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人教版 (2019)必修 第二册第一节 认识有机化合物学案设计
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这是一份人教版 (2019)必修 第二册第一节 认识有机化合物学案设计，共18页。学案主要包含了新知学习，科学探究，知识进阶，问题探究，知识归纳总结，效果检测等内容，欢迎下载使用。
高一化学同步学习高效学讲练（精品学案）
第七章 有机化合物
第一节 认识有机化合物
第2课时 烷烃的性质
课程学习目标
1．认识甲烷的结构及其主要性质和应用。
2．了解有机化合物的性质特点。
3．认识烷烃的物理性质，化学性质。
学科核心素养
宏观辨识与微观探析：
1．能从原子、分子水平分析烷烃及其反应的微观特征。
2．能从烷烃的微观结构解释化学性质的相似性和物理性质的递变性。
3．能识记烷烃的物理性质，化学性质。
科学探究与创新意识：
1．能有较强的问题意识。根据已有烷烃的性质，独立完成实验探究。
2．能用简单实验探究烷烃取代反应的条件和反应方式。
3．能依据教材给出的问题，设计简单的实验方案。
【新知学习】
一．甲烷的性质
1．物理性质
颜色
状态
气味
密度
溶解性
无色
气体
无味
比空气小
极难溶于水
存在 ：甲烷是 天然气 、 沼气 、 油田气 、 煤矿坑道气 的主要成分
2．化学性质：
（1）燃烧反应（氧化反应）
甲烷的燃烧实验
实验步骤
实验现象
实验结论
1.点燃纯净的甲烷
淡蓝色火焰
甲烷可燃烧
2.在火焰的上方罩干燥洁净的烧杯
烧杯内壁出现水珠
燃烧产物中有水
3.迅速将烧杯倒转并注入少量的澄清石灰水
澄清石灰水变浑浊
燃烧产物中有二氧化碳
写出化学方程式： CH4+2O2 点燃(——→)CO2+2H2O
（2）稳定性
通常状况下甲烷的化学性质稳定，与 高锰酸钾 等强氧化剂不反应，与 强酸 、 强碱 也不反应。如果将甲烷通入酸性高锰酸钾溶液中，溶液颜色 不褪色 。
（3）取代反应
定义：有机化合物分子中的某种 原子或原子团 被其他 原子或原子团 所替代的反应，叫做取代反应。
【科学探究】
实验步骤
实验现象
实验结论
V(甲烷)∶V(氯气) =1:1的试管，
放在光亮的地方一定时间后；
反应后，将试管倒立在盛满水的水槽中；
①混合气体颜色 逐渐变浅
②试管内壁有 油状液体 生成，试管中有少量白雾。
③试管中液面逐渐 上升
在光照条件下，甲烷与氯气发生了化学反应
化学方程式：
CH4＋Cl2光照(――→)CH3Cl＋HCl；CH3Cl＋Cl2光照(――→)CH2Cl2＋HCl
CH2Cl2＋Cl2光照(――→)CHCl3＋HCl；CHCl3＋Cl2光照(――→)CCl4＋HCl
注意：
a.反应物及条件：甲烷与纯净的卤素单质，在光照下发生取代反应。氯水不能反应。
b.反应产物：连锁反应，CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4四种有机产物（只有CH3Cl是气态）都存在，还有HCl生成。
c.反应特征及比例：有上有下，每取代1molH就消耗1molCl2，同时生成1molHCl。
二．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＋__2(3n＋1)__O2点燃(——→)__nCO2＋(n＋1)H2O__。
(2)以甲烷为例探究烷烃的取代反应
实验
装置
实验
现象
A装置：试管内气体颜色逐渐__变浅__；试管内壁有__油状液体__出现，试管中有少量白雾，且试管内液面__上升__，水槽内有固体析出
B装置：__无明显现象__
实验
结论
CH4与Cl2需在__光照__时才能发生化学反应，有关化学方程式：
CH4＋Cl2光(——→)CH3Cl＋HCl(一氯代物)，
CH3Cl＋Cl2光(——→)CH2Cl2＋HCl(二氯代物)，
CH2Cl2＋Cl2光(——→)CHCl3＋HCl(三氯代物)，
CHCl3＋Cl2光(——→)CCl4＋HCl(四氯代物)。
产物
性质
水溶性：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4均__难__溶于水。
状态：常温下除__CH3Cl__是气体，其余三种均为液体。
取代反
应概念
有机物分子里的某些原子或原子团被其他__原子或原子团__所替代的反应。
三．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。
【知识进阶】
一．有机物的表示方法
【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。
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？
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】
种类
实例
含义
分子式
CH4
用元素符号表示物质分子组成的式子，可反映出一个分子中原子的种类和数目
最简式
(实验式)
乙烷C2H6
最简式为CH3
①表示物质组成的各元素原子最简整数比的式子
②由最简式可求最简式量
电子式
用小黑点等记号代替电子，表示原子最外层电子成键情况的式子
结构式
①具有化学式所能表示的意义，能反映物质的结构
②表示分子中原子的结合或排列顺序的式子，但不表示空间构型
结构简式
CH3CH3
将结构式中碳碳单键、碳氢键等短线省略后得到的式子即为结构简式，它比结构式书写简单，比较常用，是结构式的简便写法，着重突出结构特点(官能团)
键线式
(戊烷)
(丙烯)
将结构式中碳、氢元素符号省略，只表示分子中键的连接情况，每个拐点或终点均表示一个碳原子，即为键线式
球棍
模型
小球表示原子，短棍表示价键，用于表示分子的空间结构(立体形状)
比例模型
①用不同体积的小球表示不同大小的原子
②用于表示分子中各原子的相对大小和结合顺序
【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( )
【答案】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
【答案】B
【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。
二．认识烷烃取代反应的特点
【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？
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?
