鲁科版 (2019)选择性必修3第3节 烃第1课时习题

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第3节　烃
第1课时　烷烃及其性质
[核心素养发展目标]　1.知道烷烃的物理性质的变化与分子中碳原子数目的关系。2.认识烷烃的结构特征，能以典型代表物为例，理解烷烃的化学性质。
一、烷烃的结构
1．概念
烷烃是一种饱和链烃，属于脂肪烃。
2．结构特点
分子中碳原子之间以单键结合，碳原子剩余的价键被氢原子饱和的链烃。
3．通式
CnH2n＋2(n≥1)。

(1)在烷烃分子中，所有的碳碳键都是碳碳单键(　　)
(2)烷烃分子中所有化学键都是极性共价键(　　)
(3)烷烃分子中所有碳原子都是sp3杂化(　　)
(4)所有饱和烃都属于烷烃(　　)
(5)分子式符合CnH2n＋2(n≥1)的烃一定是烷烃(　　)
答案　(1)√　(2)×　(3)√　(4)×　(5)√

1．写出下列烃的化学式：
(1)十一烷：C11H24。
(2)十三烷：C13H28。
(3)二十九烷：C29H60。
2．某烷烃的蒸气密度是3.214 g·L－1(标准状况下)，它进行取代反应后得到的一氯代物只有四种。
(1)则该烷烃的结构简式为______________________________________________________，
(2)其一氯代物的四种同分异构体为_____________________________________________。
答案　(1)
(2)

解析　根据烷烃密度可求出其相对分子质量为3.214×22.4≈72，再根据烷烃通式CnH2n＋2求出n＝5。
二、烷烃的性质
1．物理性质
物理性质
变化规律
状态
烷烃常温下存在的状态由气态逐渐过渡到液态、固态。当碳原子数小于或等于4时，烷烃在常温下呈气态
溶解性
都不溶于水，易溶于有机溶剂
沸点
随碳原子数的增加，熔、沸点逐渐升高，同种烷烃的不同异构体中，支链越多，熔、沸点越低
密度
随碳原子数的增加，密度逐渐增大，但比水的小

2.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发生反应。
(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＋Cl2CH3CH2Cl＋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＋O2nCO2＋(n＋1)H2O。

(1)甲烷与乙烷具有相似的化学性质(　　)
(2)烷烃的卤代反应很难得到纯净的产物(　　)
(3)在光照条件下，烷烃易与溴水发生取代反应(　　)
(4)除甲烷外，很多烷烃能使酸性KMnO4溶液的紫色褪去(　　)
(5)含C18以上烷烃的重油经过催化裂化可以得到汽油(　　)
答案　(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√

1．下列关于丙烷结构、性质的推断中正确的是(　　)
A．丙烷能使溴水、酸性KMnO4溶液都褪色
B．丙烷可与氯水发生取代反应
C．丙烷的3个碳原子不在同一直线上
D．丙烷可与强酸或强碱反应
答案　C
解析　丙烷不能使溴水、酸性KMnO4溶液都褪色，A选项错误；丙烷可与氯气在光照条件下发生取代反应，但不能与氯水发生取代反应，B选项错误；丙烷的3个碳原子呈锯齿形排列，不在同一直线上，C选项正确；丙烷与强酸或强碱不反应，D选项错误。
2．光照条件下，将1 mol甲烷和1 mol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
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，而是逐步发生四步取代反应，所以生成物就是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl。

　烷烃卤代反应需注意的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)。
三、烃的燃烧规律
1．烃类(CxHy)完全燃烧的化学方程式：
CxHy＋(x＋)O2xCO2＋H2O。
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，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＋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＋。

1．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
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的质量分数分别相等。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。
2．25 ℃时，10 mL某气态烃和50 mL氧气混合，完全燃烧后恢复到原来的温度和压强，体积变为35 mL，则该烃可能为(　　)
A．CH4 B．C2H4 C．C3H6 D．C4H6
答案　C
解析　设该气态烃分子式为CxHy，
CxHy＋(x＋)O2xCO2＋H2O(l)　ΔV(减小)
1 x＋ x 1＋
10 mL V mL(耗氧) 10 mL＋50 mL
－35 mL＝25 mL
得10(1＋) mL＝25 mL，解得y＝6。烃完全燃烧，则V(耗氧)＝10(x＋) mL≤50 mL，x≤3.5，所以该气态烃可能是C2H6或C3H6。

