高中化學有機化合物之甲烷知識點匯總

一、甲烷的存在、結構及物理性質

1．存在

甲烷是天然氣、沼氣、油田氣和煤礦坑道氣的主要成分。

2．分子結構

甲烷的分子式是CH4；電子式是；結構式是。

實驗證明，甲烷分子具有正四面體結構，其中四個C—H鍵長度和強度相同，夾角相等。

3．物理性質

顏色

狀態

氣味

密度(與空氣相比)

水溶性

無色

氣體

無味

比空氣小

極難溶

警示有機化合物必須含有碳元素，但含有碳元素的化合物不一定是有機化合物，如CO、CO2，碳酸及其鹽等。

【討論】

1．(1)CH4是正四面體結構，CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4也都是正四面體結構嗎？

(2)如果甲烷是平面結構，則CH2Cl2有幾種結構？實際上有幾種結構？

答案　(1)CH4是正四面體結構，碳原子處於正四面體的中心，四個氫原子處於正四面體的四個頂點上。根據甲烷是正四面體結構推理，有機物分子中碳原子以4個單鍵與其他原子或原子團相結合，如，若a、b、c、d相同，則構成正四面體結構，如CCl4；若a、b、c、d不相同，則構成四面體，但不是正四面體，如CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3。

(2)如果甲烷是平面結構，則CH2Cl2有2種結構，分別是，實際為空間四面體結構，所以二氯甲烷只有一種結構。

二、甲烷的化學性質

通常狀況下，甲烷比較穩定，與高錳酸鉀等強氧化劑不反應，與強酸、強鹼也不反應。但在特定的條件下，甲烷也會發生某些反應。

1．氧化反應(燃燒)

(1)化學方程式：CH4＋2O2點燃――→CO2＋2H2O。

(2)現象：甲烷在空氣中安靜地燃燒，火焰呈淡藍色。

2．取代反應

(1)取代反應

有機物分子裡的某些原子或原子團被其他原子或原子團所替代的反應。

(2)甲烷與氯氣的取代反應

①實驗探究

②產物性質

CH3Cl

CH2Cl2

CHCl3

CCl4

狀態

氣體

均為油狀液體

水溶性

都不溶於水

點撥無論CH4和Cl2的比例如何，發生取代反應的產物都是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl的混合物。

【討論】

2．判斷下列說法是否正確

(1)在點燃甲烷氣體之前必須檢驗其純度。(        )

(2)甲烷與Cl2的反應是置換反應。(      ）

答案　(1)√(2)×

3．(1)甲烷與溴水能發生反應嗎？與溴蒸氣呢？

(2)假設1 mol甲烷中的氫原子完全被取代，最多能與多少氯氣反應？

答案　(1)甲烷除了能與氯氣在光照時反應外，與其他的滷素單質的氣體也能發生反應，但必須是純滷素如溴蒸氣，與溴水不反應。

(2)發生取代反應時1 mol氯氣只能取代1 mol氫原子，1 mol 甲烷中的氫原子完全被取代，最多能與4 mol氯氣反應。

一、有機物組成和結構的表示方法

【例1】　下列各圖均能表示甲烷的分子結構，按要求回答下列問題。

(1)對號入座(填序號)：

甲烷的球棍模型是__________，甲烷的電子式是______________。

(2)如果甲烷是平面結構，則CH2Cl2應該有________種結構，實際CH2Cl2有________種結構，證明甲烷不是平面結構，而是________結構，上面________更能反映其真實存在狀況。

答案　(1)CB(2)21　正四面體　D

解析　(1)這幾種形式都可以表示甲烷這種物質，其中分子結構示意圖(A)、球棍模型(C)及比例模型(D)均能反映甲烷分子的空間構型，但其中比例模型更能形象地表達出H、C的相對位置及所佔比例；電子式(B)只反映原子最外層電子的成鍵情況。

(2)甲烷的結構式為，其分子空間構型若為平面正方形結構，則二氯甲烷有2種結構；實際上甲烷為空間正四面體結構，所以二氯甲烷只有1種結構。

常見有機物結構的表示方法

表示方法

含義

分子式：CH4

用元素符號表示物質分子組成的式子，可反映一個分子中原子的種類和數目

最簡式(實驗式)：CH4

表示物質組成的各元素原子最簡整數比的式子

電子式： 

用小黑點等符號代替電子，表示原子最外層電子成鍵情況的式子

結構式：

①具有化學式所能表示的意義，能反映物質的結構；

②表示分子中原子的結合或排列順序的式子，但不表示空間構型

球棍模型：

小球表示原子，短棍表示價鍵(單鍵、雙鍵或三鍵)