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
反应物
甲烷与氯气(不能用氯水)
反应条件
漫散光照射(不用太阳光直射，以防爆炸)
生成物
甲烷与氯气反应生成四种有机产物：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和无机物HCl，其中HCl的产量最多
反应
特点
连锁
反应
甲烷中的氢原子被氯原子逐步取代，各步反应同时进行，即第一步反应一旦开始，后续反应立即进行
数量
关系
每取代1 mol氢原子，消耗1 mol Cl2，生成1 mol HCl
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＋X2光(——→)CnH2n＋1X＋HX，CnH2n＋1X可与X2继续发生取代反应。
【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( )
A．CH2Cl2＋Br2光照(——→)CHBrCl2＋HBr
B．CH3OH＋HCl光照(——→)CH3Cl＋H2O
C．2Na＋2H2O==2NaOH＋H2↑
D．CH3—CH2—Br＋H2ONaOHCH3—CH2—OH＋HBr
【答案】C
【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。
三．烃的相关计算问题
1．气态烃完全燃烧体积变化的规律
CxHy＋(x＋4(y))O2点燃(——→)xCO2＋2(y)H2O ΔV＝V后-V前
1 x＋4(y) x 2(y)
(1)若反应后水为气态，ΔV＝4(y)-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＋4(y))，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
等质量
等物质的量
耗氧量
x(y)越大，耗氧量越多
x＋4(y)越大，耗氧量越多
产物量
x(y)越大，生成的CO2越少而水越多
x值越大，生成的CO2越多；y越大，生成的水越多
说明：x(y)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。
【典例3】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( )
A．1 B．2 C．3 D．4
【答案】D
【解析】
烃燃烧通式为CxHy＋(x＋4(y))O2―→xCO2＋2(y)H2O(g)，由燃烧前后体积不变，得1＋(x＋4(y))＝x＋2(y)(120 ℃)，解得y＝4。依题意，4体积O2为适量或过量，故x＋4(y)≤4，因为y＝4，故x≤3。
（变式训练3）烷烃完全燃烧都可以生成CO2和H2O，现以甲烷、乙烷、丙烷三种物质燃烧为例，进行燃烧分析。
(1)取等物质的量的三种物质，在O2中完全燃烧，生成CO2最多的是___________，生成H2O最多的是___________，消耗O2最多的是___________。由此可以得出结论：等物质的量的烷烃完全燃烧，生成CO2、H2O以及消耗O2的量随着___________的增多而变大。
(2)取等质量的三种物质，在O2中完全燃烧，生成CO2最多的是___________，生成H2O最多的是___________，消耗O2最多的是___________。由此可以得出结论：等质量的烷烃完全燃烧，生成CO2的量随着___________的增大而变大，生成水的量随着___________的增大而变大，消耗O2的量随着___________的增大而变大。
【答案】丙烷 丙烷 丙烷 分子中碳原子数 丙烷 甲烷 甲烷 分子中碳的质量分数 分子中氢的质量分数 分子中氢的质量分数
【详解】
(1)物质的量相等，则一个分子中含碳原子数越多生成的CO2越多，所以生成CO2最多的是丙烷；含氢原子越多生成的H2O最多，所以生成H2O最多的是丙烷；根据烷烃燃烧通式CnH2n+2+(n+)O2→nCO2+(n+1)H2O可知消耗氧气最多的是丙烷；由此可以得出结论：等物质的量的烷烃完全燃烧，生成CO2、H2O以及消耗O2的量随分子中碳原子数的增多而变大；
(2)每12 g碳消耗1 mol O2，而每4 g氢就消耗1 mol O2，所以有等质量的各种烷烃，含碳量越大生成二氧化碳越多，消耗氧气越少，生成水越少；烷烃中碳原子的质量分数为，所以含碳原子数越多，碳原子的质量分数越大，则则生成CO2最多的是丙烷，生成水最多的是甲烷，消耗氧气最多的是甲烷，等质量的烷烃完全燃烧，生成CO2的量随着分子中碳的质量分数的增大而变大，生成水的量随着氢的质量分数的增大而变大，消耗氧气的量随着分子中氢的质量分数的增大而变大。
【效果检测】
1．（甘肃·庆阳第六中学高一期末）链状烷烃的通式为
A．CnH2n+2 B．CnH2n C．CnH2n-2 D．CnH2n-6
【答案】A
【解析】
依据链状烷烃是饱和烃，碳原子间以单键连接，碳原子形成四个化学键分析判断，烷烃的通式是: CnH2n+2，故答案选A。
2．（黑龙江牡丹江·高一期中）下列物质的沸点由高到低排列的顺序是
①CH3(CH2)2CH3②CH3(CH2)3CH3③(CH3)3CH④(CH3)2CHCH2CH3
A．②④①③ B．④②①③ C．④②③① D．②④③①
【答案】A
【解析】
②④中均含5个C原子，但④中含支链，则沸点为②＞④，①③中均含4个C原子，但③中含支链，则沸点为①＞③，相对分子质量越大，沸点越高，所以沸点由高到低排列为②④①③；
答案选A。
3．（甘肃·兰州市第二十七中学高一期末）进行一氯取代反应后，只能生成三种沸点不同的有机物的是
A．(CH3)3CCH2CH3 B．(CH3CH2)2CHCH3
C．(CH3)2CHCH(CH3)2 D．(CH3)2CHCH2CH2CH3
【答案】A
【解析】
一氯取代反应后，只能生成三种沸点不同的有机物,即考查下列有机物存在几种等效氢。
A．(CH3)3CCH2CH3展开后的结构简式为： ，等效氢有3种，A正确；
B．(CH3CH2)2CHCH3展开后的结构简式为： ，等效氢有4种，B不符合；
C．(CH3)2CHCH(CH3)2展开后的结构简式为： ，等效氢有2种，C不符合；
D．(CH3)2CHCH2CH2CH3展开后的结构简式为： ，等效氢有5种，D不符合；
故答案为A。
4．（福建泉州·高一期末）实验室用如图1所示的装置(夹持装置略)，进行甲烷与氯气在光照条件下的反应实验。下列说法错误的是
A．可发生反应：
B．光照一段时间后，产生如图2所示实验现象
C．反应过程中，饱和食盐水中有NaCl晶体析出
D．若用乙烷替代甲烷进行实验，也能发生反应
【答案】B
【解析】
A．甲烷与氯气在光照条件下发生取代反应，会生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl，甲烷的一氯代反应可表示为：，故A正确；
B．反应后生成的CH3Cl为气体，不溶于水，故试管不能充满液体，故B错误；
C．反应生成的HCl溶于饱和食盐水中，氯离子浓度增大，抑制了部分氯化钠的溶解，则饱和食盐水中有NaCl晶体析出，故C正确；
D． 甲烷和乙烷均为烷烃，结构相似化学性质相似，若用乙烷替代甲烷进行实验，也能发生反应，故D正确；
答案选B。
5．（云南昆明·高一期末）异辛烷在内燃机的汽缸里燃烧时抗震性较好，是优良的发动机燃料，异辛烷的球棍模型如下图所示。下列说法正确的是
