高中化学第3节 烃学案设计

第2课时　烯烃和炔烃及其性质

【必备知识·素养奠基】

一、烯烃和炔烃的结构和物理性质

1.结构

单烯烃的分子式都符合通式CnH2n吗?符合CnH2n的有机物都是单烯烃吗?

提示:单烯烃的分子式都符合通式CnH2n,但符合通式的不一定是单烯烃,还可以是环烷烃。

2.物理性质

(1)熔点、沸点一般碳原子数的递增而升高;

(2)均难溶于水,易溶于有机溶剂,密度比水小等。

二、烯烃和炔烃的命名

有机物CH3CHCHCH3、的命名分别是________________、______________________。 

提示:2?丁烯、3?甲基?1?丁炔。

三、烯烃、炔烃的化学性质

1.氧化反应

(1)燃烧。

①烯烃:CnH2n + O2nCO2+__nH2O 

②炔烃:CnH2n-2 + O2nCO2+__(n-1)H2O 

(2)能使酸性KMnO4溶液褪色:利用这个反应可以区别烷烃与烯烃、烷烃与炔烃。

CH2CH2CO2+H2O;

CH≡CHCO2+H2O。

2.加成反应

(1)与卤素单质的加成反应

①乙炔与溴的反应

CH≡CH+Br2CHBrCHBr,名称1,2-二溴乙烯。

CHBrCHBr+Br2,名称1,1,2,2-四溴乙烷。

②丙烯与溴的反应

CH3—CHCH2+Br2,名称1,2-二溴丙烷。

③应用

烯烃和炔烃不仅能使溴的四氯化碳溶液褪色,也能使溴水褪色,这些反应常用于烯烃与烷烃或炔烃与烷烃的鉴别。

(2)与氢气的加成反应

①CH3—CHCH2+H2CH3CH2CH3。

②CH≡CH+H2CH2CH2。

③应用

(3)与氢卤酸的加成反应

①CH≡CH+HClCH2CHCl,名称:氯乙烯。

②应用:制备卤代烃。

 (1)用酸性KMnO4溶液可除去乙烷中混有的乙烯。 (　　)

提示:×。乙烯和酸性KMnO4溶液反应生成二氧化碳,引入新杂质。

(2)丙烯与HCl发生加成反应,生成的有机产物可能有两种结构。 (　　)

提示:√。加成可以得到1-溴丙烷或2-溴丙烷。

(3)乙炔使酸性KMnO4溶液和溴水褪色原理相同。 (　　)

提示:×。前者为氧化反应,后者为加成反应。

3.加成聚合反应

(1)nCH2CH2?CH2—CH2?。

(2)nCH3CHCH2

(3)nCH≡CH?CHCH?

(4)应用:制备高分子化合物。

中国是柑橘的重要原产地之一,柑橘资源丰富,优良品种繁多,有4 000多年的栽培历史。经过长期栽培、选择,柑橘成了人类的珍贵果品。从柑橘中炼制出的萜二烯(),主要用以配制人造柠檬和薄荷精油。

萜二烯能否使酸性高锰酸钾溶液褪色?将其与过量的溴的CCl4溶液反应,试写出反应产物的结构简式。

提示:萜二烯中含有两个碳碳双键,能被酸性高锰酸钾溶液氧化,使溶液褪色;与足量溴单质发生加成反应,产物的结构简式为。

【关键能力·素养形成】

知识点一　烷烃、烯烃、炔烃的结构及性质比较

【易错提醒】烷烃、烯烃、炔烃性质的注意点

(1)烷烃、烯烃、炔烃燃烧时现象不同的本质原因是它们的含碳量存在差异。

(2)烯烃、炔烃均能使酸性KMnO4溶液和溴水褪色, 使酸性KMnO4溶液褪色是氧化反应, 使溴水褪色是加成反应。

　【思考·讨论】

　(1)对乙烷、乙烯和乙炔三种有机物:

①能使酸性高锰酸钾褪色的有哪些?

②能和溴水发生加成反应的有哪些?

③相同质量的三者燃烧耗氧量最大的有哪些?

④能和氯化氢反应制取聚氯乙烯原料的有哪些?

提示:①乙烯和乙炔　②乙炔、乙烯　③乙烷　④乙炔。

(2)能否用酸性KMnO4溶液除去甲烷中的乙烯(或乙炔)气体?如果不能,可以用什么试剂?

