1、 1 烷烃和烯烃【学习目标】1、了解烷烃、烯烃的物理性质及其变化规律与分子中碳原子数目的关系；2、能以典型代表物为例，理解烷烃、烯烃的组成、结构和主要化学性质。【要点梳理】要点一、烷烃和烯烃（一） 烷烃、烯烃的组成结构及其物理性质的变化规律物理性质通式 官能团状态 熔沸点 密度 溶解性烷烃 CnH2n+2 无 随碳原子数的递增，气体（C 1C 4）液体（C 5C 16）固体（C 17 以上）随碳原子数的递增，逐渐升高随碳原子数的递增，逐渐增大（均小于水）难溶于水烯烃 CnH2n 碳碳双键 随碳原子数的递增，气体液体固体（常温常压 n4时是气体）随碳原子数的递增，逐渐升高随碳原子数的递增，逐渐增
2、大（均小于水）难溶于水注意：随碳原子数的增加，烷烃的含碳量逐渐增大，烯烃的含碳量不变。烷烃、烯烃的物理性质随碳原子数的递增呈规律性变化的原因：同属分子晶体，组成和结构相似，分子间作用力随相对分子质量的增大而增大。分子式相同的烃，支链越多，熔沸点越低。例如：沸点：CH 3(CH2)3CH3(CH 3)2CHCH2CH3C(CH 3)4。新戊烷在常温下也是气体。烃的密度随碳原子数的增多而增大，但都小于水。【烷烃和烯烃#化学性质】（二）烷烃的化学性质由于烷烃的结构与甲烷的结构相似，所以其化学性质与甲烷的化学性质相似。1常温下的稳定性：由于 CH 键、CC 键的键能大，故常温下烷烃性质稳定，不与强酸、
3、强碱、强氧化剂和强还原剂反应，不能使溴的四氯化碳溶液或酸性高锰酸钾溶液褪色。2高温或光照条件下可发生反应（1）取代反应烷烃都可与卤素单质在光照下发生反应，生成相应的卤代烃和卤化氢。如：CH3CH3+Cl2 CH3CH2Cl+HCl 光 照（2）氧化反应可燃性烷烃在充足的空气中都可以燃烧生成 CO2 和 H2O，分子中碳原子数比较少的烃在燃烧时会产生淡蓝色的火焰，但随着碳原子数的增加，分子中的含碳量不断增大。所以在燃烧时会燃烧不完全，甚至会在燃烧中产生黑烟。烷烃完全燃烧可用下列通式表示：C nH2n+2+ O2 nCO2+(n+1)H2O。31 点 燃（3）分解反应烷烃在隔绝空气的条件下加热或加
4、催化剂可发生裂化或裂解。如：C 8H18 C4H10+C4H8，C 4H10 CH4+C3H6。（三）烯烃的化学性质由于烯烃分子结构与乙烯的分子结构相似，都含有一个碳碳双键，所以烯烃的化学性质与乙烯的化学性质相似。1烯烃的氧化反应（1）将烯烃通入酸性高锰酸钾溶液中会使溶液的颜色变浅直至消失。（2）催化氧化：在催化剂作用下，烯烃可直接被氧气氧化。如： 2 2CH2CH 2+O2 2CH3CHO 催 化 剂（3）可燃性：烯烃都可燃烧，由于其分子中的含碳量较高，所以在燃烧时火焰明亮，伴有黑烟。其完全燃烧方程式可用下式表示：C nH2n+ O2 nCO2+nH2O。 点 燃2烯烃的加成反应烯烃可与 H
5、2、X 2、HX、H 2O 等发生加成反应，如：反应物 与烯烃 RCHCH 2 反应的方程式溴水，卤素单质（X 2） RCHCH 2+Br2RCHBrCH 2Br（常温下使溴水褪色）氢气（H 2） RCHCH2+H2 RCH2CH3 催 化 剂水（H 2O） RCHCH2+HOH RCHCH3 或 RCH2CH2OH 催 化 剂加 热 ,加 压氯化氢（ HCl） RCHCH2+HCl RCHCH3 或 RCH2CH2Cl 催 化 剂氰化氢（ HCN） RCHCH2+HCN RCHCH3 或 RCH2CH2CN 催 化 剂3烯烃的加聚反应单烯烃加聚的通式为：【烷烃和烯烃#烯烃的顺反异构】要点二、
