下,一段时间后(不考虑水与氯气的反应),下列叙述正确的是( )
A.液柱和气柱可能都不会发生变化
B.气柱缩小,右端液柱下降
C.溶液很快变成蓝色
D.气柱膨胀,右端玻璃管中液体溢出
【解析】选B。甲烷与氯气反应生成氯化氢和卤代烃,除一氯甲烷外其他卤代烃均为液体,并且HCl易溶于水,所以U形管左侧气体压强减小,U形管左侧液面上升,右侧液柱下降,故A、D错误,B正确;因生成的HCl易溶于水,溶液显酸性,所以紫色石蕊试液变红,故C错误。
11.已知有一种烃的结构类似自行车,如图所示。下列关于它的叙述正确的
是( )
A.易溶于水
B.一定条件下可以与氧气反应
C.在光照下可以与Cl2发生加成反应
D.分子中的碳原子杂化方式有sp2和sp3
【解析】选B。烃难溶于水,A错误;分子中不存在不饱和键,不能发生加成反应,C错误;分子中的碳原子均为sp3杂化,D错误。
12.下列说法正确的是( )
A.己烷共有4种同分异构体,它们的熔点、沸点各不相同
B.用溴水即可鉴别乙烯和乙烷
C.有机化合物的名称是2,3,5,5-四甲基-4-乙基己烷
D.的名称为3-甲基丁烷
【解析】选B。己烷共有5种同分异构体,支链越多,熔点、沸点越低,选项A错误;乙烯可以使溴水褪色,乙烷不可以,选项B正确;有机化合物的名称为2,2,4,5-四甲基-3-乙基己烷,选项C错误;D项为2-甲基丁烷,选项D错误。
13.异辛烷在内燃机的汽缸里燃烧时抗震性较好,是优良的发动机燃料,异辛烷的球棍模型如图所示。下列说法正确的是( )
A.异辛烷分子式为C8H16
B.异辛烷中所有碳原子可能共平面
C.异辛烷和环戊烷互为同系物
D.1 mol异辛烷完全燃烧消耗氧气的物质的量为12.5 mol
【解析】选D。由异辛烷的球棍模型知,含有8个碳原子和18个氢原子,则分子式为C8H18,故A错误;单键碳原子为四面体结构,且异辛烷中含有3个支链,则所有碳原子不可能共平面,故B错误;异辛烷和环戊烷的结构不相似,不互为同系物,故C错误;异辛烷完全燃烧生成CO2和H2O,化学方程式为C8H18+O28CO2+9H2O,则1 mol异辛烷完全燃烧消耗氧气的物质的量为12.5 mol,故D正确。
14.烷烃是一类具有广泛用途的有机化合物。从生活燃料到化工原料,从机械工业到生物技术,烷烃都扮演着重要的角色。
(1)通过管道运输,天然气可以为家庭提供热量。输送到家的天然气几乎是纯甲烷,下列关于甲烷与氯气反应的说法错误的是________(填字母)。
A.反应类型为取代反应
B.产物CH3Cl常温下为液体
C.产物CH2Cl2结构只有一种
D.产物CCl4可作灭火剂
【解析】(1)A.在光照条件下,甲烷和氯气的反应类型是取代反应,且生成多种氯代烃,故A正确;B.CH2Cl2、CHCl3、CCl4常温下都是液体,产物CH3Cl常温下为气体,故B错误;C.CH2Cl2只有一种结构,为四面体结构,故C正确;D.四氯化碳常作灭火剂是因为CCl4不燃烧也不支持燃烧,故D正确。
(2)液化石油气通常使用的是丙烷和丁烷。
①丙烷与丁烷的关系是互为________。等物质的量的丙烷和丁烷完全燃烧后产生水的质量比为________。
②相同条件下,下列烷烃的沸点最高的是_______ (填字母)。
A.丙烷 B.正丁烷 C.异丁烷 D.正戊烷
【解析】(2)①丙烷和丁烷结构相似,在分子组成上相差1个CH2原子团,所以二者互为同系物;等物质的量的丙烷和丁烷完全燃烧后产生水的质量比等于氢原子的物质的量之比,即8∶10=4∶5;②相同条件下,烷烃的沸点随着碳原子个数的增多而升高,烷烃的同分异构体中,支链越多,其沸点越低,所以这几种烷烃的沸点由高到低顺序是D>B>C>A,故应选D。
(3)石蜡是分子中含有20~40个碳原子的烷烃,雪蜡是雪上项目装备的辅助材料,通常含有石蜡。下列关于石蜡的说法正确的是________(填字母)。