A．异辛烷分子式为
B．异辛烷中所有碳原子可能共平面
C．异辛烷和环戊烷互为同系物
D．1mol异辛烷完全燃烧消耗氧气的物质的量为12.5mol
【答案】D
【解析】
A． 异辛烷分子式为，故A错误；
B． 异辛烷中有一个碳上连有4个碳原子，这个碳是四面体构型，所有碳原子不可能共平面，故B错误；
C． 异辛烷和环戊烷结构不相似，不是互为同系物，故C错误；
D． 1mol异辛烷完全燃烧消耗氧气的物质的量为(8+)mol=12.5mol，故D正确；
故选D。
6．（贵州铜仁·高一期末）进行一氯取代反应后，只能生成二种沸点不同的产物的烷烃是
A． B．
C． D．
【答案】C
【解析】
A．有五种位置的氢，其一氯代物有五种，生成一氯代物有五种沸点不同的产物，故A不符合题意；
B．有四种位置的氢，其一氯代物有四种，生成一氯代物有四种沸点不同的产物，故B不符合题意；
C．有两种位置的氢，其一氯代物有两种，生成一氯代物有两种沸点不同的产物，故C符合题意；
D．有三种位置的氢，其一氯代物有三种，生成一氯代物有三种沸点不同的产物，故D不符合题意。
综上所述，答案为C。
7．（北京昌平·高一期末）2021年5月15日，我国首次火星探测任务天问一号探测器在火星着陆，在火星上首次留下中国印记，迈出了我国星际探测征程的重要一步。天问一号利用正十一烷(分子式为C11H24)储存能量，下列关于正十一烷说法不正确的是
A．正十一烷属于属于有机化合物
B．正十一烷属于烃的衍生物
C．正十一烷与甲烷属于同系物
D．正十一烷中的碳原子均形成4个共价单键
【答案】B
【解析】
A．正十一烷属于烷烃，属于有机化合物，故A正确；
B．正十一烷属于烷烃，不属于烃的衍生物，故B错误；
C．正十一烷与甲烷都属于烷烃，两者结构相似、分子组成上相差10个“CH2”，互为同系物，故C正确；
D．正十一烷属于烷烃，因此正十一烷的碳原子均形成4个共价单键，故D正确；
答案为B。
8．（陕西·永寿县中学高一阶段练习）丙烷(C3H8)通常用来作为发动机及家用取暖系统的燃料。下列有关丙烷的说法正确的是
A．丙烷属于有机化合物，完全燃烧生成二氧化碳和水
B．丙烷中含有H2分子
C．丙烷中碳、氢元素质量比为3：8
D．丙烷由3个碳原子和8个氢原子构成
【答案】A
【解析】
A．丙烷是C、H两种元素的化合物，属于有机物，根据元素守恒可知：其完全燃烧产生CO2、H2O，A正确；
B．丙烷分子式是C3H8，属于纯净物，其中不含H2，B错误；
C．丙烷分子式是C3H8，其中碳、氢元素元素的原子个数比为3：8，C错误；
D．丙烷分子中含有3个碳原子和8个氢原子，丙烷是由丙烷分子构成，D错误；
故合理选项是A。
9．（福建省泉州第一中学高一阶段练习）下列关于CH4的说法错误的是
A．CH4是沼气、天然气和煤矿坑道气的主要成分 B．甲烷和氯水光照时发生取代反应
C．收集甲烷可以用向下排空气法 D．甲烷不能使酸性KMnO4溶液褪色
【答案】B
【解析】
A．沼气是沼泽湿地里的气体、天然气是指天然蕴藏于地层中的烃类和非烃类气体的混合物，煤矿坑道气是煤矿坑道里的气体，主要成分都是甲烷，A正确；
B．甲烷和氯气在光照时发生取代反应，不能与氯水在光照下反应，B错误；
C．甲烷的密度比空气小，可以用向下排空气法收集，C正确；
D．甲烷性质比较稳定，不与强酸、强碱、酸性高锰酸钾等反应，D正确；
故选B。
10．（云南·昆明八中高一期中）室温下，实验室用如图装置探究甲烷与氯气的反应，实验中观察不到的现象是
A．强光照射能较快看到白雾
B．若试管套上黑色纸套，试管内气体颜色逐渐变浅
C．试管内壁有油状物质生成
D．充分反应后试管中仍有气体
【答案】B
【解析】
A．甲烷为饱和烷烃，在光照条件下能够与氯气发生取代反应，若用强光照射取代反应速率加快，生成的氯化氢会遇到水蒸气凝结成液滴形成白雾，A正确；
B．若试管套上黑色纸套避光，取代反应不能进行，气体颜色不变浅，B错误；
C．反应生成二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷为油状液体，C正确；
D．充分反应后生成的取代产物中有气体一氯甲烷，所以试管中仍有气体，D正确；
答案选B。
11．（陕西蓝田·高一期末）某烷烃的相对分子质量为114，则该烷烃的同分异构体中，主链有5个碳原子的结构有
A．3种 B．4种 C．5种 D．6种
【答案】D
【解析】
根据烷烃的通式CnH2n+2有12n+2n+2=114，解得n=8，此烷烃是C8H18，主链5个碳，剩3个碳排在支链，可以形成一个乙基和一个甲基，也可以形成3个甲基，可以连在同一个碳上，也可以连在不同的碳原子上，用碳架结构表示，当含有一个乙基和一个甲基时有（●表示甲基可能的位置）2种结构，当含有3个甲基时有2种结构和2种结构，共6种结构，故选D。
12．（浙江·宁波市北仑中学高一期中）将甲烷和适量的混合后光照充分反应，先后生成、、、的物质的量依次增多，反应后无存在，则参加反应的物质的量为
A． B． C． D．
【答案】B
【解析】
2mol甲烷和氯气混合后光照充分反应，反应后无甲烷存在，根据生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4四种有机产物的物质的量依次增大0.2mol，可设CH3Cl其物质的量为xmol，则CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4四种有机产物的物质的量分别是xmol、(x+0.2)mol、(x+0.4)mol、(x+0.6)mol，根据碳元素守恒可得关系式xmol+(x+0.2)mol+(x+0.4)mol+(x+0.6)mol=2mol，求得x=0.2mol，所以CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4四种有机产物的物质的量分别是0.2mol、0.4mol、0.6mol、0.8mol，发生取代反应时，有一半的Cl进入HCl，消耗氯气的物质的量为0.2mol+2×0.4mol+3×0.6mol+4×0.8mol＝6mol，故答案选B。
13．（吉林辽源·高一期末）正己烷是优良的有机溶剂，其球棍模型如图所示。下列有关说法正确的是
A．正己烷的分子式为 C6H12，其沸点比庚烷低
B．己烷的同分异构体有 5 种
C．正己烷能与溴水发生取代反应而使溴水褪色
D．正己烷与 C7H14 互为同系物
【答案】B
【解析】
A．正己烷的分子式为 C6H12，相对分子质量比庚烷小，其沸点比正庚烷低，但庚烷有多种同分异构体，有较多支链的庚烷同分异构体沸点低，故A错误；
B．己烷的同分异构体有CH3CH2CH2CH2CH2CH3；(CH3)2CHCH2CH2CH3；CH3CH2CH(CH3)CH2CH3；(CH3)2CHCH(CH3)2；(CH3)3CCH2CH3 ，共 5 种，故B正确；
C．正己烷不能与溴水发生取代反应而使溴水褪色，两者混合后发生萃取，故C错误；
D．正己烷C6H14与 C7H14分子组成上只相差1个C，不是互为同系物，故D错误；
故选B。
14．（吉林·长春市第二实验中学高一期末）下列说法不正确的是
A．正丁烷与异丁烷是同分异构体
B．正丁烷与环丁烷都不能使酸性高锰酸钾褪色
C．异丁烷与环丁烷都满足烷烃通式
D．异丁烷的沸点低于正丁烷
【答案】C
【解析】
A． 正丁烷与异丁烷分子式相同，结构不同，是同分异构体，故A正确；
