高三 - 高三化学甲烷 - 烷烃学案人教版

甲烷 烷烃学案

考纲要求：

（1）了解有机物的概念、组成、种类。 （2）掌握甲烷的结构、性质、用途。

（3）掌握取代反应的概念、取代反应的判断。

（4）掌握烷烃的系统命名法；熟练掌握同分异构体的书写了解同系物的概念。 一、知识再现 1，有机物

（1）有机物的概念

含碳的化合物，简称有机物。组成有机物的元素，除 外，通常还有 等。

一氧化碳、二氧化碳、碳酸、碳酸盐、氰酸盐、硫氰酸盐等物质，虽然含有碳元素，但它们的组成和性质跟无机物很近，一般把它们作为无机物。 (2)有机物种类繁多的主要原因

①在有机化合物中，每个碳原子不仅能与其他原子形成 个共价键，而且碳原子与碳原子之间也能相互形成共价键，不仅可以形成 ，还可以形成 。

②多个碳原子可以相互结合形成长长的 ，也可形成 。因此一个有机物的分子可能只含一个碳原子，也可能含有几千甚至上万个碳原子。

③含有相同原子种类和数目的分子又可能具有不同的结构。(同分异构现象) (3)有机物的特点

①溶解性：大多数有机物难溶于水，易溶于有机溶剂(汽油、酒精、苯等)。 ②耐热性：多数有机物不耐热、熔点较低。 ③可燃性：绝大多数有机物易燃烧。

④晶体类型：绝大多数有机物分子聚集时形成分子晶体，易导电。

⑤化学反应：有机物所参加的化学反应较复杂，一般较缓慢，常伴有副反应发生。所以有机反应往往需要加热或使用催化剂。在有机反应的化学方程式中一般用“→”代替“===” 2．甲烷分子的组成和结构 (1)组成

①由C、H两种元素组成，分子式

②是烃类分子中组成最简单的烃，也是含碳质量分数最低的烃，或含氢质量分数最高的烃。说明：a.②的有关叙述，往往是某些有机推断题的解题突破口。b.验证甲烷组成的方法。 (2)结构

正四面体的立体结构，而不是平面正方形结构，键角 ，键长1．09Xlo-lO m，键能413kJ／mol。结构式： ，电子式： 。

总结：中学化学中常见的物质(或微粒)中，是正四面体结构的有：白磷、金刚石、晶体硅、碳化硅、CH4、CCl4、NH4+、SO42-、SiO2等。 3．甲烷的性质

(1)甲烷的物理性质及存在

在通常状况下，甲烷是无色、无味的气体，在标准状况下密度为0.717g／L，极难溶于水。天然气的主要成分是 ，煤矿的矿坑里常有甲烷逸出，从池沼底部逸出的气体中主要成分也是 。 (2)甲烷的化学性质

①甲烷的氧化反应(可燃性)：

甲烷气体在空气或氧气中点燃，完全燃烧时生成二氧化碳和水，同时放出大量的热，还伴有淡蓝色火焰。 a.关于淡蓝色火焰的小结：CH4、H2S、H2等气体在空气中燃烧，火焰呈淡蓝色；固态的硫在空气中燃烧，火焰呈淡蓝色；液态的酒精在空气中燃烧，火焰呈淡蓝色，CO气体在空气中燃烧，火焰呈蓝色。

说明：甲烷与空气或氧气的混合气体点燃时，发生爆炸，因此，在点燃甲烷气体时，必须先进行纯度检验，

只有纯度符合点燃要求的甲烷气体才能点燃。

b．检验甲烷纯度的方法： ②取代反应：有机物分子里的某些原子或原子团被其他原子或原子团所代替的反应。

例如：CH4与Cl2反应： 、 、 、 ③高温分解：

（3）CH4实验室制法： 4．烷烃

(1)概念： (2)结构特点

①链状(可带支链，分子中的碳原子并不是线状排列，而是锯齿状)。 ②相邻碳原子间均以共价单键相连，碳原子其余价键均被氢原子饱和(在含有相同碳原子的烃类中，以烷烃所含氢原子数最多，含碳量最低)。 (3)分子通式：CnH2n+2(n≥1)。 (4)性质