A.常温下为气体 B.易溶于水
C.属于纯净物 D.是石油分馏的产物
【解析】(3)A.石蜡是分子中含有20~40个碳原子的烷烃,常温下为固体,故A错误;B.烷烃难溶于水,所以石蜡难溶于水,故B错误;C.石蜡是分子中含有20~40个碳原子的烷烃,所以石蜡为混合物,故C错误;D.石蜡是石油分馏的产物,故D正确。
(4)科学家致力于二氧化碳的“组合转化”技术的研究,把过多二氧化碳转化为有益于人类的物质。二氧化碳“组合转化”生成的某烷烃的碳架结构如图所示: ,回答下列问题。
用系统命名法命名此烷烃:__________;此烷烃的一溴代物有__________种。
【解析】(4)该烷烃主链上有5个碳原子,甲基分别位于2、3号碳原子上,名称为2,3-二甲基戊烷;此烷烃中含有6种氢原子,其一溴代物有6种。
答案:(1)B (2)①同系物 4∶5
②D (3)D (4)2,3-二甲基戊烷 6
【补偿训练】(2024·深圳高二检测)仅含碳和氢两种元素的有机化合物称为烃,通常我们把链状的饱和烃称为链状烷烃。回答下列问题:
(1)将等物质的量的甲烷和氯气混合后,在漫射光的照射下充分反应,所得产物中物质的量最多的是____________(写化学式,下同);在所有生成物中,和甲烷分子一样具有正四面体结构的物质是____________。
【解析】(1)甲烷在发生取代反应时,除了生成有机物之外,还有氯化氢生成,且反应掉的氯气的物质的量和生成的HCl的物质的量相同,所以HCl的物质的量最多;生成物中有CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl,其中CCl4为正四面体结构。
(2)丙烷燃烧的化学方程式为______________。
【解析】(2)丙烷燃烧生成二氧化碳和水,反应的化学方程式为C3H8+5O2 3CO2+4H2O。
(3)有机物的结构式中,四价的碳原子以一个、两个、三个或四个单键分别连接一、二、三、四个其他碳原子时,被分别称为伯、仲、叔、季碳原子,若其数目分别用a、b、c、d表示,则:
①对链状烷烃(除甲烷外)而言,下列说法正确的是________(填字母)。
A.a的大小与b的大小无关
B.c增加1,a就会增加3
C.d增加1,a就会增加2
D.b增加1,a就会增加2
②若某链状烷烃分子中,b=c=d=1,则满足此条件的该链状烷烃分子的结构可能有__________种,写出其中一种的名称: ________________。
【解析】(3)①A.根据题意,伯碳原子连有3个H,仲碳原子连有2个H,叔碳原子连有1个H,季碳原子不连H,对于链状烷烃(CnH2n+2)而言,以下等式成立:3a+2b+c=2×(a+b+c+d)+2,故a=c+2d+2,所以无论b是多少(即有多少个仲碳原子),a的数目都没有影响,A正确;B.根据a=c+2d+2可知,c增加1,a就会增加1,B错误;由a=c+2d+2可知,d增加1,a就会增加2,C正确;根据A的分析可知,b增加1,a不变,D错误。
②由b=c=d=1得,a=c+2d+2=5,即—CH3有5个,其余各有1个,符合此条件的链状烷烃的结构有3种:CH3CH2C(CH3)2CH(CH3)CH3,名称为
2,3,3-三甲基戊烷;CH3CH2CH(CH3)C(CH3)2CH3,名称为2,2,3-三甲基戊烷;
CH3CH(CH3)CH2C(CH3)2CH3,名称为2,2,4-三甲基戊烷。
答案:(1)HCl CCl4
(2)C3H8+5O23CO2+4H2O
(3)①AC ②3 2,2,3-三甲基戊烷(或2,2,4-三甲基戊烷、2,3,3-三甲基戊烷)
【拓展创新练】
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:
试回答下列问题:
