高 二 化 学
甲烷和烷烃
主讲人：王瀛
[基础知识]
1.有机化合物种类繁多的原因.
2.重要的概念：
(1)烃；（2）饱和链烃—烷烃;烷烃的通式，通用的相对分子质量的表示式；（3）烃基；（4）同系物；（5）同分异构现象和同分异构体；（6）取代反应
直链烷烃的命名
3．烷烃的命名
支链烷烃的系统命名
4.甲烷的分子结构，化学性质：
（1）稳定性；（2）氧化反应—燃烧；（3）光氯代反应（分步进行）；（4）热分解；（5）甲烷的实验室制法：①药品，②制气装置（同O2和NH3）反应方程式，CaO的作用及取气法。
5．烷烃的同系物中，随着相对分子质量的增加，物理性质的变化规律：
（1）常温时状态；（2）熔点，沸点；（3）相对密度。
6．烃类、烷烃同系物燃烧的通式:
7．烃类分子式确定：
（1）实验式法，实验式是表示有机化合物分子中所含各元素的原子数目最简单整数比的式子，求化合物的实验式，即是求该化合物分子中各元素原子的数目（N）之比。例如：实验测得烃A中，含碳80%，含氢20%，求该化合物的实验式。又测得该化合物的相对分子质量是30，求该化合物的分子式。
解：先求实验式
N(C)：N（H）==1：3 A的实验式是CH3.
设该化合物A的分子中含n个CH3, 则n=
A的分子式是C2H6
（2）也可以直接计算出1molA中含C原子和H原子的物质的量，从而求出A的分子式。
解：取1molA,其质量为30g,
n(C)==2mol
n(H)= =6mol
A的分子式为C2H6.
[学习指导]
1．在元素周期表中第几周期第几主族，是哪一种元素形成的化合物种类最多？为什么？
2．怎样理解“链烃”？怎样理解“饱和链烃”？饱和链烃简称是什么？有“环烃”吗？
3．怎样理解烃基？你认识了哪几种烃基？
—CH3、—CH2CH3、CH3CH2CH2 —、 CH— —CH2—（亚甲基）
它们叫什么名字？带“·”的短线表示什么意思？CH3+是烃基吗？
4．怎样理解烷烃的同系物？又怎样判断几种物质是否为同系物呢？
5．以庚烷为例，它有几种同分异构体，你是否能顺利写出其结构简式和命名？
6．在烷烃的同系物中，哪种物质含氢质量分数最大？含量是多少？在常温常压下哪几种物质是气态？分子中含C原子在10个以下的烷烃分子中，发生光氯代反应，其一氯代产物没有同分异构体的是哪几种,你能否顺利写出它们的结构简式和名称?
7．烷烃的通式,烷烃相对分子质量的通式,烷烃燃烧的通用方程式,烃类燃烧的通用方程式你会写吗?
[例题精析]
1．1molCH4与Cl2发生取代反应时，待反应完成后测得四种取代物的物质的量相等，则消耗多少摩氯气？
解：由碳原子守恒可知，四种取代物的物质的量都是0.25mol，即：0.25mol CH3Cl, 0.25molCH2Cl2, 0.25molCHCl3和0.25molCCl4。氯分子参加反应，是其中1个氯原子取代一个氢原子，所以参加反应的Cl2物质的量=0.25mol×1+0.25mol×2+0.25mol×3+0.25mol×4=2.5mol。
另一种解法，可以写出CH4与Cl2光取代反应的关系式，从而求之。
4CH4+10Cl2CH3Cl+CH2Cl2+CHCl3+CCl4
4 10
1 2.5
2. 下列有机物的命名是否正确，把不正确的名称改正过来.
