2025版高一化學必修第二冊（含不定項選擇）第七章 第一節(jié) 第3課時 烷烴的性質(zhì)

第3課時烷烴的性質(zhì)課標定向目標定位1.能列舉、描述、辨識甲烷的物理性質(zhì)、存在及用途,能用化學方程式正確表示甲烷的化學性質(zhì)。(宏觀辨識與微觀探析)2.以甲烷為例,理解取代反應的概念,從化學鍵的角度認識有機化合物之間是如何相互轉(zhuǎn)化的。(證據(jù)推理與模型認知)3.能從有機化合物及其性質(zhì)的角度對有關能源的實際問題進行分析、討論和評價。(科學態(tài)度與社會責任)厘清重點以甲烷為代表物質(zhì),明晰烷烴的結構和化學性質(zhì)突破難點從化學鍵和物質(zhì)變化角度認識烷烴發(fā)生取代反應的方式和特征學習任務一:甲烷的性質(zhì)必備知識·導學[引入]天然氣、沼氣和煤層氣的主要成分都是甲烷。一、甲烷的物理性質(zhì)顏色狀態(tài)氣味密度水溶性無色氣體無味比空氣小難溶于水二、甲烷的化學性質(zhì)通常狀況下,甲烷性質(zhì)比較穩(wěn)定,與強酸、強堿、強氧化劑都不反應,如甲烷不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色,但在特定的條件下,甲烷也能發(fā)生某些反應。(1)氧化反應甲烷燃燒方程式:CH4+2O2CO2+2H2O(火焰呈淡藍色)[注意]①點燃甲烷前必須驗純,否則易發(fā)生爆炸。②有機反應比較復雜,常伴隨很多副反應發(fā)生,因此有機反應的化學方程式常用“→”代替“===”。[思考]如何驗證CH4燃燒時的產(chǎn)物是CO2和H2O?提示:用無水CuSO4檢驗水蒸氣的存在(由白色變成藍色),用澄清石灰水檢驗CO2的存在(澄清石灰水變渾濁)。(2)取代反應實驗裝置實驗現(xiàn)象A裝置:試管內(nèi)氣體顏色逐漸變淺;試管內(nèi)壁有油狀液滴出現(xiàn),試管中有少量白霧,且試管內(nèi)液面上升。B裝置:無明顯現(xiàn)象[思考]CH4和Cl2發(fā)生取代反應中,產(chǎn)物的物質(zhì)的量最多的是什么?提示:產(chǎn)物中最多的為HCl。[結論]甲烷的取代反應的數(shù)量關系:每取代1mol氫原子,消耗1molCl2,生成1molHCl。(3)高溫分解甲烷在隔絕空氣并加熱至1000℃的高溫下,甲烷發(fā)生分解反應,化學方程式為CH4C+2H2。核心要點·歸納1.甲烷與氯氣發(fā)生取代反應的條件與特點①反應條件:漫射光照射,強光直射易引起爆炸。②連鎖反應:甲烷分子中的氫原子被氯原子逐步取代,第一步反應一旦開始,后續(xù)反應立即進行,各步反應可同時進行,即當n(CH4)∶n(Cl2)=1∶1時,并不是只發(fā)生反應CH4+Cl2CH3Cl+HCl,其他反應也在進行。③反應產(chǎn)物:無論CH4和Cl2的比例如何,反應的產(chǎn)物都是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl的混合物,產(chǎn)物中HCl的量最多。CH4與Cl2發(fā)生取代反應,每取代1molH,則消耗1molCl2,同時生成1molHCl,1molCH4和Cl2發(fā)生取代反應,最多消耗4molCl2。參加反應的CH4與有機產(chǎn)物間量的關系:n(CH4)=n(CH3Cl)+n(CH2Cl2)+n(CHCl3)+n(CCl4)(碳守恒)。參加反應的Cl2與產(chǎn)物間量的關系:n(Cl2)=n(HCl)=n(CH3Cl)+2n(CH2Cl2)+3n(CHCl3)+4n(CCl4)(氯守恒)。④甲烷與溴蒸氣、碘蒸氣等鹵素單質(zhì)也能發(fā)生類似反應,但與溴水、碘水不反應。⑤若甲烷中1個氫原子被氯原子取代,生成的CH3Cl中3個H和1個Cl仍位于四面體的4個頂點,仍為四面體結構。