有机物学案之一甲烷烷烃学案.docx
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有机物学案之一甲烷烷烃学案
《有机化学》学案第一章烃
第一课时甲烷
一、关于有机物:
1、有机物:
指含的化合物(除CO、、碳酸、、氰化物、金属碳化物等外)。
除碳元素外还通常含有、、、、、等几种元素。
2、有机物的主要特点:
大多数有机物熔沸点较,溶于水、溶于有机溶剂、导电、燃烧。
有机反应一般复杂、缓慢,一般需和使用,常伴有;所以有机反应中常用“→”不用“=”。
3、有机物种类繁多的原因:
①碳原子有个价电子,可以和其他原子形成条共价键;②碳碳之间可以形成单键、也可以形成和;③碳碳之间结合的方式可以是链状,也可以是状。
4、仅由和两种元素组成的有机化合物总称为。
是最简单的烃
二、甲烷
1、甲烷的物理性质和存在:
甲烷是、、、的主要成分。
甲烷是一种色、味、
溶于水、通常为态的有机物,密度比空气。
2、甲烷的分子组成和结构:
化学式:
最简式:
电子式:
结构式:
结构简式:
_______模型______模型
分子空间构型:
,碳原子位于正四面体的______,4个氢原子分别位于正四面体的4个_________上。
4个C-H键的长度和强度相同,夹角相等(键角:
__________)分子极性:
3、甲烷的化学性质和用途:
通常情况下,甲烷的化学性质比较稳定,不与、等强氧化剂反应,也不与、和反应,但在一定条件下也会发生某些反应,如:
氧化反应、取代反应和高温分解。
(1)、可燃性:
甲烷在空气中燃烧发出_______色火焰,同时放出大量的热。
写出化学方程式:
怎样防止气体爆炸?
点燃前必须先
怎样检查其燃烧的生成产物?
思考:
如何区别H2、CO、CH4三种气体?
(2)、取代反应:
①、甲烷的氯代反应:
(注意反应条件及书写方法)
第一步:
CH4+Cl2
+HCl
第二步:
CH3Cl+Cl2
+HCl
第三步:
CH2Cl2+Cl2
+HCl
第四步:
CHCl3+Cl2
+HCl
②、反应现象:
、
、
、
。
名称
(俗称)
一氯甲烷
二氯甲烷
三氯甲烷
()
四氯甲烷
()
化学式
常温下状态
_____态
_____态
_____态
_____态
溶解性
________溶于水,____________溶于有机溶剂
主要用途
重要的___________
③、取代反应:
有机物分子里的某些或被或所替代的反应。
④、甲烷与氯气在光照条件下能发生取代反应,但和氯水在光照条件下不会反应;甲烷与溴蒸气、碘蒸气也能发生类似的反应。
写出的甲烷与溴蒸气第一步化学反应方程式:
⑤甲烷分子中的一个氢原子被取代,需要____个氯分子,其中一个氯原子_______________,而另一个氯原子________________________________。
因此,1molCH4需要____molCl2才能完全转化为CCl4
(3)、受热分解:
①、分解条件:
②、反应方程式:
(4)、用途:
甲烷是一种很好的,并可用来制取等。
课外延伸——甲烷的空间构型
历史上,科学家们在测定了甲烷分子组成为CH4后,
对甲烷的分子结构曾提出了两种猜想:
正四面体型与平面
正方形,科学家如何判断出甲烷分子是哪种空间构型的?