(1)请写出C装置中生成CH2Cl2的化学方程式: ______。
【解析】(1)C装置中生成CH2Cl2的反应是甲烷和氯气光照发生取代反应,反应的化学方程式:CH4+2Cl2 CH2Cl2+2HCl;
(2)B装置有三种功能:①均匀混合气体;
②________________________;
③__________________。
【解析】(2)浓硫酸具有吸水性,因为甲烷和氯气中含有水分,所以浓硫酸可干燥混合气体,还可以控制气体流速,能均匀混合气体;
(3)D装置的名称为________,其作用是____________。
【解析】(3)D 装置的名称为球形干燥管,其作用是防止倒吸;
(4)E装置中除盐酸外,还含有机物,从E中分离出盐酸的最佳方法为________ (填字母)。
a.分液法 b.蒸馏法 c.结晶法
【解析】(4)氯代烃难溶于水,而HCl极易溶于水,可以采用分液法分离;
(5)足量CH4与Cl2发生取代反应,充分反应后CH4消耗1 mol,生成的CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4四种有机产物的物质的量依次增大0.1 mol,则参加反应的Cl2的物质的量为________。
【解析】(5)根据充分反应后生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4四种有机产物的物质的量依次增大0.1 mol,其物质的量分别是0.1 mol、0.2 mol、0.3 mol、0.4 mol,发生取代反应时,一半的Cl进入HCl,消耗氯气的物质的量为0.1 mol+2×
0.2 mol+3×0.3 mol+4×0.4 mol=3 mol;
(6)已知丁烷与氯气的取代反应的产物之一为C4H8Cl2,其有________种同分异构体。
【解析】(6)C4H8Cl2的同分异构体可以采取“定一移一”法,,,,由图可知C4H8Cl2的同分异构体有9种。
答案:(1)CH4+2Cl2CH2Cl2+2HCl
(2)②控制气体流速 ③干燥混合气体
(3)球形干燥管 防止倒吸 (4)a (5)3 mol (6)9五 烷烃
【基础全面练】
题组一:烷烃的结构和性质
1.下列说法正确的是( )
A.碳碳间以单键结合,碳原子的剩余价键全部与氢原子结合的烃一定是饱和链烃
B.在光照条件下,烷烃都能与氯气发生取代反应
C.正戊烷分子中所有原子均在一条直线上
D.碳、氢原子个数之比为1∶3的烃有2种
2.(2024·昆明高二检测)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-164 ℃
C.低于-89 ℃ D.高于36 ℃
3.在烷烃分子中,—CH3、—CH2—、、中的碳原子分别称为伯、仲、叔、季碳原子,数目分别用n1、n2、n3、n4表示。n1=5,n2=n3=n4=1的烷烃共有( )
A.2种 B.3种 C.4种 D.5种
4.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)
题组二:烷烃的命名
5.在系统命名法中,下列碳原子主链名称是丁烷的是( )
A.(CH3)2CHCH2CH2CH3
B.(CH3CH2)2CHCH3
C.(CH3)2CHCH(CH3)2
D.(CH3)3CCH2CH2CH3
6.某烷烃分子的键线式为 ,用系统命名法命名,其名称为( )
A.2,3-二甲基-3-乙基丁烷
B.2,3-二甲基-2-乙基丁烷
C.3,3,4-三甲基戊烷
D.2,3,3-三甲基戊烷
7.下列有机物命名正确的是( )
A.3-二甲基戊烷
B.2,4,5-三甲基己烷
C.2-甲基-3-乙基-戊烷
D.2,6-二甲基-3-乙基庚烷
【补偿训练】(2024·石家庄高二检测)下列物质命名为2,2-二甲基丙烷的是( )
