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2.1 导学1　烷烃的结构和性质
知识点一　烷烃的结构
1. 烃
(1)烃是指仅含　碳　、　氢　两种元素的有机化合物。
(2)根据结构的不同，烃可分为　烷烃　、　烯烃　、　炔烃　和　芳香烃　等。
2. 烷烃的结构
(1)烷烃的结构
名称 结构简式 分子式 碳原子的 杂化方式 分子中共 价键的类型
甲烷 CH4 CH4 sp3 σ键
乙烷 CH3CH3 C2H6 sp3 σ键
丙烷 CH3CH2CH3 C3H8 sp3 σ键
正丁烷 CH3(CH2)2CH3 C4H10 sp3 σ键
正戊烷 CH3(CH2)3CH3 C5H12 sp3 σ键
(2)烷烃的结构特点
①杂化方式：烷烃的结构与甲烷的相似，其分子中的碳原子都采取　sp3　杂化，以伸向四面体4个顶点方向的　sp3　杂化轨道与其他　碳原子　或　氢原子　结合，形成　σ　键。
②空间结构：以　碳　原子为中心形成若干四面体空间结构，碳链呈　锯齿状　排列。
③键的类型：烷烃分子中的共价键全部是　单　键(C—C、C—H)。
(3)链状烷烃的分子通式：　 (n≥1)　。
3. 同系物
(1)概念：　结构　相似、分子组成上相差一个或若干个　CH2　原子团的化合物互称为同系物。
(2)性质：同系物因组成和结构相似，化学性质　相似　，而物理性质一般呈　规律性　变化。
［判断正误］
(1)烷烃的碳原子均采取sp3杂化，分子中所有原子一定不可能共平面。 (　√　)
(2)分子通式为CnH2n＋2的烃一定是烷烃，都含有极性键和非极性键。 (　 　)
(3)烷烃分子中所有碳原子处于同一直线上。 (　 　)
(4)同系物一定具有相同的通式分子，官能团的种类和数目均相同。 (　√　)
例1　下列说法中，正确的是(　D　)
A. 甲烷分子的空间结构是正四面体，所以CH2Cl2有两种不同的结构
B. C3H6、C5H10、C7H16都属于链状烷烃
C. 正丁烷属于直链烷烃，分子中所有的碳原子均可在同一条直线上
D. 烷烃的含碳量随着分子组成中碳原子数的增多逐渐升高
知识点二　烷烃的性质
1. 物理性质
(1)甲烷
纯净的甲烷是　无色　、　无臭　的气体，　难　溶于水，密度比空气的　小　。
(2)烷烃
物理性质 递变规律
状态 烷烃常温下的存在状态随碳原子数的增加由气态→液态→固态。 C1～C4　气　态，C5～C16　液　态 ［新戊烷C(CH3)4在常温常压下是气体］，C17以上为　固　态
熔、沸点 ①随碳原子数的增加同时相对分子质量也在增大，烷烃的熔、沸点　越高　； ②碳原子数相同(相对分子质量相同)，支链越多，熔、沸点越低
密度 随碳原子数的增多而逐渐增大，但都　小于　水的密度
溶解性 烷烃都　难　溶于水，　易　溶于有机溶剂
2. 化学性质
(1)甲烷
①稳定性：化学性质比较　稳定　，常温下　不能　被酸性高锰酸钾溶液氧化，也不与强酸、强碱及　溴的四氯化碳溶液　反应。
②主要化学性质表现为能在空气中燃烧(　可燃　性)和能在光照下与氯气发生　取代　反应。
(2)烷烃
①稳定性：常温下烷烃的化学性质比较稳定，与　强酸　、　强碱　、　强氧化剂　、　溴的四氯化碳溶液　等都不发生反应。
②可燃性：烷烃可在空气或氧气中完全燃烧生成CO2和H2O。
③取代反应：
烷烃可与卤素单质在光照条件下发生取代反应生成卤代烃和卤化氢。例如，乙烷与氯气反应生成一氯乙烷的化学方程式为　CH3CH3＋Cl2CH3CH2Cl＋HCl　。
④热裂解：甲烷在高温下可分解成碳和氢气；长链烷烃在高温下可分解成短链烷烃和烯烃。例如，CH4　C＋2H2　；C16H34C8H16＋　C8H18　。
［判断正误］
(1)在光照条件下，烷烃都能与氯气发生取代反应，得到纯净的卤代烃。 (　 　)
(2)在光照下，乙烷通入氯水中，可使氯水褪色。 (　 　)
(3)1 mol 丙烷与氯气发生取代反应，最多能消耗Cl2的物质的量为4 mol。(　 　)
(4)戊烷的三种同分异构体中，沸点最高的是正戊烷。 (　√　)
