高中化学有机化合物之甲烷知识点汇总 / 四六文摘

一、甲烷的存在、结构及物理性质

1．存在

甲烷是天然气、沼气、油田气和煤矿坑道气的主要成分。

2．分子结构

甲烷的分子式是CH4；电子式是

；结构式是

。

实验证明，甲烷分子具有正四面体结构，其中四个C—H键长度和强度相同，夹角相等。

3．物理性质

颜色	状态	气味	密度(与空气相比)	水溶性
无色	气体	无味	比空气小	极难溶

警示有机化合物必须含有碳元素，但含有碳元素的化合物不一定是有机化合物，如CO、CO2，碳酸及其盐等。

【讨论】

1．(1)CH4是正四面体结构，CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4也都是正四面体结构吗？

(2)如果甲烷是平面结构，则CH2Cl2有几种结构？实际上有几种结构？

答案　(1)CH4是正四面体结构，碳原子处于正四面体的中心，四个氢原子处于正四面体的四个顶点上。根据甲烷是正四面体结构推理，有机物分子中碳原子以4个单键与其他原子或原子团相结合，如

，若a、b、c、d相同，则构成正四面体结构，如CCl4；若a、b、c、d不相同，则构成四面体，但不是正四面体，如CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3。

(2)如果甲烷是平面结构，则CH2Cl2有2种结构，分别是

，实际为空间四面体结构，所以二氯甲烷只有一种结构。

二、甲烷的化学性质

通常状况下，甲烷比较稳定，与高锰酸钾等强氧化剂不反应，与强酸、强碱也不反应。但在特定的条件下，甲烷也会发生某些反应。

1．氧化反应(燃烧)

(1)化学方程式：CH4＋2O2点燃――→CO2＋2H2O。

(2)现象：甲烷在空气中安静地燃烧，火焰呈淡蓝色。

2．取代反应

(1)取代反应

有机物分子里的某些原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反应。

(2)甲烷与氯气的取代反应

①实验探究

②产物性质

	CH3Cl	CH2Cl2	CHCl3	CCl4
状态	气体	均为油状液体
水溶性	都不溶于水

点拨无论CH4和Cl2的比例如何，发生取代反应的产物都是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl的混合物。

【讨论】

2．判断下列说法是否正确

(1)在点燃甲烷气体之前必须检验其纯度。( )

(2)甲烷与Cl2的反应是置换反应。( ）

答案　(1)√(2)×

3．(1)甲烷与溴水能发生反应吗？与溴蒸气呢？

(2)假设1 mol甲烷中的氢原子完全被取代，最多能与多少氯气反应？

答案　(1)甲烷除了能与氯气在光照时反应外，与其他的卤素单质的气体也能发生反应，但必须是纯卤素如溴蒸气，与溴水不反应。

(2)发生取代反应时1 mol氯气只能取代1 mol氢原子，1 mol 甲烷中的氢原子完全被取代，最多能与4 mol氯气反应。

一、有机物组成和结构的表示方法

【例1】　下列各图均能表示甲烷的分子结构，按要求回答下列问题。

(1)对号入座(填序号)：

甲烷的球棍模型是__________，甲烷的电子式是______________。

(2)如果甲烷是平面结构，则CH2Cl2应该有________种结构，实际CH2Cl2有________种结构，证明甲烷不是平面结构，而是________结构，上面________更能反映其真实存在状况。

答案　(1)CB(2)21　正四面体　D

解析　(1)这几种形式都可以表示甲烷这种物质，其中分子结构示意图(A)、球棍模型(C)及比例模型(D)均能反映甲烷分子的空间构型，但其中比例模型更能形象地表达出H、C的相对位置及所占比例；电子式(B)只反映原子最外层电子的成键情况。

(2)甲烷的结构式为

，其分子空间构型若为平面正方形结构，则二氯甲烷有2种结构

；实际上甲烷为空间正四面体结构，所以二氯甲烷只有1种结构。

常见有机物结构的表示方法

表示方法	含义
分子式：CH4	用元素符号表示物质分子组成的式子，可反映一个分子中原子的种类和数目
最简式(实验式)：CH4	表示物质组成的各元素原子最简整数比的式子
电子式：	用小黑点等符号代替电子，表示原子最外层电子成键情况的式子
结构式：	①具有化学式所能表示的意义，能反映物质的结构； ②表示分子中原子的结合或排列顺序的式子，但不表示空间构型
球棍模型：	小球表示原子，短棍表示价键(单键、双键或三键)
比例模型：	用不同体积的小球表示不同大小的原子

