高中化学人教版 (2019)选择性必修3第一节 烷烃巩固练习

这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修3第一节 烷烃巩固练习，共15页。试卷主要包含了烷烃的概念，同系物，甲烷，烷烃的物理性质，烷烃的化学性质等内容，欢迎下载使用。
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 + 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