人教版 (2019)选择性必修3第一节 烷烃同步训练题

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第05讲 烷烃的结构和性质


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知识精讲

一、烷烃的概念、通式、结构特点、存在
1. 概念：烃分子中碳原子之间都以碳碳________结合，剩余价键均与氢原子结合，使每个碳原子的化合价都达到“饱和”，这样的烃叫做饱和烃，也称为烷烃。
2. 链状烷烃通式：____________，符合通式的一定是烷烃。
3. 结构特点：分子中的碳原子都采取_______杂化，以伸向四面体4个顶点方向的sp3杂化轨道与其他碳原子或氢原子结合，形成σ键。烷烃分子中的共价键全部是单键。
4. 存在：天然气、液化石油气、汽油、柴油、凡士林、石蜡等，它们的主要成分都是烷烃。
【答案】 1．单键 2．CnH2n+2 3. sp3

二、同系物
结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质互称为同系物。
① 同系物结构相似，决定了化学性质相似
② 同系物的相对分子质量相差“14n”
③ 所有烷烃互为同系物

三、甲烷
1. 结构表示
甲烷分子中5个原子不在同一平面上，而是形成了正四面体的空间结构。4个C—H键的键长、键能、键角均相同，键角为109°28′。

2. 存在
天然气、沼气、煤层气的主要成分是甲烷。
3. 物理性质
甲烷是一种无色、无味、极难溶于水、密度比空气小的气体。

四、烷烃的物理性质
物理性质
递变规律
状态
①碳原子数C≤4的烷烃在常温常压下是气体；
②碳原子数5≤C≤16的烷烃在常温常压下一般是液体；
（特例：新戊烷(CH3)4C在常温常压下是气体）
③碳原子数C≥17的烷烃在常温常压下是固体。
熔、沸点
①烷烃的相对分子质量越大，烷烃的熔、沸点_________；
②相对分子质量相同时，支链越多，熔、沸点_________。
密度
随碳原子的增多而逐渐增大，但都小于水的密度。
溶解性
烷烃不溶于水，易溶于有机溶剂。
【答案】越高；越低

五、烷烃的化学性质
1．可燃性
烷烃都具有可燃性，可用作燃料，其燃烧通式为：_______________________________________________
【答案】CnH2n+2 + 3n+12 O2 n CO2 + (n + 1) H2O
2. 稳定性
通常情况下，烷烃比较稳定，与强酸、强碱、酸性高锰酸钾、溴的四氯化碳溶液等都不发生反应。
3．取代反应
在光照条件下，烷烃可与卤素单质发生取代反应：CnH2n+2 + X2 ________________________
【答案】 CnH2n+1X + HX

实验—— CH4与Cl2的取代反应
实验操作
取两支试管，均通过排饱和NaCl溶液的方法收集半试管CH4，和半试管Cl2，分别用铁架台固定好。将其中一支试管用铝箔套上，另一支试管放在光亮处（不要放在日光直射的地方）。静置，比较两支试管内的现象。
实验现象
光亮处的试管气体颜色逐渐变浅，试管壁出现油状液滴，同时出现少量白雾，试管内液面上升，饱和食盐水中有少量固体析出；
套上铝箔的试管无明显现象。
反应原理
+（一氯甲烷，气体）
CH3Cl + Cl2 HCl + CH2Cl2（二氯甲烷，油状液体）
CH2Cl2 + Cl2 HCl + CHCl3 （三氯甲烷，油状液体，俗称氯仿）
CHCl3 + Cl2 HCl + CHCl3 （四氯甲烷，也称四氯化碳，油状液体）