变式训练1　下图是CH4、CCl4、CH3Cl的分子球棍模型图，下列说法正确的是( ）

A．CH4、CCl4和CH3Cl都是正四面体结构

B．CH4、CCl4都是正四面体结构

C．CH4和CCl4中的化学键均为非极性键

D．CH4、CCl4的结构相同，性质也相同

答案　B

二、甲烷的取代反应

【例2】　下列有关甲烷的取代反应的叙述正确的是( ）

A．甲烷与氯气的物质的量之比为1∶1，混合发生取代反应只生成CH3Cl

B．甲烷与氯气的取代反应，生成的产物中CH3Cl最多

C．甲烷与氯气的取代反应生成的产物为混合物

D．1 mol甲烷生成CCl4最多消耗2 mol氯气

答案　C

解析　甲烷与氯气一旦发生取代反应就不会停止在某一步，四种有机物都会产生，故得不到纯净的CH3Cl，A错误；C正确；甲烷与氯气的反应中每取代1 mol氢原子，消耗1 mol氯气，生成1 mol HCl，故产物中HCl最多，B错误；1 mol甲烷生成CCl4最多消耗4 mol氯气，D错误。

规律总结

甲烷发生取代反应的有关规律

(1)反应条件和反应物

反应条件为光照，反应物为卤素单质。例如甲烷与氯水、溴水不反应，但可以与氯气、溴蒸气发生取代反应。

(2)反应产物

虽然反应物的比例、反应的时间长短等因素会造成各种产物的比例不同，反应的产物都是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4四种有机物与氯化氢形成的混合物。

(3)物质的量的关系

CH4与Cl2发生取代反应时，每1 mol H原子被取代，消耗1 mol Cl2分子，同时生成1 mol的HCl分子。

(4)注意：

①有机反应比较复杂，常伴随很多副反应发生，因此有机反应方程式常用“―→”。

②CH4与Cl2的反应逐步进行，应分步书写。

③当n(CH4)∶n(Cl2)＝1∶1时，反应并不只发生CH4＋Cl2光――→CH3Cl＋HCl，其他反应仍发生。

解题方法归纳

(1)甲烷的卤代反应的产物是混合物。

(2)甲烷等有机物与氯气发生取代反应时，取代的位置和个数是难以控制的，因此制备卤代烃一般不采用取代反应。

变式训练2　在标准状况下，22.4 L CH4与Cl2在光照下发生取代反应，待反应完全后，测得四种有机取代物的物质的量相等，则消耗的Cl2为()

A．0.5 mol B．2 mol C．2.5 mol D．4 mol

答案　C

解析　

方法一　守恒法。

1 mol CH4与Cl2发生取代反应，生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各0.25 mol，这四种取代物中n(Cl)＝0.25 mol×(1＋2＋3＋4)＝2.5 mol，根据取代反应特点，n(HCl)＝2.5 mol，故生成物中所含氯原子共2.5 mol＋2.5 mol＝5 mol，参加反应的Cl2为n(Cl2)＝2.5 mol。

方法二　根据化学方程式进行计算。

设四种有机取代物的物质的量均为1 mol，写出取代反应总的化学方程式：4CH4＋10Cl2光――→CH3Cl＋CH2Cl2＋CHCl3＋CCl4＋10HCl，由此可知，4 mol CH4正好与10 mol Cl2反应，当1 mol CH4反应时，消耗Cl2 2.5 mol。

1．近年来，科学家在海底发现了一种冰状物质——可燃冰，其有效成分为甲烷，下列说法正确的是( ）

①甲烷属于烃类　②在相同条件下，甲烷的密度大于空气③甲烷难溶于水　④可燃冰是一种极具潜力的能源

A．①②③ B．②③④ C．①③④ D．①②④

答案　C

2．能够证明甲烷分子的空间结构为正四面体的事实是()

A．甲烷分子中4个C—H键的强度相同

B．甲烷分子中4个C—H键的长度相同

C．甲烷的一氯代物只有1种

D．甲烷的二氯代物只有1种

答案　D

解析　若甲烷为平面正方形结构，则甲烷分子中4个C—H键的长度和强度也可以相同，故A、B项错误；若甲烷为平面正方形结构，则二氯甲烷应有2个氯原子分别在邻位和对位两种结构。而实际上二氯甲烷只有1种结构，所以甲烷不是平面正方形结构，而是正四面体结构，D项正确。

