2020化学新素养同步人教必修二讲义素养练第3章第1节第2课时烷烃解析

第2课时烷烃学习目标核心素养建构1.了解烷烃的概念、通式及结构特点。2．了解烷烃的物理性质和化学性质。3．理解同系物、同分异构体的概念，并会判断及书写简单的烷烃的同分异构体。[知识梳理]一、烷烃1．分子结构特点【自主思考】1．多碳原子烷烃(如CH3—CH2—CH2—CH2—CH3)分子中，碳链是直线状吗？提示不是。烷烃分子中的碳原子以单键与其他原子相连，因此与之成键的4个原子构成四面体结构。碳原子一定不在同一直线上，因为直链烷烃中碳原子的排列呈锯齿状。2．物理性质(1)递变规律(随碳原子数n递增)(2)相似性烷烃均难溶于水，相对密度均小于1。3．化学性质(与CH4相似)(1)稳定性在通常情况下，烷烃比较稳定，跟强酸、强碱、酸性高锰酸钾溶液等都不反应。(2)燃烧反应烷烃燃烧通式：CnH2n＋2＋3n＋12O2――→点燃nCO2＋(n＋1)H2O。(3)取代反应烷烃能与氯气等卤素单质在光照条件下发生取代反应，如乙烷与氯气光照时生成一氯乙烷的化学方程式为C2H6＋Cl2――→光照C2H5Cl＋HCl。4．习惯命名法(1)表示碳原子数(n)及其表示n≤1012345678910甲乙丙丁戊己庚辛壬癸n＞10相应数字(2)举例：C6H14命名为己烷，C18H38命名为十八烷。(3)碳原子数n相同结构不同时，用正、异、新表示，如C4H10的两种分子的命名：无支链时，CH3CH2CH2CH3：正丁烷。有支链时，：异丁烷。【自主思考】2．正丁烷与异丁烷的沸点哪一个更高，有何规律？提示正丁烷的沸点高。碳原子数相同的烷烃，一般支链越多，沸点越低，所以沸点：正丁烷异丁烷。二、同系物同分异构体1．同系物(1)特点：结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质。(2)实例：CH4、CH3CH3、CH3CH2CH3等烷烃互为同系物。特别提醒(1)同系物具有相同的通式，但是通式相同的有机物不一定互为同系物，同系物的前提是同一类物质且分子组成上相差一个或若干个CH2原子团。(2)同系物的组成元素相同，同系物之间相对分子质量相差14n(n＝1,2,3……)。2．同分异构体(1)概念：具有相同的分子式，但具有不同的结构的物质。(2)实例：CH3CH2CH2CH3与互为同分异构体。(3)同分异构体的沸点：支链越多，沸点越低。(4)同分异构现象是有机化合物种类繁多的原因之一。[效果自测]1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)烷烃的分子通式是CnH2n＋2(n≥1)，但符合通式CnH2n＋2的不一定是烷烃()(2)烷烃的特征性质是能与卤素单质发生取代反应()(3)烷烃性质稳定，不能使酸性KMnO4溶液褪色()(4)同分异构体具有相同的组成元素()(5)组成元素相同的化合物互为同分异构体()(6)同分异构体具有相同的相对分子质量()(7)相对分子质量相同的化合物互为同分异构体()(8)互为同分异构体的化合物也可能互为同系物()答案(1)×(2)√(3)√(4)√(5)×(6)√(7)×(8)×2．下列性质中，属于烷烃特征的是()A．完全燃烧只生成二氧化碳和水B．它们不溶于水C．分子的通式为CnH2n＋2，与氯气发生取代反应D．它们密度都较小答案C3．下列各物质：①O2和O3②12C和14C③C2H6和C3H8(1)互为同位素的是__________。(2)互为同素异形体的是__________。(3)同属于烷烃的是__________。(4)互为同分异构体的是__________。(5)互为同系物的是__________。答案(1)②(2)①(3)③④(4)④(5)③探究一、同系物的组成与结构特点【合作交流】1．CH2===CHCH3和的组成相同，二者中哪一个与CH2CH2互为同系物？由此判断：分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的有机物一定是同系物吗？