高中人教版 (2019)第一节 认识有机化合物第2课时学案设计

第2课时　烷烃的性质

一、烷烃的性质

1．烷烃的认识：天然气、沼气和煤层气的主要成分均为甲烷，“凡士林”、石蜡、汽油、煤油的主要成分是含碳原子数较多的烷烃。

2．烷烃的物理性质(随分子中碳原子数增加)

烷烃均为难溶于水的无色物质。

(1)熔点、沸点与密度：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．烷烃的化学性质

在通常情况下，烷烃比较稳定，与强酸、强碱或高锰酸钾等强氧化剂不反应。但在特定条件下可燃烧，在较高温度下会发生分解，与氯气等发生取代反应。

(1)氧化反应—燃烧反应

CH4、C3H8燃烧的化学方程式分别为CH4＋2O2CO2＋2H2O、C3H8＋5O23CO2＋4H2O。

微点拨：煤矿中时常发生瓦斯爆炸，这与CH4气体爆炸有关。为了保证安全生产，必须采取通风，严禁烟火等措施。

(2)受热分解——应用于石油化工和天然气化工生产中。

(3)取代反应——以甲烷为例，写出化学方程式

①CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl

②CH3Cl＋Cl2CH2Cl2＋HCl

③CH2Cl2＋Cl2CHCl3＋HCl

④CHCl3＋Cl2CCl4＋HCl

取代反应是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。

　CH4与Cl2在光照下，能生成几种有机物？这些产物的状态和溶解性如何？

提示：4种有机物，一氯甲烷(CH3Cl)为气态，二氯甲烷、三氯甲烷(氯仿)、四氯甲烷(四氯化碳)均为液态，4种产物都不溶于水。

二、有机物的一般性质

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，受热会发生分解；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、光照或使用催化剂的条件下进行。

微点拨：有机反应比较复杂，常有很多副反应发生，因此有机反应化学方程式常用“―→”，而不用“===”。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)C3H8的熔、沸点和密度均比C6H14的低。 (　　)

(2)烷烃在光照下均能与Cl2发生取代反应。 (　　)

(3)CH4、C2H6均能使酸性KMnO4溶液褪色。 (　　)

(4)烷烃很稳定，不能发生分解反应。 (　　)

[答案]　(1)√　(2)√　(3)×　(4)×

2．煤矿瓦斯爆炸往往与甲烷有关，下列叙述中错误的是(　　)

A．煤矿的矿井要注意通风并严禁烟火，以防爆炸事故的发生

B．甲烷燃烧放出大量的热，所以是一种很好的气体燃料

C．点燃甲烷不必事先进行验纯

D．点燃混有空气的甲烷不一定会爆炸

[答案]　C

3．有①甲烷、②乙烷、③丙烷、④丁烷4种烷烃，试回答下列问题：

(1)请写出丁烷在足量的氧气中充分燃烧的化学方程式：

________________________________________________________________。

(2)相同状况下，等体积的上述气态烃完全燃烧，消耗O2的量最多的是________(填序号，下同)。

(3)在120 ℃、1.01×105Pa条件下，某气态烃与足量的O2完全反应后，测得反应前后气体的体积没有发生改变，则该烃为________。

[答案]　(1)2C4H10＋13O28CO2＋10H2O

(2)④　(3)①

烷烃的取代反应

CH4与Cl2的取代反应

请回答下列问题：

1．Cl2与CH4反应生成了哪些产物？物质的量最多的是什么产物？有机产物中哪种产物常温下是气体？

提示：五种产物，有CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl。HCl的量最多。CH3Cl在常温下是气体。

2．能否用CH4和Cl2按1∶1的体积比混合来制取纯净的CH3Cl？为什么？

提示：不能。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。

3．0.5 mol CH4与Cl2在光照下发生取代反应，反应完全后，测得四种有机产物的物质的量相同，则消耗Cl2的物质的量为多少？生成HCl多少mol?