为解决甲烷分子的空间结构问题,科学家们提出:
通过研究二氯甲烷是否存在不同结构来确定。
——若甲烷分子呈正四面体型,则其二氯代物只可能有一种:
如图5-3。
而若甲烷分子呈平面正四边形,则其二氯代物可以有两种:
如图5-4
图5-4
所以,只要看一下甲烷的二氯代物的种数,即可判断甲烷分子的空间构型。
另外,通过测量甲烷分子中四个键角相等且等于109028/也能证明甲烷为正四面体结构。
例1、在光照条件下,将等体积的甲烷和氯气混合,得到的产物中物质的量最多的是()
ACH3ClBCH2Cl2CCCl4DHCl
例2、若要使1molCH4完全与氯气发生取代反应,并生成相同物质的量的四种取代物,则需要氯气的物质的量为
A、2.5molB、2molC、1.25molD、0.5mol
例3:
甲烷与过量氧气混和,用电火花引爆后,气体密度为同温同压下H2密度的15倍,求原混和气体中甲烷与氧气的体积比。
1、下列物质中不属于有机物的是
A、CO(NH2)2B、NH4CNOC、CCl4D、CH3CH2OH
2、下列说法正确的是()
A、有机物都不溶于水,易溶于有机溶剂
B、有机物只能从有机生命体中取得
C、组成中仅有C、H两种元素的有机物叫烃
D、有机物不具备无机物的性质,都是非电解质
3.下列气体的主要成分不是甲烷的是()
A.沼气B.天然气C.水煤气D.坑道所产生的气体
4、下列反应属于取代反应的是
A、甲烷燃烧B、由甲烷制取氯仿
C、由甲烷制炭黑D、钠与水反应制得H2
5、甲烷分子是以C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只有一种结构B、CH2Cl2只有一种结构
C、CHCl3只有一种结构D、CH4中四个价键的键角和键长都相等
6、甲烷在高温条件下可发生裂解:
2CH4C2H2(g)+3H2,现使甲烷裂解得到的混合物的气体对氦的相对密度为2.5,且其中含有上面化学方程式中的物质,则甲烷的分解率是
A、30%B、40%C、50%D、60%
7、有3mL甲烷和一氧化碳的混合气体,完全燃烧恰好用去3mL氧气,则此混合气体中甲烷和一氧化碳的体积比是
A、1:
2B、1:
1C、2:
1D、任意比
8、由CH4、CO、H2中的一种、两种或三种组成的气体,完全燃烧后,生成的CO2和H2O的物质的量之比是1:
2,下列判断中不正确的是
A、原气体中一定含有CH4
B、原气体中可能不含CH4
C、原气体中若含有CO,则一定含有H2
D气体中若同时含有CH4、CO和H2,则CO与H2的物质的量之比为1:
2
9、空气中含甲烷5%~15%(体积分数)点燃就会发生爆炸,发生爆炸最强烈时,甲烷在空气中所占的体积分数是(提示:
甲烷与氧气恰好完全反应时爆炸最强烈)
A.5%B.9.5%C.10%D.15%
10、有一类组成最简单的有机硅化物叫硅烷,它的组成与烷烃相似。
下列说法错误的是()
A、硅烷的分子通式可表示为SinH2n+2
B、甲硅烷燃烧生成二氧化硅和水
C、甲硅烷(SiH4)的密度小于甲烷
D、甲硅烷的热稳定性强于甲烷
11、下列叙述正确的是
ANH3是极性分子,分子中N原子是在3个H原子所组成的三角形的中心
BCH4是非极性分子,分子中C原子处在4个Cl原子所组成的正方形的中心
CH2O是极性分子,分子中O原子不处在2个H原子所连成的直线的中央
DCO2是非极性分子,分子中C原子不处在2个O原子所连成的直线的中央
12、用于制造隐形飞机的某种物质具有吸收微波的功能,
其主要成分的结构如下图,它属于()
A、无机物B、烃C、高分子化合物D、有机物
13、已知天然气的主要成分CH4是一种会产生温室效应的气体,等物质的量的CH4和CO2产生的温室效应,前者大。
下面是有关天然气的几种叙述:
①天然气与煤、柴油相比是较清洁的能源;②等质量的CH4和CO2产生的温室效应也是前者大;③燃烧天然气也是酸雨的成因之一。
其中正确的()。
A.是①②③B.只有①C.是①和②D.只有③
课外延伸
甲烷的实验室制法:
(1)药品:
无水醋酸钠和碱石灰混和加热:
(2)反应原理:
脱羧反应(取代反应)
