高中化学烷 烃

第2课时 烷 烃

[学习目标定位] 1.了解烷烃的组成、结构、通式及烷烃的主要性质(物理性质和化学性质)。2.知道同系物、同分异构体的概念，能根据结构式或结构简式判断它们是否为同分异构体或同系物。

一 烷烃

1．下面是乙烷、丙烷、丁烷的结构式。

回答下列问题：

(1)每个碳原子形成4个共价键，且原子之间只以单键相连成链状，碳原子的剩余价键均与氢原子结合。

(2)烃分子中碳原子之间都以碳碳单键结合成链状，剩余价键均与氢原子结合，使每个碳原子的化合价都达到“饱和”，这样的烃叫做饱和链烃，也称烷烃。其分子通式为C n H 2n ＋2(n ≥1且n 为整数)。烷烃的空间结构中，碳原子(大于等于3时)不在一条直线上，直链烷烃空间构型是折线形或锯齿状。

2．教材表3-1列举了部分烷烃的物理性质。

阅读分析表3-1可知：烷烃的物理性质随着分子中碳原子数的增多，呈规律性的变化。如 (1)常温下其状态由气态变到液态又变到固态，熔、沸点逐渐升高，相对密度逐渐增大。 (2)常温下，碳原子数小于或等于4时，均为气态(新戊烷常温下也为气态)。

3．物质的组成、结构决定物质的性质，这个规律在有机物中体现得尤其明显。烷烃的化学性质与甲烷相似，请写出下列反应的化学方程式(有机物写结构简式)： (1)丙烷的燃烧：CH 3CH 2CH 3＋5O 2――→点燃

3CO 2＋4H 2O 。

(2)光照条件下，乙烷与氯气发生取代反应(只要求写一氯取代)：CH 3CH 3＋Cl 2――→光

CH 3CH 2Cl ＋HCl 。

(3)用通式表示烷烃的完全燃烧及卤代反应(用X 2表示)：

①C n H 2n ＋2＋3n ＋12

O 2――→点燃

n CO 2＋(n ＋1)H 2O ；

②C n H 2n ＋2＋X 2――→光

C n H 2n ＋1X ＋HX ，C n H 2n ＋1X 可与X 2继续发生取代反应。 归纳总结

1．下列有关烷烃的叙述中，正确的是( )

①在烷烃分子中，所有的化学键都是单键 ②烷烃中除甲烷外，很多都能使酸性KMnO 4溶液的紫色褪去 ③分子通式为C n H 2n ＋2的不一定是烷烃 ④所有的烷烃在光照条件下都能与氯气发生取代反应 ⑤光照条件下，乙烷通入溴水中，可使溴水褪色 A ．①③⑤ B ．②③ C ．①④ D ．①②④

答案 C

解析 烷烃分子中无论是碳碳键还是碳氢键，都是单键，①说法正确；烷烃属饱和链烃，其化学性质一般比较稳定，通常烷烃不与酸、碱、氧化剂(如酸性KMnO 4)反应，也不能使溴水褪色，②⑤说法不正确；因分子通式C n H 2n ＋2中的氢原子已达完全饱和，因此符合通式C n H 2n ＋2的有机物一定是烷烃，③说法不正确；烷烃在光照下都能与氯气发生取代反应，这是烷烃的主要特性之一，④说法正确。

2．下列关于CH 4和

的叙述正确的是( )

A ．均能用C n H 2n ＋2组成通式来表示

B ．与所有烷烃互为同素异形体

C ．因为它们的结构相似，所以它们的化学性质相似，物理性质相同

D ．通常状况下，它们都是气态烷烃 答案 A

解析 B 项，它们与其他碳原子数不同的烷烃互为同系物；C 项，化学性质相似，但物理性

质不同；D项，碳原子数小于或等于4的烷烃及新戊烷在通常状况下是气体。故选A。

二同系物同分异构体

1．填表

根据上表回答下列问题：

(1)相邻烷烃分子在组成上均相差一个CH2原子团。

(2)同系物是指结构相似，分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质，烷烃同系物的通式为C n H2n＋2。