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。

1．关于CH4和的叙述正确的是(　　)
A．均能用通式CnH2n＋2来表示
B．与所有烷烃互为同素异形体
C．通常情况下它们都是气态烷烃
D．因为它们结构相似，所以它们的化学性质相似，物理性质相同
答案　A
解析　的分子式是C5H12，与甲烷均属于烷烃，均能用通式CnH2n＋2表示，故A正确；同素异形体是指同种元素组成的不同单质，CH4和都是化合物，不属于同素异形体，故B错误；碳原子数为1～4的烷烃常温下是气体，为5个碳原子的烷烃，呈液态，故C错误；CH4和二者C原子成键处于饱和，结构相似，化学性质相似，分子式不同，物理性质不同，故D错误。
2．几种烷烃的沸点如下：
物质
甲烷
乙烷
丁烷
戊烷
沸点/℃
－162
－89
－1
36

根据以上数据推断丙烷的沸点可能是(　　)
A．约－40 ℃ B．低于－162 ℃
C．低于－89 ℃ D．高于36 ℃
答案　A
解析　烷烃同系物的沸点随分子中碳原子个数的增加而升高，因此丙烷的沸点介于乙烷和丁烷之间，故选A。
3．1 mol某烷烃完全燃烧消耗的O2为11 mol，则其主链上含有5个碳原子的同分异构体(不考虑立体异构)有(　　)
A．3种 B．6种 C．5种 D．7种
答案　C
解析　烷烃的燃烧通式为CnH2n＋2＋O2nCO2＋(n＋1)H2O,1 mol某烷烃完全燃烧消耗的O2为11 mol，＝11，解得n＝7，该烷烃的分子式为C7H16，主链是5个C原子时，取代基可以是2个甲基的同分异构体有4种，取代基是乙基的有1种，所以共有5种同分异构体。
4．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．
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。
5．写出下列各烷烃的分子式。
(1)烷烃A在同温同压下蒸气的密度是氢气的36倍________。
(2)烷烃B的分子中含有200个氢原子________。
(3)1 L烷烃D的蒸气完全燃烧时，生成同温同压下15 L水蒸气________。
(4)0.01 mol烷烃E完全燃烧时，消耗标准状况下的氧气2.464 L________。
答案(1)C5H12　(2)C99H200　(3)C14H30　(4)C7H16
解析　(1)烷烃A的相对分子质量为36×2＝72，烷烃的分子通式为CnH2n＋2，则14n＋2＝72，解得n＝5，故A的分子为C5H12。(2)烷烃的分子通式为CnH2n＋2，烷烃B的分子中含有200个氢原子，则2n＋2＝200，解得n＝99，故B的分子式为C99H200。(3)1 L烷烃D的蒸气完全燃烧时，生成同温同压下15 L的水蒸气，根据H原子守恒，分子中H原子数目为＝30，则烷烃的分子通式为CnH2n＋2，则2n＋2＝30，解得n＝14，故D的分子式为C14H30。(4)烷烃的燃烧通式为CnH2n＋2＋O2nCO2＋(n＋1)H2O,0.01 mol烷烃E完全燃烧时，消耗标准状况下的氧气2.464 L，则0.01 mol××22.4 L·mol－1＝2.464 L，解得n＝7，故E的分子式为C7H16。

一、选择题：每小题只有一个选项符合题意。
1．已知下列两个结构简式：CH3—CH3和—CH3，两式中均有短线“—”，这两条短线所表示的意义是(　　)
A．都表示一个共用电子对
B．都表示一个共价单键
C．前者表示一个共用电子对，后者表示一个未成对电子
D．前者表示分子内只有一个共价单键，后者表示该基团内无共价单键
答案　C
解析　CH3—CH3分子中的短线表示碳碳单键，即表示一个共用电子对，而—CH3中的短线仅表示一个电子，所以A、B均错误，C正确；CH3—CH3和—CH3均含有C—H单键，所以D错误。
2．下列有机物中，是烷烃同系物的是(　　)
A．C5H10 B．C3H8 C．C2H2 D．C6H6
答案　B
解析　B项符合通式CnH2n＋2，是烷烃的同系物。
3．下列化学用语描述不正确的是(　　)
A．丙烷的球棍模型为
B．甲烷的空间填充模型为
C．丁烷的结构简式为CH3CH2CH2CH3
D．烷烃的通式为CnH2n＋2
答案　C
解析　丙烷含有3个碳，碳与碳通过共价键形成碳链，每个碳均为四价，剩余碳与氢原子相连，达到饱和，用球棍模型表示为，故A正确；碳原子比氢原子大，甲烷的模型为，故B正确；丁烷有正丁烷和异丁烷两种结构，故C错误；根据烷烃的结构，烷烃的通式为CnH2n＋2(n≥1)，故D正确。
4．有下列4种烷烃，它们的沸点由高到低的顺序是(　　)
①3,3-二甲基戊烷　②正庚烷　③2-甲基己烷　④正丁烷
A．②＞③＞①＞④ B．③＞①＞②＞④
C．②＞③＞④＞① D．②＞①＞③＞④
答案　A
解析　一般来说烷烃分子中碳原子数越多，沸点越高；对于含碳原子数相同的烷烃而言，支链越多，沸点越低，①3,3-二甲基戊烷、②正庚烷、③2-甲基己烷中碳原子数目相同，支链越多，沸点越低，所以沸点由高到低的顺序：②＞③＞①，④正丁烷中碳原子数目少，所以沸点①＞④，所以沸点由高到低的顺序②＞③＞①＞④，答案选A。
5．在1.01×105 Pa下，测得某些烷烃的沸点如表所示。据表分析，下列说法正确的是(　　)
物质名称及结构简式
沸点/℃
正丁烷CH3(CH2)2CH3
－0.5
正戊烷CH3(CH2)3CH3
36.1
异戊烷CH3CH2CH(CH3)2
27.8
新戊烷C(CH3)4
9.5
正己烷CH3(CH2)4CH3
69.0