B． 正丁烷与环丁烷都没有不饱和键，都不能使酸性高锰酸钾褪色，故B正确；
C． 异丁烷满足烷烃通式，而环丁烷满足通式，故C错误；
D． 互为同分异构体的烷烃，支链越多，熔沸点越低，因为异丁烷有支链，分子间距离较大，分子间作用力较小，所以异丁烷的熔沸点低于正丁烷，故D正确；
故选C。
15．（浙江·宁波市北仑中学高一期中）将甲烷与一定量的氯气混合于一试管中，并将试管倒立于盛有饱和溶液的水槽中(如图所示)，对于此反应，下列有关叙述不正确的是
A．该反应属于取代反应
B．饱和溶液中有固体析出
C．试管内有少量白雾
D．该反应的现象为试管内气体颜色变浅，试管内壁上因为有氯化氢生成故有油状液滴产生
【答案】D
【解析】
A．甲烷和氯气反应生成氯代甲烷和氯化氢，该反应属于取代反应，选项A正确；
B．甲烷和氯气发生取代反应生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和氯化氢五种物质，选项B正确；
C．甲烷和氯气发生取代反应，有氯化氢生成，氯化氢结合水蒸气形成酸雾，试管内有少量白雾，选项C正确；
D．该反应试管内壁上因有二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳生成而有油状液滴产生，选项D错误；
答案选D。
16．（河北·石家庄二中高一期中）下列有关烷烃(C4H10)的叙述不正确的是
A．分子中碳原子不在同一直线上
B．分子中所有原子不可能在同一平面内
C．符合该分子式的烷烃的一氯代物共有4种
D．不能发生氧化反应
【答案】D
【解析】
A．烷烃(C4H10)中的C原子具有甲烷的四面体结构，分子中四个C原子不可能在同一直线上，A正确；
B．烷烃(C4H10)中的C原子具有甲烷的四面体结构，分子中所有原子不可能在同一平面上，B正确；
C．烷烃(C4H10)有CH3CH2CH2CH3和CH3CH(CH3)2两种结构，每种结构中都含有2种不同的H原子，故符合该分子式的烷烃的一氯代物共有4种，C正确；
D．该物质是烃，属于可燃物，其能够完全燃烧产生CO2、H2O，燃烧反应属于氧化反应，D错误；
故合理选项是D。
17．（青海西宁·高一期末）判断各组物质间的关系，用序号填空。
①和；
②和；
③和
④和
(1)互为同位素的是___________。
(2)互为同分异构体的是___________。
(3)互为同系物的是___________。
【答案】 ① ③ ②
【解析】
(1)具有相同质子数、不同中子数的不同核素互为同位素，则互为同位素的是和，答案选①。
(2)分子式相同、结构不同的化合物互为同分异构体，互为同分异构体的是和，和是同一种物质，答案选③。
(3)结构相似，分子组成相差若干个CH2原子团的有机物互为同系物，则互为同系物的是和，答案选②。
18．（江西·南城县第二中学高一阶段练习）写出下列链状烷烃的分子式：
(1)含有30个氢原子的烷烃的分子式为___________。
(2)烷烃A在同温同压下蒸气的密度是H2的36倍，则其分子式为___________。
(3)甲烷的电子式为___________，碳氢键之间键角为___________。
(4)现有CH4、C2H4、C2H6、C3H6、C3H8五种有机物。同质量的以上物质完全燃烧时耗O2的量最多的是___________；同状况、同体积、同物质的量的以上物质完全燃烧时耗O2的量最多的是___________；同质量的以上物质完全燃烧时，生成的CO2最多的是___________，生成水最多的是___________。
【答案】 C14H30 C5H12 109°28′ CH4 C3H8 C2H4、C3H6 CH4
【解析】
(1)烷烃通式为CnH2n+2，因此含有30个氢原子的烷烃的分子式为C14H30；故答案为：C14H30。
(2)烷烃A在同温同压下蒸气的密度是H2的36倍，则A的摩尔质量为M=36×2 g∙mol−1＝72 g∙mol−1，根据烷烃通式为CnH2n+2，14n+2=72，则其分子式为C5H12；故答案为：C5H12。
(3)甲烷的电子式为，碳氢键之间键角为109°28′；故答案为：；109°28′。
(4)现有CH4、C2H4、C2H6、C3H6、C3H8五种有机物。同质量烃完全燃烧时耗O2取决于氢的质量分数，氢的质量分数越大，则耗氧量越大，因此同质量的以上物质完全燃烧时耗O2的量最多的是CH4；同状况、同体积、同物质的量的烃(CxHy)完全燃烧时耗O2的量取决于，因此同状况、同体积、同物质的量的以上物质完全燃烧时耗O2的量最多的是C3H8；同质量的以上物质完全燃烧时，生成的CO2的量主要是含碳质量分数，碳质量分数越大，生成的CO2的量越多；生成水的量主要是含氢质量分数，氢质量分数越大，生成水的量越多，因此生成的CO2最多的是C2H4、C3H6，生成水最多的是CH4；故答案为：CH4；C3H8；C2H4、C3H6；CH4。
19．（福建泉州·高一期末）“百度”获得如下信息：
信息1：普通打火机常用的燃料成分如、。
信息2：乙醇()易溶于水、、等，可用作溶剂、消毒剂等。
信息3：二氯甲烷()不溶于水，易溶于、和等，是不可燃低沸点溶剂。
信息4：石墨可以在高温、高压下形成人造金刚石。
根据信息中带下划线的物质，回答下列问题：
(1)与互为同系物的是___________(填化学式)。从上述物质再找出一对同系物，它们分别是___________和___________(填结构简式)。
(2)与互为同分异构体的是___________(填结构简式)。
(3)石墨和金刚石互为___________。
(4)写出分子式为所有同分异构体的结构简式___________。
【答案】 同素异形体 CH3CH2CH2CH3、CH3CH(CH3)2
【解析】(1)同系物是结构相似，组成上相差若干个CH2原子团的一系列物质，由定义可知与互为同系物的是，和互为同系物，故答案为：；；；
(2)同分异构体是指分子式相同，结构不同的化合物的互称，由此可知与互为同分异构体的是，故答案为：；
(3)石墨和金刚石为结构不同的碳单质，两者互为同素异形体，故答案为：同素异形体；
(4)分子式为的烷烃结构有正丁烷(CH3CH2CH2CH3)和异丁烷(CH3CH(CH3)2)，故答案为：CH3CH2CH2CH3；CH3CH(CH3)2；
20．（江西·南昌县莲塘第三中学高一期末）已知某链状烷烃分子中电子数为42。
(1)该烷烃的分子式为___。
(2)该烷烃共有___种同分异构体，其中：
①甲在相同条件下沸点最高，甲的结构简式是___。
②乙的一氯代物共有4种，乙的名称是___。
③丙中只有一种化学环境的氢，写出丙与Cl2按照1：1的比例发生反应的化学方程式：____。
④键线式是以线表示共价键，每个折点或端点表示一个碳原子，并省略书写氢原子的一种表示有机化合物结构的式子，如异丁烷()可表示为“”，请分析这一表示方式的要领，写出乙的键线式：___。
(3)该烷烃的同系物中不存在同分异构体的共有___种。
【答案】(1)C5H12
(2) 3 CH3CH2CH2CH2CH3 异戊烷或2-甲基丁烷 +HCl
(3)3
【解析】 (1)链状烷烃的通式为：CnH2n+2，碳原子含有6个电子，氢原子含有1个电子，则该有机物分子中含有的电子数为：6n+2n+2=42，解得n=5，该烷烃的分子式为：C5H12，答案为：C5H12；
(2)戊烷的同分异构体有：正戊烷：CH3-CH2-CH2-CH2-CH3、异戊烷：、新戊烷：，故该烷烃共有3种同分异构体，答案为：3；
