2020版高考化学(经典版)一轮复习教师用书:选修5第2节烃
展开第2节 烃
[考试说明] 1.掌握烷、烯、炔和芳香烃的结构与性质。2.能举例说明烃类物质在有机合成和有机化工中的重要作用。
[命题规律] 本节内容是有机化学的基础,也是高考考查的重要内容。主要考点有:一是几种烃的代表物的结构与性质;二是判断有机分子的共线共面情况,命题往往以乙烯、乙炔、苯及甲烷为母体,考查有机分子的空间结构;三是考查有机物的燃烧规律。
考点1 脂肪烃的结构和性质
知识梳理
1.烷烃、烯烃、炔烃的组成及结构特点
2.脂肪烃的物理性质
3.脂肪烃的化学性质
(1)氧化反应
(2)烷烃的卤代反应
如乙烷和氯气生成一氯乙烷:CH3CH3+Cl2CH3CH2Cl+HCl。
①反应条件:光照。
②无机试剂:卤素单质。
③产物特点:多种卤代烃混合物+HX(X为卤素原子)。
④量的关系:取代1 mol氢原子,消耗1_mol卤素单质。
(3)烯烃、炔烃的加成反应(写出有关反应方程式)
(4)烯烃、炔烃的加聚反应
①丙烯的加聚反应方程式:
nCH2===CH—CH3。
②乙炔的加聚反应方程式:
nCH≡CHCH===CH。
4.脂肪烃的来源和用途
(1)烷烃与卤素单质的取代反应是分子中的氢原子逐步被取代,产物是烃的多种卤代物的混合物和卤化氢。
(2)实验室制备C2H4时:温度计的水银球插入反应混合液的液面下;反应温度迅速升至170 ℃;浓硫酸作催化剂和脱水剂。
(3)实验室制备C2H2时:不能使用启普发生器;为了得到比较平缓的乙炔气流,可用饱和食盐水代替水。
(4)氧化反应:可以燃烧,也可以被酸性高锰酸钾溶液氧化,一般乙炔被氧化成CO2;烯烃在酸性KMnO4溶液的作用下,分子中的碳碳双键断开,双键碳原子上连有两个氢原子的被氧化成CO2,双键碳原子上连有一个氢原子的最终被氧化成羧酸,双键碳原子上无氢原子的被氧化成酮。具体的反应:
判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”,错误的指明错因。
(1)溴水和酸性KMnO4溶液既可除去乙烷中的乙烯,也可以鉴别乙烷与乙烯。(×)
错因:不能用酸性KMnO4溶液除去乙烷中的乙烯,因为KMnO4(H+)会将乙烯氧化生成CO2气体。
(2)将石蜡油在碎瓷片上受热分解产生的气体能使溴的CCl4溶液褪色。(√)
错因:__________________________________________________________
(3)反应CH2===CH—CH3+Cl2
CH2===CH—CH2Cl+HCl为取代反应。(√)
错因:____________________________________________________________
(4)聚丙烯、聚氯乙烯分子中含碳碳双键。(×)
(5)烷烃同分异构体之间,支链越多,沸点越高。(×)
错因:烷烃同分异构体之间,支链越多,沸点越低。
(6) 是两种不同的物质,它们互为同分异构体。(×)
错因:甲烷分子中四个氢相同,故是同一种物质。
题组训练
题组一 脂肪烃的结构与性质
1.某同学欲按沸点高低将正己烷插入表中(已知表中5种物质已按沸点由低到高顺序排列),则正己烷最可能插入的位置是( )
① | ② | ③ | ④ | ⑤ |
甲烷 | 乙烯 | 戊烷 | 2甲基戊烷 | 辛烷 |
A.②③之间 B.③④之间
C.⑤之后 D.④⑤之间
答案 D
解析 对于烷烃,一般来说其相对分子质量越大,分子间作用力也越强,其沸点越高,所以正己烷的沸点高于①②③,但比⑤低;对于相对分子质量相同的烷烃,支链越多,沸点越低,所以④的沸点比正己烷的沸点低,故沸点由低到高的顺序为①<②<③<④<正己烷<⑤。
2.下列说法正确的是( )
A.乙烯使溴的四氯化碳溶液褪色与乙烯使酸性KMnO4溶液褪色均发生了加成反应
B.丙烯和氯气在一定条件下生成CH2===CH—CH2Cl与乙烷和氯气光照下均发生了取代反应