3．甲烷和氯气以物质的量比1∶3混合，在光照条件下，得到的有机产物是( ）

①CH3Cl②CH2Cl2③CHCl3④CCl4

A．只有① B．①和②的混合物

C．只有② D．①②③④的混合物

答案　D

解析　甲烷和氯气按等物质的量反应，而不是只有1个甲烷分子与1个氯分子反应，所以无论反应物的物质的量之比是多少，都会得到各种氯代物的混合物。故正确答案为D。

4．（双选）下列叙述错误的是( ）

A．在通常情况下，甲烷跟强酸、强碱、强氧化剂都不反应

B．甲烷化学性质比较稳定，不能被任何氧化剂氧化

C．甲烷跟氯气反应无论生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3还是CCl4，都属于取代反应

D．甲烷与Cl2取代后的产物都不溶于水

答案　BD

解析　甲烷的性质比较稳定，在通常情况下，不与强酸、强碱、强氧化剂反应，但甲烷能在空气中燃烧，故A正确，B错误；甲烷在光照条件下与氯气发生取代反应，生成5种有机产物，分别是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl，HCl溶于水，故C正确，D不正确。

某课外活动小组利用如图所示装置探究甲烷与氯气的反应。根据题意，回答下列问题：

(1)CH4与Cl2发生反应的条件是________；若用日光直射，可能会引起__________________________________________________________________。

(2)实验中可观察的实验现象有：量筒内壁出现油状液滴，饱和食盐水中有少量固体析出，__________，____________________等。

(3)实验中生成的油状液滴的化学式为________，其中________是工业上重要的溶剂。

(4)用饱和食盐水而不用水的原因是_____________________________________。

答案　(1)光照(或光亮处)　爆炸　(2)量筒内黄绿色气体颜色变浅　量筒内液面上升　(3)CH2Cl2、CHCl3、CCl4CHCl3、CCl4(4)降低Cl2在水中溶解度，抑制Cl2和水的反应

解析　CH4和Cl2光照反应生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl等物质，随着反应进行，Cl2不断消耗，黄绿色逐渐消失。又由于生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4常温下是无色油状液体，故量筒内壁上有油滴。因生成的HCl易溶于水，量筒内的压强减小；量筒内液面上升。HCl溶于水后，溶液中Cl－浓度增大，使NaCl固体析出。

题组1　有机物及其结构判断

1．下列关于有机物的说法正确的是( ）

A．有机物只能存在于动植物体内，不能通过人工的方法合成

B．有机物只含有碳、氢两种元素

C．含碳元素的化合物不一定属于有机物

D．烃是指燃烧后只生成CO2和H2O的有机物

答案　C

2．(双选)下列物质分子中，属于正四面体结构的是( ）

A．CCl4 B．CH4 C．CH2Cl2 D．CH3Cl

答案　AB

解析　CCl4和CH4是正四面体，另外两种物质都只是四面体，但不是正四面体。

3．对

的叙述正确的是( ）

A．有两种结构 B．只有一种结构 C．含有非极性键 D．有四种结构

答案　B

解析　甲烷分子的空间结构是正四面体。若氢原子分别被两个氯原子、两个氟原子代替，其结构变为四面体，碳原子位于四面体的中心位置，两个氯原子、两个氟原子不管从哪个方向与碳原子相连，它们都分别处在相邻的位置。故只有一种结构，如图所示。C—Cl、C—F均为极性键。若换成结构式

、

仍为一种而不是两种。CH2Cl2只有一种结构，可证明CH4是正四面体结构，而不是平面正方形结构。

题组2　正确理解取代反应

4．下列物质中，不能和氯气发生取代反应的是( ）

A．CH3Cl B．CCl4 C．CH2Cl2 D．CH4

答案　B

5．下列反应属于取代反应的是( ）

A．C2H4＋3O2点燃――→2CO2＋2H2O

B．Zn＋CuSO4===ZnSO4＋Cu

C．NaCl＋AgNO3===AgCl↓＋NaNO3

D．CH2Cl2＋Cl2光照――→CHCl3＋HCl

答案D

解析　取代反应是有机物分子中的某些原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反应。A项C2H4的燃烧不是取代反应；B项为置换反应；C项为复分解反应；D项中Cl原子取代了CH2Cl2中的一个H原子，故属于取代反应。