例2　在1.013×105 Pa的压强下，测得某些烷烃的沸点如表所示。据表分析，下列选项中正确的是(　D　)
物质名称 沸点/℃
正丁烷［CH3(CH2)2CH3］ －0.5
正戊烷［CH3(CH2)3CH3］ 36.1
异戊烷［CH3CH2CH(CH3)2］ 27.9
新戊烷［C(CH3)4］ 9.5
正己烷［CH3(CH2)4CH3］ 69.0
A. 在标准状况下，新戊烷是气体
B. 在1.013×105 Pa、20 ℃时，C5H12都是液体
C. 烷烃随碳原子数的增加，沸点降低
D. C5H12随着支链数的增加，沸点降低
例3　已知链状烷烃A的密度是相同条件下H2密度的36倍。
(1)链状烷烃A的分子式为　C5H12　。
(2)写出A可能存在的结构简式：　CH3CH2CH2CH2CH3、CH3CH(CH3)CH2CH3、C(CH3)4　。
(3)若A的某种同分异构体B的一氯代物只有一种。
①B与Cl2发生反应生成一氯代物的化学方程式为　C(CH3)4Cl2C(CH3)3CH2Cl＋HCl　。
②B完全燃烧的化学方程式为　C(CH3)4＋8O25CO2＋6H2O　。
1. 下列物质互为同系物的是(　A　)
A. C2H6和C6H14
B. CH3CH2Cl和CH2ClCH2CH2Cl
C. OH和CH2OH
D. CH2CHCH2CH3和H2CH2CCH2CH2
2. (2024 春晖中学高二检测)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。下列说法中，正确的是(　D　)
A. 异辛烷的分子式为C7H16
B. 异辛烷中所有的碳原子共平面
C. 异辛烷与环己烷()互为同系物
D. 异辛烷可以发生取代反应和氧化反应
3. 甲基环戊烷()常用作溶剂及色谱分析标准物质，也可用于有机合成。下列关于该有机化合物的说法，错误的是(　C　)
A. 分子式为C6H12
B. 光照下可以与Cl2发生取代反应
C. 易溶于水及苯
D. 不能使酸性KMnO4溶液褪色
4. (2024 宁海中学高二检测)取一支硬质大试管，通过排饱和NaCl溶液的方法先后收集半试管甲烷和半试管氯气(如图所示)，下列关于试管内发生的反应及现象的说法，正确的是(　C　)
A. 为加快化学反应速率，应在强烈日光直接照射下完成实验
B. 甲烷和Cl2反应后试管内壁出现了油状液滴，是因为该反应生成了氯化氢
C. CH4和Cl2的反应属于取代反应
D. 该反应结束后，液面上升，液体充满试管2.1 导学1　烷烃的结构和性质
知识点一　烷烃的结构
1. 烃
(1)烃是指仅含 、 两种元素的有机化合物。
(2)根据结构的不同，烃可分为 、 、 和 等。
2. 烷烃的结构
(1)烷烃的结构
名称 结构简式 分子式 碳原子的 杂化方式 分子中共 价键的类型
甲烷
乙烷
丙烷
正丁烷
正戊烷
(2)烷烃的结构特点
①杂化方式：烷烃的结构与甲烷的相似，其分子中的碳原子都采取 杂化，以伸向四面体4个顶点方向的 杂化轨道与其他 或 结合，形成 键。
②空间结构：以 原子为中心形成若干四面体空间结构，碳链呈 排列。
③键的类型：烷烃分子中的共价键全部是 键(C—C、C—H)。
(3)链状烷烃的分子通式： 。
3. 同系物
(1)概念： 相似、分子组成上相差一个或若干个 原子团的化合物互称为同系物。
(2)性质：同系物因组成和结构相似，化学性质 ，而物理性质一般呈 变化。
［判断正误］
(1)烷烃的碳原子均采取sp3杂化，分子中所有原子一定不可能共平面。 (　 　)
(2)分子通式为CnH2n＋2的烃一定是烷烃，都含有极性键和非极性键。 (　 　)
(3)烷烃分子中所有碳原子处于同一直线上。 (　 　)
(4)同系物一定具有相同的通式分子，官能团的种类和数目均相同。 (　 　)
例1　下列说法中，正确的是(　 　)
A. 甲烷分子的空间结构是正四面体，所以CH2Cl2有两种不同的结构
B. C3H6、C5H10、C7H16都属于链状烷烃
C. 正丁烷属于直链烷烃，分子中所有的碳原子均可在同一条直线上
D. 烷烃的含碳量随着分子组成中碳原子数的增多逐渐升高