提示:不能,甲烷不与酸性KMnO4溶液反应,乙烯或乙炔气体都能被酸性KMnO4溶液氧化,但生成CO2气体,除去了旧的杂质,又引进了新的杂质,不可取。可以用溴水。

【典例】(2020·海口高二检测)下列有关乙烷、乙烯、乙炔的说法中,正确的是 (　　)

A.它们分子中所有的原子均在同一平面上

B.它们都容易发生取代反应,也容易发生加成反应

C.它们都能在空气中燃烧生成CO2和H2O

D.它们都能使酸性KMnO4溶液褪色

【思维建模】解答有机物性质问题的思维流程如下:

物质——官能团——性质

【解析】选C。乙烷分子中最多只有4个原子处于同一平面上,而乙烯是平面形分子,乙炔为直线形分子,其所有原子均可以处于同一平面上;乙烷易取代,但不能发生加成反应,乙烯和乙炔易于加成,但难于取代;乙烷、乙烯、乙炔均是碳氢化合物,都能在空气中燃烧生成CO2和H2O;乙烷不与酸性KMnO4溶液反应,而乙烯、乙炔均能被酸性KMnO4溶液氧化而使其褪色。

　【母题追问】(1)如何简单区别三种气体?

提示:燃烧,火焰是淡蓝色的是乙烷;火焰明亮,冒黑烟的是乙烯;火焰明亮,冒浓烟的是乙炔。

(2)同质量的三者完全燃烧谁的耗氧量最多?

提示:乙烷。同质量的烃燃烧时,氢碳比越大耗氧量越大。

【规律方法】常用于烃类有机物的鉴别和检验的试剂和方法

1.

酸性高锰酸钾溶液

2.溴水

【迁移·应用】

1.下列关于乙烯和乙烷的说法中,不正确的是 (　　)

A.乙烯属于不饱和链烃,乙烷属于饱和链烃

B.乙烯分子中所有原子处于同一平面上,乙烷分子则为立体结构,所有原子不能同时在同一平面上

C.乙烯分子的CC键中有一个键容易断裂

D.乙烯分子的CC键中有两条键容易断裂

【解析】选D。乙烯属于不饱和链烃,乙烷属于饱和链烃,A正确;乙烯分子中所有原子处于同一平面上,乙烷分子则为立体结构,所有原子不能同时在同一平面上,B正确;乙烯分子的CC键中有一个键容易断裂,C正确;乙烯分子的CC键中两条键中有一条容易断裂,D错误。

2.桶烯结构简式如图所示,下列有关说法不正确的是 (　　)

A.桶烯分子中所有原子在同一平面上

B.桶烯在一定条件下能发生加聚反应

C.桶烯与苯乙烯(C6H5CHCH2)互为同分异构体

D.桶烯中的一个氢原子被氯原子取代,所得产物只有两种

【解析】选A。桶烯分子中存在两个饱和碳原子,所形成的四个共价键呈四面体结构,所有原子不可能在同一平面内,A项错误;桶烯中含有,能够发生加成反应和加聚反应,B项正确;桶烯和苯乙烯的结构不同,分子式都是C8H8,属于同分异构体,C项正确;桶烯中有两种不同化学环境的氢原子(双键两端的碳原子上的氢和饱和碳原子上的氢),所以其一氯代物只有两种,D项正确。

【补偿训练】

　　1.下列烷烃中,既能由烯烃加氢得到,也能由炔烃加氢得到的是 (　　)

A.2-甲基丙烷　　　　　　　B.2-甲基丁烷

C.2,2-二甲基丙烷    D.异丁烷

【解析】选B。由烯烃加氢得到的烷烃必须满足的条件是两个相邻碳原子上至少各有1个氢原子;由炔烃加氢得到的烷烃必须满足的条件是两个相邻碳原子上至少各有2个氢原子。A能由烯烃加氢得到而不能由炔烃加氢得到,C不能由烯烃加氢得到也不能由炔烃加氢得到,D不能由炔烃加氢得到。

2.下列各组中的两个反应所属反应类型相同的是 (　　)

A.光照甲烷和氯气的混合气体,混合气体颜色变浅;乙烯能使溴水褪色

B.乙烷在氧气中燃烧;乙烯在氧气中燃烧

C.乙烯能使溴水褪色;乙烯能使酸性高锰酸钾溶液褪色

D.工业上由乙烯和水反应生成乙醇;乙烯能使酸性高锰酸钾溶液褪色

【解析】选B。A选项中的反应分别为取代反应和加成反应;B选项中的反应均为氧化反应;C选项中的反应分别为加成反应和氧化反应;D选项中的反应分别为加成反应和氧化反应。

　　　角鲨烯,又称鲨烯,是一种开链三萜类化合物,最初是从鲨鱼的肝油中发现的,故得名鲨烯,属开链三萜,又称鱼肝油萜,具有提高体内超氧化物歧化酶(SOD)活性、增强机体免疫能力、改善性功能、抗衰老、抗疲劳、抗肿瘤等多种生理功能,是一种无毒性的具有防病治病作用的海洋生物活性物质。

(1)角鲨烯中的碳原子一定位于同一平面上吗?