①烷烃分子中，碳原子数相同时，在相同条件下，所带支链越多，其沸点越低，因甲在相同条件下沸点最高，所以甲为正戊烷，甲的结构简式是CH3CH2CH2CH2CH3，答案为：CH3CH2CH2CH2CH3；
②在戊烷的同分异构体中，正戊烷的一氯代物有3种，分别是CH3CH2CH2CH2CH2Cl、 CH3CH2CH2CHClCH3、CH3CH2CHClCH2CH3，异戊烷的一氯代物有4种，分别是CH2Cl-CH(CH3)-CH2-CH3、CH3-CCl(CH3)-CH2-CH3、CH3-CH(CH3)-CHCl-CH3，CH3-CH(CH3)-CH2-CH2Cl，新戊烷的一氯代物有1种，为CH2Cl-C(CH3)3，因乙的一氯代物有四种，所以乙的名称是异戊烷或2-甲基丁烷，答案为：异戊烷或2-甲基丁烷；
③因丙只有一种化学环境的氢，所以丙是新戊烷，则丙与Cl2按照1：1的比例发生反应的化学方程式： +HCl，答案为： +HCl；
④由题意分析可知乙是异戊烷，则乙的键线式为，答案为：由题意分析可知乙是异戊烷，则乙的键线式为；
(3)该烷烃的同系物中不存在同分异构体的有甲烷(CH4 )、乙烷(C2H6 )、丙烷(C3H8)共3种，答案为：3。
高一化学同步学习高效学讲练（精品学案）
第七章 有机化合物
第一节 认识有机化合物
第2课时 烷烃的性质
课程学习目标
1．认识甲烷的结构及其主要性质和应用。
2．了解有机化合物的性质特点。
3．认识烷烃的物理性质，化学性质。
学科核心素养
宏观辨识与微观探析：
1．能从原子、分子水平分析烷烃及其反应的微观特征。
2．能从烷烃的微观结构解释化学性质的相似性和物理性质的递变性。
3．能识记烷烃的物理性质，化学性质。
科学探究与创新意识：
1．能有较强的问题意识。根据已有烷烃的性质，独立完成实验探究。
2．能用简单实验探究烷烃取代反应的条件和反应方式。
3．能依据教材给出的问题，设计简单的实验方案。
【新知学习】
一．甲烷的性质
1．物理性质
颜色
状态
气味
密度
溶解性
无色
气体
无味
比空气小
极难溶于水
存在 ：甲烷是 天然气 、 沼气 、 油田气 、 煤矿坑道气 的主要成分
2．化学性质：
（1）燃烧反应（氧化反应）
甲烷的燃烧实验
实验步骤
实验现象
实验结论
1.点燃纯净的甲烷
淡蓝色火焰
甲烷可燃烧
2.在火焰的上方罩干燥洁净的烧杯
烧杯内壁出现水珠
燃烧产物中有水
3.迅速将烧杯倒转并注入少量的澄清石灰水
澄清石灰水变浑浊
燃烧产物中有二氧化碳
写出化学方程式： CH4+2O2 点燃(——→)CO2+2H2O
（2）稳定性
通常状况下甲烷的化学性质稳定，与 高锰酸钾 等强氧化剂不反应，与 强酸 、 强碱 也不反应。如果将甲烷通入酸性高锰酸钾溶液中，溶液颜色 不褪色 。
（3）取代反应
定义：有机化合物分子中的某种 原子或原子团 被其他 原子或原子团 所替代的反应，叫做取代反应。
【科学探究】
实验步骤
实验现象
实验结论
V(甲烷)∶V(氯气) =1:1的试管，
放在光亮的地方一定时间后；
反应后，将试管倒立在盛满水的水槽中；
①混合气体颜色 逐渐变浅
②试管内壁有 油状液体 生成，试管中有少量白雾。
③试管中液面逐渐 上升
在光照条件下，甲烷与氯气发生了化学反应
化学方程式：
CH4＋Cl2光照(――→)CH3Cl＋HCl；CH3Cl＋Cl2光照(――→)CH2Cl2＋HCl
CH2Cl2＋Cl2光照(――→)CHCl3＋HCl；CHCl3＋Cl2光照(――→)CCl4＋HCl
注意：
a.反应物及条件：甲烷与纯净的卤素单质，在光照下发生取代反应。氯水不能反应。
b.反应产物：连锁反应，CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4四种有机产物（只有CH3Cl是气态）都存在，还有HCl生成。
c.反应特征及比例：有上有下，每取代1molH就消耗1molCl2，同时生成1molHCl。
二．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＋__2(3n＋1)__O2点燃(——→)__nCO2＋(n＋1)H2O__。
(2)以甲烷为例探究烷烃的取代反应
实验
装置
实验
现象
A装置：试管内气体颜色逐渐__变浅__；试管内壁有__油状液体__出现，试管中有少量白雾，且试管内液面__上升__，水槽内有固体析出
B装置：__无明显现象__
实验
结论
CH4与Cl2需在__光照__时才能发生化学反应，有关化学方程式：
CH4＋Cl2光(——→)CH3Cl＋HCl(一氯代物)，
CH3Cl＋Cl2光(——→)CH2Cl2＋HCl(二氯代物)，
CH2Cl2＋Cl2光(——→)CHCl3＋HCl(三氯代物)，
CHCl3＋Cl2光(——→)CCl4＋HCl(四氯代物)。
产物
性质
水溶性：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4均__难__溶于水。
状态：常温下除__CH3Cl__是气体，其余三种均为液体。
取代反
应概念
有机物分子里的某些原子或原子团被其他__原子或原子团__所替代的反应。
三．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。
【知识进阶】
一．有机物的表示方法
【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。
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？
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】
种类
实例
含义
分子式
CH4
用元素符号表示物质分子组成的式子，可反映出一个分子中原子的种类和数目
最简式
(实验式)
乙烷C2H6
最简式为CH3
①表示物质组成的各元素原子最简整数比的式子
②由最简式可求最简式量
电子式
用小黑点等记号代替电子，表示原子最外层电子成键情况的式子
结构式
①具有化学式所能表示的意义，能反映物质的结构
②表示分子中原子的结合或排列顺序的式子，但不表示空间构型
结构简式
CH3CH3
将结构式中碳碳单键、碳氢键等短线省略后得到的式子即为结构简式，它比结构式书写简单，比较常用，是结构式的简便写法，着重突出结构特点(官能团)
键线式
(戊烷)
(丙烯)
将结构式中碳、氢元素符号省略，只表示分子中键的连接情况，每个拐点或终点均表示一个碳原子，即为键线式
球棍
模型
小球表示原子，短棍表示价键，用于表示分子的空间结构(立体形状)
比例模型
①用不同体积的小球表示不同大小的原子
②用于表示分子中各原子的相对大小和结合顺序
【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( )
【答案】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
【答案】B
【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。
二．认识烷烃取代反应的特点
【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？
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?