6、烯烃的顺反异构1顺反异构的含义：由于碳碳双键不能旋转而导致分子中原子或原子团的空间排列方式不同所产生的异构现象。称为顺反异构。2产生顺反异构现象的条件：每个双键碳原子上连接两个不同的原子或原子团。即在 中，R 1 和 R2 不能相同，R 3 和 R4 不能相同。注意：顺反异构体中的原子或原子团的连接顺序及双键的位置相同，只是空间排列方式不同，故它们的化学性质相似，物理性质有一定的差异。要点三、等效氢法判断烷烃氯代物的数目等效氢就是指在位置上等同的氢原子，一般情况相同碳原子上以及具有对称面、对称轴的碳原子上所连的氢为等效氢。 “等效氢原子”判断原则：（1）同一碳原子上的氢原子等效。如 CH4 分
7、子中的 4 个氢原子是等效氢原子。（2）同一碳原子所连甲基上的氢原子等效，如 中与 相连的两个甲基上的氢原子等效，即 与 是同种结构。（3）处于镜面对称位置上的氢原子等效。如 中 1 号和 4 号、2 号和 3 号碳原子上的氢原子OHClCN 3 等效，即丁烷的一氯代物有 2 种。【典型例题】类型一：烷烃和烯烃的结构与性质例 1 在 1.013105 Pa 下，测得的某些烷烃的沸点见下表。据表分析，下列选项正确的是（ ）物质名称 沸点（）正丁烷 CH3(CH2)2CH3 0.5正戊烷 CH3(CH2)3CH3 36.1异戊烷 CH3CH2CH(CH3)2 27.8新戊烷 C(CH3)4 9.5
8、正己烷 CH3(CH2)4CH3 69.0A在标准状况下，新戊烷是气体B在 1.013105 Pa、20 时，C 5H12 都是液体C烷烃随碳原子数的增加，沸点降低DC 5H12 随着支链数的增加，沸点降低【答案】D【解析】新戊烷的沸点是 9.5，标准状况下是液体，20时是气体，则 A、B 均错误；烷烃随碳原子数的增加，沸点逐渐升高；C 5H12 的 3 种同分异构体中，随支链数增加，沸点逐渐降低。【总结升华】烷烃的沸点随碳原子数的增加而升高，随支链数的增加而降低。举一反三：【变式 1】下列有关烷烃的叙述中，正确的是（ ）A在烷烃分子中，所有的化学键都是单键B烷烃中除甲烷外，很多都能使紫色 K
9、MnO4 溶液褪色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【答案】AD【解析】烷烃分子中碳原子之间全部以碳碳单键结合成链状，碳原子的剩余价键全部跟氢原子相结合而达饱和，无论是碳碳键还是碳氢键，都是单键。选项 A 说法正确；烷烃属饱和链烃，其化学性质一般比较稳定，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 中的氢原子已达完全饱和，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；烷烃在光照下都能与氯气发生取代反应，这是烷烃的主要特性之一，选项 D 说法正确。
10、【总结升华】符合通式 CnH2n+2 的一定是烷烃，取代反应是烷烃的主要特征反应之一。【变式 2】在光照条件下，将等物质的量的甲烷与 Cl2 充分反应，得到的产物中，物质的量最多的是（ ）ACH 3Cl BCH 2Cl2 CCCl 4 DHCl【答案】D【解析】由甲烷与 Cl2 发生取代反应的化学方程式可推知，每生成 1 mol 卤代烃时，可生成 1 mol HCl。虽然甲烷与 Cl2 以等物质的量混合，在光照条件下发生取代反应仍会生成多种氯代甲烷，但不管生成哪种氯代甲烷，同时都会有 HCl 生成，因此得到的产物中 HCl 的物质的量最多。【总结升华】烷烃与卤素单质的取代反应是一个连锁反应，反