2．对比两种物质的结构回答下列问题

CH3—CH2—CH2—CH3

正丁烷

(1)分子式均为C4H10，它们不是同系物，二者结构相似，碳碳之间都是以单键结合成链状，但结构并不相同，正丁烷无支链，异丁烷有支链。

(2)具有相同的分子式而具有不同结构的现象称为同分异构现象。具有同分异构现象的化合物互称同分异构体。

(3)判断下列有关同分异构体的叙述是否正确

①同分异构体具有相同的组成元素(√)

②组成元素相同的化合物互为同分异构体(×)

③同分异构体具有相同的相对分子质量(√)

④相对分子质量相同的化合物互为同分异构体(×)

⑤互为同分异构体的化合物也可能互为同系物(×)

(4)与是否互为同分异构体并说明理由。

答案不是同分异构体，由于二者均为四面体结构，为同一种物质。

(5)用结构简式写出戊烷(C5H12)的同分异构体。

答案CH3CH2CH2CH2CH3

(6)判断下列说法是否正确，据此理解同分异构现象是有机物种类繁多的又一重要原因。

①分子式不同的物质一定为不同物质，分子式相同的物质也可能为不同物质(√)

②分子中含3个及3个以下碳原子的有机物一定不存在同分异构现象(×)

③随着碳原子数增多，烷烃的同分异构体数目有增多的趋势(√)

归纳总结

1．同系物的判断

2．烷烃同分异构体的书写规律

烷烃同分异构体的书写规律可概括为主链由长到短，支链由整到散，位置由心到边，排列对、邻到间。

选择最长的碳链为主链；找出中心对称线；碳原子必须满足四个键；主链上的链端不能接甲基，主链上的第二个碳原子或倒数第二个碳原子不能接乙基，否则主链会改变，而容易出现重复结构。

例如，书写戊烷(C5H12)同分异构体的方法：

(1)先写出碳链最长的直链烃：CH3CH2CH2CH2CH3。

(2)从主链上减少一个—CH3作为取代基(支链)，在所得主链上依次移动可能的位置，得

(3)再从主链上减少一个碳原子作为所得主链的取代基，得

故C5H10的同分异构体共有三种，依次称为正戊烷、异戊烷、新戊烷。

3．在1.013×105Pa下，测得的某些烷烃的沸点见下表。据表分析，下列选项正确的是()

A.标准状况时，新戊烷是气体

B ．在1.013×105Pa 、20 ℃时，

C 5H 12都是液体 C ．烷烃随碳原子数的增加，沸点降低

D ．C

5H

12随支链的增加，沸点降低 答案 D

解析 新戊烷的沸点是9.5 ℃，标准状况下是液体，20 ℃时是气体，则A 、B 均错误；烷烃随碳原子数的增加，沸点升高；C 5H 12的三种同分异构体中，随支链数增加，沸点逐渐降低。 4．有下列结构的物质：①CH 3(CH 2)3CH 3

②CH 3CH 2CH 2CH 2CH 3 ③CH 3CH 2CH 2CH 2CH 2CH 3

其中，属于同系物的是________；属于同分异构体的是______；属于同种物质的是________。 A ．①② B ．②③ C ．③④⑤⑥⑦ D ．①③ E ．③④⑤⑦ F ．④⑥

答案 BD E AF

解析 7种物质均为烷烃，若碳原子数不同，则互为同系物；若碳原子数相同，而结构不同，则互为同分异构体；若碳原子数相同，且结构也相同，则为同一种物质。7种物质的分子式分别为①C 5H 12 ②C 5H 12 ③C 6H 14 ④C 6H 14 ⑤C 6H 14 ⑥C 6H 14 ⑦C 6H 14。所以①②中任一物质与③④⑤⑥⑦中任一物质均属于同系物；①②结构相同，属于同种物质，④⑥结构相同，属于同种物质；③④⑤⑦或③⑤⑥⑦互为同分异构体。

1．下列化学用语正确的是()