①物理性质：不溶于水，随相对分子质量的增加，熔沸点升高；同碳原子数时，支链越多，熔沸点越低。常温下呈气态的烷烃有甲烷、乙烷、丙烷、丁烷(包括异构)、新戊烷。 ②化学性质(与甲烷的相似)

a、稳定性：通常情况下，烷烃跟酸、碱、酸性KMnO4等氧化剂不反应。 b、光照条件下可与卤素(X2)发生取代反应。

c、可燃性，燃烧通式为： 在100℃以上时，H2O为气体，可根据燃烧通式，燃烧前后气体体积的差量或产生CO2和H2O的物质的量，求烷烃的分子式。

若氢原子数＝4，则燃烧后体积不变，如：CH4、C2H4等 若氢原子数＜4，则燃烧后体积减小，如：C2H2等 若氢原子数＞4，则燃烧后体积增大

?C9H18＋C9H20 d．高温裂解：如重油裂化的过程中：C18H38???(5)烃基

烃分子失去一个或几个氢原子后所剩余的部分叫做烃基。烃基一般用“R一”表示，如果这种烃是烷烃，那么烷烃失去一个氢原子后所剩余的原子团叫做烷基。—CH4叫甲基，—CH2CH3叫乙基等。 （6）烷烃的命名 ①烷烃的习惯命名法 ②烷烃的系统命名法：

烷烃系统命名法命名的步骤：步骤归纳： 、 、 、 、 （7）同分异构体的书写：（减碳移位法）

5、同系物、同位素、同分异构体、同素异形体的比较 研究对象 相似点 不同点 同系物 有机化合物之间 结构相似通式相同 相差n个CH2原子团 （n≥1） 12高温同位素 原子之间 质子数相同 中子数不同 同分异构体 化合物之间 分子式相同 结构不同 同素异形体 单质之间 同种元素 组成或结构不同 例1、有下列各组微粒或物质： CH3 A、O2和O3 B、6C和6C C、CH3CH2CH2CH3和CH3CH2CHCH3

13 H Cl CH3

D、Cl—C—Cl和Cl—C—H E、CH3CH2CH2CH3和CH3—CH—CH3

H H （1） 组两种微粒互为同位素； (2) 组两种物质互为同素异形体； (3) 组两种物质属于同系物； (4) 组两物质互为同分异构体； （5） 组两物质是同一物质。

例2．下列说法中错误的是 （ ）

①化学性质相似的有机物是同系物 ②分子组成相差一个或几个CH2原子团的有机物是同系物③若烃中碳、氢元素的质量分数相同，它们必定是同系物 ④互为同分异构体的两种有机物的物理性质有差别，但化学性质必定相似

A、①②③④ B、只有②③ C、只有③④ D、只有①②③

例3:有一种AB2C2型分子，在该分子中以A为中心原子，下列关于它的分子构型和 有关同分异构体的各种说法正确的是（ ） A、假如为平面四边形，则有两种同分异构体； B、假如为四面体，则有二种同分异构体； C、假如为平面四边形，则无同分异构体； D、假如为四面体，则无同分异构体。

例4、进行一氯取代后，只能生成三种沸点不同产物的烷烃是（ ） A、(CH3)2CHCH2CH2CH3 B、(CH3)3CCH2CH3 C、(CH3)2CHCH(CH3)2 D、(CH3)2CHCH3

例5、下列烷烃的命名是否正确？若有错误加以改正，把正确的名称填在横线上：

（1）CH3—CH—CH2—CH3 2—乙基丁烷 CH2 CH3

（2）CH3—CH—CH—CH3 3，4—二甲基戊烷 CH3 CH2 CH3

CH3—CH2—CH2 CH2—CH3

（3）CH3—CH2—C—CH—CH—CH3 5—甲基—4，6三乙基庚烷 CH2 CH3 CH3

例6、苯环上同分异构体的书写

①苯和甲苯都没有同分异构体，乙苯等其他苯的同系物，由于取代基在苯环上的相对位置不同因此存在同分异构体。

分子式为C8H10的同分异构体有：

分子式为C9H12的同分异构体有：

②苯的同系物被一个原子团取代，如： 

判断:二甲苯的取代：邻二甲苯的一氯代物： 间二甲苯的一氯代物： 对二甲苯的一氯代物：

例7、一定量的CH4燃烧后得到的产物是CO、CO2、H2O（g），此混合物的质量为49.6g，当其缓缓通过足量的无水CaCl2时气体质量减少25.2g，则混合气中CO的质量为（ ） A、24.4 B、13.2 C、12.5 D、11.2