提示：四种产物的物质的量均为mol＝0.125 mol，

n(Cl)＝0.125 mol×(1＋2＋3＋4)＝1.25 mol，

n(HCl)＝n(Cl)＝1.25 mol，

n(Cl2)＝1.25 mol。

即消耗Cl2的物质的量为1.25 mol，生成HCl为1.25 mol。

1．烷烃与Cl2的取代反应

(1)反应条件：光照(漫散光照射，不用太阳光直射，以防爆炸。)

(2)生成产物的种类很多，烷烃碳原子越多，产物越多，但HCl最多。

(3)反应特点：

①连锁反应

烷烃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。

②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＋X2CnH2n＋1X＋HX，CnH2n＋1X可与X2继续发生取代反应。

3．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。

1．下列化学反应中不属于取代反应的是(　　)

A．CH3CH2Cl＋Cl2CH3CHCl2＋HCl

B．CH3OH＋HClCH3Cl＋H2O

C．2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑

D．CH3—CH2—Br＋H2OCH3—CH2—OH＋HBr

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．在标准状况下，22.4 L CH4与氯气在光照下发生取代反应，待反应完全后，测得四种有机取代物的物质的量相等，则消耗的氯气为(　　)

A．0.5 mol　　B．2 mol　　C．2.5 mol　　D．4 mol

C　[1 mol CH4与氯气发生取代反应，生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各0.25 mol，该四种取代物中n(Cl)＝0.25 mol×(1＋2＋3＋4)＝2.5 mol，根据取代反应特点，1/2的氯原子进入氯化氢，所以n(HCl)＝2.5 mol，故生成物中所含氯原子共2.5 mol＋2.5 mol＝5 mol，参加反应的氯气为n(Cl2)＝2.5 mol。]

3．下列关于取代反应和置换反应的说法中，正确的是(　　)

A．取代反应和置换反应中一定都有单质生成

B．取代反应和置换反应一定都属于氧化还原反应

C．取代反应大多是可逆的，反应速率慢，而置换反应一般是单向进行的，反应速率快

D．取代反应和置换反应的产物都是唯一的，不会有多种产物并存的现象

C　[取代反应产物一般是化合物，A错误；取代反应有的是氧化还原反应，有的不是，B错误；取代反应有的是逐步进行的，因此生成物中可能会存在多种产物共存的现象，D错误。]

4．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、CCl4　CHCl3、CCl4　(4)降低Cl2在水中的溶解度，抑制Cl2和水的反应

[素材一]　认识甲烷对人体及环境的影响

甲烷对人基本无毒，但浓度过高时，使空气中氧含量明显降低，使人窒息。当空气中甲烷达25%～30%时，可引起头痛、头晕、乏力、注意力不集中、呼吸和心跳加速、共济失调。若不及时远离，可致窒息死亡。皮肤接触液化的甲烷，可致冻伤。

甲烷也是一种温室气体。GWP的分析显示，以单位分子数而言，甲烷的温室效应要比二氧化碳大上25倍。这是因为大气中已经具有相当多的二氧化碳，以至于许多波段的辐射早已被吸收殆尽了；因此大部分新增的二氧化碳只能在原有吸收波段的边缘发挥其吸收效应。一些数量较少的温室气体(包括甲烷在内)，所吸收的是那些尚未被有效拦截的波段，所以每多一个分子都会提供新的吸收能力。

[素材二]　可燃冰

甲烷可以形成笼状的水合物，甲烷被包裹在“笼”里，也就是我们常说的可燃冰。它是在一定条件(合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、pH等)下由水和天然气在中高压和低温条件下混合时组成的类冰的、非化学计量的、笼形结晶化合物。它可用mCH4·nH2O来表示，m代表水合物中的气体分子，n为水合指数(即水分子数)。可燃冰主要储存于海底或寒冷地区的永久冻土带，比较难以寻找和勘探。新研制的灵敏度极高的仪器，可以实地即时测出海底土壤、岩石中各种超微量甲烷、乙烷、丙烷及氢气的精确含量，由此判断出可燃冰资源存在与否和资源量等各种指标。