通式:
R—COONa+NaOH→R—H+Na2CO3
碱石灰中CaO的作用:
①吸收水分②使混和物疏松,利于甲烷逸出③稀释NaOH,防止高温下腐蚀玻璃。
(3)发生装置:
与制O2、NH3装置相同。
(4)收集方法:
排水法或向下排空气法。
第二课时烷烃
一、烷烃的结构和性质
1、烷烃:
烃分子中的碳原子之间只以____键结合成________,碳原子上剩余价键全部跟_______相结合,使每个碳原子的化合价都达到饱和,这样的烃叫做,也称为烷烃。
2、烷烃的结构特点:
烷烃都是立体结构,碳原子______一条直线上(除非只有两个碳原子),直链烷烃的碳原子空间构型是____________型。
常见烷烃的结构式和结构简式:
名称
分子式
结构式
结构简式
最简式
甲烷
乙烷
丙烷
丁烷
[练习]将下列结构简式恢复成结构式:
①CH3CH(CH3)CH2CH3
②(CH3)2CHCH2CH3
③C(CH3)4
3、烷烃的物理性质:
随着分子中碳原子数的增加,烷烃的沸点逐渐______,相对密度逐渐_______。
(1)常温下,碳原子数小于或等于_______时,均为气态(新戊烷常温下也为气态)。
(2)烷烃____溶于水,而_____溶于有机溶剂。
(3)当碳原子数相同时,一般支链越多,沸点越低。
如沸点:
正丁烷______异丁烷;正戊烷_____异戊烷________新戊烷。
4、烷烃的通式为。
5、烷烃的化学性质
跟相似,通常较稳定,在空气中能点燃,光照下能与氯气发生取代反应。
(1)氧化反应:
燃烧通式为:
。
烷烃都_____被酸性高锰酸钾溶液氧化。
(2)取代反应:
烷烃在光照条件下,都能与氯气发生取代反应,生成多种卤代产物。
通式为:
。
二、烃基:
烃分子失去一个所剩余的原子团叫做烃基。
一般用R—表示,若为烷烃,叫做烷烃基,如—CH3叫______、—CH2CH3叫___________。
CH3CH2CH3分子失去一个氢原子后所余的原子团的结构简式为___________、________________。
[练习]①写出甲基、乙基的电子式。
②烷基的通式为。
③烃基能否为单独存在的物质?
三、烷烃的命名
(一)习惯命名法:
(1)在分子内所含碳原子的数目后加一个“烷”字,称为“某烷”。
主链碳原子数在十以内的,依次用天干——_____、_____、_____、_____、_____、_____、_____、_____、_____、_____表示,如甲烷、丁烷等。
主链碳原子数超过十的,在十一以上的,就用数字来表示,如十三烷,十七烷等。
(2)对于碳原子数相同而结构不同的烷烃,一般在烷烃名称之前再加“正”、“异”、“新”等字加以区别。
这种命名法适于简单的烷烃。
例如:
(二)系统命名法:
命名步骤:
选主链,称某烷;编位号,定支链;取代基,写在前;标位置,短线连;不同基,简到繁;相同基,合并算。
(1)选主链:
选定分子中__________作为主链,按数目称作“_______”;若存在两个等长的碳链,应选支链数最多的一个碳链作为主链。
如
CH3
│
CH3—CH—CH2—CH—CH—CH2—CH3
││
CH3CH2
│
CH2
│
CH3
(2)编位号:
要遵循“近、简、小”的原则。
以离支链最近的主链一端为起点编号。
如
CH3
│
CH3—CH—CH2—CH2—CH—C—CH2—CH2—CH3
│││
CH3CH2CH3
│
CH3
若有两个不同支链,且分别处于距主链两端相等的位置,则应从较简单支链的那端开始编号。
如
CH3—CH2—CH—CH2—CH2—CH—CH2—CH3
││
CH2CH3
│
CH3
若有两个相同的支链,且分别处于距主链两端相等的位置,但中间还有其他支链,编号时应遵循支链位号之和最小的原则。
如
CH3—CH—CH2—CH—CH—CH3
│││
CH3CH2CH3
│
CH3
(3)写名称:
按主链的碳原子数称为相应的某烷,在其前面用小写阿拉伯数字“1、2、3……”表示出支链的位置和名称。
相同取代基的数目用中文小写“二、三、四……”表示。