11、应不会停留在某一步，因此取代反应的生成物是多种卤代烃的混合物。例 2 有关烯烃的下列说法中，正确的是（ ）A烯烃分子中所有的原子一定在同一平面上B烯烃在适宜的条件下只能发生加成反应不能发生取代反应C分子式是 C4H8 的烃分子中一定含有碳碳双键D烯烃既能使溴水褪色也能使酸性 KMnO4 溶液褪色 4 【答案】D【解析】烯烃分子中，与双键碳原子相连的 6 个原子处于同一平面上，而其他的原子则不一定处于该平面上，如丙烯 CH3CHCH 2 分子中CH 3 上的氢原子最多只有一个处于其他 6 个原子所在的平面上，故选项 A 说法不正确；加成反应是不饱和键的特征反应，但若烯烃中还含有烷基等其他原子团时
12、，一定条件下也可发生取代反应，选项 B 说法也不正确；分子式为 C4H8 的烃可以是烯烃，也可以是环烷烃，而环烷烃中并不含碳碳双键，选项 C 说法不正确；烯烃中的碳碳双键既可以与 Br2 加成而使溴水褪色，也可以被酸性 KMnO4 溶液氧化而使酸性 KMnO4 溶液褪色，选项D 说法正确。【总结升华】碳碳双键是烯烃的官能团，官能团能体现有机物的主要化学性质，但不是全部的化学性质。举一反三：【变式 1】既可以用来鉴别乙烷和乙烯，又可以用来除去乙烷中乙烯得到纯净乙烷的方法是（ ）A通过足量的 NaOH 溶液 B通过足量的溴水C在 Ni 催化、加热条件下通入 H2 D通入足量的酸性 KMnO4 溶液
13、中【答案】B【解析】乙烷和乙烯都不与 NaOH 溶液反应，故用 NaOH 溶液无法实现二者的鉴别和提纯，A 不正确；溴水与乙烷不反应，但可与乙烯发生加成反应而褪色，故可用溴水鉴别乙烷和乙烯，也可除去乙烷中的乙烯，B 正确；用 H2无法鉴别乙烷和乙烯，也无法得到纯净的乙烷，C 不正确；酸性 KMnO4 溶液可用于鉴别乙烷和乙烯，但不能用于除去乙烷中的乙烯，因为 KMnO4 会将乙烯氧化为 CO2，达不到除杂的目的，D 不正确。【总结升华】烯烃能被酸性 KMnO4 溶液氧化，其氧化产物的对应关系是“CH 2”氧化为 CO2；“RCH”氧化为 RCOOH；“ ”氧化为 。【变式 2】1 mol 乙烯
14、与氯气发生加成反应后，再与氯气发生取代反应，整个过程中最多消耗氯气（ ）A3 mol B4 mol C5 mol D6 mol【答案】C【解析】乙烯与 Cl2 按物质的量之比为 11 加成；同时 1 mol 乙烯的分子中有 4 mol 氢原子，与 Cl2 发生取代反应时，需要消耗 4 mol Cl2，故总共需要 5 mol Cl2。【总结升华】单烯烃与卤素单质、H 2 等物质发生加成反应时，按物质的量之比为 11 加成；卤素单质与烃发生取代反应时，1 mol 卤素单质只能取代 1 mol 氢原子，同时生成 1 mol HCl。类型二：同分异构体例 3 已知乙烯为平面结构，因此 1，2-二氯乙烯
15、可以形成两种不同的空间异构体：和 ，下列各组物质中，能形成类似上述两种空间异构体的是（ ）A2-甲基-1-丙烯 B2-丁烯 C1-丁烯 D2-甲基-2- 丁烯【答案】B【解析】根据名称先写出各物质的结构简式依次为 、CH 3CHCHCH 3、CH 2CHCH 2CH3、 ，然后根据顺反异构产生的条件：每个双键碳原子上连的原子或原子团不能相同，可以知道 B 项符合要求。举一反三：【变式 1】进行一氯取代反应后，只能生成三种沸点不同的产物的烷烃是（ ） 5 A(CH 3)2CHCH2CH3 B(CH 3CH2)2CHCH3 C(CH 3)2CHCH(CH3)2 D(CH 3)3CCH2CH3【答案