C.己烷与溴水混合时溴水褪色与乙醇使酸性KMnO4溶液褪色均发生了氧化反应
D.乙烯生成聚乙烯与氨基酸生成蛋白质均发生了加聚反应
答案 B
解析 乙烯使酸性KMnO4溶液褪色发生了氧化反应,A项错误;己烷与溴水混合时溴水褪色发生了萃取,是物理变化,C项错误;氨基酸生成蛋白质发生了缩聚反应,D项错误。
3.某单烯烃与H2加成后得到的饱和烃是,则原单烯烃可能的结构简式有( )
A.1种 B.2种 C.3种 D.4种
答案 B
解析 由加成后烷烃的结构简式可知原单烯烃中的位置可能在中的①或②位置,则原单烯烃可能的结构简式有2种。
结构决定性质
不同的碳碳键对有机物的性质有着不同的影响:
(1)碳碳单键有稳定的化学性质,典型反应是取代反应;
(2)碳碳双键中有一个化学键易断裂,典型反应是氧化反应、加成反应;
(3)碳碳三键中有两个化学键易断裂,典型反应是氧化反应、加成反应。
典型性质如下:
题组二 乙烯与乙炔的制备方法
4.如图是制备和研究乙炔性质的实验装置图,下列说法不正确的是( )
A.制备乙炔的反应原理是CaC2+2H2O―→Ca(OH)2+CH≡CH↑
B.c的作用是除去影响后续实验的杂质
C.d中的有机产物与AgNO3溶液混合能产生沉淀
D.e中的现象说明乙炔能被酸性高锰酸钾溶液氧化
答案 C
解析 实验室通过电石与水的反应制取乙炔,化学反应方程式为CaC2+2H2O―→Ca(OH)2+CH≡CH↑,故A正确;硫酸铜溶液可以除去乙炔中混有的H2S和PH3等杂质,故B正确;d中的有机产物为1,1,2,2-四溴乙烷,属于非电解质,不能电离出溴离子,故与AgNO3溶液不反应,故C错误;乙炔容易被酸性高锰酸钾溶液氧化,使酸性高锰酸钾溶液褪色,故D正确。
5.实验室里用乙醇和浓硫酸反应生成乙烯,乙烯再与溴反应制1,2-二溴乙烷。在制备过程中部分乙醇被浓硫酸氧化产生CO2、SO2,进而与Br2反应生成HBr等酸性气体。
已知:CH3CH2OHCH2===CH2↑+H2O。
(1)用下列仪器,以上述三种物质为原料制备1,2-二溴乙烷。如果气体流向为从左到右,正确的连接顺序是(短接口或橡皮管均已略去):B经A①插入A中,D接A②;A③接________接________接________接________。
(2)装置C的作用是________________________________________________。
(3)装置F中盛有10% NaOH溶液的作用是_____________________________。
(4)在反应管E中进行的主要反应的化学方程式为_______________________
_____________________________________________________________________。
(5)处理上述实验后三颈烧瓶中废液的正确方法是________。
A.废液经冷却后倒入下水道中
B.废液经冷却后倒入空废液缸中
C.将水加入烧瓶中稀释后倒入空废液缸中
答案 (1)C F E G (2)作安全瓶
(3)除CO2、SO2等酸性气体
(4)CH2===CH2+Br2―→CH2Br—CH2Br (5)B
解析 (1)乙醇与浓硫酸在170 ℃制取乙烯,由于浓硫酸有氧化性,而乙醇有还原性,二者容易发生氧化还原反应产生SO2、CO2酸性气体,可以用碱性物质,如NaOH来吸收除去,产生的乙烯与溴水发生加成反应就产生了1,2-二溴乙烷。所以B经A①插入A中,D接A②;A③接C接F接E接G。
(2)装置C的作用是作安全瓶,防止装置内压强太大而发生危险。
(3)装置F中盛有10% NaOH溶液的作用是除CO2、SO2等酸性气体。
(4)在反应管E中进行的主要反应的化学方程式为
CH2===CH2+Br2―→CH2Br—CH2Br。