对点训练

题型一：烷烃的定义与结构特点
【例1】（双选）下列有关烷烃的叙述中，正确的是
A．烷烃分子中所有的化学键都是单键
B．除甲烷外，很多烷烃都能使酸性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．所有的烷烃中碳原子均采取sp3杂化
【答案】AD
【解析】
A．甲烷分子中只含有碳氢单键，碳原子数大于2的烷烃分子中含有碳碳单键、碳氢单键，A正确；
B．烷烃的化学性质稳定，不能被酸性KMnO4溶液氧化，无法使其褪色，B错误；
C．分子通式为CnH2n+2的烃，是饱和烃，一定是烷烃，C错误；
D．烷烃中碳原子都采取sp3杂化，伸向四面体4个顶点方向的sp3杂化轨道与其他碳原子或氢原子结合，D正确；
故选AD。
【例2】写出下列各烷烃的分子式。
(1)在同温同压下，烷烃A蒸气的密度是H2的43倍：__。
(2)烷烃B的分子中含有200个氢原子：___。
(3)分子中含有22个共价键的烷烃D为___。
【答案】     C6H14     C99H200     C7H16
【解析】
(1)在同温同压下，烷烃A蒸气的密度是H2的43倍，则相对分子质量为86，根据烷烃的同通式CnH2n+2分析，14n+2=86，n=6,所以分子式为C6H14。
(2)烷烃B的分子中含有200个氢原子，据烷烃的同通式CnH2n+2分析，该物质化学式为C99H200。
(3) 烷烃的同通式CnH2n+2分析，共价键数为3n+1，则分子中含有22个共价键的烷烃D为C7H16。

题型二：烷烃的熔沸点比较
【变3】下列说法正确的是
A．随着碳原子数的增加，烷烃的沸点逐渐降低
B．随着碳原子数的增加，烷烃的同分异构体数目也增加
C．所有的链状烷烃一定互为同系物
D．乙烷与氯气在光照下反应生成的有机物只有CH3CH2Cl一种
【答案】B
【解析】
A．随着碳原子数的增加，烷烃的分子间作用力逐渐增大，沸点逐渐升高，故A错误；
B．随着碳原子数的增加，碳原子连接方式增多，烷烃的同分异构体数目增加，如甲烷、乙烷、丙烷无同分异构体，丁烷有两种同分异构体，戊烷有三种同分异构体等，故B正确；
C．分子式相同的不同链状烷烃互为同分异构体，分子式不同的链状烷烃互为同系物，故C错误；
D．乙烷与氯气在光照下反应生成的有机物有CH3CH2Cl、CH2ClCH2Cl、CH3CHCl2等，不止一种，故D错误；
答案选B。
【例4】下列五种烃①2－甲基丁烷 ②2，2－二甲基丙烷 ③戊烷 ④丙烷 ⑤丁烷，按沸点由高到低的顺序排列的是
A．①＞②＞③＞④＞⑤ B．②＞③＞⑤＞④＞①
C．④＞⑤＞②＞①＞③ D．③＞①＞②＞⑤＞④
【答案】D
【详解】
①2-甲基丁烷、②2，2-二甲基丙烷、③戊烷三者互为同分异构体，根据互为同分异构体的烷烃分子中，烷烃含有的支链越多，分子间的作用力越小，熔沸点越小，则沸点③＞①＞②；结构相似的烷烃中，含有的C原子数目越多，相对分子质量越大，熔沸点越高，则沸点由高到低的顺序排列的是③＞①＞②＞⑤＞④，故选D。
【点睛】
结构相似的烷烃中，含有的C原子数目越多，相对分子质量越大，熔沸点越高；互为同分异构体的烷烃分子中，烷烃含有的支链越多，分子间的作用力越小，熔沸点越小。
题型三：烷烃的性质
【变5-1】2017年诺贝尔化学奖被授予研发出冷冻电镜的科学家。使用冷冻电镜时，需将样品放入液态乙烷中进行冷冻。下列有关说法错误的是
A．乙烷不易溶于水
B．常温下乙烷为气体
C．乙烷属于不饱和烃
D．乙烷不与样品发生反应
【答案】C
【解析】
A．乙烷是烃类物质，难溶于水，A正确；
B．常温下乙烷为气体，B正确；
C．乙烷为饱和烃，每个碳原子形成四个单键，C错误；
D．使用冷冻电镜时，需将样品放入液态乙烷中进行冷冻，证明乙烷不与样品反应，D正确；
故选C。
【变5-4】如图是A、B、C三种烃的球棍模型。