A．结构简式(CH3)2CHCH3既可以表示正丁烷，也可以表示异丁烷

B．丙烷分子的比例模型：

C．甲烷分子的球棍模型：

D．乙烷分子的电子式：

答案 D

解析结构简式(CH3)2CHCH3只表示异丁烷，A错误；B为丙烷分子的球棍模型，B错误；C为甲烷分子的比例模型，C错误。

2．下列分子只表示一种物质的是()

A．C3H7Cl B．C3H8C．C5H12D．C4H10

答案 B

解析C3H7Cl可以表示CH2Cl—CH2—CH3，也可以表示CH3—CHCl—CH3；C5H12可以表示正戊烷、异戊烷、新戊烷；C4H10可以表示正丁烷和异丁烷，均存在同分异构现象。3．下列说法正确的是()

A．凡是分子组成相差一个或几个CH2原子团的物质，彼此一定是同系物

B．两种化合物组成元素相同，各元素的质量分数也相同，则二者一定是同分异构体C．相对分子质量相同的几种化合物，互称为同分异构体

D．组成元素的质量分数相同，且相对分子质量也相同的不同化合物互称为同分异构体

答案 D

解析仅分子组成相差一个或若干个CH2原子团的物质，其分子结构不一定相似，如氢气(H2)和甲烷(CH4)分子组成上相差一个CH2，但二者不是同系物，A不对；两种化合物组成元素相同，各元素的质量分数也相同，只能确定它们的实验式相同，实验式相同的化合物分子式不一定相同，所以不一定是同分异构体，B不对；相对分子质量相同的物质很多，有些分子组成不同，所以不一定是同分异构体，C不对；当不同化合物组成元素的质量分数相同，相对分子质量也相同时，其分子式一定相同，因此这样的不同化合物互称为同分异构体，D正确。

4．有下列各组微粒或物质：

A．O2和O3

B.126C和136C

(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)______组两种物质互为同分异构体。

(5)______组两种物质是同一物质。

答案(1)B(2)A(3)C(4)E(5)D

5．写出下列烷烃的分子式

(1)同温同压下，烷烃的蒸气密度是H2的43倍：______。

(2)分子中含有22个共价键的烷烃：________。

(3)分子中含有30个氢原子的烷烃：________。

(4)室温下相对分子质量最大的直链气态烷烃：______。

答案(1)C6H14(2)C7H16

(3)C14H30(4)C4H10

40分钟课时作业

[经典基础题]

一、烷烃的结构与性质

1．有关烷烃的叙述：①都是易燃物；②特征反应是取代反应；③相邻两个烷烃在分子组成上相差一个甲基，其中正确的是( ) A ．①和③ B ．②和③ C ．只有① D ．①和②

答案 D

解析 相邻烷烃在分子组成上相差一个—CH 2—，而不是—CH 3。 2．下列数值都是烃的相对分子质量值，其对应的烃一定为烷烃的是( ) A ．44 B ．42 C ．54 D ．128

答案 A

解析 用C n H 2n ＋2的M r ＝14n ＋2进行判断，44对应的烃是C 3H 8,42对应的烃是C 3H 6,54对应的烃是C 4H 6,128对应的烃是C 9H 20。由于1个C 原子与12个H 原子的式量之和相等，所以C 9H 20与C 10H 8的相对分子质量相等，则128对应的烃不一定是烷烃。 3．下列有关烷烃的叙述中，不正确的是( ) A ．烷烃几乎不溶于水

B ．所有的烷烃在光照条件下都能与Cl 2发生取代反应

C ．烷烃的分子通式为C n H 2n ＋2，符合该通式的烃不一定是烷烃

D ．随着碳原子数的增加，烷烃的熔、沸点逐渐升高 答案 C

解析 烷烃不溶于水，A 正确；烷烃在光照条件下都能与Cl 2发生取代反应，这是烷烃的特征反应，B 正确；由于烷烃分子的通式C n H 2n ＋2中的H 原子已达饱和，所以符合C n H 2n ＋2的有机物只可能为烷烃，C 错；随着碳原子数的增加，烷烃的相对分子质量增大，分子间作用力增大，其熔、沸点逐渐升高，D 正确。 4．下列反应中，不属于取代反应的是( ) A ．CH 3Cl ＋Cl 2――→光照

