2019_2020学年高中化学第1章有机化合物的结构与性质烃第3节第2课时烷烃的化学性质烃的燃烧规律学案鲁科版

烷烃的化学性质 烃的燃烧规律

[核心素养发展目标] 1.宏观辨识与微观探析：微观探析烷烃的结构，进而体会烷烃的稳定性和取代反应等化学性质。2.证据推理与模型认知：能根据甲烷化学性质推知烷烃的化学性质，由烷烃通式写出其燃烧的化学方程式，并推知烃完全燃烧的规律，建立解答烃燃烧相关问题的思维模型。

一、烷烃的化学性质

1．稳定性

因为烷烃分子中碳氢键和碳碳单键的键能较高，所以常温下烷烃很不活泼，与强酸、强碱、强氧化剂和还原剂都不反应。

2．取代反应

在光照条件下，烷烃能与Cl2、Br2等卤素单质发生取代反应。

反应举例：CH3CH3＋Cl2――→hνCH3CH2Cl＋HCl(一氯取代)。

3．与氧气的反应

烷烃可在空气或氧气中燃烧生成CO2和H2O，燃烧的通式为CnH2n＋2＋3n＋12O2――→点燃nCO2＋(n＋1)H2O。

烷烃取代反应需注意的5个方面

(1)反应的条件——光照。

(2)反应物状态——卤素单质(F2、Cl2、Br2、I2)而不是其水溶液。

(3)反应的特点——氢原子被卤素原子逐步取代，多步反应同时进行。

(4)反应产物——混合物(多种卤代烃)，不适宜制备卤代烃。

(5)定量关系——n(X2)＝n(一卤代物)＋2n(二卤代物)＋3n(三卤代物)＋…＝n(HX)。

例1 光照条件下，将1mol甲烷和1mol氯气混合充分反应后，得到的产物为( )

A．CH3Cl、HCl

B．HCl、CCl4

C．CH3Cl、CH2Cl2

D．CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl

【考点】 烷烃的化学性质

【题点】 烷烃的取代反应

答案 D

解析 虽然甲烷和氯气按等物质的量混合，但实际上反应不会只停留在生成CH3Cl的第一步取代，而是四步取代反应几乎同时发生，所以生成物就是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl。

易错警示

(1)无论Cl2是少量还是足量，烷烃的取代反应的产物一定是多种氯代物的混合物。

(2)烷烃和Cl2发生取代反应，每1molH原子被取代，则生成1molHCl，消耗1molCl2，而不是消耗0.5molCl2，参加反应的Cl2的物质的量与生成的HCl的物质的量相等。

例2 液化气的主要成分是丙烷，下列有关丙烷的叙述不正确的是( )

A．丙烷是链状烷烃，但分子中碳原子不在同一直线上

B．在光照条件下能够与Cl2发生取代反应

C．丙烷比其同分异构体丁烷易液化

D．1mol丙烷完全燃烧消耗5molO2

【考点】烷烃的结构与性质

【题点】烷烃结构与性质的综合

答案 C

解析 丙烷是直链烷烃，其中碳原子为饱和碳原子，三个碳原子构成锯齿状的链状结构，故3个碳原子不在同一直线上，A正确；丙烷在光照条件下与Cl2发生取代反应，B正确；丙烷与丁烷互为同系物，C错误；1mol丙烷完全燃烧消耗5molO2，D正确。

