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第2课时烷烃的性质一、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_____;(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_____且均比水的密度___,_____于水。升高增大小难溶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_____________。3n12nCO2+(n+1)H2O【微思考】空气中含甲烷:5%～15%,氧气中含甲烷:5.4%～59.2%,遇火花将发生爆炸,煤矿中的瓦斯爆炸多数是甲烷气体爆炸引发的。假如你是一名煤矿工人,当你在矿井采矿时,为预防瓦斯爆炸,你会采取哪些措施呢?提示:及时通风、避免明火。(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_____;试管内壁有_________出现,试管中有少量白雾,且试管内液面_____,水槽内有固体析出B装置:___________变浅油状液体上升无明显现象实验结论CH4与Cl2需在_____时才能发生化学反应,有关化学方程式:CH4+Cl2CH3Cl+HCl(一氯代物),CH3Cl+Cl2CH2Cl2+HCl(二氯代物),CH2Cl2+Cl2CHCl3+HCl(三氯代物),CHCl3+Cl2CCl4+HCl(四氯代物)。光照光光光光产物性质水溶性:CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4均___溶于水。状态:常温下除_____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_____________所替代的反应。难CH3Cl原子或原子团【微思考】若甲烷分子中的一个氢原子被氯原子取代,生成的CH3Cl还是四面体结构吗?提示:CH3Cl中3个H和1个Cl仍位于四面体的4个顶点,仍为四面体结构。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。【情境·思考】《水调歌头·明月几时有》是宋代大文学家苏轼公元1076年中秋在密州时所作。这首词以月起兴,与其弟苏辙七年未见之情为基础,围绕中秋明月展开想象和思考,把人世间的悲欢离合之情纳入对宇宙人生的哲理性追寻之中,反映了作者复杂而又矛盾的思想感情,又表现出作者热爱生活与积极向上的乐观精神。(1)有机物在生产生活中无处不在,观察上图说明哪些物品中含有有机物?提示:花草树木、衣帽服饰、酒(乙醇)中均含有有机物。(2)根据生活中常见的有机物分析其物理性质、化学性质有哪些通性?提示:熔沸点较低、易燃烧等。知识点一有机物的表示方法【重点释疑】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种类实例含义最简式(实验式)乙烷C2H6最简式为CH3①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种类实例含义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种类实例含义结构式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,但不表示空间构型种类实例含义结构简式(示性式)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)种类实例含义键线式将结构式中碳、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,即为键线式种类实例含义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)种类实例含义空间充填模型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【思考·讨论】(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。【案例示范】【典例】正己烷是优良的有机溶剂,其球棍模型为,下列有关说法正确的是()A.正己烷的分子式为C6H12B.正己烷的一氯代物有3种C.正己烷能与溴发生取代反应而使溴水褪色D.主链上含有4个碳原子的正己烷的同分异构体只有1种【解题指南】解答本题需注意以下两点:(1)根据有机物的球棍模型确定其分子式和结构简式。(2)根据结构确定有机物类别和典型性质。【解析】选B。正己烷分子式为C6H14,A项错误;正己烷的结构简式为CH3CH2CH2CH2CH2CH3,分子中存在三种位置不同的氢原子,故其一氯代物有3种,B项正确;烷烃不能与溴水发生反应,C项错误;主链上有4个碳原子时,正己烷的同分异构体有2种:、,D项错误。【迁移·应用】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()【解析】选D。这几种形式都可表示甲烷分子,其中分子结构示意图、球棍模型及空间充填模型均能反映甲烷分子的空间构型,但空间充填模型更能形象地表达出甲烷分子中H、C的位置及所占比例。电子式只反映出原子的最外层电子的成键情况。