高中化学人教版 (2019)必修 第二册第一节 认识有机化合物第2课时学案

第一节 认识有机化合物

第2课时　烷烃的性质

新课情景呈现

这种天然气水合物是一种由气体和水形成的冰状白色固态晶体，水分子一般通过氢键合成多面体笼，笼中含有固体的天然气分子。其分子式是M·nH2O，式中M是气体分子，主要是甲烷、乙烷和丙烷等烃类同系物及CO2、N2和H2S等；n是水分子数。水分子组成笼形类冰晶格架，气体分子充填在格架空腔中，组成单一或复合成分的天然气水合物。这种类冰气水合物遇火即可燃烧。

我们已经初步认识了甲烷的分子结构和性质，除甲烷外，还有一系列结构和性质与它很相似的烃，如下面两种物质：

我们称这类烃为烷烃。那么，它们具有什么样的结构特点和性质呢？让我们一起走进教材第2课时烷烃的性质。

课前素能奠基

新知预习

一、烷烃的性质

1．物理性质(随分子中碳原子数增加)

(1)熔、沸点：逐渐__升高__；

(2)状态：由气态→液态→固态，其中常温、常压下碳原子数小于或等于4的烷烃为气态；

(3)密度：逐渐__增大__且均比水的密度__小__，__难溶__于水。

2．化学性质

通常情况下，烷烃比较稳定，与强酸、强碱或高锰酸钾等强氧化剂不反应。但一定条件下可燃烧，在较高温度下会发生分解。与氯气等发生取代反应。

(1)烷烃的燃烧通式为CnH2n＋2＋____O2__nCO2＋(n＋1)H2O__。

(2)以甲烷为例探究烷烃的取代反应

二、有机物的性质

1．物理性质：大多数有机物的熔点比较低，难溶于水，易溶于汽油、乙醇、苯等有机溶剂。

2．化学性质：大多数有机物容易燃烧，受热会分解；有机物的化学反应比较复杂，常伴有副反应发生，很多反应需要在加热、光照或催化剂的条件下进行。

预习自测

1．关于烷烃性质的叙述中，不正确的是(　B　)

A．烷烃同系物的熔沸点随分子内碳原子数的增多逐渐升高，常温下的状态由气态递变到液态，再递变到固态

B．烷烃同系物的密度随分子内碳原子数的增多而逐渐增大，从比水轻递变到比水重

C．烷烃跟卤素单质在光照下能发生取代反应

D．烷烃同系物都不能使溴水、酸性KMnO4溶液褪色

解析：烷烃的结构相似，相对分子质量越大，分子间作用力越大，密度越大，但都比水轻，故B不正确。

2．在常温、常压下，取下列四种气态烃各1 mol，分别在足量的氧气中燃烧，消耗氧气最多的是(　C　)

A．CH4  B．C3H8

C．C4H10  D．C2H6

解析：设烃为CxHy,1 mol该烃充分燃烧耗氧气多少看x＋大小，A项，x＋＝2，B项，x＋＝5，C项，x＋＝6.5，D项，x＋＝3.5，所以选C。

3．“可燃冰”是天然气与水相互作用形成的晶体物质，主要存在于冻土层和海底大陆架中。据测定每0.1 m3固体“可燃冰”能释放20 m3的甲烷气体，则下列说法中不正确的是(　B　)

A．“可燃冰”释放的甲烷属于烃

B．“可燃冰”是水变油，属于化学变化

C．“可燃冰”将成为人类的后续能源

D．青藏高原可能存在巨大体积的“可燃冰”

解析：可燃冰是天然气与水的混合物，水不可能变成油，B项不正确，选B。

4．下列关于甲烷的叙述中不正确的是(　B　)

A．甲烷是一种无色、难溶于水的气体

B．将甲烷通入酸性高锰酸钾溶液，溶液褪色

C．甲烷只有1种二氯代物，证明它是正四面体结构

D．CH4和Cl2在光照条件下能发生反应，得到多种产物

解析：常温下，甲烷是一种无色无味气体，难溶于水，A项正确；甲烷中只有C—H单键，不能与高锰酸钾溶液反应，B项错误；甲烷的取代产物二氯甲烷没有同分异构体，可证明甲烷是正四面体结构，C项正确；甲烷与Cl2在光照条件下反应可生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和HCl，D项正确。

课堂素能探究

有机物的表示方法

知识点

问题探究

1．一种烃的球棍模型为试着写出其分子式和结构简式。

提示：分子式为C4H10结构简式为CH3CH2CH2CH3。

2．结合化学键理论分析有机物的分子结构中是否真像球棍模型一样原子通过“棍”相互连接？球棍模型中的“棍”表示什么？

提示：有机物分子中原子通过化学键相互结合。球棍模型中的“棍”表示的是化学键。

知识归纳总结

┃┃典例剖析__■

典例1 下列各图均能表示甲烷的分子结构，哪一种更能反映其真实存在状况(　D　)