题组3　甲烷性质及其燃烧计算

6．在常温和光照条件下，可与甲烷发生反应的是( ）

A．氧气 B．氯气 C．酸性高锰酸钾溶液 D．浓硫酸

答案　B

解析　常温下甲烷性质稳定，与浓硫酸、酸性高锰酸钾溶液不发生反应。在常温和光照条件下，氧气不能与甲烷发生反应，但氯气能与甲烷发生取代反应。

7．下列气体既可以用碱石灰干燥又可以用浓硫酸干燥的是( ）

A．Cl2 B．CH4 C．NH3 D．SO2

答案　B

解析　Cl2能与碱石灰反应，NH3能与浓H2SO4反应，SO2能与碱石灰反应。

8．一定量的甲烷在O2不足的情况下燃烧，得到CO、CO2和H2O的总质量为14.4 g，若其中水的质量为7.2 g，则CO的质量是( )

A．2.8 g B．4.4 g C．5.6 g D．在2.8 g～5.6 g之间

答案　A

解析　甲烷燃烧时，当O2少量时生成CO和H2O，当O2足量时生成CO2和H2O；所以在不足量的O2中燃烧生成CO、CO2和H2O。由氢原子守恒知CH4的物质的量为0.2 mol。设CO和CO2的质量分别为x，y。

解得x＝2.8 g。

9．为除去混在甲烷中的CO2和H2O，可将混合气体通过盛有____________的洗气瓶，除去____________，再通过盛有____________的洗气瓶，除去____________；也可将混合气体通过____________，一次性将杂质气体除去。

答案　NaOH溶液　CO2　浓硫酸　H2O　碱石灰

10．把1体积CH4和4体积Cl2组成的混合气体充入大试管中。

将此试管倒立在盛有AgNO3溶液的水槽中，放在光亮处，片刻后发现试管壁上有油状液滴出现，该油状液滴可能是________，水槽中还观察到________，原因是______________________________________________(用离子方程式解释)。若向水槽中再滴入几滴紫色石蕊试液又观察到________，原因是_________________。

答案　CH2Cl2、CHCl3、CCl4　有白色沉淀产生　Ag＋＋Cl－===AgCl↓　溶液变红　因反应生成HCl溶于水使溶液显酸性

解析　CH4和Cl2光照生成CH3Cl(气体)、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl，随着反应进行，Cl2不断消耗，黄绿色逐渐消失，又由于生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4常温下均为无色液体，Cl2易溶于有机溶剂，使试管壁上有黄色油滴；因生成的HCl易溶于水，反应后，试管内气体压强减小，水位在试管内上升，HCl溶于水后，与AgNO3反应生成AgCl白色沉淀，同时溶液中溶质为HCl，故加入紫色石蕊试液后溶液变红。[来源:学|科|网]

11.利用甲烷与氯气发生取代反应制取副产品盐酸的设想在工业上已成为现实。某化学兴趣小组通过在实验室中模拟上述过程，其设计的模拟装置如下：

根据设计要求回答：

(1)B装置有三种功能：①控制气流速度；②均匀混合气体；③________。

(2)设V(Cl2)/V(CH4)＝x，若理论上欲获得最多的氯化氢，则x值应________。

(3)D装置的石棉中均匀混有KI粉末，其作用是______________________________________________________________________。

(4)E装置的作用是________________________(填编号)。

A．收集气体 B．吸收氯气 C．防止倒吸 D．吸收氯化氢

(5)在C装置中，经过一段时间的强光照射，发现硬质玻璃管内壁有黑色小颗粒产生，写出置换出黑色小颗粒的化学方程式_________________________________________________________________。

(6)E装置除生成盐酸外，还含有有机物，从E中分离出有机物的最佳方法为________。该装置还有缺陷，原因是没有进行尾气处理，其尾气主要成分为________(填编号)。

a．CH4b．CH3Clc．CH2Cl2d．CHCl3e．CCl4

答案　(1)干燥混合气体　(2)大于或等于4

(3)吸收过量的氯气　(4)CD

(5)CH4＋2Cl2强光――→C＋4HCl

(6)分液　ab

解析　(1)B装置的三个作用为：①控制气流速度从而达到合适的反应比例；②均匀混合气体，便于后续实验；③干燥混合气体。

(2)当反应：CH4＋4Cl2光――→CCl4＋4HCl时生成HCl气体最多，所以要保证

＝x≥4。

(3)KI能吸收多余的Cl2，反应的化学方程式为Cl2＋2KI===2KCl＋I2。

(4)E装置既吸收反应生成的HCl气体，同时还防止倒吸。

(5)据信息知黑色小颗粒应为碳粉，根据原子守恒应为：

CH4＋2Cl2强光――→C＋4HCl。

(6)分离难溶于水的油状液体可用分液法。

烷　烃

一、烷烃

1．分子结构特点

2．物理性质

(1)递变规律(随碳原子数n递增)