(1)A的名称是___。
(2)B与C是___(填序号)。
a.同系物        b.同分异构体        c.同位素
(3)C的结构简式是___。
(4)下列说法正确的是___(填序号)。
a.它们都属于烷烃
b.都可以与氯气发生取代反应
c.都可以使高锰酸钾溶液褪色
d.都可以燃烧生成CO2和H2O
【答案】     丙烷     b     CH3CH(CH3)2     abd
【解析】
(1)由A的球棍模型可知，该有机物的结构简式为CH3CH2CH3，分子式为C3H8，其名称为丙烷；答案为丙烷。
(2)由B的球棍模型可知，该有机物的结构简式为CH3CH2CH2CH3，分子式为C4H10，由C的球棍模型可知，该有机物的结构简式为CH3CH(CH3)2，分子式为C4H10，B与C符合分子式相同，结构不同的有机物，属于同分异构体，b符合题意；答案为b。
(3)由C的球棍模型可知，该有机物的结构简式为CH3CH(CH3)2；答案为CH3CH(CH3)2。
(4)由A、B、C三种烃的球棍模型可知，它们分子式分别为C3H8、C4H10、C4H10，均由C和H两种元素组成，均符合CnH2n+2通式，均属于烷烃，根据烷烃的通性，均能与Cl2在光照的条件下发生取代反应，属于饱和烃，均不能使高锰酸钾溶液褪色，都可以燃烧生成CO2和H2O，则abd符合题意；答案为abd。
【变6-1】下列各组化合物中，不论两者以什么比例混合，只要总质量一定，则完全燃烧时消耗O2的质量、生成水的质量或CO2的质量不变的是
A．CH4　C2H6 B．C2H6　C3H6
C．C2H4　C3H6 D．C2H4　C3H4
【答案】C
【分析】
最简式相同的烃不论以什么比例混合，只要总质量一定，碳的质量不变，氢的质量也不变，即消耗O2的量、生成水的量及生成CO2的量均不变。
【详解】
A．CH4、C2H6的分子式不相同，最简式也不相同，不符合题意，A错误；
B．C2H6、C3H6的分子式不相同，最简式也不相同，不符合题意，B错误；
C．C2H4、C3H6的分子式不相同，但二者最简式相同，符合题意，C正确；
D．C2H4、C3H4的分子式不相同，最简式也不相同，不符合题意，D错误；
故合理选项是C。
题型四：同系物、同分异构体
【例7】下列物质中，与2-甲基丁烷互为同系物的是
A． B．
C． D．
【答案】A
【详解】
A．名称是2-甲基丙烷，与2-甲基丁烷结构相似，在分子组成上相差1个CH2原子团，因此二者互为同系物，A符合题意；
B．名称是2-甲基丁烷，就是2-甲基丁烷本身，B不符合题意；
C．分子式是C5H12，与2-甲基丁烷分子式相同，结构不同，二者互为同分异构体，C不符合题意；
D．分子式是C5H12，与2-甲基丁烷分子式相同，结构不同，二者互为同分异构体，D不符合题意；
故合理选项是A。
【例8】Ⅰ.在下列各组物质中，找出合适的序号填在对应的空格内：
① NO2和N2O4 ② 12C和14C ③K和Ca ④甲烷和丙烷 ⑤红磷和白磷 ⑥异戊烷( )和新戊烷() ⑦
(1)互为同位素的是_______。
(2) 互为同分异构体的是_______。
(3) 互为同系物的是_______。
(4) 为同一种物质的是_______。
Ⅱ.(1)相对分子质量为72的链状烷烃，其分子式是_______。若此有机物的一氯代物分子中有两个“-CH3”，两个“-CH2-”，一个“”和一个“-Cl”，它们的可能结构有4种，分别是：、、_______、_______。
(2) 写出乙烷和氯气在光照下反应生成一氯代物的化学反应方程式：_______，此反应类型为_______。
【答案】② ⑥ ④ ⑦ C5H12 CH3CH3+Cl2 CH3CH2Cl+HCl 取代反应
【详解】
Ⅰ．① NO2和N2O4为不同物质；
②12C和14C质子数相同，中子数不同，互为同位素；
③K和Ca为质量数相同的不同原子；
④甲烷和丙烷结构相似，分子组成相差2个CH2原子团，互为同系物；
⑤红磷和白磷为同种元素形成的不同单质，互为同素异形体；
⑥异戊烷和新戊烷分子式相同，结构不同，互为同分异构体；
⑦ 为同一物质；
(1)互为同位素的是②；
(2)互为同分异构体的是⑥；
(3)互为同系物的是④；
(4)为同一种物质的是⑦；
Ⅱ．(1)烷烃的通式为CnH2n+2，相对分子质量为72的链状烷烃，即12n+2n+2=72，n=5，分子式为C5H12；此有机物的一氯代物分子中有两个“-CH3”，两个“-CH2-”，一个“”和一个“-Cl”，同分异构体有、、、；
(2) 乙烷和氯气在光照下发生取代反应可生成一氯乙烷和HCl，化学反应方程式CH3CH3+Cl2 CH3CH2Cl+HCl。