A.在标准状况下新戊烷是气体
B．在1.01×105 Pa、20 ℃时，C5H12都是液体
C．随着碳原子数的增多，烷烃的沸点降低
D．随着C5H12支链的增多，沸点降低
答案　D
解析　由表中数据可知新戊烷的沸点为9.5 ℃，所以在标准状况下其为液体，在1.01×105 Pa、20 ℃时，新戊烷为气体，所以A、B项错误；随着碳原子数的增多，烷烃的沸点应升高，C项错误；由C5H12的沸点可知，随着烷烃支链的增多，C5H12的沸点降低，D项正确。
6．已知链状烷烃A和B，A比B多一个碳原子，则下列说法正确的是(　　)
A．A的沸点比B高
B．A的相对密度比B小
C．一般情况下，同碳原子数的烷烃的沸点和密度低于烯烃
D．已知A在常温下为液态，则B也一定为液态
答案　A
7．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．烷烃同系物都能使溴水、KMnO4溶液褪色
C．烷烃跟卤素单质在光照条件下能发生取代反应
D．烷烃同系物的密度随相对分子质量增大逐渐增大
答案　B
解析　烷烃同系物属于分子晶体，分子间作用力由相对分子质量决定，故A正确；烷烃同系物化学性质稳定，烷烃的结构决定了化学性质，碳原子是饱和状态，不能使溴水、KMnO4溶液褪色，故B错误；烷烃与甲烷性质相似，烷烃跟卤素单质在光照条件下能发生取代反应，故C正确；烷烃结构相似，相对分子质量越大，分子间作用力越大，密度越大，烷烃同系物的密度随相对分子质量增大逐渐增大，故D正确。
8．在光照条件下，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
答案　D
解析　由于乙烷分子中氢原子的性质完全相同，所以下列反应应逐步进行，而非只发生一元取代反应。
CH3CH3＋Cl2CH3CH2Cl＋HCl
CH3CH2Cl＋Cl2CH2ClCH2Cl＋HCl
CH3CH2Cl＋Cl2CH3CHCl2＋HCl
……
CHCl2CCl3＋Cl2CCl3CCl3＋HCl
由此可见，生成的产物中HCl的物质的量最多。
9．等质量的下列烷烃，完全燃烧消耗氧气最多的是(　　)
A．CH4 B．C2H6 C．C3H8 D．C6H14
答案　A
解析　判断等质量的不同烃燃烧时的耗氧量，可先简化其分子式为CHx，x越大，氢的质量分数就越大，耗氧量就越多。本题中A为CH4；B为CH3；C为CH2.7；D为CH2.3，故答案为A。
10．1 mol某烷烃(化学通式为CnH2n＋2)完全燃烧，需要6.5 mol氧气，这种烷烃的化学式为(　　)
A．C3H8 B．C4H10 C．C5H12 D．C6H14
答案　B
解析　1 mol烷烃完全燃烧耗氧量为n＋＝6.5，
则n＝4，故选B。
二、选择题：每小题有一个或两个选项符合题意。
11．下列有关甲烷的取代反应的叙述正确的是(　　)
A．甲烷与氯气的物质的量之比为1∶1，混合发生取代反应只生成CH3Cl
B．甲烷与氯气发生取代反应，生成的产物中CH3Cl最多
C．甲烷与氯气发生取代反应，生成的产物为混合物
D．1 mol CH4完全生成CCl4，最多消耗2 mol Cl2
答案　C
12．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，且分子中碳原子都在同一直线上
B．在光照条件下能与Cl2发生取代反应
C．丙烷比其同分异构体丁烷易液化
D．1 mol丙烷完全燃烧消耗5 mol O2
答案　AC
解析　丙烷是链状烷烃，其中碳原子为饱和碳原子，3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错误；丙烷在光照条件下能与Cl2发生取代反应，B正确；丙烷与丁烷互为同系物，且丁烷比丙烷易液化，C错误；1 mol丙烷完全燃烧消耗5 mol O2，D正确。
13．25 ℃某气态烃与O2混合，在密闭容器中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。该烃的分子式可能为(　　)
A．C2H4 B．C2H6
C．C3H6 D．C4H8
答案　A
解析　设该烃的分子式为CxHy，则
CxHy＋O2xCO2＋H2O
由题意可知，烃和O2的物质的量之和应为CO2物质的量的2倍，即1＋＝2x，解得x＝1＋。
讨论：当y＝4时，x＝2；当y＝6时，x＝2.5，不符合题意；当y＝8时，x＝3，故正确答案为A。
14．下列烃在光照下与氯气反应，只生成一种一氯代物的有(　　)
A．2-甲基丙烷 B．环戊烷
C．2,2-二甲基丁烷 D．3-甲基戊烷
答案　B
解析　A项，中含有2种类型的氢原子，其一氯代物有2种；B项，中只有1种类型的氢原子，其一氯代物只有1种；C项，中含有3种类型的氢原子，其一氯代物有3种；D项，中含有4种类型的氢原子，其一氯代物有4种。
15．对丙烷进行氯代，反应一段时间后得到如下结果[已知：正丙基结构简式CH3CH2CH2—、异丙基结构简式(CH3)2CH—]
＋Cl2
已知反应机理中链转移决速步为RH＋Cl－―→R＋＋HCl其反应势能变化如图所示，下列说法正确的是(　　)

