甲烷與烷烴及其命名

2023-01-16 20:33:04 字數 5510 閱讀 6272

【要點分析】

緒言   一、有機物:

有機物是指含碳元素的化合物。但下列幾類含碳元素的化合物的組成和性質跟無機物很相近,一般把它們作為無機物。

1、co、co2等碳的氧化物;

2、碳酸及其鹽(碳酸鹽、碳酸氫鹽);

3、fe3c、cac2等金屬碳化物;

4、hcn、hscn、hcno等酸及其鹽。

二、有機物的特點:

1、元素組成:

c、h、o、n、p、s、鹵素等;

2、分子結構:

由於碳原子最外層為4個電子,因此碳原子跟其它原子經常是以共價鍵相結合。致使有機物種類極多,已有上千萬種。

3、晶體型別:

有機物大多分子的極性很弱,有機物通常為分子晶體。

4、物理性質:

有機物具有與典型無機物不同的共同特性。

大多數有機物難溶於水,易溶於有機溶劑;

絕大多數有機物不易導電,熔點低。

5、化學性質:

絕大多數有機物受熱易分解,易燃;

有機反應通常比較複雜,比較慢,常伴有副反應發生。

在認識有機物的這些特點的過程中,注意一定不能把這些特點絕對化,這是相對的。一般性質中有特殊性存在。不粘鍋的不粘層——聚四氟乙烯的熔點就比較高,而且受熱不易分解,不易燃。

甲烷烷烴

一、甲烷

(一)烴的概念:

僅由碳和氫兩種元素組成的有機物總稱為烴,也叫碳氫化合物。把握的要點是「僅由」倆字, 這給我們建立了乙個判斷烴的標準。不論是鏈狀還是環狀,還是其他的什麼結構,只要「僅由碳和氫兩種元素組成」,就應該屬於烴。

(二)甲烷的組成結構:

在甲烷分子裡,1個碳原子和4個氫原子形成共價鍵,鍵長1.19×10-10m;鍵能413kj/mol;化學鍵比較牢固,鍵角為109°28',甲烷分子為空間正四面體結構。

分子式ch4      電子式結構式

(三)甲烷的性質:

1、物理性質:

甲烷是無色無味的氣體,標準狀況下的密度為0.717g/l,極難溶解於水。

2、化學性質:

1)穩定性:

通常情況下,甲烷與強酸、強鹼、強氧化劑一般都不發生反應,也不能使酸性kmno4溶液和溴水褪色。但在特定的條件下,也會發生某些反應。

2)取代反應:

有機物分子裡的某些原子或原子團被其它原子或原子團所代替的反應叫取代反應。

對甲烷發生的取代反應應注意以下幾點:

①反應的條件:反應需在光照條件下進行,光亮處反應,強光則發生**。參加反應的物質必須是氯氣不能是氯水。

②反應產物中,常溫下只有ch3cl為氣態,其餘三種均為液體。四種產物均不溶於水。四氯甲烷也叫四氯化碳,是一種效率較高的滅火劑。

③在取代反應中,甲烷的四個氫原子可以依次逐步被取代,最終完全被取代,四級反應同時發生,無先後的次序,產物是混合物,通常不能用於製取某鹵代烴。但控制反應物的比例可以得到某一種主要產物。

3)氧化反應:

甲烷易燃,燃燒時發出藍色火焰。

反應放出大量的熱

1mol ch4氣體完全燃燒,能夠放出890kj的熱量)

4)加熱分解:

隔絕空氣加熱到1000℃以上,甲烷發生分解:

ch4 c+2h2  (可以用來製取炭黑)

二、烷烴

(一)定義:

在烴的分子裡,碳原子之間都以碳碳單鍵結合成鏈狀,碳原子剩餘的價鍵全部跟氫原子相結合,使每個碳原子的化合價都已充分利用,都達到「飽和」。這樣的烴叫做飽和烴,又叫烷烴。

特點:1、碳碳單鍵

2、「飽和」— 每個碳原子都形成四個單鍵

3、鏈狀烴

4、通式:cnh2n+2 (n≥1)。

所以,對於烷烴只要知道碳原子個數或h原子個數,即可求出其分子式和相對分子質量。

〈練一練〉:

下列物質中屬於烷烴的是:

ch2=ch2、ch3-ch2-ch2-ch2-ch3、

答:ch3-ch2-ch2-ch2-ch3屬於烷烴,注意烷烴定義。

(二)同系物

1、定義:

結構相似,在分子組成上相差乙個或若干個ch2原子團的物質互稱為同系物。

注意:必須同時滿足「結構、組成」兩個條件的要求。同系物必然具有相同的通式,但具有相同通式的不一定是同系物。

2、烴基:

烴分子失去乙個或幾個氫原子後所剩餘的部分,一般用「r—」表示。

烷烴失去乙個氫原子後所剩餘的原子團叫烷基,常見的有—ch3叫甲基,—c2h5叫乙基等。烷基的通式為——cnh2n+1。(要注意「基」與「根」的區別) 。

烴基是構成烴的基本單元。(無論在主鏈還是在支鏈上。)

〈練一練〉:

下列物質中屬於同系物的是:

ch2=ch-ch3、ch4、c2h2、ch3(ch2)5ch3

答:ch4和ch3(ch2)5ch3

(三)烷烴的性質:

1、物理性質

相似性:熔沸點較低,密度都小於水的密度(1g/cm3)

遞變性:隨著分子裡碳原子數的遞增,常溫下:c1~c4為氣態,c5~c16為液態,c17以上為固態;密度也都逐漸增大。

其原因是烷烴是分子晶體,隨著碳原子數增多,相對分子質量逐漸增大,分子間作用力增大,因而熔沸點逐漸公升高。當相對分子質量相同時,烷烴支鏈越多,熔沸點越低。

2、化學性質

烷烴的化學性質與其代表物甲烷的相似。一般比較穩定,在通常情況下跟酸、鹼和酸性高錳酸鉀等氧化劑都不起反應,也不跟其它物質化合。但在特定條件下也能發生下列反應:

①在光照條件下均可與氯氣發生取代反應;

②氧化反應:均可點燃;

③分解反應(裂解反應)。

烷烴燃燒的通式為:

cnh2n+2+ o2nco2+(n+1)h2o。

三、同分異構現象

1、概念:

化合物具有相同的分子式,但具有不同結構的現象,叫做同分異構現象。具有同分異構現象的化合物互稱為同分異構體。

因此,同分異構體必須是分子式相同而結構不同的物質。它們可以是同一類(系列)物質,如:丁烷和異丁烷,也可以是不同類(非同系物)的物質,如:

丙烯和環丙烷。同分異構體可以是無機物和無機物,可以是有機物和有機物,還可以是無機物和有機物之間構成。如:

nh4cno和co(nh2)2。

2、碳鏈異構的書寫規律:

主鏈由長到短,支鏈由整到散;支鏈位置由心到邊,支鏈排布由同到鄰到間。對由於碳原子的連線方式不同而產生異構的同分異構體,稱為碳鏈異構。現以c6h14為例,具體說明如下:

排主鏈一線串,即主鏈上為6個碳原子:

ch3-ch2-ch2-ch2-ch2-ch3

從頭摘,掛中間(注意主鏈位置的對稱性):去掉主鏈上乙個碳原子,使主鏈為五個碳原子,將取下來的碳原子擺放在主鏈不同位置上,並由主鏈對稱的中間位置開始擺放。向邊移,不到端(只分叉,不拐彎)。

再去掉乙個碳原子,使主鏈為四個碳原子,將兩個碳原子擺放在主鏈的位置上(去兩個,同碳掛;去兩個,肩並肩):

不能再縮短碳鏈了,碳原子也沒有可擺放的位置了(否則,會出現重複)。在書寫同分異構體時一定要隨時注意滿足碳四價,氫一價的原則。因此c6h14共有五種同分異構體

四、烷烴的命名

1、習慣命名法

分子組成有多少個碳原子就叫多少烷:如組成中含四個碳原子的烷烴就叫丁烷;含有十八個碳原子的烷烴就叫十八烷。

2、系統命名法

(1)命名步驟:

a. 找主鏈-----最長----稱某烷;

b. 編碳號-----最近-----定支鏈(小、多的一端);

c. 寫名稱------取代基,寫在前;標位置,**連;