(2)相似性

烷烃均难溶于水，相对密度均小于1。

3．化学性质(与CH4相似)

(1)稳定性

在通常情况下，烷烃比较稳定，跟强酸、强碱、酸性高锰酸钾溶液等都不起反应。

(2)燃烧反应

烷烃燃烧通式：CnH2n＋2＋23n＋1O2点燃――→nCO2＋(n＋1)H2O。

(3)取代反应

烷烃能与氯气等卤素单质在光照条件下发生取代反应，如乙烷与氯气光照时生成一氯乙烷的化学方程式为：C2H6＋Cl2光照――→C2H5Cl＋HCl。

4．习惯命名法

(1)表示

碳原子数(n)及表示
n≤10	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
n≤10	甲	乙	丙	丁	戊	己	庚	辛	壬	癸
n＞10	相应数字

(2)举例：C6H14命名为己烷，C18H38命名为十八烷。

(3)碳原子数n相同结构不同时，用正、异、新表示，如C4H10的两种分子的命名：

无支链时，CH3CH2CH2CH3：正丁烷。

有支链时，

：异丁烷。

【议一议】

1．判断正误

(1)烷烃的分子通式是CnH2n＋2(n≥1)，但符合通式CnH2n＋2的不一定是烷烃。( ）

(2)烷烃的特征性质是能与卤素单质发生取代反应。( )

(3)烷烃性质稳定，不能使酸性KMnO4溶液褪色。( ）

答案　(1)×(2)√(3)√

2．多碳原子烷烃(如CH3CH2CH2CH2CH3)分子中，碳原子是直线形吗？

答案　烷烃分子中的碳原子以单键与其他原子相连，因此与之成键的4个原子构成四面体结构。碳原子一定不在同一直线上，直链烷烃中碳原子的排列呈锯齿状。

二、同系物　同分异构体

1．同系物

(1)特点：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。

(2)实例：CH4、CH3CH3、CH3CH2CH3等烷烃互为同系物。

提示　①同系物具有相同的通式，但是通式相同的有机物不一定互为同系物，同系物的前提是同一类物质且分子组成上相差一个或若干个CH2原子团。

②同系物的组成元素相同，同系物之间相对分子质量相差14n(n＝1，2，3……)。

2．同分异构体

(1)概念：具有相同的分子式，但具有不同的结构的物质。

(2)实例：CH3CH2CH2CH3与

互为同分异构体。

(3)同分异构体的沸点：支链越多，沸点越低。

(4)同分异构现象是有机化合物种类繁多的原因之一。

警示同分异构现象不只是存在于有机化合物中，只要满足分子式相同，结构不同的化合物都可以称为同分异构体。例如尿素[CO(NH2)2]和氰酸铵[NH4CNO]。

3．判断下列有关同分异构体的叙述是否正确。

(1)同分异构体具有相同的组成元素。( )

(2)组成元素相同的化合物互为同分异构体。( )

(3)同分异构体具有相同的相对分子质量。 ( )

(4)相对分子质量相同的化合物互为同分异构体。( )

(5)互为同分异构体的化合物也可能互为同系物。( )

答案　(1)√(2)×(3)√(4)×(5)×

4．丁烷有几种同分异构体，其一氯代物有几种？

答案　丁烷有两种同分异构体，它们分别是正丁烷和异丁烷。其一氯代物共有四种，它们分别是CH3CH2CH2CH2Cl、CH3CH2CHClCH3、(CH3)2CHCH2Cl、(CH3)2CClCH3。

一、烷烃的结构特点

【例1】　下列说法正确的是( ）

A．碳碳间以单键结合，碳原子剩余价键全部与氢原子结合的烃一定是饱和链烃

B．分子组成符合CnH2n＋2的烃一定是烷烃

C．正戊烷分子中所有的碳原子均在同一条直线上

D．碳、氢原子个数比为1∶3的烷烃有两种

答案　B

解析　A项中环烷烃也符合要求，但它不是链烃，属于环烃；C项中由碳原子的成键方式和键角特征知，碳原子呈折线方式排列，因此正戊烷中的碳原子不在同一直线上；D项中n(C)∶n(H)＝1∶3时必为C2H6，一定是乙烷。

