第一单元 脂肪烃教学设计及课堂实录

第一单元

脂肪烃

第1课时

烷烃

学习目标

1.了解烷烃的物理性质的变化与分子中碳原子数目的1.比较烷烃的熔、沸点思维流程：

关系。

2.能以甲烷为例，理解烷烃的组成、结构和主要化学性质。

核心素养建构

3.通过回忆甲烷及烷烃的分2.烷烃的分子结构特点：碳原子以单键形成链状结、②氧化（点子结构，初步体会有机物分构；烷烃的主要性质：①取代（光照）、③分解（高温）。

子结构的特点对性质的影燃）响。

[知

识

梳

理] 一、烷烃的结构

1.脂肪烃的分类

烃是仅由

C、H两种元素组成的有机化合物，又叫碳氢化合物。

根据脂肪烃的结构，人们把含有双键或叁键等不饱和键的脂肪烃称为不饱和脂肪烃，简称不饱和烃，主要包括烯烃、炔烃等；把不含不饱和键的脂肪烃称为饱和脂肪烃，简称饱和烃，主要包括烷烃。

2.烷烃的结构与通式

碳原子之间以单键结合成链状，剩余的价键均与氢原子结合，使每个碳原子的化合价都充分利用，达到饱和。通式为CnH2n＋2。

【自主思考】

1.烷烃分子中所有的碳原子都在同一条直线上吗？

提示

烷烃分子中碳碳结合成链状，链状不是呈“直线状”，而是呈锯齿状，链上还可分出支链。如下图所示：

二、烷烃的性质

1.物理性质

（1）熔、沸点：随着分子中碳原子数目的增多熔、沸点逐渐升高。

（2）密度：随着分子中碳原子数目的增多，密度逐渐增大，但都小于水的密度。

（3）溶解性：烷烃难溶于水，易溶于有机溶剂。

2.化学性质

烷烃的化学性质稳定，常温下不与强酸、强碱、高锰酸钾溶液等发生反应。

（1）氧化反应——可燃性：

烷烃燃烧的通式为。

（2）取代反应：烷烃在光照条件下能与氯气、溴蒸气等发生取代反应。如甲烷与氯气反应生成一氯甲烷的化学方程式为。

（3）裂解反应：烷烃在隔绝空气加强热的条件下可以分解成碳原子数较少的烷烃和烯烃。

催化剂如：C4H10――――→C2H4＋C2H6，

催化剂C4H10――――→CH4＋

C3H6。

【自主思考】

2.分子式符合通式CnH2n＋2的两种有机物一定互为同系物吗？

提示

不一定。分子式符合通式CnH2n＋2的有机物，若碳原子数不同，都属于烷烃，结构相似，互为同系物；若碳原子数相同，碳架结构不同，则为同分异构体。

[效

果

自

测] 1.下列有关简单的烷烃的叙述中正确的是（

）

①都是易燃物

②特征反应是取代反应

③相邻烷烃分子在组成上相差一个甲基

A.①和③

B.②和③

C.只有①

D.①和②

解析

烷烃含有碳和氢两种元素，都能燃烧生成二氧化碳和水，①正确；烷烃都

易发生取代反应，②正确；相邻烷烃分子在组成上相差一个CH2原子团，③不正确。

答案

D 2.下列关于碳氢化合物的叙述正确的是

（

）

A.碳氢化合物的通式为CnH2n＋2

B.燃烧产物为二氧化碳和水的化合物一定是碳氢化合物

C.碳原子间以单键相连的烃是烷烃

D.碳氢化合物分子的相对分子质量一定是偶数

解析

CnH2n＋2是烷烃的通式，A项错误；燃烧产物为二氧化碳和水的化合物不一定是碳氢化合物，化学式为CxHyOz的有机物的燃烧产物也是二氧化碳和水，B项错误；碳原子间全部以单键相连的链烃才是烷烃，C项错误；因为碳原子的相对原子质量（12）为偶数，烃分子中的氢原子个数也一定为偶数，所以碳氢化合物分子的相对分子质量一定是偶数是正确的。