解析：甲烷的空间充填模型表示的是甲烷分子中各原子的相对大小及连接方式，更接近甲烷分子的真实结构，故选D。

┃┃变式训练__■

1．有4种碳骨架如图所示的烃，下列说法正确的是(　B　)

A．a和b互为同分异构体

B．b和c互为同系物

C．b、c互为同分异构体

D．只有b和c能发生取代反应

解析：a的分子式为C4H8，b的分子式为C4H10不互为同分异构体，A错误；b的分子式为C4H10，c的分子式为C5H12，均是烷烃，结构相似，相差一个CH2原子团，互为同系物，B正确，C错误；d是环丁烷也能发生取代反应，D错误。

认识烷烃取代反应的特点

知识点

问题探究

1．甲烷和氯气发生反应时，所得的产物有几种？其反应类型是什么？

提示：产物有5种，分别为CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl；取代反应。

2．能否用CH4和Cl2按1∶1的体积比混合来制取纯净的CH3Cl?

提示：CH4和Cl2的反应是连锁反应，不可能只发生第一步取代反应，生成物为混合物，即CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4四种有机物与氯化氢形成的混合物，CH3Cl的产率低，因此不能用CH4和Cl2按1∶1的体积比混合来制取纯净的CH3Cl。

知识归纳总结

1．甲烷与氯气的取代反应归纳

2．在光照条件下，烷烃与Cl2\，Br2等卤素单质的气体发生取代反应，生成多种卤代产物和相应的卤化氢气体。CnH2n＋2＋X2CnH2n＋1X＋HX，CnH2n＋1X可与X2继续发生取代反应。

┃┃典例剖析__■

典例2 某课外活动小组利用如图所示装置探究甲烷与氯气的反应。根据题意，回答下列问题：

(1)CH4与Cl2发生反应的条件是__光照(或光亮处)__；若用日光直射，可能会引起__爆炸__。

(2)实验中可观察的实验现象有：量筒内壁出现油状液滴，饱和食盐水中有少量固体析出，__量筒内黄绿色气体颜色变浅__，__量筒内液面上升__等。

(3)实验中生成的油状液滴的化学式为__CH2Cl2、CHCl3、CCl4__，其中__CHCl3、CCl4__是工业上重要的溶剂。

(4)用饱和食盐水而不用水的原因是__降低Cl2在水中溶解度，抑制Cl2和水的反应__。

解析：CH4和Cl2光照可以反应生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl，随着反应进行，Cl2不断消耗，黄绿色逐渐消失。又由于生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4常温下是无色油状液体，故量筒内壁上有油滴。因生成的HCl易溶于水，量筒内的压强减小，量筒内液面上升。HCl溶于水后，溶液中Cl-浓度增大，使NaCl固体析出。

┃┃变式训练__■

2．下列化学反应中不属于取代反应的是(　C　)

A．CH2Cl2＋Br2CHBrCl2＋HBr

B．CH3OH＋HClCH3Cl＋H2O

C．2Na＋2H2O==2NaOH＋H2↑

D．CH3—CH2—Br＋H2OCH3—CH2—OH＋HBr

解析：CH2Cl2中H被Br取代，是取代反应，A项不选；CH3OH中—OH被Cl取代是取代反应，B项不选；2Na＋2H2O==2NaOH＋H2为置换反应，C项选；CH3CH2Br中—Br被—OH取代，是取代反应，D项不选。

名师博客呈现

1．气态烃完全燃烧体积变化的规律

CxHy＋(x＋)O2xCO2＋H2O　ΔV＝V后-V前

1　　　x＋　　　　　x　　

(1)若反应后水为气态，ΔV＝-1。

当y>4，ΔV>0，气体总体积变大；

当y＝4，ΔV＝0，气体总体积不变，CH4、C2H4、C3H4符合，

当y<4，ΔV<0，气体总体积变小，只有C2H2符合。

(2)若反应后水为液态，ΔV＝-(1＋)，反应后气体体积始终减小，且减小量只与氢原子数有关。

2．等量的不同烃(CxHy)完全燃烧时的耗氧量与产物的量的关系

说明：越大，则烃中含氢元素的质量分数会越大，质量一定的烃，氢元素的质量就越多，碳元素的质量就越小，而等质量的氢元素和碳元素相比显然氢元素耗氧量多，所以等质量的烃，氢元素质量分数越大，耗氧量就越多，生成的水就越多。同理可以得出最简式相同的不同烃(或它们的混合物)，质量一定时，耗氧量为定值，与各烃的含量无关。

〔即时训练〕

120 ℃时，1体积某烃和4体积O2混合，完全燃烧后，恢复到原来的温度和压强，测得反应前后气体的体积不变。该烃分子中所含的碳原子数不可能是(　D　)

A．1　　　 B．2

C．3　　　 D．4

解析：烃燃烧通式为CxHy＋(x＋)O2―→xCO2＋H2O(g)，由燃烧前后体积不变，得1＋(x＋)＝x＋(120 ℃)，解得y＝4。依题意，4体积O2为适量或过量，故x＋≤4，因为y＝4，故x≤3。