提示与CH2===CH2互为同系物的是CH2===CHCH3，因为CH2CH2和CH2CHCH3分子中都含有，结构相似，且分子组成上相差1个CH2原子团。分子中含碳碳单键而不含双键，化学键类型不同，结构不相似。由此可知分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的有机物结构不一定相似，故不一定是同系物。2．CH3CH2CH2CH3与是否属于同系物？为什么？提示不是。因为同系物在分子组成上必须相差1个或若干个CH2原子团，一定具有不同的分子式。而CH3CH2CH2CH3与分子式相同，属于同分异构体。3．同系物具有同一通式，具有同一通式的有机物一定是同系物吗？提示不一定，如CH2===CH2和通式相同，均为CnH2n，再如CH3CH2CH2CH3与通式也相同，但它们均不为同系物，所以具有同一通式的有机物不一定是同系物。【点拨提升】1．同系物判断的三个关键点：(1)“同”——互为同系物的物质必须属于同一类物质。(2)“似”——结构相似，是指化学键类型相似，分子中各原子的结合方式相似。(3)“差”——组成上相差n个CH2原子团(n≥1)。①同系物一定具有不同的碳原子数(或分子式)。②同系物一定具有不同的相对分子质量(相差14n)。2．判断同系物时应注意的两个问题：(1)互为同系物的分子中各元素的质量分数可能相同，也可能不同。(2)同系物和同分异构体的区别，同系物结构相似，组成不同，分子式不同；同分异构体分子式相同，结构可能相似也可能不相似。3．同系物判断的几个“一定”和“不一定”(1)同系物在分子组成上一定相差一个或若干个“CH2”原子团；但在分子组成上相差一个或若干个“CH2”原子团的有机物不一定是同系物。(2)同系物具有同一通式，但具有同一通式的有机物不一定是同系物。(3)同系物的化学性质一定相似，但化学性质相似的物质不一定是同系物。(4)同系物的相对分子质量一定不相同。【典题例证1】下列各组内的物质不属于同系物的是(双选)()解析虽然A中的3个选项有的是直链结构，有的是带支链的结构，但它们通式相同，都属于烷烃，在分子组成上分别相差一个CH2原子团，故为同系物；B选项中的3种物质均只含一个碳碳双键、在分子组成上分别相差一个CH2原子团，也属于同系物；C中和分子式相同，结构不同，是同分异构体；D中3种物质互为同分异构体、因此选C、D。答案CD【学以致用1】下列说法中错误的是()①化学性质相似的有机物一定是同系物②分子组成相差一个或几个CH2原子团的有机物一定是同系物③若烃中碳、氢元素的质量分数相同，它们必定是同系物④互为同系物的两种有机物的物理性质有差异，但化学性质必定相似A．①②③④B．只有②③C．只有③④D．只有①②③解析互为同系物的有机物结构相似，化学性质相似，物理性质随碳原子数的递增呈规律性变化，④正确；化学性质相似的有机物，结构不一定相似，故不一定是同系物，①错误；CH2===CH2和在分子组成上相差一个CH2原子团，碳、氢元素的质量分数均相同，但二者结构不相似，不是同系物，②③错误，故选D。答案D探究二、同分异构体的判断【合作交流】1．同分异构体的相对分子质量相同，那么，相对分子质量相同的物质一定是同分异构体吗？提示相对分子质量相同，但分子式不一定相同，如相对分子质量为28的分子有CO、N2、C2H4，它们不是同分异构体。2．同分异构体的分子中各元素的质量分数分别相等，分子中各元素的质量分数分别相等的物质一定是同分异构体吗？提示各元素的质量分数相同的物质，分子式不一定相同，如CH2===CH2、CH3CH===CHCH3和分子中碳元素和氢元素的质量分数均为85.7%和14.3%，但它们不是同分异构体。3．CH3—CH===CH2与互为同分异构体吗？同分异构体的化学性质一定相同吗？提示二者分子式相同，碳原子与碳原子间的连接方式不同，结构不同，是同分异构体；同分异构体可能是不同类的物质，如题干所述两种物质，它们的化学性质不同。4．丁烷有几种同分异构体？其一氯代物有几种？提示丁烷有两种同分异构体，它们分别是正丁烷和异丁烷。