答案

D

探究、烷烃的性质

【合作交流】

1.碳原子数相同烷烃，熔、沸点一定相同吗？

提示

不一定相同，支链越多，熔、沸点越低。

2.烷烃发生取代反应需要什么条件吗？产物有什么特点？

提示

（1）烷烃与卤素单质在室温下的黑暗环境中不发生反应，而在强烈日光照射下却能发生反应。

（2）烷烃发生取代反应时，分子中的氢原子能逐个被取代，得到不同卤代物的混合物。

（3）取代反应是“链式”反应。如乙烷与Cl2反应，生成的一氯乙烷可以继续与氯气在光照条件下发生取代反应，生成二氯乙烷……直至生成六氯乙烷。各步反应同时发生，每步只取代一个氢原子，难以得到纯净的有机物。

【点拨提升】

烷烃的取代反应

1.取代反应是最重要的一类有机反应，判定一个反应是否属于取代反应，最直接

的方法就是依据概念判定：有机物分子中的某些原子或原子团被其他原子或原子团所代替的反应。

2.取代反应的特征是：分步取代，产物多，所生成的产物一般为混合物。

3.取代反应与置换反应的比较

实例

区别

取代反应

甲烷与氯气反应

有机物分子里的原子或原子团被其他原子或原子团所代替的反应

置换反应

锌与稀硫酸反应

一种单质跟一种化合物反应，生成另一种单质和另一种化合物的反应

反应物、生成物中一定有单质

水溶液中置换反应遵循以强制弱的原则

一定有电子的得失

定义

参与物质

反应物和生成物不一定有单质

反应条件

反应电

子得失

反应是

否可逆

反应受催化剂、温度、光的影响

不一定有电子的转移

有很多是可逆反应

反应一般单向进行

【典题例证】

在1.013×105 Pa下，测得的某些烷烃的沸点见下表。据表分析，下列选项正确的是（

）

物质名称

正丁烷CH3（CH2）2CH3

正戊烷CH3（CH2）3CH3

异戊烷CH3CH2CH（CH3）2

新戊烷C（CH3）4

正己烷CH3（CH2）4CH3

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

沸点（℃）

－0.5 36.1 27.8 9.5 69.0

解析

新戊烷的沸点是9.5 ℃，标准状况下是液体，20 ℃时是气体，则A、B均错误；烷烃随碳原子数的增加，沸点逐渐升高；C5H12的3种同分异构体中，随支链数增加，沸点逐渐降低。

答案

D 【学以致用】

下列关于烷烃性质的叙述中，不正确的是（

）

A.烷烃同系物随相对分子质量增大，熔点、沸点逐渐升高；常温下的状态由气态递变到液态，相对分子质量大的则为固态

B.烷烃同系物的密度随相对分子质量增大而逐渐增大

C.烷烃跟卤素单质在光照条件下能发生取代反应

D.烷烃同系物都能使溴水、酸性KMnO4溶液褪色

解析

烷烃是饱和烃，化学性质稳定，具有代表性的反应是取代反应，故C正确；发生取代反应的必须是卤素单质，溴水不能与烷烃反应，酸性KMnO4溶液也不能将烷烃氧化，所以D错。

答案

D

1.下列物质中，不属于烷烃的是（

）

A.CH4

C.C4H8

B.C3H8

D.C5H12

解析

烷烃的通式符合CnH2n＋2，所以根据有机物的化学式可知，符合烷烃通式的是CH4、C3H8、C5H12，C4H8不符合，答案选C。

答案

C 2.1 mol丙烷在光照情况下，最多消耗氯气（

）

A.4 mol

C.10 mol

B.8 mol D.2 mol 解析

烷烃发生取代反应时，取代一个氢原子，需要1个氯分子，故烷烃中有几个氢原子，1 mol烷烃最多就可与几摩尔氯气反应。

答案

B 3.下列烷烃中沸点最高的是（

）

A.CH4

C.CH3CH2CH3

B.CH3CH3

D.CH3（CH2）2CH3

解析

烷烃中所含碳原子数越多，其沸点越高，D正确。

答案

D 4.下列反应属于取代反应的是（

）

催化剂A.2CH3CH2OH＋O2――――→2CH3CHO＋2H2O △点燃B.CH4＋2O2――→CO2＋2H2O C.CH3CH===CH2＋Br2―→CH3CHBrCH2Br D.CHCl3＋HF―→CHFCl2＋HCl 解析