比例模型：

用不同體積的小球表示不同大小的原子

變式訓練1　下圖是CH4、CCl4、CH3Cl的分子球棍模型圖，下列說法正確的是(        ）

A．CH4、CCl4和CH3Cl都是正四面體結構

B．CH4、CCl4都是正四面體結構

C．CH4和CCl4中的化學鍵均為非極性鍵

D．CH4、CCl4的結構相同，性質也相同

答案　B

二、甲烷的取代反應

【例2】　下列有關甲烷的取代反應的敘述正確的是(      ）

A．甲烷與氯氣的物質的量之比為1∶1，混合發生取代反應只生成CH3Cl

B．甲烷與氯氣的取代反應，生成的產物中CH3Cl最多

C．甲烷與氯氣的取代反應生成的產物為混合物

D．1 mol甲烷生成CCl4最多消耗2 mol氯氣

答案　C

解析　甲烷與氯氣一旦發生取代反應就不會停止在某一步，四種有機物都會產生，故得不到純淨的CH3Cl，A錯誤；C正確；甲烷與氯氣的反應中每取代1 mol氫原子，消耗1 mol氯氣，生成1 mol HCl，故產物中HCl最多，B錯誤；1 mol甲烷生成CCl4最多消耗4 mol氯氣，D錯誤。

規律總結

甲烷發生取代反應的有關規律

(1)反應條件和反應物

反應條件為光照，反應物為滷素單質。例如甲烷與氯水、溴水不反應，但可以與氯氣、溴蒸氣發生取代反應。

(2)反應產物

雖然反應物的比例、反應的時間長短等因素會造成各種產物的比例不同，反應的產物都是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4四種有機物與氯化氫形成的混合物。

(3)物質的量的關係

CH4與Cl2發生取代反應時，每1 mol H原子被取代，消耗1 mol Cl2分子，同時生成1 mol的HCl分子。

(4)注意：

①有機反應比較複雜，常伴隨很多副反應發生，因此有機反應方程式常用「―→」。

②CH4與Cl2的反應逐步進行，應分步書寫。

③當n(CH4)∶n(Cl2)＝1∶1時，反應並不只發生CH4＋Cl2光――→CH3Cl＋HCl，其他反應仍發生。

解題方法歸納

(1)甲烷的滷代反應的產物是混合物。

(2)甲烷等有機物與氯氣發生取代反應時，取代的位置和個數是難以控制的，因此製備滷代烴一般不採用取代反應。

變式訓練2　在標準狀況下，22.4 L CH4與Cl2在光照下發生取代反應，待反應完全後，測得四種有機取代物的物質的量相等，則消耗的Cl2為()

A．0.5 mol  B．2 mol  C．2.5 mol  D．4 mol

答案　C

解析　

方法一　守恆法。

1 mol CH4與Cl2發生取代反應，生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各0.25 mol，這四種取代物中n(Cl)＝0.25 mol×(1＋2＋3＋4)＝2.5 mol，根據取代反應特點，n(HCl)＝2.5 mol，故生成物中所含氯原子共2.5 mol＋2.5 mol＝5 mol，參加反應的Cl2為n(Cl2)＝2.5 mol。

方法二　根據化學方程式進行計算。

設四種有機取代物的物質的量均為1 mol，寫出取代反應總的化學方程式：4CH4＋10Cl2光――→CH3Cl＋CH2Cl2＋CHCl3＋CCl4＋10HCl，由此可知，4 mol CH4正好與10 mol Cl2反應，當1 mol CH4反應時，消耗Cl2 2.5 mol。

1．近年來，科學家在海底發現了一種冰狀物質——可燃冰，其有效成分為甲烷，下列說法正確的是(       ）

①甲烷屬於烴類　②在相同條件下，甲烷的密度大於空氣③甲烷難溶於水　④可燃冰是一種極具潛力的能源

A．①②③  B．②③④  C．①③④  D．①②④

答案　C

2．能夠證明甲烷分子的空間結構為正四面體的事實是()

A．甲烷分子中4個C—H鍵的強度相同

B．甲烷分子中4個C—H鍵的長度相同

C．甲烷的一氯代物只有1種

D．甲烷的二氯代物只有1種

答案　D

解析　若甲烷為平面正方形結構，則甲烷分子中4個C—H鍵的長度和強度也可以相同，故A、B項錯誤；若甲烷為平面正方形結構，則二氯甲烷應有2個氯原子分別在鄰位和對位兩種結構。而實際上二氯甲烷只有1種結構，所以甲烷不是平面正方形結構，而是正四面體結構，D項正確。

3．甲烷和氯氣以物質的量比1∶3混合，在光照條件下，得到的有機產物是(    ）

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　甲烷和氯氣按等物質的量反應，而不是只有1個甲烷分子與1個氯分子反應，所以無論反應物的物質的量之比是多少，都會得到各種氯代物的混合物。故正確答案為D。