其一氯代物共有4种，它们分别是CH3CH2CH2CH2Cl、CH3CH2CHClCH3、(CH3)2CHCH2Cl、(CH3)2CClCH3。【点拨提升】1．同分异构体判断时的易错点碳碳单键可以旋转，因此烷烃(主链的碳原子数≥4)的碳链形状可以改变。在判断是否为同分异构体时，要特别注意与同一物质相区分。2．简单烷烃的同分异构体数目烷烃分子组成越复杂，同分异构体越多，如CH4、C2H6、C3H8无同分异构体，C4H10有2种同分异构体，C5H12有3种同分异构体。【典题例证2】下列说法中正确的是()A．C3H7Cl有3种同分异构体B．相对分子质量相同、结构不同的两种化合物互为同分异构体C．同分异构体之间的转化是化学变化答案C【学以致用2】下列烷烃在光照下与氯气反应，生成3种二氯代烃的是()解析B项，两个氯原子可取代同一个甲基上的H，也可取代两个甲基上的H，还可以一个取代甲基上的H、一个取代上的H。答案B探究三、烷烃的结构和性质【合作交流】1．根据甲烷的空间构型，试分析多个碳原子的烷烃中碳键为什么不是直线形而是锯齿状？提示烷烃分子中碳原子间只能以单键结合成链状，碳原子的其他价键都与氢原子结合，使每个碳原子的价键充分利用达到“饱和”。因碳原子形成的4个单键伸向四面体的4个顶点，故多个碳原子的烷烃中碳链不会呈直线形，而是呈锯齿状。2．根据甲烷的化学性质，推测丙烷的化学性质主要有哪些？提示在光照条件下能和氯气、溴蒸气发生取代反应，能和O2发生燃烧反应。3．根据烃的元素组成特点，试分析如何通过烃的燃烧实验，推导出烃的分子式？提示通过一定量的烃燃烧生成CO2和H2O的量计算出烃、CO2、H2O的定量关系，求出1mol烃分子中碳、氢原子的物质的量。【点拨提升】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跟氢原子结合，烷烃是饱和烃，相同碳原子数的有机物分子里，烷烃的含氢量最大。(3)链状：碳原子结合成的链可以是“直链”，也可以含有支链。2．常见的呈四面体结构的物质(1)正四面体结构的物质：甲烷、四氯化碳。(2)四面体结构的物质：一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷。3．烷烃的化学性质(1)在光照条件下与卤素单质发生取代反应。CnH2n＋2＋X2――→光CnH2n＋1X＋HX(2)燃烧反应。CnH2n＋2＋3n＋12O2――→点燃nCO2＋(n＋1)H2O【典题例证3】下列说法正确的是()A．碳碳间以单键结合，碳原子剩余价键全部与氢原子结合的烃一定是饱和链烃B．分子组成符合CnH2n＋2的烃一定是烷烃C．正戊烷分子中所有的碳原子均在同一条直线上D．碳、氢原子个数比为1∶3的烷烃有两种解析A项中环烷烃也符合要求，但它不是链烃，属于环烃；C项中由碳原子的成键方式和键角特征知，碳原子呈折线方式排列，因此正戊烷中的碳原子不在同一直线上；D项中n(C)∶n(H)＝1∶3时必为C2H6，一定是乙烷。答案B【学以致用3】正己烷是优良的有机溶剂，其球棍模型为，下列有关说法正确的是()A．正己烷的分子式为C6H12B．正己烷的一氯代物有3种C．正己烷能与溴发生取代反应而使溴水褪色D．主链上含有4个碳原子的正己烷的同分异构体只有1种解析正己烷分子式为C6H14，A项错误；正己烷的结构简式为CH3CH2CH2CH2CH2CH3，分子中存在三种位置不同的氢原子，故其一氯代物有3种，B项正确；烷烃不能与溴水发生反应，C项错误；主链上有4个碳原子时，正己烷的同分异构体有2种：、，D项错误。答案B1.下列有关烷烃的叙述中，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分子通式为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.①③⑤B.②③C.①②④D.①④解析烷烃分子中无论是碳碳键还是碳氢键，都是单键，①正确；烷烃属于饱和链烃，其化学性质一般比较稳定，通常情况下烷烃不与酸、碱、氧化剂(如酸性KMnO4溶液)反应，②错误；因分子通式CnH2n＋2中