要点归纳

烷烃的结构特点

(1)单键：碳原子之间以碳碳单键相结合。

(2)饱和：碳原子剩余价键全部跟氢原子结合，烷烃是饱和烃，相同碳原子数的有机物分子里，烷烃的含氢量最大。

(3)链状：碳原子结合成的链可以是“直链”，也可以含有支链。

变式训练1　下列性质中，属于烷烃特征的是( ）

A．完全燃烧只生成二氧化碳和水

B．它们不溶于水

C．分子的通式为CnH2n＋2，与氯气发生取代反应

D．它们密度都较小

答案　C

解析　分子通式为CnH2n＋2，与Cl2发生取代反应是烷烃的特征，而其他类别的烃燃烧时也产生二氧化碳和水，且密度较小，难溶于水，故A、B、D错误，选C。

二、同系物　同分异构体

【例2】　下列物质中互为同分异构体的有____________；互为同位素的有________________________________________________________________；

互为同素异形体的有____________；是同一物质的有________________。(用序号填写)

① 液氯　②

③金刚石　④1735Cl

⑦

⑧氯气　⑨石墨　⑩1737Cl

答案　⑤和⑦④和⑩③和⑨①和⑧、②和⑥

解析　同分异构体是分子式相同，结构不同的化合物，⑤和⑦的分子式都为C6H14，二者互为同分异构体；同位素是质子数相同而中子数不同的原子，故④和⑩互为同位素；同素异形体是同种元素形成的不同种单质，故③和⑨是同素异形体。①和⑧、②和⑥是同种物质。

同位素、同素异形体，同分异构体和同系物之间的区别

比较概念	定　义	化学式	结　构	性　质
同位素	质子数相同、中子数不同的原子	原子符号表示不同，如11H、12H、13H	电子排布相同，原子核结构不同	物理性质不同，化学性质相同
同素异形体	同一种元素形成的不同单质	元素符号表示相同，分子式不同，如石墨和金刚石、O2和O3	单质的组成或结构不同	物理性质不同，化学性质相似
同分异构体	分子式相同、结构式不同的化合物	相同	不同	物理性质不同，化学性质不一定相同
同系物	结构相似，组成相差一个或若干个CH2原子团的化合物	组成元素相同，通式相同，相对分子质量相差14n，如CH4和CH3CH3	同一类物质，结构相似	物理性质不同，化学性质相似

变式训练2　下列叙述正确的是()

A．分子式相同，各元素质量分数也相同的物质是同种物质

B．通式相同的不同物质一定属于同系物

C．分子式相同的不同物质一定是同分异构体

D．相对分子质量相同的不同物质一定是同分异构体

答案　C

解析　分子式相同的物质，结构不一定相同，所以不一定是同种物质；通式相同的不同物质不一定是同系物，也可能是同分异构体或是其他关系；相对分子质量相同，分子式不一定相同，如NO和C2H6，因此不一定是同分异构体。

1．有关烷烃的叙述：①都是易燃物；②特征反应是取代反应；③相邻两个烷烃在分子组成上相差一个甲基，其中正确的是()

A．①和③ B．②和③ C只有① D．①和②

答案　D

解析　相邻烷烃在分子组成上相差一个—CH2—，而不是—CH3。

2．下列数值都是烃的相对分子质量值，其对应的烃一定为烷烃的是()

A．44 B．42 C．54 D．128

答案　A

解析　用CnH2n＋2的Mr＝14n＋2进行判断，44对应的烃是C3H8，42对应的烃是C3H6，54对应的烃是C4H6，128对应的烃是C9H20。由于1个C原子与12个H原子的式量之和相等，所以C9H20与C10H8的相对分子质量相等，则128对应的烃不一定是烷烃。

3．下列物质之间的相互关系错误的是( )

A．CH3CH2CH2CH2CH3和

互为同分异构体

B．干冰和冰为同一种物质

C．CH3CH3和CH3CH2CH3互为同系物

D．12C和14C互为同位素

答案　B

解析　干冰是二氧化碳晶体，冰是固态的水。

4．下列关于烷烃的叙述，不正确的是()

A．在烷烃分子中，只有单键

B．烷烃的通式为CnH2n＋2，符合该通式的烃不一定是烷烃

C．烷烃在一定条件下都能与Cl2发生取代反应

D．随着碳原子数的增加，烷烃的熔、沸点逐渐升高

答案　B

解析　烷烃中的碳碳键、碳氢键均为单键；烷烃在一定条件下都能与Cl2发生取代反应，取代反应是烷烃的典型性质；随着碳原子数的增加，烷烃的分子间作用力增大，使其熔、沸点逐渐升高；因烷烃分子中的氢原子已达饱和，故符合CnH2n＋2的有机物只能是烷烃。