(5)A中方法会污染地下水,C中方法可能导致瓶中废液暴沸而喷出伤人,因为瓶中还残留较多浓H2SO4。
考点2 芳香烃的结构与性质
知识梳理
1.苯及苯的同系物的结构及性质
2.芳香烃
(1)芳香烃:分子里含有一个或多个苯环的烃。
(2)稠环芳香烃:通过两个或多个苯环共用相邻的2个碳原子而形成的芳香烃叫做稠环芳香烃。稠环芳香烃最典型的代表物是萘。
(1)苯与溴单质要发生取代反应,必须用液溴,并且有合适的催化剂(如FeBr3)存在,而苯与溴水不能发生取代反应生成Br,只能将Br2从水中萃取出来。
(2)苯的硝化反应中两酸混合时,要把浓H2SO4慢慢注入浓HNO3中,并不断用玻璃棒搅拌。
(3)苯与其同系物的化学性质的区别
①侧链对苯环的影响:a.苯的同系物比苯更易发生苯环上的取代反应,苯主要发生一元取代,而苯的同系物能发生邻、对位取代,如苯与浓硝酸、浓硫酸混合加热主要生成硝基苯,甲苯与浓硫酸、浓硝酸在一定条件下生成2,4,6三硝基甲苯(TNT);b.在光照或催化剂条件下,苯的同系物发生卤代反应时,卤素原子取代氢的位置不同。
②苯环对侧链的影响:烷烃不易被氧化,但苯环上的烷基易被氧化。苯的同系物能使酸性KMnO4溶液褪色,而苯不能,用此法鉴别苯和苯的同系物。
判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”,错误的指明错因。
(1)某烃的分子式为C11H16,它不能与溴水反应,但能使酸性KMnO4溶液褪色,分子结构中只含有一个烷基,符合条件的烃有7种。(√)
错因:__________________________________________________________
(2)苯与溴水充分振荡后,溴水褪色说明苯分子中的碳原子没有饱和。(×)
错因:苯通过萃取可使溴水褪色,为物理过程。
(3)对二甲苯属于饱和烃。(×)
错因:对二甲苯分子式为:C8H10,属于不饱和烃。
(4)验证己烯中混有少量甲苯,先加入足量溴水,然后加入酸性高锰酸钾溶液,若溶液褪色,则证明己烯中混有甲苯。(√)
错因:___________________________________________________________
(5)分子式为C9H12的苯的同系物有7种同分异构体。(×)
错因:分子式为C9H12且属于苯的同系物的同分异构体有8种,分析如下:
题组训练
题组一 芳香烃的同分异构体
1.下列有关同分异构体数目的叙述不正确的是( )
A.甲苯苯环上的一个氢原子被含3个碳原子的烷基取代,所得产物有6种
B.与互为同分异构体的芳香族化合物有6种
C.含有5个碳原子的某饱和链烃,其一氯取代物可能有3种
D.菲的结构简式为,它与硝酸反应,可生成5种一硝基取代物
答案 B
解析 含3个碳原子的烷基有两种,甲苯苯环上的氢原子有三种,故产物有6种,A正确;B项中物质的分子式为C7H8O,与其互为同分异构体的芳香族化合物中有一种醇(苯甲醇)、一种醚(苯甲醚)、三种酚(邻甲基苯酚、间甲基苯酚和对甲基苯酚),总共有5种,B错误;含有5个碳原子的烷烃有三种同分异构体,正戊烷、异戊烷和新戊烷,其一氯代物分别为3、4、1种,C正确;由菲的结构可以看出其含有5种氢原子,可生成5种一硝基取代物,D正确。
2.某烃的分子式为C10H14,它不能使溴水褪色,但能使酸性KMnO4溶液褪色,分子结构中只含有一个烷基,符合条件的烃有( )
A.2种 B.3种 C.4种 D.5种
答案 B
解析 该烃的分子式为C10H14,符合分子通式CnH2n-6,它不能使溴水褪色,但可以使酸性KMnO4溶液褪色,说明它是苯的同系物。因其分子中只含一个烷基,可推知此烷基为—C4H9,该烷基具有以下四种结构:①—CH2CH2CH2CH3、②—CH(CH3)CH2CH3、
③—CH2CH(CH3)2、④—C(CH3)3,其中第④种烷基与苯环直接相连的碳原子上没有氢原子,不能发生侧链氧化,因此符合条件的烃只有3种。
