第二章 烃
第一节 烷烃
◆ 学习任务一 烷烃的结构与性质
1.[2024·湖北武汉华师一附中期末] 正己烷是优良的有机溶剂,其球棍模型如图所示,下列说法正确的是 ( )
A.正己烷的所有原子可能共平面
B.2.24 L的正己烷和异己烷中含有的极性键的数目均为1.4NA(设NA为阿伏伽德罗常数的值)
C.主链上含有4个碳原子的正己烷的同分异构体有2种
D.正己烷能与溴水发生取代反应而使溴水褪色
2.1 mol丙烷在光照情况下,最多消耗氯气 ( )
A.4 mol B.8 mol C.10 mol D.2 mol
3.由沸点数据:甲烷-164 ℃,乙烷-89 ℃,正丁烷-0.5 ℃,正戊烷36 ℃,可以判断异丁烷的沸点可能是 ( )
A.低于-89 ℃ B.低于-0.5 ℃
C.高于-0.5 ℃ D.高于36℃
4.[2024·北京理工大学附属中学开学考] 实验小组探究甲烷与氯气的取代反应,装置、现象如下:
现象
ⅰ.光照后,混合气体颜色变浅 ⅱ.试管内液面上升 ⅲ.试管壁出现油状液滴
下列说法不正确的是 ( )
A.饱和NaCl溶液可以减少氯气的溶解
B.CH4的二氯代物有两种结构
C.试管内液面上升与HCl的生成有关
D.若用铝箔套住装满CH4和Cl2的试管,一段时间后没有明显变化
5.[2024·四川绵阳南山中学期中] 进行一氯取代反应后,只能生成两种沸点不同的产物的烷烃是 ( )
A.CH3CH3
B.(CH3CH2)2CHCH3
C.(CH3)2CHCH(CH3)2
D.CH3CH2CH2CH2CH3
◆ 学习任务二 烷烃的命名
6.[2024·上海第三女子中学期末] 下列有机物的命名正确的是 ( )
A.3,3-二甲基丁烷 B.2-甲基丁烷
C.2,3-二乙基戊烷 D.2,5-二甲基戊烷
7.下列有关烷烃的命名错误的是 ( )
A. 2-甲基丁烷
B. 2,2,4-三甲基戊烷
C. 4-甲基戊烷
D.
2,4-二甲基己烷
8.某烷烃的结构简式为
,其系统命名是 ( )
A.2,4-二甲基己烷 B.4-甲基-2-乙基戊烷
C.2-甲基-4-乙基戊烷 D.3,5-二甲基己烷
9.某链状烷烃的相对分子质量为86,跟Cl2反应生成的一氯代物只有两种,则它的结构简式、名称都正确的是 ( )
A.CH3(CH2)4CH3 己烷
B.(CH3)2CHCH(CH3)2 2,3-二甲基丁烷
C.(C2H5)2CHCH3 2-乙基丁烷
D.C2H5C(CH3)3 2,2-二甲基丁烷
10.用氯气取代相对分子质量为44的烃分子上的一个氢原子,所得的化合物可能有 ( )
A.3种 B.4种 C.5种 D.6种
11.下列关于(CH3CH2)2C(CH3)2的说法错误的是 ( )
A.常温下呈液态
B.命名为3,3-二甲基戊烷
C.一氯代物有3种(不考虑立体异构)
D.是2,3-二甲基丁烷的同分异构体
12.乙烷和氯气在光照条件下发生取代反应,得到乙烷的氯代产物最多有 ( )
A.10种 B.9种 C.8种 D.7种
13.[2024·湖北孝感重点高中期中] 分子式为C7H16的有机化合物,其分子结构中有且只有三个甲基的同分异构体共有几种(不考虑立体异构) ( )
A.2种 B.3种 C.4种 D.5种
14.在光照条件下,将a mol甲烷与足量Cl2完全反应,测知CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4四种产物的物质的量之比为2∶1∶1∶2,则消耗Cl2的物质的量为 ( )
A.a mol B.1.25a mol C.2.5a mol D.4a mol
15.充分燃烧0.1 mol两种气态烃的混合物,生成3.584 L CO2(标准状况)和3.60 g H2O,则混合气体中 ( )
A.一定有甲烷 B.一定有乙烷
C.一定无甲烷 D.一定有丙烷
16.[2023·北京一七一中学期中] CH4在光照条件下与Cl2反应,可得到各种氯代甲烷。
(1)生成CH3Cl的化学方程式是 。
(2)CH4氯代的机理为自由基(带有单电子的原子或原子团,如Cl·、·CH3)反应,包括以下几步:
Ⅰ.链引发 Ⅱ.链传递 Ⅲ.链终止
Cl22Cl· Cl·+CH4 ·CH3+HCl ·CH3+Cl2CH3Cl+Cl· …… 2Cl·Cl2 Cl·+·CH3CH3Cl ……