提分特训

【题1】下列说法不正确的是________
A．所有碳氢化合物中，甲烷中碳的质量分数最低
B．所有烷烃中，甲烷的沸点最低
C．甲烷分子中最多有4个原子共平面
D．甲烷、乙烷和丙烷都能在光照下与氯气发生取代反应
【答案】C
【解析】
A．所有碳氢化合物中，甲烷分子中H元素的含量最高，则其中碳元素的质量分数最低，A正确；
B．在烷烃中，随着分子中C原子数的增多，物质的相对分子质量逐渐增大，分子间作用力逐渐增强，因此物质的熔沸点逐渐升高，故在所有烷烃中，甲烷的沸点最低，B正确；
C．甲烷分子是正四面体结构，键角是109°28′，物质分子中最多有3个原子共平面，C错误；
D．甲烷、乙烷和丙烷分子中都含有C-H键，在光照下都能与氯气发生取代反应，产生氯代烷烃，D正确；
故合理选项是C。
【题2】下列各组化合物中，不论两者以什么比例混合，只要总质量一定，则完全燃烧时消耗O2的质量、生成水的质量或CO2的质量不变的是
A．CH4　C2H6 B．C2H6　C3H6
C．C2H4　C3H6 D．C2H4　C3H4
【答案】C
【解析】
A．CH4、C2H6的分子式不相同，最简式也不相同，不符合题意，A错误；
B．C2H6、C3H6的分子式不相同，最简式也不相同，不符合题意，B错误；
C．C2H4、C3H6的分子式不相同，但二者最简式相同，符合题意，C正确；
D．C2H4、C3H4的分子式不相同，最简式也不相同，不符合题意，D错误；
故合理选项是C。
【题3】下列说法正确的是
A．根据碳骨架的不同，有机化合物可分为烃和烃的衍生物
B．熔沸点：戊烷二甲基戊烷二甲基丁烷<丙烷
C．核磁共振仪可确定有机物中是否存在卤素
D．通过用红外光谱图分析，可以区分乙醇和乙酸乙酯
【答案】D
【解析】
A．根据分子组成中是否含有碳、氢以外的元素，可分为烃和烃的衍生物，故A错误；
B．碳原子数越多，沸点越高，相同碳原子数时支链越多沸点越低，则沸点为2，2一二甲基戊烷＞2，3一二甲基丁烷＞戊烷＞丙烷，故B错误；
C．核磁共振仪，通常根据谱中出现几组峰说明有机物中含有几种类型的氢原子，故C错误；
D．不同的化学键或官能团吸收频率不同，在红外光谱图上将处于不同的位置，从而可以获得分子中含有的化学键或官能团的信息，乙酸乙酯中含有酯基，其中有C=O键、C-C键、C-O键、C-H键、O-H键等，而乙醇中有羟基，其中有C-C键、C-O键、C-H键、O-H键等，没有C=O键，则通过用红外光谱图分析可以区分乙醇和乙酸乙酯，故D正确；
故选：D。
【题4】下列有关烷烃(C4H10)的叙述不正确的是
A．分子中碳原子不在同一直线上
B．分子中所有原子不可能在同一平面内
C．符合该分子式的烷烃的一氯代物共有4种
D．不能发生氧化反应
【答案】D
【解析】
A．烷烃(C4H10)中的C原子具有甲烷的四面体结构，分子中四个C原子不可能在同一直线上，A正确；
B．烷烃(C4H10)中的C原子具有甲烷的四面体结构，分子中所有原子不可能在同一平面上，B正确；