A. B.
C. D.
8.关于的表述正确的是( )
A.一氯代物有3种
B.命名为2,3-2甲基丁烷
C.是丁烷的同系物
D.是2-甲基己烷的同分异构体
【综合应用练】
9.某烷烃的1个分子中含有9个碳原子,其一氯代物只有2种,该烷烃的名称
是( )
A.正壬烷 B.2,6-二甲基庚烷
C.2,2,4,4-四甲基戊烷 D.2,3,4-三甲基己烷
10.用如图所示装置进行甲烷和氯气反应的实验,将该装置放在日光灯下,一段时间后(不考虑水与氯气的反应),下列叙述正确的是( )
A.液柱和气柱可能都不会发生变化
B.气柱缩小,右端液柱下降
C.溶液很快变成蓝色
D.气柱膨胀,右端玻璃管中液体溢出
11.已知有一种烃的结构类似自行车,如图所示。下列关于它的叙述正确的
是( )
A.易溶于水
B.一定条件下可以与氧气反应
C.在光照下可以与Cl2发生加成反应
D.分子中的碳原子杂化方式有sp2和sp3
12.下列说法正确的是( )
A.己烷共有4种同分异构体,它们的熔点、沸点各不相同
B.用溴水即可鉴别乙烯和乙烷
C.有机化合物的名称是2,3,5,5-四甲基-4-乙基己烷
D.的名称为3-甲基丁烷
13.异辛烷在内燃机的汽缸里燃烧时抗震性较好,是优良的发动机燃料,异辛烷的球棍模型如图所示。下列说法正确的是( )
A.异辛烷分子式为C8H16
B.异辛烷中所有碳原子可能共平面
C.异辛烷和环戊烷互为同系物
D.1 mol异辛烷完全燃烧消耗氧气的物质的量为12.5 mol
14.烷烃是一类具有广泛用途的有机化合物。从生活燃料到化工原料,从机械工业到生物技术,烷烃都扮演着重要的角色。
(1)通过管道运输,天然气可以为家庭提供热量。输送到家的天然气几乎是纯甲烷,下列关于甲烷与氯气反应的说法错误的是________(填字母)。
A.反应类型为取代反应
B.产物CH3Cl常温下为液体
C.产物CH2Cl2结构只有一种
D.产物CCl4可作灭火剂
(2)液化石油气通常使用的是丙烷和丁烷。
①丙烷与丁烷的关系是互为________。等物质的量的丙烷和丁烷完全燃烧后产生水的质量比为________。
②相同条件下,下列烷烃的沸点最高的是_______ (填字母)。
A.丙烷 B.正丁烷 C.异丁烷 D.正戊烷
(3)石蜡是分子中含有20~40个碳原子的烷烃,雪蜡是雪上项目装备的辅助材料,通常含有石蜡。下列关于石蜡的说法正确的是________(填字母)。
A.常温下为气体 B.易溶于水
C.属于纯净物 D.是石油分馏的产物
(4)科学家致力于二氧化碳的“组合转化”技术的研究,把过多二氧化碳转化为有益于人类的物质。二氧化碳“组合转化”生成的某烷烃的碳架结构如图所示: ,回答下列问题。
用系统命名法命名此烷烃:__________;此烷烃的一溴代物有__________种。
【补偿训练】(2024·深圳高二检测)仅含碳和氢两种元素的有机化合物称为烃,通常我们把链状的饱和烃称为链状烷烃。回答下列问题:
(1)将等物质的量的甲烷和氯气混合后,在漫射光的照射下充分反应,所得产物中物质的量最多的是____________(写化学式,下同);在所有生成物中,和甲烷分子一样具有正四面体结构的物质是____________。
(2)丙烷燃烧的化学方程式为______________。
(3)有机物的结构式中,四价的碳原子以一个、两个、三个或四个单键分别连接一、二、三、四个其他碳原子时,被分别称为伯、仲、叔、季碳原子,若其数目分别用a、b、c、d表示,则:
①对链状烷烃(除甲烷外)而言,下列说法正确的是________(填字母)。
A.a的大小与b的大小无关
B.c增加1,a就会增加3
C.d增加1,a就会增加2
D.b增加1,a就会增加2
②若某链状烷烃分子中,b=c=d=1,则满足此条件的该链状烷烃分子的结构可能有__________种,写出其中一种的名称: ________________。
【拓展创新练】
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:
试回答下列问题:
(1)请写出C装置中生成CH2Cl2的化学方程式: ______。
(2)B装置有三种功能:①均匀混合气体;
②________________________;
③__________________。
(3)D装置的名称为________,其作用是____________。
(4)E装置中除盐酸外,还含有机物,从E中分离出盐酸的最佳方法为________ (填字母)。
a.分液法 b.蒸馏法 c.结晶法
(5)足量CH4与Cl2发生取代反应,充分反应后CH4消耗1 mol,生成的CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4四种有机产物的物质的量依次增大0.1 mol,则参加反应的Cl2的物质的量为________。
(6)已知丁烷与氯气的取代反应的产物之一为C4H8Cl2,其有________种同分异构体。
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