①写出由CH3Cl生成CH2Cl2过程中链传递的方程式: 、
。
②探究光照对CH4与Cl2反应的影响,实验如表。
编号 操作 结果
A 将Cl2与CH4混合后,光照 得到氯代甲烷
B 将Cl2先用光照,然后迅速在黑暗中与CH4混合 得到氯代甲烷
C 将Cl2先用光照,然后在黑暗中放置一段时间,再与CH4混合 几乎无氯代甲烷
D 将CH4先用光照,然后迅速在黑暗中与Cl2混合 几乎无氯代甲烷
a.由B和D得出的结论是 。
b.依据上述机理,解释C中几乎没有氯代甲烷的原因: 。
17.回答下列问题:
(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: 。
(2)有①甲烷、②乙烷、③丙烷、④丁烷4种烷烃,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 (填序号,下同);等质量的上述气态烃,在充分燃烧时,消耗O2的量最多的是 。
(3)写出下列各烃的名称:
(CH3)2CH(CH2)2CH(C2H5)(CH2)2CH3 ;
。
第二章 烃
第一节 烷烃
1.C [解析] 由于正己烷中碳原子均为sp3杂化,所以正己烷中所有原子不可能共平面,A错误;标准状况下,正己烷和异己烷均不为气体,2.24 L气体的物质的量不为0.1 mol,且温度和压强未指明,无法计算所含有极性键数目,B错误;主链上含有4个碳原子的正己烷的同分异构体有2,2-二甲基丁烷和2,3-二甲基丁烷两种,C正确;正己烷可萃取溴水中的溴单质,使其褪色,但不发生反应,D错误。
2.B [解析] 丙烷的化学式为C3H8,1个丙烷分子中含有8个氢原子,则1 mol丙烷在光照情况下,最多消耗8 mol氯气,故选B。
3.B [解析] 由沸点数据:甲烷-164 ℃,乙烷-89 ℃,正丁烷-0.5 ℃,正戊烷36 ℃可知,烷烃中碳原子个数越多其沸点越高,异丁烷中含有4 个碳原子,其碳原子个数大于乙烷而小于正戊烷,所以其沸点应该大于乙烷而小于正戊烷;一般情况下,烷烃的同分异构体中,支链越多沸点越低,所以异丁烷的沸点低于正丁烷,则异丁烷的沸点可能是“低于-0.5 ℃”,故答案为B。
4.B [解析] 氯气和水的反应是可逆反应:Cl2+H2OHCl+HClO,饱和食盐水中的氯离子能使平衡左移,从而减少氯气的溶解,故A正确;CH4为正四面体结构,其二氯代物只有一种结构,故B错误;氯化氢易溶于水,会使试管内液面上升,故C正确;此反应是在光照条件下发生的,若为了探究反应条件,可用铝箔套住装满甲烷和氯气的试管,甲烷和氯气没有反应,一段时间后进行观察,没有明显变化,故D正确。
5.C [解析] CH3CH3只有1种氢原子,所以一氯代物有1种,能生成1种一氯代产物,故A不符合题意;
(CH3CH2)2CHCH3有4种不同化学环境的氢原子,能生成4种沸点不同的一氯代产物,故B不符合题意; (CH3)2CHCH(CH3)2有2种不同化学环境的氢原子,能生成2种沸点不同的一氯代产物,故C符合题意;CH3CH2CH2CH2CH3有3种不同化学环境的氢原子,能生成3种沸点不同的一氯代产物,故D不符合题意。
6.B [解析] 根据其名称,对应的有机物结构为,正确命名为2,2-二甲基丁烷,故A错误;2-甲基丁烷符合命名规则,故B正确;根据其名称,对应的有机物结构为,正确命名为3-甲基-4-乙基己烷,故C错误;根据其名称,对应的有机物结构为,正确命名为2-甲基己烷,故D错误。
7.C [解析] 的主链有4个碳原子,2号碳原子上有1个甲基,命名为2-甲基丁烷,故A正确;的主链有5个碳原子,2号碳原子上有2个甲基,4号碳原子上有1个甲基,命名为 2,2,4-三甲基戊烷,故B正确;的主链有5个碳原子,甲基在2号碳原子上,正确命名为2-甲基戊烷,故C错误;的主链有6个碳原子,2号和4号碳原子上分别有1个甲基,命名为2,4-二甲基己烷,故D正确。
8.A [解析] 根据结构简式可知,主链含有6个C原子,2号C原子和4号C原子上均连有1个甲基,故该烷烃的系统命名为2,4-二甲基己烷。