2.(2019·邢台高一检测)有4种碳骨架如图所示的烃,下列说法正确的是世纪金榜导学号()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】选B。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。【补偿训练】甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构,而不是正方形的平面结构,理由是()A.CH3Cl只有一种结构B.CH2Cl2只有一种结构C.CHCl3只有一种结构D.CH4中含有4个C—H极性键【解析】选B。甲烷分子无论是正四面体结构,还是正方形的平面结构,A、C、D三项都是成立的,CH2Cl2若是正方形的平面结构,则其结构应有两种,即和,若是正四面体结构,则其结构只有一种。无论是正四面体结构还是正方形结构,CH4中都含有4个C—H极性键。知识点二认识烷烃取代反应的特点【重点释疑】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1mol氢原子,消耗1molCl2,生成1molHCl2.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。可与X2继续发生取代反应。【思考·讨论】(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。【案例示范】【典例】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________;若用日光直射,可能会引起__________________。(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,________,________等。(3)实验中生成的油状液滴的化学式为________________,其中________是工业上重要的溶剂。(4)用饱和食盐水而不用水的原因是______________________。【解题指南】解答本题需注意以下两点:(1)注意有机反应的条件,同种物质条件不同可能反应不同或不反应。(2)注意反应方式,同类有机物在相同条件下反应的方式相同。【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。答案:(1)光照(或光亮处)爆炸(2)量筒内黄绿色气体颜色变浅量筒内液面上升(3)CH2Cl2、CHCl3、CCl4CHCl3、CCl4(4)降低Cl2在水中溶解度,抑制Cl2和水的反应【误区警示】(1)取代反应的特点是“上一下一,有进有出”,类似无机反应中的复分解反应,注意在书写化学方程式时,防止漏写产物中的小分子。(2)烷烃在光照条件下与溴水不反应,但由于溴易溶于有机溶剂而被从水层中萃取出来,水层颜色变浅。【迁移·应用】1.下列化学反应中不属于取代反应的是()A.CH2Cl2+Br2CHBrCl2+HBrB.CH3OH+HClCH3Cl+H2OC.2Na+2H2O====2NaOH+H2↑D.CH3—CH2—Br+H2OCH3—CH2—OH+HBr光照光照【解析】选C。取代反应是指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。C项中的反应为置换反应,不是有机反应,更不是取代反应。2.如图是某同学利用日常用品注射器设计的简易实验装置。甲管中注入10mLCH4,同温同压下乙管中注入50mLCl2,将乙管气体推入甲管中,气体在甲管中反应,试管放在光亮处一段时间。(1)下列是某同学预测的实验现象:①气体最终变为无色;②实验过程中,甲管活塞向内移动;③甲管内壁有油珠;④产生火花。其中正确的是________。(2)甲管中发生化学反应的类型为____________。(3)反应后,甲管中剩余可溶于水的气体能用下列试剂吸收的是______________。A.水B.NaOH溶液C.AgNO3溶液D.饱和食盐水(4)反应后,若将甲中的物质全部推入盛有适量AgNO3溶液的小试管中会观察到________________;若再向其中滴入几滴石蕊溶液,又观察到__________。【解析】在光照条件下,甲烷与氯气发生反应:CH4+Cl2CH3Cl+HCl,CH3Cl+Cl2CH2Cl2+HCl,CH2Cl2+Cl2CHCl3+HCl,CHCl3+Cl2CCl4+HCl。光光光光(1)理论上,甲烷与氯气体积比为1∶4时,二者恰好完全反应,而装置中甲烷与氯气体积比为1∶5,说明氯气过量,反应后仍有氯气剩余。该反应进行缓慢,不会产生火花。产物中只有氯化氢和一氯甲烷为气体,所以气体的总物质的量减小,内部压强减小,甲管活塞向内移动。(2)甲烷分子中的四个氢原子可被氯原子逐一取代,故甲管中发生的是取代反应。(3)剩余可溶于水的气体中含有氯气和氯化氢,可用氢氧化钠溶液吸收剩余气体。(4)生成的HCl会与AgNO3溶液反应生成AgCl白色沉淀,同时因CH2Cl2、CHCl3、CCl4难溶于水而看到液体分为两层,因Cl2有剩余,若加入几滴石蕊溶液,溶液会先变红后褪色。答案:(1)②③(2)取代反应(3)B(4)液体分为两层,产生白色沉淀溶液先变红后褪色【补偿训练】甲烷和氯气以物质的量之比1∶3混合,在光照条件下,得到的有机产物是()①CH3Cl②CH2