2.甲烷的四種氯代產(chǎn)物名稱一氯甲烷二氯甲烷三氯甲烷四氯甲烷狀態(tài)常溫下呈氣態(tài)常溫下均呈液態(tài)俗稱氯甲烷—氯仿四氯化碳結構式空間結構四面體形正四面體形水溶性均不溶于水密度一氯甲烷的密度比水小,其余均比水的密度大微點撥·拓教材CH4爆炸極限:指甲烷與空氣混合后遇火引起爆炸的濃度范圍值,甲烷爆炸極限的實驗值為5%~15%,因此在煤礦礦井里要采取通風、嚴禁煙火等安全措施。學力診斷·測評1.實驗小組探究甲烷與氯氣的取代反應,裝置、現(xiàn)象如下:現(xiàn)象ⅰ.光照后,產(chǎn)生白霧,混合氣體顏色變淺ⅱ.試管內(nèi)液面上升ⅲ.試管壁出現(xiàn)油狀液滴下列說法不正確的是()A.飽和NaCl溶液可以減少氯氣的溶解B.出現(xiàn)油狀液滴,說明CH4全部轉(zhuǎn)化為CCl4C.產(chǎn)生白霧以及試管內(nèi)液面上升與HCl的生成有關D.若用鋁箔套住裝滿CH4和Cl2的試管,一段時間后沒有明顯變化【解析】選B。氯氣和水的反應是可逆反應:Cl2+H2OHCl+HClO,飽和食鹽水中的氯離子能使平衡左移,從而減少氯氣的溶解,故A正確;CH4和Cl2混合后在光照條件下發(fā)生的取代反應是連續(xù)的:CH4+Cl2CH3Cl+HCl、CH3Cl+Cl2CH2Cl2+HCl、CH2Cl2+Cl2CHCl3+HCl、CHCl3+Cl2CCl4+HCl,故油狀液滴是二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳的混合物,故B錯誤;氯化氫易溶于水,可產(chǎn)生白霧,導致試管內(nèi)液面上升,故C正確;此反應是在光照條件下發(fā)生的,若為了探究反應條件,可用鋁箔套住裝滿甲烷和氯氣的試管,一段時間后進行觀察沒有明顯變化,即可得出結論,故D正確。2.在標準狀況下,22.4LCH4與氯氣在光照下發(fā)生取代反應,待反應完全后,測得四種有機取代物的物質(zhì)的量相等,則消耗的氯氣為()A.0.5molB.2molC.2.5molD.4mol【解析】選C。1molCH4與氯氣發(fā)生取代反應,生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各0.25mol,該四種取代物中n(Cl)=0.25mol×(1+2+3+4)=2.5mol,根據(jù)取代反應特點,1/2的氯原子進入氯化氫,所以n(HCl)=2.5mol,故生成物中所含氯原子共2.5mol+2.5mol=5mol,參加反應的氯氣為n(Cl2)=2.5mol?！狙a償訓練】下列有關甲烷的取代反應的敘述正確的是()A.甲烷與氯氣按物質(zhì)的量之比為1∶1混合發(fā)生取代反應只生成CH3ClB.甲烷與氯氣的取代反應,生成的產(chǎn)物中CH3Cl最多C.甲烷與氯氣的取代反應生成的產(chǎn)物為混合物D.1mol甲烷生成CCl4最多消耗2mol氯氣【解析】選C。甲烷與氯氣一旦發(fā)生取代反應就不會停止在某一步,四種有機物都會產(chǎn)生,故得不到純凈的CH3Cl,A錯誤,C正確;甲烷與氯氣的反應中每取代1molH原子,消耗1mol氯氣,生成1molHCl,故產(chǎn)物中HCl最多,B錯誤;1mol甲烷生成CCl4最多消耗4mol氯氣,D錯誤。學習任務二:烷烴的性質(zhì)必備知識·導學一、烷烴的物理性質(zhì)項目相似性遞變性(隨分子中碳原子數(shù)增加)熔、沸點較低逐漸升高密度比水小逐漸增大狀態(tài)氣態(tài)→液態(tài)→固態(tài),常溫常壓下分子中碳原子數(shù)n≤4的烷烴為氣態(tài)(常溫常壓下,新戊烷為氣態(tài))溶解性難溶于水,易溶于汽油等有機溶劑[結論](1)碳原子數(shù)不同的烴,隨著碳原子數(shù)的增加,熔、沸點在逐漸升高;(2)碳原子數(shù)相同時,支鏈越多,熔、沸點越低;(3)烷烴密度比水小,隨著碳原子數(shù)的增加,密度逐漸增大。