二、烃的燃烧规律

1．烃类(CxHy)完全燃烧的化学方程式：

CxHy＋(x＋y4)O2――→点燃xCO2＋y2H2O。

2．烃完全燃烧耗氧量与生成CO2和H2O的规律

(1)等质量的烃(CxHy)完全燃烧时，yx的值越大，则H元素的质量分数越大，耗氧量越多，生成的水越多，生成的CO2越少。

(2)等物质的量的烃(CxHy)完全燃烧时，x＋y4的值越大，耗氧量越多。其中x值越大，生成的CO2越多；y值越大，生成的水越多。

(3)最简式(实验式)相同的有机物不论以何种比例混合，只要混合物的总质量一定，则完全燃烧时生成的CO2的量一定，生成的H2O的量一定，耗氧量也一定。

(4)不同的有机物完全燃烧时，若生成的CO2和H2O的物质的量之比相同，则它们分子中C原子与H原子的原子个数比也相同。

3．同温同压下，气态烃(CxHy)完全燃烧前后气体体积变化规律

(1)燃烧后温度高于100℃时，水为气态

反应前后气体体积变化 V前＝V后 V前＞V后 V前＜V后

x、y满足的条件 y＝4 y＜4 y＞4

(2)燃烧后温度低于100℃时，水为液态，反应后气体体积变化是1＋y4。

利用烃类燃烧通式处理相关问题时的注意事项

(1)水的状态是液态还是气态。

(2)气态烃完全燃烧前后，气体体积变化只与烃分子中氢原子个数有关。

(3)注意烃是否完全燃烧，也就是O2是否足量。

例3 (2018·重庆校级月考)120℃时，1体积某气态烃和4体积O2混合，完全燃烧后恢复到原来的温度和压强，气体的体积不变，该烃分子中所含的碳原子数不可能是( )

A．1B．2C．3D．4

【考点】 烃燃烧规律及应用

【题点】

气态烃完全燃烧前后体积变化规律及应用

答案 D

解析 设烃分子式为CxHy，根据气态烃燃烧方程式CxHy＋(x＋y4)O2――→点燃xCO2＋y2H2O(g)，前后体积不变则有x＋y2＝1＋x＋y4，解得y＝4，又因为该烃完全燃烧，所以有x＋y4≤4，解得x≤3。

易错提醒 若反应前后恢复到室温，水为液态，烃完全燃烧后，气体体积减少。

例4 下列各组化合物中，不论两者以什么比例混合，只要总质量一定，则完全燃烧时消耗O2的质量和生成水或CO2的质量不变的是( )

A．CH4 C2H6 B．C2H6 C3H6

C．C2H4 C3H6 D．C2H4 C3H4

【考点】 烃燃烧规律及应用

【题点】 混合烃完全燃烧规律及应用

答案 C

解析 质量一定时，生成的水或CO2的质量不变，则两种有机物中C、H的质量分数要相等。C项，由于两者的最简式相同，因此两种有机物中C和H的质量分数相同，故只要质量一定时，则完全燃烧时消耗O2的质量、生成水的质量和CO2的质量不变。

易错警示 若两种有机物，不论以什么比例混合，只要总物质的量一定，则完全燃烧消耗氧气的质量和生成水的量(或CO2的量)不变时，应满足每个分子中H原子数(或C原子数)相等。

1．下列有关烷烃性质的叙述正确的是( )

A．烷烃分子结构稳定，不发生任何化学反应

B．烷烃中碳元素表现负价，易被酸性KMnO4溶液氧化

C．在光照条件下，烷烃可与溴水中的溴发生取代反应

D．烷烃的卤代反应很难得到纯净的产物

答案 D

解析 烷烃性质的稳定性是相对的，一定条件下可发生取代、燃烧等反应；烷烃不能和酸性KMnO4溶液反应；烷烃发生的自由基取代反应并不能在水溶液中进行，故不能被溴水中的溴取代。

2．下列化学性质中，烷烃不具备的是( )

A．一定条件下发生分解反应

B．可以在空气中燃烧

C．与氯气发生取代反应

D．能使酸性高锰酸钾溶液退色

【考点】 烷烃的性质

【题点】 烷烃的性质综合

答案 D

解析 烷烃可以在一定条件下发生分解反应，也可以燃烧、发生取代反应，但烷烃不能使酸性高锰酸钾溶液退色。

3．下列烷烃在光照下与Cl2反应只生成一种一氯代物的是( )