16、】D【解析】确定烃的一卤代物的同分异构体的数目，关键是找出烃中有多少种等效氢原子，有多少种氢原子就有多少种一卤代物。将本题各项分子式展开，然后进行判断：、 、 、 ，可见 A、B 中含四种等效氢原子，C 中含两种，只有 D 中含三种，即能生成三种沸点不同的产物。【参考答案与解析】一、选择题1C 【解析】由 8414=6 可推知该烃的分子式为 C6H12，因是链烃，故应是烯烃，且主链只有 4 个碳原子，应有以下4 种同分异构体。2D 【解析】由烃燃烧的通式 求解。因反应前后体积不变（120时，水22CHOCHO4xy yx 点 燃为气态） 。则有 ，解得 y=4，而题设“烃完全燃烧” ，故 4
17、体积 O2 足量，故有 ，x3。142 4y3C 【解析】由该烃的球棍模型可得其结构简式为 ，可见其分子中只存在 CC 键和 CH 键，不存在 CC键；它属于烃，而烃均不溶于水；其分子中中间的碳原子与其他 4 个碳原子的位置不相同；由于分子中氢原子的位置都相同，故其一氯代物只有 1 种。4A 【解析】除杂原则之一是不能引入新的杂质。酸性 KMnO4 溶液可用于鉴别乙烷和乙烯，但不能用于除去乙烷中的乙烯，因为在酸性 KMnO4 氧化乙烯时又生成了 CO2，它仍是杂质；在导管口处点燃，乙烯和乙烷都燃烧生成 CO2 和H2O；在一定条件下混合气体与 H2 反应，一是反应条件较苛刻，二是不能保证 C2
18、H4 全部生成 C2H6，即使全部生成C2H6，最后所得气体中会混有 H2；只有溴水，与乙烷不反应，与乙烯可发生加成反应生成比水重的二溴乙烷而使溴水褪色，既可以鉴别乙烷和乙烯。也可以除去乙烷中混有的乙烯。5D 【解析】根据题给数据可求得混合烃的平均氢原子数是 8，由平均值原理知，混合烃中要么两种烃的氢原子数都是8，要么一种烃的氢原子数少于 8，而另一种烃的氢原子数大于 8。仅有选项 D 不符合此条件。6D【解析】本题考查相对密度的知识，比较混合气体的密度是氢气密度的多少倍，可以先求出混合气体的平均相对分子质量，然后与氢气相对分子质量的比值，即两者的相对密度。假设 CH4 为 1mol 6 CH
19、4 CH2 + H20.8mol(80%分解) 0.8mol 0.8mol混合气体为 0.2molCH4、0.8molCH 2、0.8molH 2，平均相对分子质量 (按照总质量/总物质的量计算)：16g(0.2mol+0.8mol+0.8mol)=8.88g/mol 是氢气密度的 4.44 倍7A【解析】判断所给化学式是否存在同分异构体。8B【解析】按照同分异构体的书写步骤，写出 C6H12 的属于烯烃的同分异构体，从中找出含有 3 个“ CH3”原子团的。9A【解析】因为混合物的平均相对分子质量为 25，只有甲烷的相对分子质量小于 25，所以混合物中的气态烷烃是甲烷，其质量为：10-8.4
20、=1.6g( 溴水增重质量即烯烃质量) 。混合物的物质的量为：10g25g/mol=0.4mol ，其中甲烷0.1mol。烯烃的质量是 8.4g，物质的量是 0.3mol，可求出其相对分子质量。10B【解析】本题考查了烃的结构。由图可知该烃的分子式为 C5H4，中心碳原子连有 4 个碳碳单键，空间构型类似于甲烷，是四面体结构，所有碳原子不能共平面；由于有 2 个碳碳双键的存在，1 mol 该烃最多可以与 2 mol Br2 发生加成反应；与其互为同分异构体的且只含三键的链烃分子有 CCCCCH3、CHC CH2CCH两种。为了减缓电石与水的反应速率，实验时滴加饱和食盐水而不是直接滴加水。11B
21、【解析】无水氯化钙固体是干燥剂，增加质量为水的质量。水的物质的量是 1.4mol，根据 H 的物质的量 2.8mol，可求出甲烷中 C 的物质的量是 0.7mol。即 CO2、CO 物质的量之和 0.7mol、质量之和 24.4g.，可求出二氧化碳的物质的量。二、填空题1 （1）同碳原子数的单烯烃 （2）环丙烷 环丙烷与 H2 加成所需温度最低（3）+HBrCH 3CH2CH2CH2Br（4）酸性 KMnO4 溶液 能使酸性 KMnO4 溶液褪色的为丙烯，不能使酸性 KMnO4 溶液褪色的为环丙烷【解析】 （1）由表中结构简式易推知环烷烃的通式为 CnH2n，与碳原子数相同的单烯烃互为同分异构