A．物质组合A为异丙基＋HCl
B．生成正丙基过程的活化能大于生成异丙基
C．正丙基的稳定性强于异丙基
D．氯原子取代的位置只取决于决速步的能量变化
答案　AB
解析　根据分析，物质组合A为异丙基和HCl，A正确；根据分析，生成正丙基过程的活化能大于生成异丙基，B正确；由图像可知，正丙基能量较高，能量高的物质稳定性差，C错误；由方程式可知，氯原子取代的位置与反应条件也有关系，D错误。
三、非选择题
16．已知烷烃A的密度是相同条件下H2密度的36倍。
(1)该烷烃A的分子式为___________________________________________________。
(2)写出A可能存在的结构简式：________________________________________。
(3)若A的某种同分异构体B的一氯代物只有一种。
①B与Cl2发生反应生成一氯代物的化学方程式为___________________________________。
②B燃烧的化学方程式为_______________________________________________。
答案　(1)C5H12
(2)CH3CH2CH2CH2CH3、CH3CH(CH3)CH2CH3、C(CH3)4
(3)①C(CH3)4＋Cl2C(CH3)3CH2Cl＋HCl
②C5H12＋8O25CO2＋6H2O
解析　根据A的密度是相同条件下H2密度的36倍，推知其相对分子质量为72，设其分子式为CnH2n＋2，求得n＝5，则分子式为C5H12。
17．烃A的结构简式为
(1)用系统命名法命名烃A：_____________________________________________；
烃A的一氯代物具有不同沸点的产物有________种。
(2)已知烃A中伯、仲、叔、季碳原子各有6个、4个、2个和 1个。试判断在烷烃C7H16中，具有3个伯碳原子的同分异构体有________种。
(3)烷烃B中含有4个伯碳原子、1个仲碳原子和2个叔碳原子，则烷烃B的分子式为____________，写出烷烃B可能具有的结构简式和它们的系统名称_____________________
________________________________________________________________________。
(4)1 mol 烷烃B完全燃烧需消耗氧气________ mol。
答案　(1)2,2,6-三甲基-4-乙基辛烷　10　(2)3
(3)C7H16
(2,3-二甲基戊烷)和 (2,4-二甲基戊烷)　(4)11
解析　(1),根据编号可知此物质的名称为2,2,6-三甲基-4-乙基辛烷，其中中氢原子种类有10种，所以烃A的一氯代物有10种。
(2)伯碳指—CH3中的碳原子，仲碳指—CH2—中的碳原子，叔碳指中的碳原子，季碳指中的碳原子。若C7H16中有3个伯碳原子即3个—CH3，则只有一个支链，其可能的结构简式有：
共3种同分异构体。
(3)烷烃B中共有7个碳原子，所以分子式为C7H16，烷烃B可能的结构简式： (2，3-二甲基戊烷)和(2,4-二甲基戊烷)。
(4)C7H16＋11O27CO2＋8H2O。