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
反应物
甲烷与氯气(不能用氯水)
反应条件
漫散光照射(不用太阳光直射，以防爆炸)
生成物
甲烷与氯气反应生成四种有机产物：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和无机物HCl，其中HCl的产量最多
反应
特点
连锁
反应
甲烷中的氢原子被氯原子逐步取代，各步反应同时进行，即第一步反应一旦开始，后续反应立即进行
数量
关系
每取代1 mol氢原子，消耗1 mol Cl2，生成1 mol HCl
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＋X2光(——→)CnH2n＋1X＋HX，CnH2n＋1X可与X2继续发生取代反应。
【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( )
A．CH2Cl2＋Br2光照(——→)CHBrCl2＋HBr
B．CH3OH＋HCl光照(——→)CH3Cl＋H2O
C．2Na＋2H2O==2NaOH＋H2↑
D．CH3—CH2—Br＋H2ONaOHCH3—CH2—OH＋HBr
【答案】C
【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。
三．烃的相关计算问题
1．气态烃完全燃烧体积变化的规律
CxHy＋(x＋4(y))O2点燃(——→)xCO2＋2(y)H2O ΔV＝V后-V前
1 x＋4(y) x 2(y)
(1)若反应后水为气态，ΔV＝4(y)-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＋4(y))，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
等质量
等物质的量
耗氧量
x(y)越大，耗氧量越多
x＋4(y)越大，耗氧量越多
产物量
x(y)越大，生成的CO2越少而水越多
x值越大，生成的CO2越多；y越大，生成的水越多
说明：x(y)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。
【典例3】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( )
A．1 B．2 C．3 D．4
【答案】D
【解析】
烃燃烧通式为CxHy＋(x＋4(y))O2―→xCO2＋2(y)H2O(g)，由燃烧前后体积不变，得1＋(x＋4(y))＝x＋2(y)(120 ℃)，解得y＝4。依题意，4体积O2为适量或过量，故x＋4(y)≤4，因为y＝4，故x≤3。
（变式训练3）烷烃完全燃烧都可以生成CO2和H2O，现以甲烷、乙烷、丙烷三种物质燃烧为例，进行燃烧分析。
(1)取等物质的量的三种物质，在O2中完全燃烧，生成CO2最多的是___________，生成H2O最多的是___________，消耗O2最多的是___________。由此可以得出结论：等物质的量的烷烃完全燃烧，生成CO2、H2O以及消耗O2的量随着___________的增多而变大。
(2)取等质量的三种物质，在O2中完全燃烧，生成CO2最多的是___________，生成H2O最多的是___________，消耗O2最多的是___________。由此可以得出结论：等质量的烷烃完全燃烧，生成CO2的量随着___________的增大而变大，生成水的量随着___________的增大而变大，消耗O2的量随着___________的增大而变大。
【答案】丙烷 丙烷 丙烷 分子中碳原子数 丙烷 甲烷 甲烷 分子中碳的质量分数 分子中氢的质量分数 分子中氢的质量分数
【详解】
(1)物质的量相等，则一个分子中含碳原子数越多生成的CO2越多，所以生成CO2最多的是丙烷；含氢原子越多生成的H2O最多，所以生成H2O最多的是丙烷；根据烷烃燃烧通式CnH2n+2+(n+)O2→nCO2+(n+1)H2O可知消耗氧气最多的是丙烷；由此可以得出结论：等物质的量的烷烃完全燃烧，生成CO2、H2O以及消耗O2的量随分子中碳原子数的增多而变大；
(2)每12 g碳消耗1 mol O2，而每4 g氢就消耗1 mol O2，所以有等质量的各种烷烃，含碳量越大生成二氧化碳越多，消耗氧气越少，生成水越少；烷烃中碳原子的质量分数为，所以含碳原子数越多，碳原子的质量分数越大，则则生成CO2最多的是丙烷，生成水最多的是甲烷，消耗氧气最多的是甲烷，等质量的烷烃完全燃烧，生成CO2的量随着分子中碳的质量分数的增大而变大，生成水的量随着氢的质量分数的增大而变大，消耗氧气的量随着分子中氢的质量分数的增大而变大。
【效果检测】
1．（甘肃·庆阳第六中学高一期末）链状烷烃的通式为
A．CnH2n+2 B．CnH2n C．CnH2n-2 D．CnH2n-6
【答案】A
【解析】
依据链状烷烃是饱和烃，碳原子间以单键连接，碳原子形成四个化学键分析判断，烷烃的通式是: CnH2n+2，故答案选A。
2．（黑龙江牡丹江·高一期中）下列物质的沸点由高到低排列的顺序是
①CH3(CH2)2CH3②CH3(CH2)3CH3③(CH3)3CH④(CH3)2CHCH2CH3
A．②④①③ B．④②①③ C．④②③① D．②④③①
【答案】A
【解析】
②④中均含5个C原子，但④中含支链，则沸点为②＞④，①③中均含4个C原子，但③中含支链，则沸点为①＞③，相对分子质量越大，沸点越高，所以沸点由高到低排列为②④①③；
答案选A。
3．（甘肃·兰州市第二十七中学高一期末）进行一氯取代反应后，只能生成三种沸点不同的有机物的是
A．(CH3)3CCH2CH3 B．(CH3CH2)2CHCH3
C．(CH3)2CHCH(CH3)2 D．(CH3)2CHCH2CH2CH3
【答案】A
【解析】
一氯取代反应后，只能生成三种沸点不同的有机物,即考查下列有机物存在几种等效氢。
A．(CH3)3CCH2CH3展开后的结构简式为： ，等效氢有3种，A正确；
B．(CH3CH2)2CHCH3展开后的结构简式为： ，等效氢有4种，B不符合；
C．(CH3)2CHCH(CH3)2展开后的结构简式为： ，等效氢有2种，C不符合；
D．(CH3)2CHCH2CH2CH3展开后的结构简式为： ，等效氢有5种，D不符合；
故答案为A。
4．（福建泉州·高一期末）实验室用如图1所示的装置(夹持装置略)，进行甲烷与氯气在光照条件下的反应实验。下列说法错误的是
A．可发生反应：
B．光照一段时间后，产生如图2所示实验现象
C．反应过程中，饱和食盐水中有NaCl晶体析出
D．若用乙烷替代甲烷进行实验，也能发生反应
【答案】B
【解析】
A．甲烷与氯气在光照条件下发生取代反应，会生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl，甲烷的一氯代反应可表示为：，故A正确；
B．反应后生成的CH3Cl为气体，不溶于水，故试管不能充满液体，故B错误；
C．反应生成的HCl溶于饱和食盐水中，氯离子浓度增大，抑制了部分氯化钠的溶解，则饱和食盐水中有NaCl晶体析出，故C正确；
D． 甲烷和乙烷均为烷烃，结构相似化学性质相似，若用乙烷替代甲烷进行实验，也能发生反应，故D正确；
答案选B。
5．（云南昆明·高一期末）异辛烷在内燃机的汽缸里燃烧时抗震性较好，是优良的发动机燃料，异辛烷的球棍模型如下图所示。下列说法正确的是
A．异辛烷分子式为
B．异辛烷中所有碳原子可能共平面
C．异辛烷和环戊烷互为同系物
D．1mol异辛烷完全燃烧消耗氧气的物质的量为12.5mol
【答案】D
【解析】
A． 异辛烷分子式为，故A错误；
B． 异辛烷中有一个碳上连有4个碳原子，这个碳是四面体构型，所有碳原子不可能共平面，故B错误；
C． 异辛烷和环戊烷结构不相似，不是互为同系物，故C错误；
