复习题优秀获奖教案

微型专题二

烃和卤代烃

[学习目标定位]

1.熟知各类烃的结构与性质。2.理解烃的燃烧规律及应用。3.会确定混合烃的组成。4.会判断有机物分子中原子共线和共面。5.掌握卤代烃在有机合成中的应用。

一、各类烃的结构与性质

1．烷烃、烯烃、苯及其同系物的性质

例1

有4种无色液态物质：己烯、己烷、苯和甲苯，符合下列各题要求的分别是

(1)不能与溴水或酸性KMnO4溶液反应，但在FeBr3作用下能与液溴反应的是__________________________，生成的有机物名称是__________________________，

反应的化学方程式为_____________________________________________________。

此反应属于__________反应。

(2)与溴水或酸性KMnO4溶液都不反应的是______。

(3)能与溴水和酸性KMnO4溶液反应的是________。

(4)不与溴水反应但与酸性KMnO4溶液反应的是________________________。

答案

(1)苯

溴苯

取代

(2)苯、己烷

(3)己烯

(4)甲苯

解析

己烯、己烷、苯、甲苯四种物质中，既能和溴水反应，又能和酸性KMnO4溶液反应的只有己烯。均不反应的为己烷和苯。不能与溴水反应但能被酸性KMnO4溶液氧化的是甲苯。苯在FeBr3的催化作用下与液溴发生取代反应生成溴苯。

【考点】烃结构与性质的综合考查

【题点】烃结构与性质的综合考查

易误辨析

(1)苯及其同系物使溴水褪色是萃取过程，没有发生化学反应；苯及其同系物只能与纯卤素单质发生取代反应。

(2)苯的同系物在光照时取代的是侧链上的氢原子，铁粉作催化剂时取代的是苯环上的氢原子。

(3)苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，但苯的同系物一般能被氧化而使酸性高锰酸钾溶液褪色。

2．有机物分子中原子共线和共面的判断

例2

下列关于A．所有碳原子有可能都在同一平面上

B．最多只可能有9个碳原子在同一平面上

C．有7个碳原子可能在同一直线上

D．至少有6个碳原子在同一直线上

答案

A 的说法正确的是(

) 解析

由图可以看出，只有虚线c上的碳原子共直线，从而得出共直线的碳原子只可能为5个。共平面碳原子的判断，应以乙烯式结构为主，平面a和平面b共用两个原子，两个平面可能重合，另外直线c上的所有原子一定在平面b内，从而得出共平面的碳原子可能为所有碳原子。

【考点】芳香烃及芳香族化合物的综合考查

【题点】共线共面问题

规律方法

在判断分子中原子的共线、共面问题时，以某一基团为基准向外进行延伸，如本题中以苯环为基准：；苯环上的原子均在同一平面内，若某一原子取代苯环上的氢中所有原子在同一平面内；往左延伸：原子，此原子也在此平面内，如，此基团所有的原子在同一平面内；往右延伸：，碳碳双键确定的平面和苯环的平面有可能重合；平面a和平面b有可能重合，即可判断此有机物的分子结构。

3．各类烃结构与性质综合

例3

(2017·河北石家庄一中高二期中)某有机物的结构简式如图，关于该有机物的下列叙述不正确的是(

)

A．不能使酸性KMnO4溶液褪色

B．能使溴水褪色

C．在加热和催化剂作用下，最多能与4 mol H2反应

D．一定条件下，能发生取代反应

答案

A 解析

含碳碳双键，能使酸性KMnO4溶液褪色，故A错误；含碳碳双键，与溴水发生加成反应从而使溴水褪色，故B正确；苯环、碳碳双键均与氢气发生加成反应，则在加热和催化剂作用下，最多能和4 mol H2反应，故C正确；苯环上的H、甲基上的H和—Cl均可发生取代反应，故D正确。