C．烷烃(C4H10)有CH3CH2CH2CH3和CH3CH(CH3)2两种结构，每种结构中都含有2种不同的H原子，故符合该分子式的烷烃的一氯代物共有4种，C正确；
D．该物质是烃，属于可燃物，其能够完全燃烧产生CO2、H2O，燃烧反应属于氧化反应，D错误；
故合理选项是D。
【题5】下列分子式只表示一种物质的是
A．C4H10 B．C5H12 C．C3H7Cl D．CH2Cl2
【答案】D
【详解】
A．分子式是C4H10的物质可以表示CH3CH2CH2CH3、 ，因此C4H10不能只表示一种物质，A不符合题意；
B．分子式是C5H12的物质可以表示CH3CH2CH2CH2CH3、、，因此C5H12不能只表示一种物质，B不符合题意；
C．分子式C3H7Cl表示的物质可以是CH3CH2CH2Cl、CH3CHClCH3，因此C3H7Cl不能只表示一种物质，C不符合题意；
D．分子式CH2Cl2表示甲烷CH4分子中2个H原子被2个Cl原子取代产生的物质，由于甲烷只有一种结构，因此CH2Cl2只表示一种物质，D符合题意；
故合理选项是D。
【题6】已知链状烷烃A的密度是相同条件下H2密度的36倍。
(1)链状烷烃A的分子式为______。
(2)写出A可能存在的结构简式：_____。
(3)若A的某种同分异构体B的一氯代物只有一种。
①B与Cl2发生反应生成一氯代物的化学方程式为_____。
②B完全燃烧的化学方程式为______。
【答案】(1)C5H12
(2)CH3CH2CH2CH2CH3、CH3CH(CH3)CH2CH3、C(CH3)4
(3)     C(CH3)4+Cl2C(CH3)3CH2Cl+HCl     C5H12+8O25CO2+6H2O
【解析】
(1)
链状烷烃A的密度是相同条件下H2密度的36倍，则A的相对分子质量M=36×2=72，由于烷烃分子式通式是CnH2n+2，14n+2=72，解得n=5，所以链状烷烃A的分子式为C5H12；
(2)
烷烃A分子式是C5H12，根据C原子价电子数目是4，可知其可能存在的结构简式为CH3CH2CH2CH2CH3、CH3CH(CH3)CH2CH3、C(CH3)4；
(3)
若A的某种同分异构体B的一氯代物只有一种，说明物质B分子中只有一种位置的H原子。CH3CH2CH2CH2CH3分子有三种不同位置的H原子，因此其一氯取代产物有3种；CH3CH(CH3)CH2CH3分子有四种不同位置的H原子，因此其一氯取代产物有4种；C(CH3)4分子只有一种不同位置的H原子，因此其一氯取代产物只有1种，故该物质结构简式是C(CH3)4。
①B与Cl2发生反应生成一氯代物时，二者反应的物质的量的比是1：1，该反应的化学方程式为C(CH3)4+Cl2C(CH3)3CH2Cl+HCl；
②B是烃，完全燃烧产生CO2、H2O，该反应的化学方程式为：C5H12+8O25CO2+6H2O。
提分作业