例8、把1体积CH4和4体积C12组成混合气充人大试管中，将此试管倒立在盛Na2SiO3溶液的水中，放在光亮处。片刻后发现试管中气体颜色 ，试管中的液面 ，试管壁上有 出现，水槽中还观察到 。

例9、已知甲烷与氧气的混合气体，在有足量过氧化钠存在的密闭容器中，点燃充分反应，总的化学方程式为：2 CH4＋O2十6Na2O2＝2Na2CO3+8NaOH

(1)假设原混合气体中CH4、O2的物质的量分别为xmol、ymol，反应后气体的物质的量为n mol，试确定x与y在不同比值条件下的n值，将其结果填入下表。 x：y n (2)某烃（CxHy）与O2的混合气体在上述条件下反应，若该烃与O2的物质的量之比分别为３：３和２：４时，充分反应后剩余气体的物质的量相同，试推断该烃可能的分子式。 课堂练习

1．某烃的一种同分异构体只能生成一种一氯代物，该烃的分子式可以是（ ） Ａ、Ｃ3Ｈ8 Ｂ、Ｃ4Ｈ10 Ｃ、Ｃ5Ｈ12 Ｄ、Ｃ6Ｈ14

2．常温时20ml某气态烃与过量氧气混合，完全燃烧后混合物通过浓硫酸，再恢复到室温，气体体积比反应前减少了50ml,剩余气体再通过苛性钠溶液，体积又减少了40 ml。求该气态烃的分子式.

3．25℃某气态烃与O2混合充入密闭容器点燃爆炸后又恢复至25℃，此时容器内压强为原来的一半，再经NaOH溶液处理，容器内几乎成为真空。该烃分子式为 ( ) A、 C2H4 B、C2H2 C、C3H6 D、C3H8

4．某气体可能是一种烷烃、烯烃或炔烃的纯净物，可能是两种不同的烃以等物质的量组成的混合气体，为确定该气体的组成，做如下(1)、(2)、(3)的实验。

（1）取一定量气体在常压和120℃下，与过量氧气在密闭容器中混合充分燃烧，恢复到原状况其气体总体积未发生变化。

①该气体若为纯净物，则可能是

②该气体若为混合物，将其可能的组合填入表中(每空只填一种组合) 编号 烃的化学式 1 2 3 4 5 6 7 8 （2）若实验中投入待测气体0.05 mL并将反应生成的气体被过量氢氧化钡溶液完全吸收，将沉淀物过滤、洗涤、干燥、称量得其质量为19．7 g，试计算确定待测气体的化学式。

（3）将待测气体通过过量溴水充分反应后，体积有明显减少，导出的气体己不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，且与氧气以1：2的体积比混合恰好完全反应。试最后判断待测气体的组成并说明理由

(一)双基达标

1．甲烷分子中的四个氢原子都可以被取代。若甲烷分子中的四个氢原子都被苯基取代，则可得到如下分子，对该分子的描述，不正确的是 ( )

A、分子式为C25H20 B、所有碳原子都在同一平面上 Ｃ、此分子属非极性分子 D、此物质属芳香烃类物质

2．(多选题)10mL某种气态烃，在50mlO2里充分燃烧，得到液态水和体积为35mL的混合气体，(所有气体体积均在同温同压下测得)，则该烃可能是 ( )

A、乙烷 B、丙烷 C、丙烯 D、1，3—丁二烯

3．1 molCH4与C12发生取代反应，待反应完成后测得四种取代物物质的量相等，则消耗Cl2为 ( ) A．0.5 mol B．2 mol C．2.5 mol D．4 mol

4．(多选题)下列各组烃的混合物，只要总质量一定，无论它们按什么比例混合，完全燃烧后生成的CO2和H2O都是恒量的是 ( )