【易错警示】

计算多官能团有机物消耗氢气的物质的量时，一定不要忽视苯环消耗的氢气。

相关链接

1．各类烃的结构特点及性质

类别

烷烃

烯烃

炔烃

苯和苯的同系物

CnH2n－6 (n≥6) 通式

CnH2n＋2(n≥1) CnH2n(n≥2) 含有CnH2n－2(n≥2) 碳碳键结构特点

仅含C—C键

键

取代反应

氧化反应

CH4

正四面体型

加成反应

氧化反应

CH2===CH2

平面形

含有—C≡C—键

含有苯环

主要化学反应

加成反应

氧化反应

CH≡CH 直线形

取代反应

加成反应

氧化反应

C6H6

平面形

代表物

代表物的空间构型

2.巧用“分割组合法”判断有机物分子中共线、共面的原子个数

(1)一点定面

若在分子结构中有一个碳原子形成四个单键，则该分子中所有原子不可能共面。

(2)巧分割，妙组合

若要分析有机物中碳原子的共线、共面问题，要进行单元分割，必要时要兼顾分子对称性。

如：下面分子中共面碳原子、共线碳原子最多各有几个？

由于苯环为平面正六边形结构，该有机物的碳架结构如下：

由上图可截取出3种分子的片断，由于单键可以旋转，再根据乙烯、乙炔、苯的分子构型，即确定共面碳原子最多有12个，共线碳原子有6个。

二、烃类燃烧的规律

1．烃完全燃烧前后气体体积变化规律

例4

a

mL三种气态烃的混合物与足量氧气混合点燃充分反应后，恢复到原来的状况(常温、常压下)，体积共缩小2a mL。则这三种烃可能是(

) A．CH4、C2H4、C3H4

C．CH4、C2H6、C3H8

答案

A 解析

如果分别写出各选项中烃对应的燃烧反应的化学方程式，我们会发现只要烃分子中的氢原子数为4，a

mL该烃完全燃烧后恢复至常温常压就一定缩小2a

mL体积，实际上就是常温下水为液态，缩小的体积就是反应后水蒸气占有的体积。

【考点】烃的燃烧规律

【题点】烃的燃烧规律及简单计算

规律方法

设烃的分子式为CxHy，其燃烧的反应方程式为

yy点燃x＋O2―CxHy＋―→xCO＋HO 2422恢复到常温常压下，即水为液态，

yΔV＝V前－V后＝1＋

4可知烃完全燃烧生成液态水时，燃烧前后气体体积的变化只与烃分子中的氢原子数有关，而与烃分子中碳原子数无关。

例5

400 K、101.3 kPa时，1.5 L某烃蒸气能在a L氧气中完全燃烧，体积增大至(a＋3) L(相同条件下)。请回答下列问题：

(1)该烃在组成上必须满足的基本条件是______________________________________。

(2)当a＝10 L时，该烃可能的分子式为____________________________________________。

(3)当该烃的分子式为C7H8时，a的取值范围为______________________________________。

答案

(1)该烃分子中氢原子数为8

(2)C4H8或C3H8

B．C2H6、C3H6、C4H6

D．C2H4、C3H4、C3H6

(3)a≥13.5 解析

(1)根据烃完全燃烧的通式和差量法可以求解，即：

yy点燃CxHy＋(x＋)O2――→xCO2＋H2O(g)

ΔV

42y1 L

(－1) L 41．5 L

[a＋3－(a＋1.5)] L 解得y＝8。

y(2)由于该烃在O2中完全燃烧，故O2足量，即1.5(x＋)≤10，且y＝8，解得x≤14/3，且x4为整数，结合该烃中的氢原子数为8，可知该烃可能为C4H8或C3H8。