5．观察下面几种烷烃的球棍模型

(1)与C互为同系物的是________，与C互为同分异构体的是____________ ____。

(2)在烷烃的同系物中，随碳原子数增加，其熔、沸点依次________(其中碳原子数满足________条件的烷烃常温下呈气态)，液态时密度依次____________。

答案　(1)A、BD(2)升高　小于或等于4　增大

解析　理解同系物、同分异构体的概念，会判断同系物、同分异构体。了解随碳原子数增加，烷烃熔点、沸点、密度的递变规律。

题组1　烷烃及其性质判断

1．下列属于烷烃特有性质的是( ）

A．在空气中完全燃烧的产物为二氧化碳和水

B．它们几乎不溶于水

C．可与氯气在光照下发生取代反应

D．可与溴水中的溴发生取代反应；可使酸性高锰酸钾溶液褪色

答案　C

解析　烃类化合物完全燃烧的产物均为二氧化碳和水，因此A不是烷烃的特有性质；烃类化合物几乎都不溶于水，所以B也不正确；烷烃与溴水、酸性高锰酸钾均不反应，故D不正确。

2．下列烷烃，常温下呈气态的是( ）

A．戊烷 B．丁烷 C．庚烷 D．十二烷

答案　B

解析　烷烃的熔沸点随碳原子数的增加逐渐升高，故状态变化为：气态液态固态，常温下碳原子个数小于或等于4的烷烃呈气态。

3．下列关于CH4和CHCH3CH3CH3的叙述正确的是( ）

A．均能用组成通式CnH2n＋2来表示

B．与所有烷烃互为同分异构体

C．它们物理、化学性质相同

D．通常情况下前者是气体，后者是液体

答案　A

解析　A项，因二者均为烷烃，都符合通式CnH2n＋2；B项，它们与其他烷烃互为同系物；C项，化学性质相似，但物理性质不同；D项，碳原子数小于或等于4的烷烃常温下是气体。

4．(双选)下列物质在一定条件下可与乙烷发生化学反应的是( ）

A．氯气 B．溴水

C．氧水 D．酸性高锰酸钾溶液

答案　AC

解析　类比甲烷的化学性质，乙烷与氯气在光照条件下发生取代反应，和O2能发生燃烧反应，和溴水、酸性高锰酸钾溶液不反应。

5．在下列5种物质沸点的排列顺序中，正确的是( ）

①正丁烷　②2甲基丙烷(CH3CH(CH3)CH3)③戊烷

④2甲基丁烷　⑤2，2二甲基丙烷(C(CH3)4)

A．①＞②＞③＞④＞⑤ B．⑤＞④＞③＞②＞①

C．③＞④＞⑤＞①＞② D．②＞①＞⑤＞④＞③

答案　C

解析　根据烃类的熔沸点大小判断规律：在有机物同系物中，随着碳原子数的增加，相对分子质量的增大，分子间作用力增大，熔沸点逐渐升高；分子式相同的烃，支链越多，熔沸点越低。分析各选项，①②均只有4个C原子，③④⑤均只有5个碳原子，故①②的沸点小于③④⑤的沸点；②有1个支链，而①无，故①>②；③无支链，④只有1个支链，⑤有2个支链，故③>④>⑤；综上所述：③>④>⑤>①>②。

题组2　同系物、同分异构体

6．下列关于同系物的说法中，错误的是( ）

A．同系物具有相同的最简式

B．同系物能符合同一通式

C．同系物中，相邻的同系物彼此在组成上相差一个CH2原子团

D．同系物的化学性质基本相似，物理性质随碳原子数增加而呈规律性变化

答案　A

解析　结构相似，必属同一类物质，因此有同一通式，但不一定有相同的最简式，A错误，B正确；相邻同系物组成上相差一个CH2原子团，C正确；因结构相似，所以化学性质基本相似，但组成上的差异使得物理性质随碳原子数增加而呈规律性变化，D正确。