CH3CHCH2CHCH3 4—甲基—2—乙基戊烷
CH3 CH3
解：不正确，选错了碳链，应该叫：2，4—二甲基己烷。注意：在烷烃的命名中，乙基位序不会有“2”。
（2）
2，3，3—三甲基丁烷
解：不正确，当取代基离两个端点碳位序相同时，命名时应掌握以取代基位序之和“小”为正确。正确名称：2，2，3—三甲基丁烷
（3）
2，2一二甲基—4—异丙基已烷
解：不正确，当最长碳链上C原子数相等时，要选择支链最多的长链为主碳链，正确名称：2，2，5一三甲基—4—乙基已烷。
3.将一定量的CH4燃烧后得到的产物为CO，CO2和水蒸气，此混合气体的质量为49.6g，当其缓缓通过氯化钙时，氯化钙增重25.2g,则混合物中CO2的质量是多少？
解：n(H2O)= =1.4mol,由H原子守恒可知：
n(CH4)==0.7mol
由C原子守恒可知：n(CO)+n(CO2)=0.7mol
m(CO)+m(CO2)=49.6g-25.2g=24.4g
设：CO2质量为X,则CO质量为24.2g-X
=0.7mol x=13.2g
答：混合气中CO2质量是13.2克。
[巩固提高]
一.选择题:
1．在光照条件下，等物质的量的CH4和Cl2充分反应，得到物质的量最多的是（ ）
(A) CH3Cl (B) CH2Cl2 (C) CCl4 (D) HCl
2．若使0.5molCH4完全和Cl2发生取代反应，并生成相同物质的量的四种取代物，则需要Cl2的物质的量为（ ）
(A) 0.5mol (B)1.25mol (C) 2mol (D)2.5mol
3．将20ml 0.1mol/L NaOH 溶液与10ml 0.1mol/L的醋酸溶液相混合，充分反应后将溶液蒸干并继续加热，最终得到的固体主要成分是（ ）
(A)CH3COONa和NaOH (B)CH3COONa
(C)Na2CO3 (D)NaOH
4．CH4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不存在同分异构体
(B)CH2Cl2不存在同分异构体
(C)CHCl3不存在同分异构体
(D)CH4的四个价键的键角和键长都相等
5．等质量的下列各烷烃，完全燃烧耗O2最多的是（ ）
(A) CH4 (B) C2H6 (C) C3H8 (D) C4H10
6．下列物质沸点最高的是（ ）
(A)乙烷 (B)丁烷 (C)正戊烷 (D)新戊烷
7．常温常压下，呈气态的烷烃有（ ）
(A)只有4种 (B)只有5种
(C)多于5种 (D)无法确定
8．完全燃烧1molCXHy时，耗O2 5mol, 则X和Y之和是（ ）
(A)5 (B)7 (C)9 (D)11
9．下列说法正确的是（ ）
(A)相对分子质量相同的物质互为同分异构体
(B)异戊烷沸点比新戊烷沸点高
(C)化学式为C2H4和C3H6的有机物互为同系物
(D)分子中含有碳原子和氢原子的化合物叫做烃
10.下列化学式只表示一种纯净物的是（ ）
(A) CH2Br2 (B) C4H8 (C)C2H4Br2 (D) C2H4O
11．2—甲基丁烷与Cl2发生取代反应可得到的一氯代物有（ ）
(A) 2种 (B) 3种 (C) 4种 (D) 5种
12．分子式为C7H16的烷烃中，在结构式中含3个甲基的同分异构体有（ ）
(A) 2种 (B) 3种 (C) 4种 (D) 5种
13．相对分子质量是86的烃，只有一个支链的结构有（ ）
(A) 2种 (B) 3种 (C) 4种 (D) 5种
14．瓦斯爆炸是空气中含CH45%—15%（体积分数）遇火产生的，发生爆炸最强烈时，CH4在空气中体积分数约为（ ）
(A) 10.5% (B)9.5% (C)8% (D)5%
15．隔绝空气强热CH4，可分解为C2H2和H2，若1molCH4有80%按上述形式分解，所得混合气体的密度是相同条件下氢气密度的倍数是（ ）
(A)2 (B)2.22
(C)3.46 (D)4.44
二.填空题:
16．写出下列微粒的电子式甲基_____ 乙烷_____ CH______
17．下列各组物质:
①O2和O3
②H2、D2和T2
③和C
④CH3(CH2)2CH3和(CH3)2CHCH3
⑤乙烷和已烷
⑥CH3CH2CH2CH(CH2CH3)CH3和CH3(CH2)2CH(CH3)-CH2CH3中，互为同位素的是（填序号，下同） 互为同素异形体的是 ，互为同系物的是 ，互为同分异构体的是 ，属于同一物质的是 。
18．1mol某烃最多和6molCl2发生光取代反应，则此烃分子中含有_____个氢原子。
19．在甲烷与氯气发生取代反应的生成物的有机化合物中，极性分子有（填分子式）_________，常温常压下呈气态的是_______；常作有机溶剂的是（写名称）___________，可作灭火剂的是__________。
20．常温常压下CH4、H2和CO的混合气体30mL，恰好和同条件下30mLO2完全反应，则其中含CH4______mL；当H2为10mL时，上述混合气体完全燃烧恢复至原来状态后生成CO2的体积为______mL
三.计算题:
21．某烃0.2mol与0.6molO2混合后，在密闭容器中充分燃烧，所得产物经过浓硫酸，浓硫酸增重10.8g，再通过灼热的CuO粉未，固体质量减轻3.2g，最后通过足量的Na2O2粉未时，固体质量又增加了11.2g，通过计算回答：
(1)该烃是否充分燃烧？确定该烃的分子式;
(2)写出上述反应的化学方程式.
[自我反馈]
一.选择题:
1. D
2. B 可以由关系式求出：4CH4+10Cl2CH3Cl+CH2Cl2+CHCl3+CCl4;
3. C 由方程式求出：NaOH+CH3COOH→CH3COONa+H2O
CH3COONa+NaOHNa2CO3+CH4↑；
4. B （A）（C）（D）三个选项说明，无论CH4是正方形的平面结构还是正四面体结构，它们都不会有同分异构体，可以否去。而（B）项说明，CH4若为正方形平面结构，就得有同分异构体。（B）中既然说明CH2Cl2没有同分异构体，则说明CH4不是正方形的平面结构，而是以碳为中心的正四面体结构。
5. A 烃燃烧的方程式CXHy+(x+)O2→XCO2+H2O,把方程式变形成 →CO2+H2O,把看成是化学组成的最简式。当烃质量相等时，烃燃烧耗氧决定于最简式中H原子数的多少。CH4就看成最简式，C2H6变成CH3，C3H8变成，C4H10变成，4>3>>,所以选A．
6.C
7.C
8.D x+=5 x与y都是正整数，x=3 y=8．
9.B 对于(c)选项要注意,分子中含3个碳以上的烃,C原子可以成链状也可以成环状,链状烃和环状烃不是同系物的关系。
10.A 甲烷的四种衍生物没有同分异构体。
11.C 在CH3—CH—CH2—CH3中，
CH3
有四种不等同的H原子，所以一氯代物有四种。
12.B 在C7H16中，有3个甲基的同分异构体中，只能有一个支链，甲基为支链的有2种，乙基为支链的有1种，共3种。
13.A 烷烃的通用相对分子质量为14n+2、14n+2=86、n=6、C6H14。
14.B 根据CH4燃烧方程式：CH4+2O2CO2+2H2O、V（CH4）：V（O2）=1：2时爆炸最强烈。空气取100体积，O2为21体积，CH4为10.5体积，CH4在空气中体积分数=
15．D
解析：
2CH4C2H2+3H2
2mol (1+3)mol
0.8mol—→1.6mol 余下0.2molCH4
C2H2、H2、CH4共1.8mol
D(H2)=
二.填空题：
16．
17．③，①，⑤，④，⑥
18．6
19．CH3Cl，CH2Cl2; CHCl3，CH3Cl；氯仿和四氯化碳；四氯化碳。
20．10；20
解析：根据化学方程式：CH4+2O2CO2+2H2O，2H2+O22H2O，2CO+O22CO2。由于CO和H2耗氧量相同。即有①，②。
解 得。H210mL，CO和CH4共20mL，根据C原子守恒，完全燃烧后，生成CO2共20mL.