CH 2Cl 2＋HCl B ．CH 4＋2O 2――→点燃CO 2＋2H 2O

C ．CH 3CH 2Br ＋H 2O ―→CH 3CH 2OH ＋HBr

D ．C 2H 6＋Cl 2――→光照C 2H 5Cl ＋HCl 答案 B

二、烷烃燃烧的计算

5．A 、B 两种有机物的混合物，当混合物的质量一定时，无论A 、B 以何种比例混合，完全燃烧产生CO 2的量均相等。A 、B 的关系可能符合下列四种情况：①同分异构体；②同系物；③具有相同的最简式；④含碳的质量分数相同，一定符合上述条件的组合有( )

A ．①②④

B ．①③④

C ．②③④

D ．①②③

答案 B

6．由一氧化碳、甲烷和乙烷组成的混合气体8.96 L(标准状况)，在足量氧气中充分燃烧后，生成气体先通过足量浓硫酸，再通过足量氢氧化钠溶液，测知氢氧化钠溶液增重26.4 g ，则原混合气体中乙烷的物质的量为( ) A ．0.1 mol

B ．大于或等于0.2 mol ，小于0.3 mol

C ．等于0.2 mol

D ．大于0.1 mol 小于0.3 mol 答案 C

解析 混合气体的物质的量为8.96 L

22.4 L·mol －1＝0.4 mol ，浓硫酸吸收水、NaOH 溶液吸收二氧

化碳，故NaOH 溶液增重26.4 g 为二氧化碳质量，其物质的量为26.4 g

44 g·mol －1＝0.6 mol ，所以

平均组成中碳原子数为

0.6 mol

0.4 mol

＝1.5，一氧化碳、甲烷分子中都含有一个碳原子，可以看做

1个组分，设一氧化碳、甲烷的总物质的量为x ，乙烷的物质的量为y ，则x ＋2y

x ＋y ＝1.5，解得：

x ＝y ，则原混合气体中乙烷的物质的量为0.4 mol ×1

2

＝0.2 mol ，C 正确。

7．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( ) A ．CH 4 B ．C 3H 8 C ．C 4H 10 D ．C 2H 6

答案 C

解析 设此气态烃的分子式为C x H y ，其完全燃烧的化学方程式为C x H y ＋????x ＋y 4O 2――→点燃x CO 2＋y

2H 2O ，则1 mol 该烃完全燃烧时耗氧量为????x ＋y 4mol ，将上述选项分别代入，比较可知C 4H 10耗氧量最多。

三、同系物、同分异构体的判断 8．下列说法中正确的是( ) A ．H 2和D 2互为同位素 B ．正丁烷和异丁烷互为同系物

互为同分异构体

和是同一种物质

答案 D

9．下列化合物中有三种不同氢的是()

A．(CH3)3CC(CH3)3

B．(CH3)2CH(CH2)2CH(CH3)2

C．(CH3)2CHCH2CH3

D．CH3C(CH3)3

答案 B

解析A项，有一种氢；

B项，有三种氢；

C项，有四种氢；

D项，有一种氢。

10．有人设想合成具有以下结构的四种烃分子，下列有关说法不正确的是()

A．1 mol甲分子内含有10 mol共价键

B．由乙分子构成的物质不能发生氧化反应

C ．丙分子的二氯取代产物只有三种

D ．丁分子不能合成 答案 B

解析 1 mol 甲分子中含有6 mol 碳碳键和4 mol 碳氢键，A 正确；乙分子可以发生燃烧反应，即氧化反应，B 错误；丙分子中有棱边、面对角线、体对角线三种二氯代物，C 正确；丁分子中的碳原子不符合四价键原则，不能合成，D 正确。

[能力提升题]