提示:不一定。角鲨烯中除了碳碳双键外,碳链上还有饱和碳原子,因此所有的碳原子不一定位于同一平面上。

(2)若角鲨烯与足量溴水充分反应,1 mol角鲨烯可以消耗单质溴的物质的量是多少?

提示:由角鲨烯的结构可知,其分子中含有六个碳碳双键,与足量溴水反应时,1 mol角鲨烯可以消耗Br2的物质的量为6 mol。

知识点二　烯烃的加成、氧化规律

1.烯烃的加成规律

(1)共轭二烯烃的加成反应

分子中有两个碳碳双键只相隔一个单键的烯烃叫共轭二烯烃。

共轭二烯烃的加成反应有两种方式,例如,1,3-丁二烯与溴单质加成时,分别可以得到溴原子加到1号C、2号C上和溴原子加到1号C、4号C上的两种产物。

(2)当不对称烯烃与极性分子加成时,产物有两种。以哪种为主,要看题意或条件。如

CH3—CHCH2+HBr,产物可能为

或

2.烯烃与酸性KMnO4溶液反应规律

烯烃与酸性KMnO4溶液的反应产物会因烯烃的结构不同而不同:

　【思考·讨论】

　(1)已知某烯烃的分子式为C5H10,它与酸性高锰酸钾溶液反应后得到的产物是乙酸和丙酸,你能推测出此烯烃的结构吗?

提示:烯烃被氧化时,不饱和碳原子变为羰基(—CO—)或羧基(—COOH)。该烯烃的氧化产物为乙酸、丙酸,逆推可知应为2?戊烯(CH3CHCHCH2CH3)。

(2)向溴水中分别加入适量的己烷、己烯,振荡后静置,结果发现水层均接近无色,试分析其中的原因,并思考能否用溴水鉴别己烷和己烯。

提示:己烷与溴水不反应,但是溴单质易溶于有机溶剂,加入己烷后,溴水中的溴单质被萃取至己烷层中,使得水层接近无色,而有机层呈橙红色;而己烯可以与溴单质发生加成反应,因此水层和有机层均无色。可通过观察有机层有无颜色来鉴别己烷和己烯。

【典例1】(2020·威海高二检测)某烃的分子式为C11H20,1 mol该烃在催化剂作用下可以吸收2 mol H2;用热的酸性KMnO4溶液氧化,得到丁酮()、丙酮()和琥珀酸(HOOC—CH2—CH2—COOH)三者的混合物,则该烃的结构简式为              (　　)

A.

B.

C.

D.

【解题指南】解答本题应注意以下两点:

(1)根据产物复原碳碳双键;

(2)根据碳碳双键的个数排列组合有机物。

【解析】选A。根据可知,双键的结构为,根据可知双键结构为,根据HOOC—CH2—CH2—COOH可知双键结构为CH—CH2—CH2—CH。所以根据碳原子的四价原则可知该有机物的结构简式为,A项正确。

【规律方法】根据氧化产物确定烯烃结构

利用烯烃被酸性高锰酸钾溶液氧化的规律,可以根据产物确定烯烃可能的结构。基本步骤如下:

(1)还原:将产物中的CO2、R—COOH、分别还原为CH2、RCH、。

(2)连接:根据碳元素的四价原则进行连接。

(3)检查:要注意在连接过程中检查碳原子是否守恒,同时查看是否有因连接方式的改变而可能形成的同分异构体。

如分子式为C9H16的烯烃氧化后的产物为CO2、、,则原烯烃的结构简式可能为

或。

【典例2】β-月桂烯的结构如图所示,一分子该物质与两分子溴发生加成反应的产物(只考虑位置异构)理论上最多有              (　　)

A.2种　　　B.3种　　　C.4种　　　D.6种

【解题指南】解答本题应注意以下两点:

(1)分析分子中双键的位置,正确分析分子中的共轭关系;

(2)分子中共轭关系的两个双键与一分子溴原子加成有三种可能。

【解析】选C。右上方为共轭二烯烃的结构,当一分子的溴加成下面的双键时,右上方共轭双键和另外一分子溴有三种加成方式,加上两分子的溴和共轭二烯烃的加成,共有4种产物。

【迁移·应用】

1.下列烯烃被酸性高锰酸钾氧化后产物中可能有乙酸的是(　　)

A.CH3CH2CHCHCH2CH2CH3

B.CH2CH(CH2)3CH3

C.CH3CHCHCHCHCH3

D.CH3CH2CHCHCH2CH3

【解析】选C。CH3CH2CHCHCH2CH2CH3氧化后生成丙酸和丁酸,故A错误; CH2CH(CH2)3CH3氧化后生成二氧化碳和戊酸,故B错误;CH3CHCHCHCHCH3氧化后生成乙酸和乙二酸,故C正确;CH3CH2CHCHCH2CH3氧化后生成丙酸,故D错误。