(3)当烃的分子式为C7H8时，烃完全燃烧，

y即：a≥1.5(x＋)，且y＝8，求得a≥13.5。

4【考点】烃的燃烧规律

【题点】烃的燃烧规律及简单计算

2．烃完全燃烧时耗氧量规律

例6

完全燃烧质量相同的①甲烷

②丙烷

③乙烯

④乙炔

⑤苯

⑥间二甲苯时，耗氧量由多到少的顺序是________(用序号表示)；当燃烧等物质的量的②、③、⑤时，耗氧量由多到少的顺序是________。

答案

①＞②＞③＞⑥＞④＝⑤

⑤＞②＞③

解析

先将各烃转化成CHy/x的形式：①CH4；②CH8/3；③CH2；④CH；⑤CH；⑥CH5/4。因为等质量的烃燃烧时耗氧量取决于y/x的大小，y/x越大，耗氧量越多，所以耗氧量由多到少yy的顺序为①＞②＞③＞⑥＞④＝⑤；等物质的量的烃燃烧时耗氧量取决于(x＋)的值，(x＋)44的值越大，耗氧量越多，所以耗氧量由多到少的顺序为⑤＞②＞③。

【考点】烃的燃烧规律

【题点】烃的燃烧规律及简单计算

规律方法

比较烃完全燃烧耗氧量时，如果是比较的等质量的有机物的耗氧量时应先将这些有机物的分子式改写成CHy/x的形式，然后再进行比较；如果是比较的等物质的量的有机物的耗氧量时直接比较分子中碳、氢原子数目即可。

相关链接

1．烃完全燃烧前后气体体积变化规律

烃完全燃烧的通式：

yy点燃CxHy＋(x＋)O2――→xCO2＋H2O 42(1)燃烧后温度高于100 ℃，即水为气态

yΔV＝V后－V前＝－1 4①y＝4时，ΔV＝0，体积不变；

②y>4时，ΔV>0，体积增大；

③y<4时，ΔV<0，体积减小。

(2)燃烧后温度低于100 ℃时，即水为液态：

yΔV＝V前－V后＝1＋，总体积减小。

42．烃完全燃烧时耗氧量规律

y(1)等物质的量的烃(CxHy)完全燃烧时，其耗氧量的大小取决于(x＋)的值，其值越大，耗氧4量越多。

(2)等质量的烃完全燃烧，其耗氧量大小取决于该烃分子中氢的质量分数，其值越大，耗氧量越多。

(3)最简式相同的烃，不论它们以何种比例混合，只要总质量一定，完全燃烧时所消耗的氧气为定值。

(4)脂肪烃完全燃烧耗氧量比较

类别

烷烃

烯烃、环烷烃

炔烃、二烯烃

通式

CnH2n＋2

CnH2n

CnH2n－2

消耗氧气的量

(3n＋1)/2 3n/2 (3n－1)/2

三、卤代烃在有机合成中的作用

1．卤代烃的结构和性质

例7

某烃类化合物A的质谱图表明其相对分子质量为84，红外光谱表明分子中含有碳碳双键，核磁共振氢谱表明分子中只有一种类型的氢。

(1)A的结构简式为_____________________________________________________。

(2)A中的碳原子是否都处于同一平面？________(填“是”或“不是”)。

规律

消耗氧气的量成等差数列

(3)在下图中，D1、D2互为同分异构体，E1、E2互为同分异构体。

C的化学名称是______________________________________________________；

反应⑤的化学方程式为____________________________________________________；

E2的结构简式是________________________________________________________；

④、⑥的反应类型依次__________、__________。

答案

(1)(3)2,3-二甲基-1,3-丁二烯

(2)是

加成反应

取代反应(或水解反应) 解析

(1)用商余法先求该烃的化学式，n(CH2)＝84/14＝6，化学式为C6H12，分子中含有一个碳碳双键，又只有一种类型的氢，说明分子结构很对称，结构简式为

(2)由于存在碳碳双键，因此分子中所有碳原子共平面。

(3)A和Cl2发生加成反应，产物再经反应②得共轭二烯烃C()，D1是C和Br2发生1,2-加成反应的产物，而D1和D2互为同分异构体，可知D2是C和Br2发生1,4-加成的产物，生成物D1和D2分别再发生水解反应生成醇E1和E2。