1．根据素材一：

(1)空气中CH4浓度较高时，对人类有哪些危害。

(2)等质量的CH4与CO2温室效应谁大？

提示：(1)可引起人的头痛、头晕、乏力、注意力不集中、呼吸和心跳加速，共济失调，甚至引起窒息死亡。液化的CH4接触皮肤可致冻伤。

(2)×25＞，CH4的温室效应大。

2．根据素材二：

(1)开采可燃冰有什么重大意义？

(2)可燃冰形成条件是什么？主要储存于哪里？

提示：(1)开采可燃冰可以缓解能源危机，开发新能源。

(2)中高压和低温条件由水与天然气组合而成的无形结晶水合物。主要储存于海底或寒冷地区的永久冻土带。

通过素材一与素材二，让学生知道甲烷的危害和可燃冰的开发意义，培养“科学精神与社会责任”的核心素养。

1．下面列举的是某化合物的组成和性质，能说明该物质肯定是有机物的是 (　　)

A．仅由碳、氢两种元素组成

B．仅由碳、氢，氧三种元素组成

C．在氧气中燃烧只生成二氧化碳

D．熔点低而且难溶于水

A　[仅由碳、氢两种元素组成的化合物属于烃，烃是有机物，A正确；碳酸(H2CO3)不属于有机物，B错误；CO在氧气中燃烧只生成二氧化碳，但CO不属于有机物，C错误；熔点低且难溶于水的物质不一定是有机物，如CO等，D错误。]

2．关于烷烃性质的叙述中，不正确的是(　　)

A．烷烃同系物的熔、沸点随分子内碳原子数的增多逐渐升高，常温下的状态由气态递变到液态，再递变到固态

B．烷烃同系物的密度随分子内碳原子数的增多而逐渐增大，从比水轻递变到比水重

C．烷烃跟卤素单质在光照下能发生取代反应

D．烷烃同系物都不能使溴水、酸性KMnO4溶液褪色

B　[烷烃的密度随碳原子数的增多而逐渐增大，但总比水轻，所以B项错。]

3．下列有关烷烃的叙述中，正确的是 (　　)

A．在烷烃分子中，所有的化学键都是碳碳单键

B．烷烃中除甲烷外，很多都能使酸性KMnO4溶液的紫色褪去

C．分子通式为CnH2n＋2的烃不一定是烷烃

D．所有的烷烃在光照条件下都能与氯气发生取代反应

D　[在烷烃分子中，碳原子之间全部以单键结合，碳原子的剩余价键全部跟氢原子相结合而达饱和，故烷烃中的化学键并不都是碳碳单键，选项A说法不正确；烷烃属饱和烃，其化学性质比较稳定，通常烷烃不与酸、碱、氧化剂(如酸性KMnO4溶液)反应，选项B说法不正确；因分子通式CnH2n＋2中的碳原子已达到完全饱和状态，因此符合通式CnH2n＋2的有机物一定是烷烃，选项C说法不正确；烷烃在光照条件下都能与氯气发生取代反应，这是烷烃的主要特征性质，选项D说法正确。]

4．下列反应中，属于取代反应的是(　　)

A．CH4C＋2H2

B．CuSO4＋Fe===FeSO4＋Cu

C．CH4＋2O2CO2＋2H2O

D．C2H6＋Cl2C2H5Cl＋HCl

D　[A项，CH4在高温下发生分解反应；B项，铁与硫酸铜发生置换反应，而非取代反应；C项，CH4的燃烧属于氧化反应；D项，C2H6与Cl2在光照下发生取代反应。]

5．(素养题)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10 mL CH4，同温同压下乙管中注入50 mL Cl2，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，甲管中剩余气体能用下列试剂吸收的是________(选填字母)。

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。

(1)理论上，甲烷与氯气体积比为1∶4时，二者恰好完全反应，而甲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