【练1】下列物质属于脂肪烃的是
A． B．CH3CH2CH3 C．CH3CH2Cl D．
【答案】B
【详解】
A．脂肪烃是指链状烃，A项含有苯环，属于芳香烃，A错误；
B．链状化合物，只含碳元素和氢元素，属于脂肪烃，B正确；
C．含有氯元素，不属于烃，C错误；
D．含有氯元素，不属于烃，D错误；
故选B。
【练2】下列叙述错误的是
A．甲烷与氯气反应无论生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3还是CCl4，都属于取代反应
B．烷烃中除甲烷外，很多都能使KMnO4酸性溶液的紫色褪去
C．符合分子通式CnH2n+2的烃一定是烷烃
D．烷烃分子中的碳原子都采取sp3杂化
【答案】B
【详解】
A．甲烷是饱和链烃，与氯气反应无论生成、、还是，都属于取代反应，A项正确；
B．烷烃是饱和链烃，性质稳定不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，B项错误；
C．烷烃是唯一的饱和链状烃，所有烷烃均符合分子通式，C项正确；
D．烷烃的结构与甲烷的相似，其分子中的碳原子都采取杂化，D项正确；
故选：B。
【练3】下列说法正确的是
A．随着碳原子数的增加，烷烃的沸点逐渐降低
B．随着碳原子数的增加，烷烃的同分异构体数目也增加
C．所有的链状烷烃一定互为同系物
D．乙烷与氯气在光照下反应生成的有机物只有CH3CH2Cl一种
【答案】B
【详解】
A．随着碳原子数的增加，烷烃的分子间作用力逐渐增大，沸点逐渐升高，故A错误；
B．随着碳原子数的增加，碳原子连接方式增多，烷烃的同分异构体数目增加，如甲烷、乙烷、丙烷无同分异构体，丁烷有两种同分异构体，戊烷有三种同分异构体等，故B正确；
C．分子式相同的不同链状烷烃互为同分异构体，分子式不同的链状烷烃互为同系物，故C错误；
D．乙烷与氯气在光照下反应生成的有机物有CH3CH2Cl、CH2ClCH2Cl、CH3CHCl2等，不止一种，故D错误；
答案选B。
【练4】下列有关丙烷的叙述不正确的是
A．是直链烃，但分子中碳原子不在一条直线上
B．在光照条件下能够与氯气发生取代反应
C．丙烷的球棍模型为
D．1mol丙烷完全燃烧消耗5molO2
【答案】C
【解析】
A．C3H8是链烃，其中的碳原子为饱和碳原子，饱和碳原子和与之相连的四个原子形成四面体结构，故3个碳原子不在一条直线上，A项正确；
B．C3H8在光照时能与Cl2发生取代反应，B项正确；
C．丙烷的球棍模型为，C项错误；
D．lmol丙烷完全燃烧消耗5molO2，D项正确；
故选C。
【练5】下列关于烷烃的说法正确的是
A．丙烷(C3H8)发生取代反应生成的C3H7Cl的结构只有一种
B．丙烷分子中三个碳原子在一条直线上
C．分子中含有六个碳原子的烷烃在常温下为液态物质
D．烷烃的分子为直链式结构，不可以带支链
【答案】C
【解析】
A．丙烷(C3H8)分子中含有2种不同的H原子，因此其发生取代反应生成的C3H7Cl的结构有2种不同结构，A错误；
B．丙烷分子中的C原子都是饱和C原子，具有甲烷的四面体结构，因此三个碳原子不可能在一条直线上，B错误；
C．烷烃分子中C原子数目越多，分子间作用力就越大，物质的熔沸点就越高。分子中C原子数小于等于4个烷烃呈气态，大于4个小于10个的为液态，故分子中含有六个碳原子的烷烃在常温下为液态物质，C正确；
C．烷烃的分子中C原子形成的四面体结构，因此分子不是直链式结构，也可以带支链，D错误；
故合理选项是C。
【练6】下列叙述错误的是
A．烷烃中每个碳原子都形成4个共价单键 B．正丁烷的4个碳原子可以在同一直线上
C．甲烷、乙烷、丙烷的结构都只有一种 D．烷烃不能与溴的四氯化碳溶液反应
【答案】B
【解析】
A．碳原子的最外层有4个电子，故能与其他原子形成4个共价键，在烷烃中原子之间形成的都是单键，A项正确；
B．由碳原子形成的4个共价键在空间排列成四面体结构可知，正丁烷的4个碳原子不可能在同一直线上，B项错误；
C．甲烷、乙烷、丙烷都不存在同分异构体，其结构都只有一种，C项正确；
D．烷烃为饱和烃，不与溴的四氯化碳溶液反应，D项正确；
故选：B。
【练7】标准状况下，0.1 mol某烷烃完全燃烧生成11.2 L CO2。
(1)写出该烷烃的分子式：___________。
(2)写出该烷烃燃烧的化学方程式：___________。
(3)该烷烃的同分异构体有多种，写出分子中含有4个甲基(—CH3)的结构简式：___________。
【答案】(1)C5H12
(2)C5H12＋8O25CO2＋6H2O
(3)