[思考]正戊烷、異戊烷、新戊烷三者沸點相同嗎?如不同,比較沸點大小。提示:不同。當碳原子數(shù)相同時,一般支鏈越多,沸點越低,沸點:正戊烷>異戊烷>新戊烷。二、烷烴的化學性質(zhì)通常情況下,烷烴比較穩(wěn)定,與強酸、強堿或高錳酸鉀等強氧化劑不發(fā)生反應。(1)氧化反應與甲烷類似,烷烴可以在空氣中完全燃燒,發(fā)生氧化反應,生成二氧化碳和水,并放出大量的熱。C3H8燃燒方程式:C3H8+5O23CO2+4H2O;鏈狀烷烴燃燒通式:CnH2n+2+3n+12O2nCO2+(n+1)H2(2)取代反應烷烴可與鹵素單質(zhì)在光照下發(fā)生取代反應生成鹵代烴和鹵化氫。如乙烷與氯氣反應生成一氯乙烷:CH3CH3+Cl2CH3CH2Cl+HCl[思考]C2H6與Cl2按體積比1∶1混合,發(fā)生取代反應,生成的有機產(chǎn)物有幾種?提示:一氯乙烷1種、二氯乙烷2種、三氯乙烷2種、四氯乙烷2種、五氯乙烷1種、六氯乙烷1種,共9種。(3)熱分解烷烴在較高溫度下會發(fā)生分解,這個性質(zhì)常被應用于石油化工和天然氣化工生產(chǎn)中,從烷烴可得到一系列重要的化工基本原料和燃料。C16H34C8H18+C8H16C4H10C2H6+C2H4判對錯·通教材判斷下列說法是否正確,正確的打“√”,錯誤的打“×”。(1)常溫下,碳原子數(shù)大于4的烷烴都是液體或固體。(×)提示:新戊烷[C(CH3)4]在常溫常壓下是氣體。(2)在光照條件下,等物質(zhì)的量的乙烷和Cl2混合發(fā)生取代反應生成的有機產(chǎn)物只有一氯乙烷。(×)提示:乙烷與Cl2的取代反應是連續(xù)的,產(chǎn)物是從一氯乙烷至六氯乙烷的混合物。(3)C5H12的熔、沸點比C3H8的熔、沸點高。(√)提示:烷烴碳原子數(shù)越多,熔、沸點越高。(4)有機物燃燒生成CO2和H2O,則該有機物一定是烷烴。(×)提示:有機物燃燒生成CO2和H2O,說明有機物中一定含有碳、氫元素,但無法確定是否是烷烴。核心要點·歸納1.取代反應(1)取代反應的特點“上一下一,有進有出”。注意:書寫化學方程式時,不要漏寫產(chǎn)物中的小分子。(2)取代反應的判斷方法①取代反應是一類重要的有機反應,判定一個反應是否屬于某類反應最直接的方法就是概念判定法。②從反應物的類型上看,取代反應的反應物至少有一種是有機物。③取代反應可以是一個原子被一個原子或原子團代替,也可是一個原子團被一個原子或原子團代替。2.氧化反應烷烴可以在空氣中完全燃燒,發(fā)生氧化反應,生成二氧化碳和水,并放出大量的熱?，F(xiàn)象:隨著烷烴分子中碳原子數(shù)的增加,燃燒越來越不充分,火焰越來越明亮,有些伴有黑煙。學力診斷·測評1.土衛(wèi)六是環(huán)繞土星運行的一顆衛(wèi)星,據(jù)相關媒體報道,土衛(wèi)六表面的“海洋”中有可能存在生命,又知這些“海洋”的主要成分是液態(tài)甲烷、乙烷以及這兩種物質(zhì)形成的聚合物。下列說法錯誤的是()A.甲烷、乙烷和溴水在光照條件下都能發(fā)生取代反應B.甲烷和乙烷分子中所有原子不可能共平面C.通常條件下,甲烷、乙烷和強酸、強堿、強氧化劑都不反應D.1mol乙烷分子中含有6molC—H共價鍵【解析】選A。A.甲烷和乙烷含有H原子,光照條件下與溴蒸氣可發(fā)生取代反應,與溴水不反應,故A錯誤;B.甲烷和乙烷含有飽和碳原子,分子中的所有原子不可能共平面,故B正確;C.甲烷、乙烷化學性質(zhì)比較穩(wěn)定,跟強酸、強堿、強氧化劑都不反應,故C正確;A.乙烷的結構式為,1mol乙烷分子中含有6molC—H共價鍵,故D正確。2.