D． 1mol异辛烷完全燃烧消耗氧气的物质的量为(8+)mol=12.5mol，故D正确；
故选D。
6．（贵州铜仁·高一期末）进行一氯取代反应后，只能生成二种沸点不同的产物的烷烃是
A． B．
C． D．
【答案】C
【解析】
A．有五种位置的氢，其一氯代物有五种，生成一氯代物有五种沸点不同的产物，故A不符合题意；
B．有四种位置的氢，其一氯代物有四种，生成一氯代物有四种沸点不同的产物，故B不符合题意；
C．有两种位置的氢，其一氯代物有两种，生成一氯代物有两种沸点不同的产物，故C符合题意；
D．有三种位置的氢，其一氯代物有三种，生成一氯代物有三种沸点不同的产物，故D不符合题意。
综上所述，答案为C。
7．（北京昌平·高一期末）2021年5月15日，我国首次火星探测任务天问一号探测器在火星着陆，在火星上首次留下中国印记，迈出了我国星际探测征程的重要一步。天问一号利用正十一烷(分子式为C11H24)储存能量，下列关于正十一烷说法不正确的是
A．正十一烷属于属于有机化合物
B．正十一烷属于烃的衍生物
C．正十一烷与甲烷属于同系物
D．正十一烷中的碳原子均形成4个共价单键
【答案】B
【解析】
A．正十一烷属于烷烃，属于有机化合物，故A正确；
B．正十一烷属于烷烃，不属于烃的衍生物，故B错误；
C．正十一烷与甲烷都属于烷烃，两者结构相似、分子组成上相差10个“CH2”，互为同系物，故C正确；
D．正十一烷属于烷烃，因此正十一烷的碳原子均形成4个共价单键，故D正确；
答案为B。
8．（陕西·永寿县中学高一阶段练习）丙烷(C3H8)通常用来作为发动机及家用取暖系统的燃料。下列有关丙烷的说法正确的是
A．丙烷属于有机化合物，完全燃烧生成二氧化碳和水
B．丙烷中含有H2分子
C．丙烷中碳、氢元素质量比为3：8
D．丙烷由3个碳原子和8个氢原子构成
【答案】A
【解析】
A．丙烷是C、H两种元素的化合物，属于有机物，根据元素守恒可知：其完全燃烧产生CO2、H2O，A正确；
B．丙烷分子式是C3H8，属于纯净物，其中不含H2，B错误；
C．丙烷分子式是C3H8，其中碳、氢元素元素的原子个数比为3：8，C错误；
D．丙烷分子中含有3个碳原子和8个氢原子，丙烷是由丙烷分子构成，D错误；
故合理选项是A。
9．（福建省泉州第一中学高一阶段练习）下列关于CH4的说法错误的是
A．CH4是沼气、天然气和煤矿坑道气的主要成分 B．甲烷和氯水光照时发生取代反应
C．收集甲烷可以用向下排空气法 D．甲烷不能使酸性KMnO4溶液褪色
【答案】B
【解析】
A．沼气是沼泽湿地里的气体、天然气是指天然蕴藏于地层中的烃类和非烃类气体的混合物，煤矿坑道气是煤矿坑道里的气体，主要成分都是甲烷，A正确；
B．甲烷和氯气在光照时发生取代反应，不能与氯水在光照下反应，B错误；
C．甲烷的密度比空气小，可以用向下排空气法收集，C正确；
D．甲烷性质比较稳定，不与强酸、强碱、酸性高锰酸钾等反应，D正确；
故选B。
10．（云南·昆明八中高一期中）室温下，实验室用如图装置探究甲烷与氯气的反应，实验中观察不到的现象是
A．强光照射能较快看到白雾
B．若试管套上黑色纸套，试管内气体颜色逐渐变浅
C．试管内壁有油状物质生成
D．充分反应后试管中仍有气体
【答案】B
【解析】
A．甲烷为饱和烷烃，在光照条件下能够与氯气发生取代反应，若用强光照射取代反应速率加快，生成的氯化氢会遇到水蒸气凝结成液滴形成白雾，A正确；
B．若试管套上黑色纸套避光，取代反应不能进行，气体颜色不变浅，B错误；
C．反应生成二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷为油状液体，C正确；
D．充分反应后生成的取代产物中有气体一氯甲烷，所以试管中仍有气体，D正确；
答案选B。
11．（陕西蓝田·高一期末）某烷烃的相对分子质量为114，则该烷烃的同分异构体中，主链有5个碳原子的结构有
A．3种 B．4种 C．5种 D．6种
【答案】D
【解析】
根据烷烃的通式CnH2n+2有12n+2n+2=114，解得n=8，此烷烃是C8H18，主链5个碳，剩3个碳排在支链，可以形成一个乙基和一个甲基，也可以形成3个甲基，可以连在同一个碳上，也可以连在不同的碳原子上，用碳架结构表示，当含有一个乙基和一个甲基时有（●表示甲基可能的位置）2种结构，当含有3个甲基时有2种结构和2种结构，共6种结构，故选D。
12．（浙江·宁波市北仑中学高一期中）将甲烷和适量的混合后光照充分反应，先后生成、、、的物质的量依次增多，反应后无存在，则参加反应的物质的量为
A． B． C． D．
【答案】B
【解析】
2mol甲烷和氯气混合后光照充分反应，反应后无甲烷存在，根据生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4四种有机产物的物质的量依次增大0.2mol，可设CH3Cl其物质的量为xmol，则CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4四种有机产物的物质的量分别是xmol、(x+0.2)mol、(x+0.4)mol、(x+0.6)mol，根据碳元素守恒可得关系式xmol+(x+0.2)mol+(x+0.4)mol+(x+0.6)mol=2mol，求得x=0.2mol，所以CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4四种有机产物的物质的量分别是0.2mol、0.4mol、0.6mol、0.8mol，发生取代反应时，有一半的Cl进入HCl，消耗氯气的物质的量为0.2mol+2×0.4mol+3×0.6mol+4×0.8mol＝6mol，故答案选B。
13．（吉林辽源·高一期末）正己烷是优良的有机溶剂，其球棍模型如图所示。下列有关说法正确的是
A．正己烷的分子式为 C6H12，其沸点比庚烷低
B．己烷的同分异构体有 5 种
C．正己烷能与溴水发生取代反应而使溴水褪色
D．正己烷与 C7H14 互为同系物
【答案】B
【解析】
A．正己烷的分子式为 C6H12，相对分子质量比庚烷小，其沸点比正庚烷低，但庚烷有多种同分异构体，有较多支链的庚烷同分异构体沸点低，故A错误；
B．己烷的同分异构体有CH3CH2CH2CH2CH2CH3；(CH3)2CHCH2CH2CH3；CH3CH2CH(CH3)CH2CH3；(CH3)2CHCH(CH3)2；(CH3)3CCH2CH3 ，共 5 种，故B正确；
C．正己烷不能与溴水发生取代反应而使溴水褪色，两者混合后发生萃取，故C错误；
D．正己烷C6H14与 C7H14分子组成上只相差1个C，不是互为同系物，故D错误；
故选B。
14．（吉林·长春市第二实验中学高一期末）下列说法不正确的是
A．正丁烷与异丁烷是同分异构体
B．正丁烷与环丁烷都不能使酸性高锰酸钾褪色
C．异丁烷与环丁烷都满足烷烃通式
D．异丁烷的沸点低于正丁烷
【答案】C
【解析】
A． 正丁烷与异丁烷分子式相同，结构不同，是同分异构体，故A正确；
B． 正丁烷与环丁烷都没有不饱和键，都不能使酸性高锰酸钾褪色，故B正确；
C． 异丁烷满足烷烃通式，而环丁烷满足通式，故C错误；
D． 互为同分异构体的烷烃，支链越多，熔沸点越低，因为异丁烷有支链，分子间距离较大，分子间作用力较小，所以异丁烷的熔沸点低于正丁烷，故D正确；
故选C。
15．（浙江·宁波市北仑中学高一期中）将甲烷与一定量的氯气混合于一试管中，并将试管倒立于盛有饱和溶液的水槽中(如图所示)，对于此反应，下列有关叙述不正确的是
A．该反应属于取代反应
B．饱和溶液中有固体析出
C．试管内有少量白雾
D．该反应的现象为试管内气体颜色变浅，试管内壁上因为有氯化氢生成故有油状液滴产生
【答案】D
【解析】
A．甲烷和氯气反应生成氯代甲烷和氯化氢，该反应属于取代反应，选项A正确；
B．甲烷和氯气发生取代反应生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和氯化氢五种物质，选项B正确；