【考点】有机物结构式的确定；卤代烃结构与性质的综合考查

【题点】根据核磁共振氢谱图判断有机物的结构简式；卤代烃性质的综合考查

规律方法

通常情况下卤代烃有两个性质：

(1)在氢氧化钠溶液中发生取代反应生成醇类化合物：如果此有机物含有一个卤素原子，则发生取代反应时只能在原有机物分子结构中引入一个—OH，若此有机物含有两个或多个卤素原子时，则在原有机物分子结构中会引入两个或多个—OH。

(2)在氢氧化钠的醇溶液中发生消去反应形成不饱和的烃类：若与和卤原子相连的碳原子相邻的两个碳原子上均含有氢原子时，则此有机物在发生消去反应时可能会形成两种不同结构的烯烃，如发生消去反应可生成：或，此二者互为同分异构体；若相邻的两个碳原子上均含有卤素原子时，可发生消去反应形成碳碳三键，如发生消去反应可生成。

2．有机合成中卤代烃的作用

例8

用有机物甲可制备1,3-环己二烯()，其反应路线如图所示：

甲――→①Cl2/光照―――――――→乙―――――→丙――→△

②③NaOH溶液，乙醇Br2的CCl4溶液④

下列有关判断正确的是(

) A．甲的化学名称是苯

B．乙的结构简式为C．反应①为加成反应

D．有机物丙既能发生加成反应，又能发生取代反应

答案

B 解析

通过反应①的产物及反应条件(Cl2/光照)可以推断，该反应是烷烃的取代反应，所以甲为环己烷，A、C错误；结合已知反应可知，乙的结构简式为，B正确；中有不饱和键，在溴的四氯化碳溶液中可以发生加成反应，故丙的结构简式为丙不能发生加成反应，D错误。

【考点】卤代烃结构与性质的综合考查

【题点】卤代烃性质的综合考查

，规律方法

有机合成中，卤代烃发生消去反应形成碳碳双键，碳碳双键与卤素单质发生加

成反应可形成二卤代烃，二卤代烃再发生消去反应可形成碳碳三键，也可形成两个碳碳双键，这样就可在原来的有机物的分子结构中引入新的官能团或增加官能团的数目。

相关链接

1．卤代烃在有机合成中的作用

卤代烃既可以发生消去反应生成烯烃，又可以发生取代反应引入羟基，所以在有机合成中引入官能团时，常常使用卤代烃作为中间桥梁，经过消去、加成、取代等一系列反应，得到目标产物。

(1)引入羟基官能团制备醇或酚

由于一些卤代烃可以水解生成醇，故在有机合成题中常利用先生成卤代烃，再水解引入羟基的方法来增加羟基的数目。

(2)在分子指定位置引入官能团

在有机反应中，反应物相同而条件不同时，可得到不同的主产物。

(3)改变官能团在碳链上的位置。由于不对称的烯烃与HX加成时条件不同，会引起卤原子连接的碳原子不同，又有卤代烃在NaOH的水溶液中可发生取代反应生成醇；在NaOH的醇溶液中发生消去反应生成不饱和键，这样可通过：卤代烃a→消去→加成→卤代烃b→水解，会使卤素原子的位置发生改变或引起其他官能团(如—OH)的位置发生改变。

2．在烃分子中引入卤素原子的方法

卤素原子的引入是改变分子性能的第一步反应，在有机合成和有机推断中起着桥梁的作用。

在烃分子中引入—X有以下两种途径：

(1)烃与卤素单质的取代反应

CH3CH3＋Cl2――→CH3CH2Cl＋HCl 光照＋Br2――→催化剂＋HBr (2)不饱和烃与卤素单质、卤化氢等的加成反应

CH3—CH===CH2＋Br2―→CH3—CHBr—CH2Br CH3—CH===CH2＋HBr―→CH3—CHBr—CH3

CH≡CH＋HBr――→CH2===CHBr

催化剂