题组二 芳香烃的结构与性质
3.下列说法正确的是( )
A.苯与甲苯互为同系物,均能使酸性KMnO4溶液褪色
B.化合物是苯的同系物
D.光照条件下,异丙苯与Cl2发生取代反应生成的一氯代物有2种
答案 D
解析 苯不能使酸性KMnO4溶液褪色,故A错;苯的同系物中只含有一个苯环,其余为烷基,故B、C错;光照条件下,异丙苯与Cl2发生侧链上的取代反应,生成2种一氯代物,D项正确。
4.某烃的结构简式为,若分子中共线碳原子数为a,可能共面的碳原子最多为b,含四面体结构碳原子数为c,则a、b、c分别是( )
A.3、4、5 B.4、10、4
C.3、10、4 D.3、14、4
答案 D
解析 根据C的四价键原理,容易判断出饱和碳原子有5、6、7、8共四个原子;共线碳原子为1、2、3共三个原子;由CH2===CH2的平面结构可首先判断2、3、4、5、8、9这6个碳原子共面,因①、②、③号单键均能旋转,故6、7号碳原子可能与苯环上的碳原子共面。这样所有的14个碳原子都可能共面。
(1)苯及苯的同系物与常考物质的反应
(2)有机物分子中原子共面、共线的判断方法
①单键旋转思想
有机物分子中的单键,包括碳碳单键、碳氢单键、碳氧单键等均可旋转。但是碳碳双键和碳碳三键等不能旋转,对原子的空间位置具有“定格”作用。如
其结构简式也可写成,该分子中至少有6个碳原子共面;连接两个平面的碳碳单键旋转,两平面重合时、有10个碳原子共面。
②定平面规律
共平面的不在同一直线上的3个原子处于另一平面时,两平面必定重叠,两平面内的所有原子必定共平面。
③定直线规律
直线形分子中有2个原子处于某一平面内时,该分子中的所有原子也必在此平面内。在解决有机化合物分子中共面、共线问题的时候,要特别注意题目中的隐含条件和特殊规定,如题目中的“碳原子”“所有原子”“可能”“一定”“最少”“最多”“共线”和“共面”等在判断中的应用。
高考真题实战
1.(2018·全国卷Ⅱ)实验室中用如右图所示的装置进行甲烷与氯气在光照下反应的实验。
光照下反应一段时间后,下列装置示意图中能正确反映实验现象的是( )
答案 D
解析 在光照条件下氯气与甲烷发生取代反应生成氯化氢和四种氯代烃,氯化氢极易溶于水,所以液面会上升,氯代烃是不溶于水的气体或油状液体,所以最终水不会充满试管,答案选D。
2.(2016·全国卷Ⅱ)下列各组中的物质均能发生加成反应的是( )
A.乙烯和乙醇 B.苯和氯乙烯
C.乙酸和溴乙烷 D.丙烯和丙烷
答案 B
解析 乙醇、溴乙烷、丙烷中均不含双键或三键,不能发生加成反应,A、C、D均不正确。氯乙烯的结构简式为CH2===CHCl,含有碳碳双键,能发生加成反应;苯在一定条件下也可与H2发生加成反应,故B项正确。
3.(2016·全国卷Ⅲ)已知异丙苯的结构简式如下,下列说法错误的是( )
A.异丙苯的分子式为C9H12
B.异丙苯的沸点比苯高
C.异丙苯中碳原子可能都处于同一平面
D.异丙苯和苯为同系物
答案 C
解析 与苯环直接相连的碳原子所连的四个原子构成四面体结构,因此异丙苯中所有碳原子不可能共平面,C项错误。
4.(2016·海南高考)(双选)工业上可由乙苯生产苯乙烯:,下列说法正确的是( )
A.该反应的类型为消去反应
B.乙苯的同分异构体共有三种
C.可用Br2/CCl4鉴别乙苯和苯乙烯
D.乙苯和苯乙烯分子内共平面的碳原子数均为7
答案 AC
解析 由乙苯生产苯乙烯,单键变成双键,则该反应为消去反应,A正确;乙苯的分子式为C8H10,乙苯含苯环的同分异构体为二甲苯,有邻、间、对三种结构,C8H10还可能为含有双键、三键的链状不饱和烃,所以乙苯的同分异构体多于三种,B错误;苯乙烯中含有碳碳双键,能使溴的CCl4溶液褪色,而乙苯不能,所以可用Br2/CCl4鉴别乙苯和苯乙烯,C正确;苯环是平面正六边形,碳碳单键可旋转,所以乙苯和苯乙烯中共平面的碳原子都是至少为7个,最多为8个,D错误。