A．CH3CH2CH2CH3

B．

C．

D．

【考点】 烷烃的化学性质

【题点】 一氯代烃同分异构体判断

答案 C

解析 A选项中有2种等效氢；B选项中有2种等效氢；C选项中有1种等效氢；D选项中有4种等效氢。

4．物质的量相同的下列烃，完全燃烧，耗氧量最多的是( )

A．C2H6B．C4H6C．C5H10D．C7H8

【考点】 烃燃烧的规律及应用

【题点】 烃完全燃烧耗氧量比较

答案 D

解析 依据1molCxHy耗氧量为x＋y4mol来确定；1molC2H6耗氧2mol＋64mol＝3.5mol；1molC4H6耗氧4mol＋64mol＝5.5mol；1molC5H10耗氧5mol＋104mol＝7.5mol；1molC7H8耗氧7mol＋84mol＝9mol。

5．标准状况下35mL气态烷烃完全燃烧，恢复到原来状况下，得到二氧化碳气体140mL，则该烃的分子式为( )

A．C5H12 B．C4H10

C．C2H6 D．C3H8

【考点】 烃燃烧的规律及应用

【题点】 由烃完全燃烧的规律推断烃的化学式

答案 B

解析 根据同温、同压下气体的体积比等于分子数比，烷烃分子数与二氧化碳气体分子数比为35 mL140 mL＝14，该烃1个分子中含有4个碳原子，即该烷烃为丁烷。

6．(2018·泰安高二检测)C5H12有3种不同结构，甲：CH3(CH2)3CH3，乙：CH3CH(CH3)CH2CH3，丙：C(CH3)4，下列相关叙述正确的是( )

A．甲、乙、丙属同系物，均可与氯气、溴蒸气发生取代反应

B．C5H12表示一种纯净物

C．甲、乙、丙中，丙的沸点最低

D．丙有3种不同沸点的二氯取代物

【考点】 烷烃的结构与性质

【题点】 烷烃结构与性质的综合

答案 C

7．1molCH4与Cl2发生取代反应，待反应完成后测得四种有机取代产物物质的量相等，则消耗的Cl2为________mol，被氯原子取代的氢原子有________mol。其中碳含量最小的取代产物的空间构型是________。四种取代产物中有一种不存在同分异构体，且能说明CH4是正四面体结构而不是平面结构，该产物是________。

【考点】 烷烃的结构与性质

【题点】 烷烃结构与性质的综合

答案 2.5 2.5 正四面体形 CH2Cl2

解析 因为CH4与Cl2发生取代反应生成的4种取代产物中的碳原子均来自于CH4，由碳原子守恒可知，共生成1mol取代产物，且每一种产物物质的量均为0.25mol。由于CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4分子中的氯原子均来自Cl2，由CH4和Cl2反应的化学方程式知共消耗Cl2：0.25mol＋0.25mol×2＋0.25mol×3＋0.25mol×4＝2.5mol。一个Cl2分子中的一个氯原子进入HCl，一个氯原子进入有机物，故n(H)取代＝n(Cl2)＝2.5mol。碳含量最小的取代产物是CCl4，它的空间构型与甲烷相同。不管CH4是正四面体结构还是平面结构，CH3Cl、CHCl3、CCl4都不存在同分异构现象，对于CH2Cl2，若CH4为正四面体结构，CH2Cl2不存在同分异构现象，若CH4为平面结构，则CH2Cl2有两种同分异构体。

题组一 烷烃的取代反应

1．在光照条件下，相等物质的量的CH3CH3与Cl2反应，生成物中物质的量最多的是( )

A．CH3CH2Cl B．CH2ClCHCl2

C．CCl3CCl3 D．HCl

【考点】 烷烃的化学性质

【题点】 烷烃的取代反应

答案 D

解析 由于乙烷分子中氢原子的性质完全相同，所以下列反应应同时进行，而非只发生一元取代反应。

CH3CH3＋Cl2――→hνCH3CH2Cl＋HCl

CH3CH2Cl＋Cl2――→hνCH2ClCH2Cl＋HCl

CH3CH2Cl＋Cl2――→hνCH3CHCl2＋HCl

……