4．（雙選）下列敘述錯誤的是(     ）

A．在通常情況下，甲烷跟強酸、強鹼、強氧化劑都不反應

B．甲烷化學性質比較穩定，不能被任何氧化劑氧化

C．甲烷跟氯氣反應無論生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3還是CCl4，都屬於取代反應

D．甲烷與Cl2取代後的產物都不溶於水

答案　BD

解析　甲烷的性質比較穩定，在通常情況下，不與強酸、強鹼、強氧化劑反應，但甲烷能在空氣中燃燒，故A正確，B錯誤；甲烷在光照條件下與氯氣發生取代反應，生成5種有機產物，分別是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl，HCl溶於水，故C正確，D不正確。

5.

某課外活動小組利用如圖所示裝置探究甲烷與氯氣的反應。根據題意，回答下列問題：

(1)CH4與Cl2發生反應的條件是________；若用日光直射，可能會引起__________________________________________________________________。

(2)實驗中可觀察的實驗現象有：量筒內壁出現油狀液滴，飽和食鹽水中有少量固體析出，__________，____________________等。

(3)實驗中生成的油狀液滴的化學式為________，其中________是工業上重要的溶劑。

(4)用飽和食鹽水而不用水的原因是_____________________________________。

答案　(1)光照(或光亮處)　爆炸　(2)量筒內黃綠色氣體顏色變淺　量筒內液面上升　(3)CH2Cl2、CHCl3、CCl4CHCl3、CCl4(4)降低Cl2在水中溶解度，抑制Cl2和水的反應

解析　CH4和Cl2光照反應生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl等物質，隨著反應進行，Cl2不斷消耗，黃綠色逐漸消失。又由於生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4常溫下是無色油狀液體，故量筒內壁上有油滴。因生成的HCl易溶於水，量筒內的壓強減小；量筒內液面上升。HCl溶於水後，溶液中Cl－濃度增大，使NaCl固體析出。

題組1　有機物及其結構判斷

1．下列關於有機物的說法正確的是(       ）

A．有機物只能存在於動植物體內，不能通過人工的方法合成

B．有機物只含有碳、氫兩種元素

C．含碳元素的化合物不一定屬於有機物

D．烴是指燃燒後只生成CO2和H2O的有機物

答案　C

2．(雙選)下列物質分子中，屬於正四面體結構的是(     ）

A．CCl4     B．CH4    C．CH2Cl2      D．CH3Cl

答案　AB

解析　CCl4和CH4是正四面體，另外兩種物質都只是四面體，但不是正四面體。

3．對的敘述正確的是(     ）

A．有兩種結構    B．只有一種結構  C．含有非極性鍵   D．有四種結構

答案　B

解析　甲烷分子的空間結構是正四面體。若氫原子分別被兩個氯原子、兩個氟原子代替，其結構變為四面體，碳原子位於四面體的中心位置，兩個氯原子、兩個氟原子不管從哪個方向與碳原子相連，它們都分別處在相鄰的位置。故只有一種結構，如圖所示。C—Cl、C—F均為極性鍵。若換成結構式、仍為一種而不是兩種。CH2Cl2隻有一種結構，可證明CH4是正四面體結構，而不是平面正方形結構。

題組2　正確理解取代反應

4．下列物質中，不能和氯氣發生取代反應的是(         ）

A．CH3Cl  B．CCl4  C．CH2Cl2  D．CH4

答案　B

5．下列反應屬於取代反應的是(     ）

A．C2H4＋3O2點燃――→2CO2＋2H2O

B．Zn＋CuSO4===ZnSO4＋Cu

C．NaCl＋AgNO3===AgCl↓＋NaNO3

D．CH2Cl2＋Cl2光照――→CHCl3＋HCl

答案D

解析　取代反應是有機物分子中的某些原子或原子團被其他原子或原子團所替代的反應。A項C2H4的燃燒不是取代反應；B項為置換反應；C項為複分解反應；D項中Cl原子取代了CH2Cl2中的一個H原子，故屬於取代反應。

題組3　甲烷性質及其燃燒計算

6．在常溫和光照條件下，可與甲烷發生反應的是(        ）

A．氧氣  B．氯氣  C．酸性高錳酸鉀溶液  D．濃硫酸

答案　B

解析　常溫下甲烷性質穩定，與濃硫酸、酸性高錳酸鉀溶液不發生反應。在常溫和光照條件下，氧氣不能與甲烷發生反應，但氯氣能與甲烷發生取代反應。

7．下列氣體既可以用鹼石灰乾燥又可以用濃硫酸乾燥的是(      ）

A．Cl2  B．CH4  C．NH3  D．SO2

答案　B

解析　Cl2能與鹼石灰反應，NH3能與濃H2SO4反應，SO2能與鹼石灰反應。

8．一定量的甲烷在O2不足的情況下燃燒，得到CO、CO2和H2O的總質量為14.4 g，若其中水的質量為7.2 g，則CO的質量是(         )