不同基,簡到繁;相同基,合併算;

主鏈的選擇時,在碳原子數相同時,支鏈數多者為主鏈。

(2)名稱組成:

取代基位置--取代基名稱--母體名稱

(3)數字意義:

阿拉伯數字---------取代基位置

漢字數字---------相同取代基的個數

【例題分析】

例1.1mol ch4與cl2發生取代反應,等反應完成後測得四種取代物物質的量相等,則消耗cl2為(  )

a.0.5mol

b.2mol

c.2.5mol

d.4mol

分析:因為參加反應的ch4只有1mol,ch4與cl2發生取代反應有4種產物,根據碳原子守恆,4種取代產物物質的量相等,則每種取代物均為0.25mol,而取代物中的氯均來自於氯氣,且有1mol氫原子取代,消耗1mol氯氣,則共需氯氣的物質的量為:0.

25×1mol+0.25×2mol+0.25×3mol+0.

25×4mol=2.5mol

答案:c

例2.下列各組物質中一定屬於同系物的是(  )

a.ch4和c2h4

b.戊烷和

c.c2h4和c4h8

d.c5h12和c2h6

分析:對於同系物而言,必須同時滿足①「結構相似」②「分子組成上差乙個或若干個ch2原子團」這兩個條件。在判斷「結構相似」時關鍵是分析在結構上是否具有相同的化學鍵型別和相同的碳鏈結構。在判斷組成關係時,是以分子式分析,而不是從結構上看去是否差ch2原子團。

同時,在書寫可能的結構時要注意碳原子要4價,氫原子要滿足1價。

a.ch4和c2h4結構不相似,c2h4中一定有碳碳雙鍵結構ch2=ch2,況且其組成上也不是和ch4相差ch2原子團的倍數。

b.烷烴和環烷烴,雖然化學鍵的型別完全相同但碳原子的骨架結構不同,烷烴完全是開鏈的而環烷烴一定在結構**現閉合環狀結構。況且從分子式上相差的也不是ch2原子團的倍數。

c.c2h4與c4h8組成上雖然相差2個ch2原子團,但在結構上c2h4一定有碳碳雙鍵結構,而c4h8可以有結構,它與c2h4結構上不能稱之為相似。

d.c5h12與c2h6一定是同系物,結構相似——均由碳、碳單鍵和碳、氫單鍵結合,cnh2n+2系列不可能結構中存在碳碳雙鍵或環狀結構,分子組成上也相差3個ch2原子團。

答案:d

例3.1mol某烷烴可與8molcl2完全取代,求此烷烴的分子式。

分析:本題考查對取代反應的理解。當烷烴分子中在1mol氫原子被取代時,就需要有1mol氯氣參加反應,同時生成1mol***,因此根據本題中的條件「參加反應的氯氣為8mol」可知在該烷烴分子中應有8mol氫原子。再根據烷烴通式cnh2n+2可知2n+2=8,則n=3,所以該烷烴的分子式為c3h8。

例4.完全燃燒1molcxhy時,消耗o25mol,則x和y之和是(  )

a.5b.7c.9d.11

分析:本題是考查燃燒耗氧量計算問題。可以寫出烴完全燃燒的反應方程式:

cxhy+(x+ )o2→xco2+ h2o

依題意:x+ =5。

討論:當x=1時,y=16(否)

當x=2時,y=12(否)

當x=3時,y=8  合理,為c3h8。

則:x和y之和為11。

答案:d

在熟練掌握烴類物質燃燒反應後,有關燃燒耗氧量的計算,不必寫出化學方程式後再配平得出需氧氣的量。只要知道烴的分子式,根據c、h原子個數即可知需氧氣的量。因為:

c~o2~co2      4h~o2~2h2o    1mol c 原子耗1mol o2

1mol 1mol 1mol    4mol 1mol 2mol    4mol h 原子耗1mol o2

所以,若某烴的分子式為cnhm,根據上述關係可立即得出1mol該烴完全燃燒時需氧氣的物質的量為:(n+)mol。

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