知识点二　烷烃的性质
1. 物理性质
(1)甲烷
纯净的甲烷是 、 的气体， 溶于水，密度比空气的 。
(2)烷烃
物理性质 递变规律
状态 烷烃常温下的存在状态随碳原子数的增加由气态→液态→固态。 C1～C4 态，C5～C16 态 ［新戊烷C(CH3)4在常温常压下是气体］，C17以上为 态
熔、沸点 ①随碳原子数的增加同时相对分子质量也在增大，烷烃的熔、沸点 ； ②碳原子数相同(相对分子质量相同)，支链越多，熔、沸点越低
密度 随碳原子数的增多而逐渐增大，但都 水的密度
溶解性 烷烃都 溶于水， 溶于有机溶剂
2. 化学性质
(1)甲烷
①稳定性：化学性质比较 ，常温下 被酸性高锰酸钾溶液氧化，也不与强酸、强碱及 反应。
②主要化学性质表现为能在空气中燃烧( 性)和能在光照下与氯气发生 反应。
(2)烷烃
①稳定性：常温下烷烃的化学性质比较稳定，与 、 、 、 等都不发生反应。
②可燃性：烷烃可在空气或氧气中完全燃烧生成CO2和H2O。
③取代反应：
烷烃可与卤素单质在光照条件下发生取代反应生成卤代烃和卤化氢。例如，乙烷与氯气反应生成一氯乙烷的化学方程式为 。
④热裂解：甲烷在高温下可分解成碳和氢气；长链烷烃在高温下可分解成短链烷烃和烯烃。例如，CH4 ；C16H34C8H16＋ 。
［判断正误］
(1)在光照条件下，烷烃都能与氯气发生取代反应，得到纯净的卤代烃。 (　 　)
(2)在光照下，乙烷通入氯水中，可使氯水褪色。 (　 　)
(3)1 mol 丙烷与氯气发生取代反应，最多能消耗Cl2的物质的量为4 mol。(　 　)
(4)戊烷的三种同分异构体中，沸点最高的是正戊烷。 (　 　)
例2　在1.013×105 Pa的压强下，测得某些烷烃的沸点如表所示。据表分析，下列选项中正确的是(　 　)
物质名称 沸点/℃
正丁烷［CH3(CH2)2CH3］ －0.5
正戊烷［CH3(CH2)3CH3］ 36.1
异戊烷［CH3CH2CH(CH3)2］ 27.9
新戊烷［C(CH3)4］ 9.5
正己烷［CH3(CH2)4CH3］ 69.0
A. 在标准状况下，新戊烷是气体
B. 在1.013×105 Pa、20 ℃时，C5H12都是液体
C. 烷烃随碳原子数的增加，沸点降低
D. C5H12随着支链数的增加，沸点降低
例3　已知链状烷烃A的密度是相同条件下H2密度的36倍。
(1)链状烷烃A的分子式为 。
(2)写出A可能存在的结构简式： 。
(3)若A的某种同分异构体B的一氯代物只有一种。
①B与Cl2发生反应生成一氯代物的化学方程式为 。
②B完全燃烧的化学方程式为 。
1. 下列物质互为同系物的是(　 　)
A. C2H6和C6H14
B. CH3CH2Cl和CH2ClCH2CH2Cl
C. OH和CH2OH
D. CH2CHCH2CH3和H2CH2CCH2CH2
2. (2024 春晖中学高二检测)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。下列说法中，正确的是(　 　)
A. 异辛烷的分子式为C7H16
B. 异辛烷中所有的碳原子共平面
C. 异辛烷与环己烷()互为同系物
D. 异辛烷可以发生取代反应和氧化反应
3. 甲基环戊烷()常用作溶剂及色谱分析标准物质，也可用于有机合成。下列关于该有机化合物的说法，错误的是(　 　)
A. 分子式为C6H12
B. 光照下可以与Cl2发生取代反应
C. 易溶于水及苯
D. 不能使酸性KMnO4溶液褪色
4. (2024 宁海中学高二检测)取一支硬质大试管，通过排饱和NaCl溶液的方法先后收集半试管甲烷和半试管氯气(如图所示)，下列关于试管内发生的反应及现象的说法，正确的是(　 　)
A. 为加快化学反应速率，应在强烈日光直接照射下完成实验
B. 甲烷和Cl2反应后试管内壁出现了油状液滴，是因为该反应生成了氯化氢
C. CH4和Cl2的反应属于取代反应
D. 该反应结束后，液面上升，液体充满试管

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