依据取代反应的概念：有机物分子里的原子或原子团被其他原子或原子团所代替的反应，D项正确。

答案

D 5.已知某有机物的相对分子质量为58。根据下列条件回答：

若该有机物的组成只有C、H两种元素，则此有机物的分子式为

；若它的核磁共振氢谱只有2个峰，则它的结构简式为

。

解析

相对分子质量为58的烃类，我们依次推断，烷烃、烯烃、炔烃和芳香烃，很容易计算出为C4H10，再由其核磁共振氢谱图有2个峰，表明该物质中的氢原子有两种，由此得出其结构简式。

答案

C4H10

或CH3—CH2—CH2—CH3 课时作业

基础巩固

1.CH4分子是以碳原子为中心的正四面体结构，而不是正方形的平面结构，理由是（

）

A.CH3Cl不存在同分异构体

B.CH2Cl2不存在同分异构体

C.CHCl3不存在同分异构体

D.CH4是气体分子

答案

B 2.下列反应中，属于取代反应的是（

）

CCl4①CH3CH===CH2＋Br2――

→CH3CHBrCH2Br 浓硫酸②CH3CH2OH――――→CH2===CH2↑＋H2O △③CH3COOH＋CH3CH2OHCH3COOCH2CH3＋H2O 浓硫酸④C6H6＋HNO3――――→C6H5NO2＋H2O △A.①②

C.①③

B.③④

D.②④

解析

①是加成反应，②是消去反应，③是酯化反应，④是硝化反应。酯化反应和硝化反应为取代反应，B正确。

答案

B 3.下列关于烷烃性质的叙述中正确的是（

）

A.都不能使酸性高锰酸钾溶液褪色

B.都是液体

C.都能溶于水

D.都是气体

解析

烷烃是饱和烃，不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，A项正确；常温下，碳原子数≤4的烷烃为气态，碳原子数>4 的烷烃为液态或固态，B、D两项不正确；烷烃都不溶于水，C项不正确。

答案

A 4.下列有关丙烷的叙述中不正确的是（

）

A.分子中碳原子不在一条直线上

B.光照下能够发生取代反应

C.比丁烷更易液化

D.难溶于水

解析

由于丙烷分子中碳原子数小于丁烷，故丁烷沸点高，更易液化。C项不正确。

答案

C

5.有机物的名称和一氯代物的种数是（

）

A.2，4，5－三甲基－4－乙基己烷，7种

B.2，4－二甲基－4－异丙基己烷，8种

C.2，4－二甲基－3－异丙基己烷，7种

D.2，3，5－三甲基－3－乙基己烷，8种

解析

有机物的命名应选取含支链最多的最长碳链为主链，同时应使支链编号之和为最小，据此该有机物应命名为2，3，5－三甲基－3－乙基己烷，其分子中有8种不同化学环境的氢原子，故其一氯代物的结构有8种。

答案

D 6.①丁烷

②2－甲基丙烷

③正戊烷

④2－甲基丁烷

⑤2，2－二甲基丙烷

五种物质的沸点排列顺序正确的是（

）

A.①>②>③>④>⑤

C.③>④>⑤>①>②

B.⑤>④>③>②>①

D.②>①>⑤>④>③

解析

丁烷和2－甲基丙烷碳原子数为4，正戊烷、2－甲基丁烷、2，2－二甲基丙烷碳原子数为5。2－甲基丙烷含支链，丁烷不含支链，故丁烷沸点高于2－甲基丙烷。2－甲基丁烷含一个支链，2，2－二甲基丙烷含两个支链，正戊烷不含支链，故沸点正戊烷>2－甲基丁烷>2，2－二甲基丙烷>丁烷>2－甲基丙烷。