關于烷烴性質(zhì)的敘述不正確的是()A.烷烴同系物的熔、沸點隨分子內(nèi)碳原子數(shù)的增多逐漸升高,常溫下的狀態(tài)由氣態(tài)遞變到液態(tài),再遞變到固態(tài)B.烷烴同系物的密度隨分子內(nèi)碳原子數(shù)的增多而逐漸增大,從比水輕遞變到比水重C.烷烴跟鹵素單質(zhì)在光照下能發(fā)生取代反應D.烷烴同系物都不能使溴水、酸性KMnO4溶液褪色【解析】選B。烷烴同系物的熔、沸點隨分子內(nèi)碳原子數(shù)的增多逐漸升高,常溫下的狀態(tài)由氣態(tài)遞變到液態(tài),再遞變到固態(tài),A正確;烷烴的密度隨碳原子數(shù)的增多而逐漸增大,但總比水輕,B不正確;烷烴跟鹵素單質(zhì)在光照下能發(fā)生取代反應生成鹵代烴和鹵化氫,C正確;烷烴的結構決定了化學性質(zhì),碳原子是飽和狀態(tài),所以均不能使溴水、酸性KMnO4溶液褪色,D正確。學情檢測·素養(yǎng)達標1.下列關于甲烷的說法正確的是()A.實驗室可以用排水法收集甲烷B.只有純凈甲烷在空氣中安靜燃燒C.甲烷與溴水發(fā)生取代反應D.甲烷在空氣中燃燒只生成二氧化碳和水【解析】選A。甲烷難溶于水,可以用排水法收集,A項正確;達不到甲烷爆炸極限的不純甲烷在空氣中也能安靜燃燒,B項錯誤;甲烷與鹵素單質(zhì)發(fā)生取代反應的條件是光照,甲烷不能與溴水反應,C項錯誤;在氧氣不足條件下,甲烷燃燒會生成一氧化碳和水,D項錯誤。2.(2024·德州高一檢測)烷烴的主要來源是石油和天然氣,是重要的化工原料和能源物資。下列關于烷烴的敘述不正確的是()A.烷烴中的碳原子均以共價單鍵的形式與碳原子或氫原子相連B.甲烷能夠使酸性高錳酸鉀溶液褪色C.甲烷、乙烷及丙烷均無同分異構體D.乙烷與丙烷互為同系物【解析】選B。烷烴又叫飽和烴,烷烴中的碳原子均以共價單鍵的形式與碳原子或氫原子相連,故A正確;甲烷性質(zhì)穩(wěn)定,不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色,故B錯誤;甲烷、乙烷、丙烷的分子結構都只有一種,不存在同分異構體,故C正確;乙烷與丙烷結構相似,在分子組成上相差1個CH2原子團,互為同系物,故D正確。3.(雙選)已知最簡單的有機物E和直線形分子G在光照條件下反應,生成分子L和直線形分子M(組成G分子的元素為第三周期的元素),如圖所示。則下列判斷錯誤的是()A.常溫常壓下,E是一種無色無味的氣體B.生成的L是正四面體形的分子C.在光照條件下L與G不再繼續(xù)反應D.上述反應類型是取代反應【解析】選B、C。組成G分子的元素為第三周期的元素,根據(jù)其空間結構知,G為氯氣,E為甲烷,甲烷和氯氣發(fā)生取代反應生成一氯甲烷和HCl,L為一氯甲烷,M為HCl。A.E是甲烷,常溫常壓下為無色無味的氣體,故A正確;B.L為一氯甲烷,是四面體分子,但不是正四面體,故B錯誤;C.光照條件下,一氯甲烷能繼續(xù)和氯氣發(fā)生取代反應生成二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳,故C錯誤;D.甲烷分子中的H原子被Cl原子取代生成一氯甲烷,所以該反應為取代反應,故D正確。4.寫出下列各烷烴的分子式。(1)烷烴A在同溫同壓下蒸氣的密度是H2的50倍:C7H16。

(2)1L烷烴C的蒸氣完全燃燒時,生成同溫同壓下16L的水蒸氣:C15H32。

(3)0.1mol烷烴E完全燃燒,消耗標準狀況下的O211.2L:C3H8。

(4)室溫下相對分子質(zhì)量最大的氣態(tài)直鏈烷烴F:C4H10。

【解析】烷烴的通式為CnH2n+2;(1)烷烴A在同溫同壓下蒸氣的密度是H2的50倍,則A的相對分子質(zhì)量為50×2=100,則12n+(2n+2)=100