C．甲烷和氯气发生取代反应，有氯化氢生成，氯化氢结合水蒸气形成酸雾，试管内有少量白雾，选项C正确；
D．该反应试管内壁上因有二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳生成而有油状液滴产生，选项D错误；
答案选D。
16．（河北·石家庄二中高一期中）下列有关烷烃(C4H10)的叙述不正确的是
A．分子中碳原子不在同一直线上
B．分子中所有原子不可能在同一平面内
C．符合该分子式的烷烃的一氯代物共有4种
D．不能发生氧化反应
【答案】D
【解析】
A．烷烃(C4H10)中的C原子具有甲烷的四面体结构，分子中四个C原子不可能在同一直线上，A正确；
B．烷烃(C4H10)中的C原子具有甲烷的四面体结构，分子中所有原子不可能在同一平面上，B正确；
C．烷烃(C4H10)有CH3CH2CH2CH3和CH3CH(CH3)2两种结构，每种结构中都含有2种不同的H原子，故符合该分子式的烷烃的一氯代物共有4种，C正确；
D．该物质是烃，属于可燃物，其能够完全燃烧产生CO2、H2O，燃烧反应属于氧化反应，D错误；
故合理选项是D。
17．（青海西宁·高一期末）判断各组物质间的关系，用序号填空。
①和；
②和；
③和
④和
(1)互为同位素的是___________。
(2)互为同分异构体的是___________。
(3)互为同系物的是___________。
【答案】 ① ③ ②
【解析】
(1)具有相同质子数、不同中子数的不同核素互为同位素，则互为同位素的是和，答案选①。
(2)分子式相同、结构不同的化合物互为同分异构体，互为同分异构体的是和，和是同一种物质，答案选③。
(3)结构相似，分子组成相差若干个CH2原子团的有机物互为同系物，则互为同系物的是和，答案选②。
18．（江西·南城县第二中学高一阶段练习）写出下列链状烷烃的分子式：
(1)含有30个氢原子的烷烃的分子式为___________。
(2)烷烃A在同温同压下蒸气的密度是H2的36倍，则其分子式为___________。
(3)甲烷的电子式为___________，碳氢键之间键角为___________。
(4)现有CH4、C2H4、C2H6、C3H6、C3H8五种有机物。同质量的以上物质完全燃烧时耗O2的量最多的是___________；同状况、同体积、同物质的量的以上物质完全燃烧时耗O2的量最多的是___________；同质量的以上物质完全燃烧时，生成的CO2最多的是___________，生成水最多的是___________。
【答案】 C14H30 C5H12 109°28′ CH4 C3H8 C2H4、C3H6 CH4
【解析】
(1)烷烃通式为CnH2n+2，因此含有30个氢原子的烷烃的分子式为C14H30；故答案为：C14H30。
(2)烷烃A在同温同压下蒸气的密度是H2的36倍，则A的摩尔质量为M=36×2 g∙mol−1＝72 g∙mol−1，根据烷烃通式为CnH2n+2，14n+2=72，则其分子式为C5H12；故答案为：C5H12。
(3)甲烷的电子式为，碳氢键之间键角为109°28′；故答案为：；109°28′。
(4)现有CH4、C2H4、C2H6、C3H6、C3H8五种有机物。同质量烃完全燃烧时耗O2取决于氢的质量分数，氢的质量分数越大，则耗氧量越大，因此同质量的以上物质完全燃烧时耗O2的量最多的是CH4；同状况、同体积、同物质的量的烃(CxHy)完全燃烧时耗O2的量取决于，因此同状况、同体积、同物质的量的以上物质完全燃烧时耗O2的量最多的是C3H8；同质量的以上物质完全燃烧时，生成的CO2的量主要是含碳质量分数，碳质量分数越大，生成的CO2的量越多；生成水的量主要是含氢质量分数，氢质量分数越大，生成水的量越多，因此生成的CO2最多的是C2H4、C3H6，生成水最多的是CH4；故答案为：CH4；C3H8；C2H4、C3H6；CH4。
19．（福建泉州·高一期末）“百度”获得如下信息：
信息1：普通打火机常用的燃料成分如、。
信息2：乙醇()易溶于水、、等，可用作溶剂、消毒剂等。
信息3：二氯甲烷()不溶于水，易溶于、和等，是不可燃低沸点溶剂。
信息4：石墨可以在高温、高压下形成人造金刚石。
根据信息中带下划线的物质，回答下列问题：
(1)与互为同系物的是___________(填化学式)。从上述物质再找出一对同系物，它们分别是___________和___________(填结构简式)。
(2)与互为同分异构体的是___________(填结构简式)。
(3)石墨和金刚石互为___________。
(4)写出分子式为所有同分异构体的结构简式___________。
【答案】 同素异形体 CH3CH2CH2CH3、CH3CH(CH3)2
【解析】(1)同系物是结构相似，组成上相差若干个CH2原子团的一系列物质，由定义可知与互为同系物的是，和互为同系物，故答案为：；；；
(2)同分异构体是指分子式相同，结构不同的化合物的互称，由此可知与互为同分异构体的是，故答案为：；
(3)石墨和金刚石为结构不同的碳单质，两者互为同素异形体，故答案为：同素异形体；
(4)分子式为的烷烃结构有正丁烷(CH3CH2CH2CH3)和异丁烷(CH3CH(CH3)2)，故答案为：CH3CH2CH2CH3；CH3CH(CH3)2；
20．（江西·南昌县莲塘第三中学高一期末）已知某链状烷烃分子中电子数为42。
(1)该烷烃的分子式为___。
(2)该烷烃共有___种同分异构体，其中：
①甲在相同条件下沸点最高，甲的结构简式是___。
②乙的一氯代物共有4种，乙的名称是___。
③丙中只有一种化学环境的氢，写出丙与Cl2按照1：1的比例发生反应的化学方程式：____。
④键线式是以线表示共价键，每个折点或端点表示一个碳原子，并省略书写氢原子的一种表示有机化合物结构的式子，如异丁烷()可表示为“”，请分析这一表示方式的要领，写出乙的键线式：___。
(3)该烷烃的同系物中不存在同分异构体的共有___种。
【答案】(1)C5H12
(2) 3 CH3CH2CH2CH2CH3 异戊烷或2-甲基丁烷 +HCl
(3)3
【解析】 (1)链状烷烃的通式为：CnH2n+2，碳原子含有6个电子，氢原子含有1个电子，则该有机物分子中含有的电子数为：6n+2n+2=42，解得n=5，该烷烃的分子式为：C5H12，答案为：C5H12；
(2)戊烷的同分异构体有：正戊烷：CH3-CH2-CH2-CH2-CH3、异戊烷：、新戊烷：，故该烷烃共有3种同分异构体，答案为：3；
①烷烃分子中，碳原子数相同时，在相同条件下，所带支链越多，其沸点越低，因甲在相同条件下沸点最高，所以甲为正戊烷，甲的结构简式是CH3CH2CH2CH2CH3，答案为：CH3CH2CH2CH2CH3；
②在戊烷的同分异构体中，正戊烷的一氯代物有3种，分别是CH3CH2CH2CH2CH2Cl、 CH3CH2CH2CHClCH3、CH3CH2CHClCH2CH3，异戊烷的一氯代物有4种，分别是CH2Cl-CH(CH3)-CH2-CH3、CH3-CCl(CH3)-CH2-CH3、CH3-CH(CH3)-CHCl-CH3，CH3-CH(CH3)-CH2-CH2Cl，新戊烷的一氯代物有1种，为CH2Cl-C(CH3)3，因乙的一氯代物有四种，所以乙的名称是异戊烷或2-甲基丁烷，答案为：异戊烷或2-甲基丁烷；
③因丙只有一种化学环境的氢，所以丙是新戊烷，则丙与Cl2按照1：1的比例发生反应的化学方程式： +HCl，答案为： +HCl；
④由题意分析可知乙是异戊烷，则乙的键线式为，答案为：由题意分析可知乙是异戊烷，则乙的键线式为；
(3)该烷烃的同系物中不存在同分异构体的有甲烷(CH4 )、乙烷(C2H6 )、丙烷(C3H8)共3种，答案为：3。
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