答案

C 7.下列说法正确的是（

）

A.烷烃就是饱和烃

B.乙烷分子中的两个C原子共线，而C、H八个原子共面

C.C3H8分子中的三个碳原子可能共线，但所有的原子不可能共面

D.C20H42一定属于烷烃

解析

A错，饱和烃包括烷烃和环烷烃；B中两个C原子共线，但C、H八个原子不可能共面；C项烷烃中C原子是锯齿形的结构，C3H8中的三个碳原子不可能共线；D项中C、H原子的个数关系符合烷烃的通式CnH2n＋2。

答案

D

8.下列烷烃的沸点由低到高的顺序排列正确的是（

）

A.①②③④

C.③④①②

B.④③①②

D.②①③④

解析

烷烃的沸点随着碳原子数的增多而升高；当两种烷烃的C原子数相同时，支链越少的烷烃沸点越高。

答案

D 9.烷烃完全燃烧都可以生成CO2和H2O，现以甲烷、乙烷、丙烷三种物质燃烧为例，进行分析。

（1）取等物质的量的三种物质，在O2中完全燃烧，生成CO2最多的是

，生成H2O最多的是

，消耗O2最多的是

。由此可以得出结论：等物质的量的烷烃完全燃烧，生成CO2、H2O以及消耗O2的量随着

的增多而变大。

（2）取等质量的三种物质，在O2中完全燃烧，生成CO2最多的是

，生成H2O最多的是

，消耗O2最多的是

。由此可以得出结论：等质量的烷烃完全燃烧，生成CO2的量随着

的增大而变大，生成水的量随着

的增大而变大，消耗O2的量随着

的增大而变大。

答案

（1）丙烷

丙烷

丙烷

分子中碳原子数

（2）丙烷

甲烷

甲烷

分子中碳的质量分数

分子中氢的质量分数

分子中氢的质量分数

10.（1）某烷烃的相对分子质量为128，其化学式为___________________________。

请根据下面给出的有关信息分析该烷烃的分子结构：若该烷烃不能由任何一种烯烃与H2发生加成反应而得到，则该烷烃的结构简式为

。

（2）CH3C（CH3）（CH3）该烃一氯取代物有

种。

2CH2C3系统命名

，（3）支链只有一个乙基且相对分子质量最小的烷烃的结构简式_______________。

解析

（1）设该烷烃分子式为CnH2n＋2，则14n＋2＝128，n＝9，则其化学式为

C9H20；若该烷烃不能由任何一种烯烃与H2加成而得到，则其分子中相邻碳原子中至少有一个碳原子上没有氢原子，则其结构简式为。

（2）该烷烃结构简式为，其名称为2，2，4，4－四甲基戊烷，其分子中氢原子有2种，故其一氯取代物有2种。

（3）因为1，2号碳原子上不存在乙基，故符合要求的有机物乙基应连在3号碳原子上。故该烷烃的主链上最少有5个碳原子。

答案

（1）C9H20

（CH3）3CCH2C（CH3）3

（2）2，2，4，4－四甲基戊烷

2

（3）CH（CH2CH3）3

能力提升

11.有A、B、C三种烃，已知：

①B完全燃烧的产物n（CO2）∶n（H2O）＝2∶3；

②C为饱和链烃，通常状况下呈气态，其二氯代物有三种；

③A是B分子中的氢原子全部被甲基取代的产物；A遇Br2的CCl4溶液不褪色，其一氯代物只有一种。

请完成下列问题：

（1）B的最简式为

，分子式为

，其二溴代物有

种。

（2）C的三种二氯代物的结构简式为

、

、

。

（3）A的结构简式为

。

解析

由B的燃烧产物可推出B中n（C）∶n（H）＝1∶3，B的最简式为CH3，故B的分子式只能是C2H6，B为乙烷，二溴代物有两种。由②可推断C应为异丁烷，在饱和气态链烃中只有异丁烷的二氯代物有三种。甲基取代乙烷中的所有氢原子生成2，2，3，3－四甲基丁烷，分子式为C8H18。