三.计算题:
21．解：n(H2O) =
1mol烃中含H原子物质的量=
1mol烃中含C原子物质的量==
（1）该烃未完全燃烧，分子式为C2H6
（2）2C2H6+6O2 点燃 2CO2+2CO+6H2O
[走向高考]
1．（87年全国）现有一种烃可表示为：
CH3—CH2—CH2 CH2—CH2—CH3
CH3—CH2—CH—CH2—CH—CH—CH2—CH3
CH3—CH2—CH2—CH2—CH—CH2—CH2—CH3
命名该化合物时，应认定它主链上的碳原子数目是
(A)8 (B)9 (C)10 (D)11 (E)12
2．（88年全国）甲烷和丙烷混合气的密度与同温同压下乙烷的密度相同，混合气中甲烷和丙烷的体积比是（ ）
(A)2∶1 (B)3∶1 (C)1∶3 (D)1∶1
3．(90年全国)进行一氯取代反应后，只能生成三种沸点不同的产物的烷烃是（ ）
(A)(CH3)2CHCH2CH2CH3 (B)(CH3CH2)2CHCH3
(C)(CH3)2CHCH(CH3)2 (D)(CH3)3CCH2CH3
4．（96年全国）某烃的一种同分异构体只能生成一种一氯代物，该烃的分子式可以是（ ）
(A)C3H8 (B)C4H10 (C)C5H12 (D)C6H14
5．（96年全国）下列说法正确的是（NO代表阿佛加德罗常数的值）（ ）
(A)标准状况下，以任意比例混合的甲烷和丙烷混合物22.4升，所含有的分子数为NO
(B)标准状况下，1升辛烷完全燃烧后，所生成气态产物的分子数为
(C)常温常压下，活泼金属从盐酸中置换出1摩H2，发生转移的电子数为2NO
(D)常温常压下，1升氦气含有核外电子数为4NO
6．（97年全国）两种气态烃以任意比例混合，在105℃时，1升混合烃与9升氧气混合，充分燃烧后恢复到原状态，所得气体体积仍为10升下列各组混合烃中不符合此条件的是（ ）
(A)CH4和C2H4 (B)CH4和C3H6
(C)C2H4和C3H4 (D)C2H2和C3H6
解答：
1．D
解答：要掌握系统命名法中选最链的原则看长和多（长即主链应含C原子数量多；多是当有两种选法主链含C原子数目相同时，要以含支链多的为主链）。按此原则该烃的主链应为：
2.D
解答：由阿佛加德罗定律可知：同温同压下气体的分子量之比等于它们的密度之比，利用十字交叉法求得：
C3H8 44 14
30 = 得到1：1是二者的物质的量之比，即是体积之比。
3．D
解答：当你对缩写的结构简式不太熟悉时，可把它改写成展开的结构简式，然后找出每种结构中不同位置的C原子的种类，分析出“等同”的氢原子和“不等同”的氢原子，从而确定其一氯代物异构体的个数。不同异构体的沸点肯定
① ② ③ ④ ⑤
不一样。例如：（A）CH3—CH—CH2—CH2—CH3有5种不同位置的C原子，
CH3
*
其中①和*是位置等同，所以有5种不等同的氢原子，则其一氯代物有5种。同
CH3
理，（B）有4种，（C）有2种。在（D）CH3—C—CH2—CH3中有4种不同位
CH3
置的C原子，但是有3种不等同的氢原子，有3种异构体。
4．C
解答：此题应掌握10个碳原子以内的烷烃的一氯化物只有一种的物质有
CH3 CH3 CH3
CH4、C2H6、CH3—C—CH3、CH3—C—C—CH3四种，而对照此题的选项只有C
CH3 CH3 CH3
符合。
5．AC 注意（B）辛烷在标况下为液态。
6．BD
解答：题干要求两种烃任意比相混，温度高于100°C，水为气态，氧气过量，只有平均分子式为“CXH4”的烃才符合燃烧前后气体体积不变的规律。即。（A）和（C）两种烃任意比混合符合平均分子式为“CXH4”，而（B）和（D）两种烃任意比混合就不符合平均分子式为“CXH4”。
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