7．下列烷烃在光照条件下与氯气反应，只生成一种一氯代烃的是( ）

A．CH3CH2CH2CH3 B．CH3CH(CH3)CH3

C．C(CH3)4 D．CH3CH(CH3)CH2CH3

答案　C

解析　选项A有两种同分异构体，B项也有两种同分异构体，C项只有一种同分异构体，D项有四种同分异构体。

题组3　烃的燃烧计算

8．在常温、常压下，取下列四种气态烃各1 mol，分别在足量的氧气中燃烧，消耗氧气最多的是( ）

A．CH4 B．C3H8 C．C4H10 D．C2H6

答案　C

解析　设此气态烃的分子式为CxHy，其完全燃烧的化学方程式为

，则1 mol该烃完全燃烧时耗氧量为

mol，上述选项分别代入

mol，比较可知C4H10耗氧量最多。

9．(1)乙烷的电子式为________________，分子式为CmH20的烷烃中m为________，分子式为C8Hn的烷烃中n为________，与CO2密度(同温同压)相同的烷烃分子式为________，若上述四种烃各为1 mol，在足量O2中燃烧，消耗O2最多的是________。

(2)若CH4、C2H6、C3H8、C4H10四种烃各为1 g，在足量O2中燃烧，消耗O2最多的是________。

答案

918C3H8C9H20 (2)CH4

解析　(1)根据烷烃通式为CnH2n＋2可求出m为9，n为18，密度与CO2相同的烷烃式量为44，由14n＋2＝44可求出n为3，即分子式为C3H8。若同为1 mol烃，消耗O2的多少取决于CxHy中“x＋4y”的大小，“x＋4y”的值越大，消耗O2越多，此题中消耗O2最多的是C9H20。

(2)若同为1 g烃，消耗O2的多少取决于CxHy中“xy”的大小，“xy”的值越大，消耗O2越多，此题中消耗O2最多的是CH4。

10．有下列结构的物质：①CH3(CH2)3CH3

②CH3CH2CH2CH2CH3③CH3CH2CH2CH2CH2CH3

其中，属于同系物的是________；属于同分异构体的是__________________________________；

属于同种物质的是________。

A．①②B．②③C．③④⑤⑥⑦D．①③E．③④⑤⑦F．④⑥

答案BDEAF

解析7种物质均为烷烃，若碳原子数不同，则互为同系物；若碳原子数相同，而结构不同，则互为同分异构体；若碳原子数相同，且结构也相同，则为同一种物质。7种物质的分子式分别为①C5H12②C5H12③C6H14④C6H14⑤C6H14⑥C6H14⑦C6H14。所以①②中任一物质与③④⑤⑥⑦中任一物质均属于同系物；①②结构相同，属于同种物质，④⑥结构相同，属于同种物质；③④⑤⑦或③⑤⑥⑦互为同分异构体。

11．已知某烷烃分子中电子数为42。

(1)该烷烃的分子式为______________________________________________。

(2)写出该烷烃分子的所有同分异构体的结构简式_________________________________________________________。

(3)上述同分异构体中，在相同条件下沸点最低的是_______________________________________________________。(写结构简式)

答案　(1)C5H12

(2)CH3—CH2—CH2—CH2—CH3、

解析　(1)烷烃分子通式为CnH2n＋2，则其分子中电子数为6n＋(2n＋2)＝42，

n＝5，烷烃分子式为C5H12。

(2)烷烃C5H12有三种同分异构体，其结构简式分别为CH3—CH2—CH2—CH2—CH3、

。

(3)烷烃分子中，碳原子数相同时，所带支链越多，其沸点越低，因此烷烃C5H12三种同分异构体中，沸点最低。

12．(1)请写出烷烃CnH2n＋2(n≥1)在足量的氧气中充分燃烧的化学方程式： __________________________________________________________________。

有①甲烷，②乙烷，③丙烷，④丁烷4种烷烃，试回答(2)～(4)题(填序号)：

(2)相同状况下，等体积的上述气态烃充分燃烧，消耗O2的量最多的是________。

(3)等质量的上述气态烃，在充分燃烧时，消耗O2的量最多的是________。

(4)10 mL某气态烃，在50 mL O2中充分燃烧，得到液态水，以及体积为35 mL的混合气体(所有气体体积均在同温、同压下测定)。该气态烃是________。

答案(1)CnH2n＋2＋23n＋1O2点燃――→nCO2＋(n＋1)H2O

(2)④(3)①(4)②

解析(1)烷烃CnH2n＋2燃烧的化学方程式为CnH2n＋2＋23n＋1O2点燃――→nCO2＋(n＋1)H2O；(2)相同状况下，等体积即物质的量相同，消耗O2的量取决于23n＋1，即丁烷消耗O2的量最多；(3)等质量时耗O2量取决于氢的含量，即甲烷耗O2量最多，(4)反应前后体积之差为25 mL，根据燃烧化学方程式可知该烃为乙烷。

高中化学有机化合物之甲烷知识点汇总

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