答案

（1）CH3

C2H6

2

（2）

（3）

12. 环丙烷可作为全身麻醉剂，环己烷是重要的有机溶剂。下面是部分环烷烃及烷烃衍生物的结构简式、键线式和某些有机化合物的反应式（其中Pt、Ni是催化剂）。

回答下列问题：

（1）环烷烃与

互为同分异构体。

（2）从反应①～③可以看出，最容易发生开环加成反应的环烷烃是

（填名称），判断依据为

。

（3）环烷烃还可以与卤素单质、卤化氢发生类似的开环加成反应，如环丁烷与HBr在一定条件下反应，其化学方程式为

（不需注明反应条件）。

（4）写出鉴别环丙烷和丙烯的一种方法。试剂

；现象与结

论

。

解析

（1）由表中结构简式易推知环烷烃的通式为CnH2n，与碳原子数相同的单烯烃互为同分异构体；（2）比较①～③的反应条件（温度）知，①反应温度最低，故环丙烷最易发生开环加成反应；（3）根据加成反应的实质，不难写出所求反应的化学方程式；（4）由反应④知，环烷烃不与酸性KMnO4溶液反应，而C===C双键会被其氧化，故可用酸性KMnO4溶液将环丙烷与丙烯区别开来。

答案

（1）同碳原子数的单烯烃

（2）环丙烷

环丙烷与H2加成所需温度最低

（3）＋HBr―→CH3CH2CH2CH2Br （4）酸性KMnO4溶液

能使酸性KMnO4溶液褪色的是丙烯，不褪色的是环丙烷

13.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。某化学兴趣小组拟在实验室中模拟上述过程，其设计的模拟装置如下：

（1）B装置有三种功能：

①

；②

；③

。

（2）设V（Cl2）/V（CH4）＝x，若理论上欲获得最多的氯化氢，则x值的取值范围为

。

（3）D装置的石棉中均匀混有KI粉末，其作用是_________________________。

（4）E装置的作用是

和

（填编号）。

A.收集气体

C.防止倒吸

B.吸收氯气

D.吸收氯化氢

（5）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，置换出黑色小颗粒的化学方程式为

，可见有机反应有很多副反应。

（6）E装置除生成盐酸外，还含有机物，从E中分离出盐酸的最佳方法为

（填编号）。

A.萃取法

C.过滤法

B.蒸馏法

D.分液法

该装置还有缺陷，原因是没有进行尾气处理，其尾气的主要成分是

和

（填编号）。

A.CH4

B.CH3Cl

C.CH2Cl2

D.CHCl3

E.CCl4

解析

（1）根据题给信息及装置图可知B装置的作用为吸收CH4及Cl2中的水分，同时使Cl2与CH4混合均匀，并通过观察气泡控制气流速度及比例。（2）若理论上欲获取最多的HCl，应将CH4中的氢原子全部置换，故V（Cl2）/V（CH4）应大于等于4。（3）D中KI粉末可与未反应的Cl2反应，从而将其吸收。（4）E为吸收HCl的装置，因HCl极易溶于水，故用球形干燥管防止倒吸。（5）因通入C装置的气体为CH4和Cl2，根据元素守恒可知，硬质玻璃管内壁的黑色小颗光照粒只能为碳，反应为CH4＋2Cl2C＋4HCl。（6）CH4与Cl2发生取代反应除

生成HCl外，同时生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4的混合物，除CH3Cl为气体外，其余均为不溶于水的油状液体，可用分液法将其与盐酸溶液分离。

答案

（1）①控制气流速度

②均匀混合气体

③干燥混合气体

（2）x≥4

（3）吸收过量的氯气

（4）C

D 光照（5）CH4＋2Cl2――→C＋4HCl

（6）D

A

B