2.有人认为CH2CH2与Br2的加成反应,实质是Br2先断裂为Br+和Br-,然后Br+首先与CH2CH2一端碳原子结合,第二步才是Br-与另一端碳原子结合。根据该观点如果让CH2CH2与Br2在盛有NaCl和NaI的溶液中反应,则得到的有机物不可能是              (　　)

A.BrCH2CH2Br　　　　　　　B.ClCH2CH2Cl

C.BrCH2CH2I D.BrCH2CH2Cl

【解析】选B。依据X+首先与CH2CH2一端碳原子结合,第二步才是X-与另一端碳原子结合。在该溶液中不可能出现Cl+,故不可能为B。

【课堂检测·素养达标】

1.(双选)下列关于烯烃的化学性质的叙述不正确的是 (　　)

A.烯烃能使溴的CCl4溶液褪色,是因为烯烃与溴发生了取代反应

B.烯烃能使酸性KMnO4溶液褪色,是因为烯烃能被KMnO4氧化

C.在一定条件下,烯烃能与H2、H2O、HX(卤化氢)发生加成反应

D.可以用和氢气加成的方法除去乙烷中的乙烯

【解析】选A、D。因烯烃分子中含有碳碳双键,则烯烃能与X2(卤素)、H2、H2O、HX(卤化氢)等发生加成反应,烯烃能使溴的CCl4溶液褪色,是因为烯烃与溴发生了加成反应,能被酸性KMnO4溶液氧化而使其褪色,乙烷中含有乙烯,因不能确定氢气的量而不能用和氢气加成方法除去,否则易引入氢气杂质,所以 A、D叙述错误。

【补偿训练】

　1.降冰片烯的键线式是,下列有关降冰片烯性质的说法中,错误的是 (　　)

A.可使酸性KMnO4溶液褪色

B.能使溴的四氯化碳溶液褪色

C.能溶于水

D.燃烧时可发出明亮的火焰

【解析】选C。由于降冰片烯分子中含有碳碳双键,故它具有烯烃的通性,即可使酸性KMnO4溶液和溴的四氯化碳溶液(或溴水)褪色,A、B正确;降冰片烯的含碳量较高,故其燃烧时火焰明亮,D正确;烃一般难溶于水,C错误。

2.下列烯烃和HBr发生加成反应能得到一种产物的是(　　)

A.CH2CH2　　　　　B.CH2C(CH3)2

C.CH3CHCH2   D.CH3CH2CHCH2

【解析】选A。CH2CH2+HBrCH3—CH2—Br,产物只有1种,其他物质与HBr加成产物都有2种。

2.下列四种命名正确的是 (　　)

A.2-甲基-2-丁炔　　　　　B.2-乙基丙烷

C.3-甲基-2-丁烯    D.2-甲基-2-丁烯

【解析】选D。根据名称写出相应的有机物的结构简式:A为,第二个碳原子形成5个共价键,错误;B为,主链选择错误,其正确命名为2-甲基丁烷;C为,其正确的命名为2-甲基-2-丁烯;D正确。

3.下列说法正确的是 (　　)

A.聚乙炔、聚乙烯都是不饱和烃

B.聚乙烯为纯净物

C.乙烯制取聚乙烯的反应为

nCH2CH2?CH2—CH2?

D.乙烯和聚乙烯都能与溴的四氯化碳溶液发生加成反应

【解析】选C。聚乙炔为不饱和烃,而聚乙烯为饱和烃,A错;聚乙烯中n值不确定,为混合物,B错;乙烯含有碳碳双键,能与溴的四氯化碳溶液发生加成反应,但聚乙烯的结构单元为—CH2—CH2—,不能与溴的四氯化碳溶液发生加成反应,D错。

4.顺丁橡胶是一种性能优良的合成橡胶,具有弹性高、耐磨性好、耐寒性好、生热低、耐曲挠性和动态性能好等特点,被广泛用作制造垫圈、密封材料等,2-丁烯是合成顺丁橡胶的重要原料。

回答下列问题:

(1)在催化剂作用下,2-丁烯与氢气反应的化学方程式为__, 

反应类型为____________。 

(2)烯烃A是2-丁烯的一种同分异构体,它在催化剂作用下与氢气反应的产物不是正丁烷,则A的结构简式为__________;A分子中能够共平面的碳原子个数为__________________,A与溴的四氯化碳溶液反应的化学方程式为__。 

【解析】(1)2-丁烯与氢气在催化剂作用下发生加成反应生成了丁烷,化学方程式为CH3CHCHCH3+H2

CH3CH2CH2CH3。

(2)A加氢后不生成正丁烷,可判断其碳链有支链,结构只能是一种,4个碳原子均在碳碳双键形成的平面上。

答案:(1)CH3CHCHCH3+H2CH3CH2CH2CH3

加成反应　(2)　　4

+Br2