通常较简单的取代基写在前面,复杂的写在后面,多个阿拉伯数字之间用“,”相隔,位次号码与取代基之间、不同取代基之间用“—”分开。
如
CH3—CH—CH2—CH—CH—CH—CH3CH3—CH—CH—CH2—CH2—CH3
││││││
CH3CH3CH2CH3CH3CH3
│
CH3
[练习]命名下列烷烃
四、同系物:
相似,在分子组成上相差一个或若干个原子团的物质互称为同系物。
[思考]:
围绕同系物的概念思考下列问题
①同系物_________符合同一通式。
②同系物_________是同一类物质。
③同系物的化学式_________不同。
④同系物组成元素_________相同。
⑤同系物之间相对分子质量相差_________。
同系物随着碳原子数的增多,相对分子质量逐渐增大,熔沸点逐渐_____;因结构相似,同系物之间的化学性质一般_______。
五、同分异构现象
比较正丁烷和异丁烷。
它们的熔点>,密度>。
[小结]化合物具有相同的,但具有不同的的现象称为同分异构现象,具有同分异构现象的化合物互称为同分异构体。
_______________现象是有机物种类繁多的重要原因。
同分异构体之间的转化是_________变化。
在烷烃同系物中,随着碳原子数目的增多,碳原子的结合方式就越趋复杂,同分异构体的数目也越多。
CH4、C2H6、C3H8______同分异构体,C4H10有______种同分异构体,C5H12有______种同分异构体,C6H14有________种同分异构体。
碳原子数
1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,……20
同分异构体数目
1,1,1,2,3,5,9,18,35,75,159,……366319
到现在为止,我们已学过了四个带同字的概念。
同位素、同素异形体、同系物和同分异构体,请同学比较这四个概念。
概念
内涵
比较的对象
实例
同位素
同素异形体
同系物
同分异构体
[练习]下列各组物质①O2和O3②H2、D2、T2③12C和14C④CH3CH2CH2CH3和(CH3)2CHCH3
⑤乙烷和丁烷⑥CH3CH2CH2CH(C2H5)CH3和CH3CH2CH2CH(CH3)C2H5
互为同位素的是,
互为同分异构体的是,
互为同系物的是,
互为同素异形体的是,是同一物质的是。
六、同分异构体的书写
方法:
减链法
例4以己烷(C6H14)为例,写出所有同分异构体的结构简式,并用系统命名法命名之。
步骤如下:
①先写出最长的碳链,
②主链上减少一个碳原子,减下来的这个碳原子作为支链(一个甲基)连在主链碳原子上
③依次改变支链的位置
④主链上再减少一个碳原子,减下来的2个碳原子作为支链(2个甲基或一个乙基)连在主链碳原子上
⑤依次改变支链的位置,
依此类推。
[小结]①烷烃、烃基的同分异构体主要是由侧链的组成和位置不同引起的。
书写同分异构体时要避免“重写漏写”。
②给出分子式书写可能的同分异构体时应按:
主链由长到短,支链碳原子由少到多,由中到边(不到端),取代基由整到散的方法书写。
[练习]请按正确的顺序写出C5H12的同分异构体,并比较所写同分异构体的沸点的高低。
小结:
烷烃熔沸点的比较
①组成与结构相似的物质,越大,其熔点越高,如CH4C2H6C3H8。
②分子式相同的烃,支链越多,烃沸点越。
[练习]比较下列四种物质的熔沸点:
①正戊烷②异戊烷③新戊烷④正己烷。
例5试写所有丁基的结构简式。
补充:
一卤代物的同分异构体
1方法:
找等效氢原子
(1)同碳上的H等效
(2)同C上甲基上的H等效
(3)对称的C原子上的H等效
CH3—CH—CH2—CH—CH—CH3
│││
CH3CH2CH3
│
CH3
2一卤代物的同分异构体数即等效H原子数
3一种烃如果有m个氢原子,那么它的n元取代物与(m-n)元取代物种类相等。
例6:
某烃的一种同分异构体只能生成一种一氯代物,此种烃的分子式可以是()
A.CH4B.C3H8C.C4H10D.C5H12
例7:
2—甲基丁烷与氯气发生取代反应,可能得到的一氯代物有几种?