9.B [解析] 已知该链状烷烃的相对分子质量为86,根据链状烷烃的通式为CnH2n+2可求出该有机物的分子式为C6H14。该烷烃的一氯代物有2种,说明此烷烃分子结构对称,其结构简式为,名称为2,3-二甲基丁烷。
10.A [解析] =3……8,故该烃的分子式为C3H8,该烃与氯气发生一氯取代的产物有1-氯丙烷、2-氯丙烷、氯化氢三种。
11.D [解析] 常温下,一般C1~C4的烷烃为气态,C5~C16的烷烃为液态,该烷烃碳原子数为7,为液态,A正确;根据烷烃的命名方法,该烷烃命名为3,3-二甲基戊烷,B正确;分子中含有3种不同化学环境的氢原子,一氯代物有3种,C正确;同分异构体是指分子式相同、结构不同的化合物,两者的分子式不同,不是同分异构体,D错误。
12.B [解析] 乙烷中所有氢原子都等效,则其一氯取代物只有1种;二氯取代物中两个Cl原子可以在同一个C原子上,也可以在两个不同的C原子上,因此有2种不同结构;同理三氯取代物有2种,四氯取代物有2种(与二氯取代物个数相同),五氯取代物有1种(与一氯取代物个数相同),六氯取代物有1种,所以乙烷和氯气在光照条件下发生取代反应,得到乙烷的氯代产物最多有1+2+2+2+1+1=9种。
13.B [解析] 根据信息,分子式为C7H16的有机化合物,其分子结构中有且只有三个甲基,若该分子有一个支链,且支链为甲基,则主链有6个碳原子,有2种符合要求的结构;若支链为乙基,则主链含有5个碳原子,有1种符合要求的结构,合计是3种结构。
14.C [解析] 在光照条件下,将a mol甲烷与足量Cl2完全反应,测知CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4的物质的量之比为2∶1∶1∶2,根据碳元素守恒,可知生成 CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4的物质的量分别为 mol、 mol、 mol和 mol,烷烃发生取代反应,卤素原子每取代1 mol氢原子均需要1 mol卤素单质,则消耗Cl2的物质的量n= mol×1+ mol×2+ mol×3+ mol×4=2.5a mol。
15.A [解析] n(CO2)==0.16 mol,n(H2O)==0.2 mol,因此两种气态烃的平均组成为C1.6H4,根据混合物的平均组成可知,碳原子数小于1.6的烃只有甲烷,而另一种烃中氢原子数必为4,且碳原子数大于或等于2,由以上分析可知,一定有甲烷,A正确。
16.(1)CH4+Cl2CH3Cl+HCl
(2)①CH3Cl+Cl··CH2Cl+HCl ·CH2Cl+Cl2CH2Cl2+Cl·
②a.光照时发生链引发的物质是Cl2而不是CH4 b.黑暗中发生反应2Cl·Cl2,一段时间后体系中几乎无Cl·存在,无法进行链传递
[解析] (1)甲烷与氯气发生取代反应生成CH3Cl和HCl,化学方程式是CH4+Cl2CH3Cl+HCl。(2)①由题意知CH3Cl生成CH2Cl2过程中链传递的方程式为CH3Cl+Cl··CH2Cl+HCl,·CH2Cl+Cl2CH2Cl2+Cl·。②a.由B将Cl2先用光照,然后迅速在黑暗中与CH4混合得到氯代甲烷,D将CH4先用光照,然后迅速在黑暗中与Cl2混合,却几乎无氯代甲烷,得出的结论是光照时发生链引发的物质是Cl2而不是CH4。b.C中几乎没有氯代甲烷的原因是黑暗中发生反应2Cl·Cl2,一段时间后体系中几乎无Cl·存在,无法进行链传递。
17.(1)CnH2n+2+O2nCO2+(n+1)H2O
(2)④ ①
(3)2-甲基-5-乙基辛烷 3,3,6-三甲基辛烷
[解析] (1)烷烃CnH2n+2(n≥1)在足量的氧气中充分燃烧生成二氧化碳和水,其化学方程式为CnH2n+2+O2nCO2+(n+1)H2O。
(2)相同状况下,等体积的气态烃物质的量相同,据反应通式可知,n越大,越大,充分燃烧时消耗O2的量越多,所以充分燃烧时消耗O2的量最多的是丁烷;设烷烃的质量为1 g,据反应通式可知消耗O2的物质的量为× mol,即n越大,消耗的O2越少,所以等质量的烷烃消耗O2最多的为甲烷。
(3)据有机物系统命名法步骤可知,(CH3)2CH(CH2)2CH(C2H5)(CH2)2CH3的名称为2-甲基-5-乙基辛烷;
的名称为3,3,6-三甲基辛烷。