A．C2H2 C2H4 B． C2H4 C3H6 C．C3H8 C3H6 D．C6H6 C2H2

5．如果定义有机物的同系列是一系列结构式符合 A［W］nB (其中n=0、1、2、3??)的化合物。式中A、B是任意一种一价基团(或氢原子)，W为2价的有机基团又称为该同系列的系差。同系列化合物的性质往往呈现规律性变化。下列四种化合物中，不可称为同系列的是 ( ) A．CH3CH2CH2CH3 CH3CH2CH2CH2CH3 CH3CH2CH2CH2CH2CH3

B．CH3CH=CHCHO CH3CH＝CHCH＝CHCHO CH3(CH＝CH)3CHO C．CH3CH2CH3 CH3CHClCH2CH3 CH3CHClCH2CHClCH3

D．C1CH2CHClCCl3 C1CH2CHClCH2CHClCCl3 C1CH2CHClCH2CHClCH2CHClCCl3

6．(多选题)将0.1 mo1两种气态烃组成的混合气体完全燃烧后，得3.36 L(标准状况下)CO2和3.6 g H2O。下列说法正确的是 ( )

A、一定有乙烯 B、一定有甲烷 C、一定没有甲烷 D、一定没有乙烷

7．在温度为150℃条件下向密闭容器中充入1 mol丙烯和甲烷混合气体，再充人足量的氧气点燃，待反应完全后，再恢复到150℃，欲使丙烯和甲烷混合气体对氢气的相对密度≥15.8，且反应后气体增加的总物质的量≤0.4 mo1，丙烯和甲烷的物质的量之比应满足什么关系?

(二)能力提升

1．(1)立方烷是新合成的一种烃，其分子呈正立方体结构。如图所示：

①立方烷的分子式为 。

②其一氯代物共有 种。③其二氯代物共有 种。④其三氯代物共有 (2)降冰片烷立体结构如图，按键线式(以线示键，每个折点和线端点处表示一个子，并以氢补足四价)写出它的分子式 ，当它发生一氯取代时，取代位种。 。

(3)篮烷也是近几年发现的一种烃，其结构如图，分子式 ，其一氯代物有

2．(信息题)在烷烃分子中的基团：一CH3、一CH2一、

碳原子分别称为伯、仲、叔、季碳原子，数目分别用n1、n2、n3、n4表示。

种。 碳原置有 种。

如：

分子中n1＝6,n2＝1，n3＝2，n4＝1。试根据不同烷烃的组成和结构，分析出烷烃(除甲烷外)中各原子数的关系。

(1)烷烃分子中氢原子数为A，A与n1、n2、n3、n4的关系是：A＝ 或A＝ 。 (2)四种碳原子数之间的关系为n1＝

(3)若某分子中n2＝n3＝n4＝l，则该分子的结构简式可能是 3．有的油田开采的石油中溶有一种碳氢化合物——金刚烷，它的分子立体结构如图：

(1)由图可知其分子式为 。

(2)它是由 个六元环构成的立体笼状结构，其中有 个碳原子为三个环共有。

(3)金刚烷的分子中有 个“一CH2一”结构， 个结构，其一氯代物有 种结构。

答案：

例1、B、A、C、E、D 例2、A 例3、A、D 例4、B 例7、D

例8、变浅，上升，油状物、沉淀 例9、（1）＞2：1，x－2y；＝2：1，0；＜2：1，y－x/2 （2）C3H8、C3H6、C3H4 课堂练习：1、C 2、C2H6 3、A、D 4、（1）①CH4、C2H4、C3H4

②CH4，C2H4；CH4，C3H4；C2H4，C3H4；C2H2，C2H6；C2H2，C3H6，C2H2，C4H6 （2）C2H4；CH4，C3H4；C2H2，C2H6 （3）CH4，C3H4

双基达标：1、B 2、AC 3、C 4、BD 5、C 6 BD 7、[1.5 ，4 ] 能力提升：1、（1）①C8H8 ②1 ③3 ④3 （2）C7H12 3（3）C10H12 4

2（1）3n1＋2n2＋n3 2(n1＋n2＋n3＋n4) ＋2 (2)n3＋2n4＋2 3

3(1)C10H16 (2)4 ,4 (3)6, 4 2

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