若某烷烃的蒸气密度是3.214g/L(标准状况)。
它进行取代反应后得到的一卤代物只有一种,试推测其结构简式。
例1:
等质量的下列烃完全燃烧,消耗氧气最多的是()
A.CH4B.C2H6C.C3H6D.C6H6
[课后练习]:
1、判断命名的正误。
2—乙基丙烷()2,4—二乙基戊烷()
3—甲基丁烷()3—甲基—5—乙基己烷()
2—甲基丁烷()3,5—二甲基庚烷()
2.根据下列名称写出结构简式:
①2—甲基丙烷②2,2,3,3—四甲基戊烷③2,2—二甲基—3—乙基戊烷
3.现有一种烃可以表示为:
命名该化合物时,应认定它的主链上碳原子数目是()
A.8B.9C.10D.11
4.下列名称中不正确的是()
A.2—甲基丁烷B.1,2—二甲基戊烷
C.3,4—二甲基戊烷D.2—甲基—4—乙基庚烷
5.10mL某气态烷烃,在50mLO2完全燃烧,得到液态水和35mL混合气体,所有气体体积都是在同温同压下测定,该气态烃可能是()
A.甲烷B.乙烷巳丙烷D.丁烷
6.两种气态烷烃1L,完全燃烧生成同温、同压下CO21.8L,则混合气体中一定含有(填写物质名称)。
7.在1.01×105Pa、120℃的条件下,将1L丙烷和若干升O2混合点燃,燃烧后恢复到原温度和压强时,测得混合气体的体积为mL。
将燃烧后的气体再通过碱石灰,气体剩余nL,已知m-n=a。
请填写下列空白:
若a=7,则nL气体只能是;若燃烧前后始终保持1.01×105Pa和120℃,则a的最大值为。
[课后练习]:
1、判断丙烷、丁烷的沸点高低。
前者比后者。
2、下列四组物质中,互为同位素;是同素异形体;是同分异构体;是同系物。
①O2和O3②35Cl和37Cl③CH3CH3和CH3CH2CH3
④CH3CH2C(CH3)2CH2CH3和CH3CH2CH(CH3)CH(CH3)CH3
3、烃A的相对分子质量为72。
每个A分子中有42个电子。
A的一溴代物种数是它的同分异构体中最多的。
A的名称是。
4、烃A与含氢量最高的烃B属于同系物。
在光照条件下,1体积A最多可与6体积氯气完全反应(同温、同压),烃A的结构简式是。
5、某化合物的分子式为C5H11Cl,分析数据表明,分子中有2个—CH3,2个—CH2—和1个>CH—,它的可能结构只有四种。
请写出这4种可能的结构简式。
2.结构简式是
的有机物应命名为()
A.2—甲基—2—乙基丁烷
B.3—甲基—3—乙基己烷
C.2,2—二甲基戊烷
D.3,3—二甲基戊烷
3.下列有机物命名正确的是()
A.1—甲基戊烷B.3,3—二甲基戊烷
C.2—乙基丁烷D.3,3—二甲基丁烷
6.1mol丙烷在光照情况下,最多可以摩尔氯气发生取代反应。
()
A.4molB.6molC.8molD.10mol
7.下列事实可以说明甲烷分子具有正四面体结构的是()
A.CH4没有同分异构体
B.一氯甲烷没有同分异构体
C.二氯甲烷没有同分异构体
D.四氯化碳没有同分异构体
8、乙烷在光照条件下与氯气混合,最多可产生几种物质()
A.6种B.7种C.9种D.10种
9.某一定量碳氢化合物燃烧后生成8.8gCO2和4.5g水,已知该气体对氢气的相对密度为29。
该化合物的二氯代物有三种,试推断该烃的结构简式。
10.在常温下的一密闭容器中事先放人1.56g过氧化钠,然后再通人O2,再通人C2H6,用电火花引爆,直至反应完全为止,恢复到原温度,容器内压强近似为零。
求:
(1)通入的气体O2和C2H6的体积比(相同条件下)为。
(2)通人O2的质量不能超过多少克?
11、标准状况下,密度0.717g/L的某气态烃0.5L,在足量氧气中充分燃烧,反应后的气体先通过浓硫酸,浓硫酸增重0.9g;再通过氢氧化钠溶液,溶液增重1.1g。
通过计算判断此烃的分子式。
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