11．(1)分子式为C m H 20的烷烃中m 为________，分子式为C 8H n 的烷烃中n 为________，与CO 2密度(同温同压)相同的烷烃分子式为________，若上述四种烃各为1 mol ，在足量O 2中燃烧，消耗O 2最多的是________。

(2)若CH 4、C 2H 6、C 3H 8、C 4H 10四种烃各为1 g ，在足量O 2中燃烧，消耗O 2最多的是________。 答案 (1)9 18 C 3H 8 C 9H 20 (2)CH 4

解析 (1)根据烷烃通式为C n H 2n ＋2可求出m 为9，n 为18，密度与CO 2相同的烷烃相对分子质量为44，由14n ＋2＝44可求出n 为3，即分子式为C 3H 8。若同为1 mol 烃，消耗O 2的多少取决于C x H y 中“x ＋y 4”的大小，“x ＋y

4”的值越大，消耗O 2越多，此题中消耗O 2最

多的是C 9H 20。

(2)若同为1 g 烃，消耗O 2的多少取决于C x H y 中“y x ”的大小，“y

x ”的值越大，消耗O 2越

多，此题中消耗O 2最多的是CH 4。 12．已知某烷烃分子中电子数为42。

(1)该烷烃的分子式为__________________________________________________________。 (2)写出该烷烃分子的所有同分异构体的结构简式：

________________________________________________________________________。 (3)上述同分异构体中，在相同条件下沸点最低的是 ________________________(写结构简式)。 答案 (1)C 5H 12

(2)CH 3—CH 2—CH 2—CH 2—CH 3、

解析 (1)烷烃分子通式为C n H 2n ＋2，则其分子中电子数为6n ＋(2n ＋2)＝42，n ＝5，烷烃分

子式为C5H12。

(2)烷烃C5H12有三种同分异构体，其结构简式分别为CH3—CH2—CH2—CH2—CH3、

(3)烷烃分子中，碳原子数相同时，所带支链越多，其沸点越低，因此烷烃C5H12三种同分异

构体中，沸点最低。

13．观察下面几种烷烃的球棍模型：

(1)与C互为同系物的是________，与C互为同分异构体的是__________。

(2)在烷烃的同系物中，随碳原子数增加，其熔、沸点依次________(其中碳原子数满足________条件的烷烃常温下呈气态)，液态时密度依次________。

答案(1)AB D(2)升高小于或等于4增大

解析理解同系物、同分异构体的概念，会判断同系物、同分异构体。了解随碳原子数增加，烷烃熔点、沸点、密度的递变规律。

14．相对分子质量为72的烷烃，其分子式是_______________________________。

若此有机物的一氯代物分子中有两个—CH3，两个—CH2—，一个和一个—Cl，它们的可能结构分别是____________________、____________________、____________________、____________________。

答案

15．已知某种气态化石燃料中含有碳和氢两种元素。为了测定这种燃料中碳和氢两种元素的质量分数，可将气态燃料放入足量的氧气中燃烧，并使产生的气体全部通入如图所示的装置，得到如表所列的实验数据(U 形管中干燥剂只吸收水蒸气且假设产生的气体完全被吸收)。

(1)实验完毕后，生成物中水的质量为________ g 。假设广口瓶里生成一种正盐，其质量为________ g 。

(2)生成的水中氢元素的质量为________ g 。 (3)生成的CO 2中碳元素的质量为________ g 。

(4)气态化石燃料中碳元素与氢元素的质量比为________。 答案 (1)1.8 5 (2)0.2 (3)0.6 (4)3∶1

解析 (1)生成水的质量为102.9 g －101.1 g ＝1.8 g ，生成正盐即CaCO 3的质量为314.2 g －312.0 g 44 g·mol

－1

×100 g·mol －

1＝5 g 。 (2)生成的水中氢元素的质量为 1.8 g 18 g·mol

－1×2 g·

mol －1＝0.2 g 。 (3)生成的CO 2中碳元素的质量为314.2 g －312.0 g 44 g·mol －1

×12 g·mol －

1＝0.6 g 。 (4)碳元素与氢元素的质量比为0.6∶0.2＝3∶1。