22、体；（2）比较的反应条件（温度）知，反应温度最低，故环丙烷最易发生开环加成反应；（3）根据加成反应的实质，不难写出所求反应的方程式；（4）由反应知环烷烃不与酸性 KMnO4 溶液反应，而 CC 键易被其氧化，故可用酸性 KMnO4 溶液将环丙烷与丙烯区别开来。2 （1）组合编号 A 的分子式 B 的分子式 体积比 V (A)V (B) CH4 C3H6 13 CH4 C4H8 11 C2H6 C3H6 11 C2H6 C4H8 31（2）A 为 C2H6，B 为 C4H8。【解析】 （1）1 L 碳原子数为 n 的烷烃或单烯烃充分燃烧后均得到 n L CO2，由题意（1 L 混合气体充分燃烧后
23、生成 2.5 LCO2，且 B 分子的碳原子数比 A 分子的多）可推断，混合气体只能是由碳原子数小于 2.5 的烷烃（CH 4 和 7 C2H6）和碳原子数大于 2.5 的单烯烃（C 3H6 和 C4H8）组成。它们有四种可能的组合。再根据每种组合中混合烃的平均碳原子数为 2.5，借助十字交 k 叉法可确定 A 和 B 的体积比。（2）一种解法是写出四种烃单独燃烧的方程式，并分别求出 1 L 烃燃烧前后气体体积的变化。根据（1）的结果，求算每种不同组合的混合气体燃烧前后气体体积的变化，将之与试题给出的数据对照。即可确定混合气体各组分的分子式。设 1 L 气态烃与氧气充分燃烧后体积变化为 V L
24、，则CH4+2O2CO 2+2H2O（气） V 1=0 LC2H6+ O22CO 2+3H2O（气） V 2=0.50 L7C3H6+ O23CO 2+3H2O（气） V 3=0.50 L9C4H8+6O24CO 2+4H2O（气） V 4=1.0 L各种组合的 1 L 混合气体与 O2 充分燃烧后，体积增大为：组合 ；组合 ；30.75V10.52组合 ；组合 。2 436因 ，0.651%6.故组合符合题意。即 A 为 C2H6，B 为 C4H8。另一种解法是先根据燃烧前后混合气体体积变化求出混合烃的平均氢原子数，然后对照（1）的结果，判定混合气体各组分的分子式。设混合气态烃的分子式为 C
25、xHy，则V22CHOO()4xy气1 x y14y又已知燃烧后气体的体积增加量为(1+9) 6.25=0.625 L。 ，y=6.5。0.6254y混合气态烃的平均氢原子数为 6.5。根据（1）中可能组合和平均值的含义可知：单烯烃中氢原子数大于 6.5 的只能是 C4H8，所以只讨论、两种可能的组合即可。组：CH 4 与 C4H8 11可知平均氢原子数为 ，86组：C 2H6 与 C4H8 31可知平均氢原子数为 ，.5故只有组合符合题意，即 A 为 C2H6，B 为 C4H8。3 （1）CO（2）7L a 表示的是碱石灰所吸收的 CO2 和 H2O 的体积，而 1L 丙烷燃烧时生成 CO2 和 H2O 的体积之和的最大值为 7L。【解析】丙烷与氧气燃烧产物一定有 CO2 和 H2O，可能还有过量的丙烷或 O2；另外一种可能就是丙烷与 O2 全部反应，产物是 CO2、H 2O 和 CO。燃烧后的气体通过碱石灰后，CO 2、H 2O 被全部吸收。通过碱石灰减小的体积 aL，即 CO2、H 2O 的体积和。 （1）1L 丙烷生成 H2O(g)4L，CO 2 应为 3L。但此时 CO2 为 2L，应该属于不完全燃烧。 （2） 8 当丙烷完全燃烧全部生成 CO2 时，a 的值最大。