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

答案　A

解析　甲烷燃燒時，當O2少量時生成CO和H2O，當O2足量時生成CO2和H2O；所以在不足量的O2中燃燒生成CO、CO2和H2O。由氫原子守恆知CH4的物質的量為0.2 mol。設CO和CO2的質量分別為x，y。

解得x＝2.8 g。

9．為除去混在甲烷中的CO2和H2O，可將混合氣體通過盛有____________的洗氣瓶，除去____________，再通過盛有____________的洗氣瓶，除去____________；也可將混合氣體通過____________，一次性將雜質氣體除去。

答案　NaOH溶液　CO2　濃硫酸　H2O　鹼石灰

10．把1體積CH4和4體積Cl2組成的混合氣體充入大試管中。

將此試管倒立在盛有AgNO3溶液的水槽中，放在光亮處，片刻後發現試管壁上有油狀液滴出現，該油狀液滴可能是________，水槽中還觀察到________，原因是______________________________________________(用離子方程式解釋)。若向水槽中再滴入幾滴紫色石蕊試液又觀察到________，原因是_________________。

答案　CH2Cl2、CHCl3、CCl4　有白色沉澱產生　Ag＋＋Cl－===AgCl↓　溶液變紅　因反應生成HCl溶於水使溶液顯酸性

解析　CH4和Cl2光照生成CH3Cl(氣體)、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl，隨著反應進行，Cl2不斷消耗，黃綠色逐漸消失，又由於生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4常溫下均為無色液體，Cl2易溶於有機溶劑，使試管壁上有黃色油滴；因生成的HCl易溶於水，反應後，試管內氣體壓強減小，水位在試管內上升，HCl溶於水後，與AgNO3反應生成AgCl白色沉澱，同時溶液中溶質為HCl，故加入紫色石蕊試液後溶液變紅。[來源:學|科|網]

11.利用甲烷與氯氣發生取代反應製取副產品鹽酸的設想在工業上已成為現實。某化學興趣小組通過在實驗室中模擬上述過程，其設計的模擬裝置如下：

根據設計要求回答：

(1)B裝置有三種功能：①控制氣流速度；②均勻混合氣體；③________。

(2)設V(Cl2)/V(CH4)＝x，若理論上欲獲得最多的氯化氫，則x值應________。

(3)D裝置的石棉中均勻混有KI粉末，其作用是______________________________________________________________________。

(4)E裝置的作用是________________________(填編號)。

A．收集氣體    B．吸收氯氣  C．防止倒吸    D．吸收氯化氫

(5)在C裝置中，經過一段時間的強光照射，發現硬質玻璃管內壁有黑色小顆粒產生，寫出置換出黑色小顆粒的化學方程式_________________________________________________________________。

(6)E裝置除生成鹽酸外，還含有有機物，從E中分離出有機物的最佳方法為________。該裝置還有缺陷，原因是沒有進行尾氣處理，其尾氣主要成分為________(填編號)。

a．CH4b．CH3Clc．CH2Cl2d．CHCl3e．CCl4

答案　(1)乾燥混合氣體　(2)大於或等於4

(3)吸收過量的氯氣　(4)CD

(5)CH4＋2Cl2強光――→C＋4HCl

(6)分液　ab

解析　(1)B裝置的三個作用為：①控制氣流速度從而達到合適的反應比例；②均勻混合氣體，便於後續實驗；③乾燥混合氣體。

(2)當反應：CH4＋4Cl2光――→CCl4＋4HCl時生成HCl氣體最多，所以要保證＝x≥4。

(3)KI能吸收多餘的Cl2，反應的化學方程式為Cl2＋2KI===2KCl＋I2。

(4)E裝置既吸收反應生成的HCl氣體，同時還防止倒吸。

(5)據信息知黑色小顆粒應為碳粉，根據原子守恆應為：

CH4＋2Cl2強光――→C＋4HCl。

(6)分離難溶於水的油狀液體可用分液法。

烷　烴

一、烷烴

1．分子結構特點

2．物理性質

(1)遞變規律(隨碳原子數n遞增)

(2)相似性

烷烴均難溶於水，相對密度均小於1。

3．化學性質(與CH4相似)

(1)穩定性

在通常情況下，烷烴比較穩定，跟強酸、強鹼、酸性高錳酸鉀溶液等都不起反應。

(2)燃燒反應

烷烴燃燒通式：CnH2n＋2＋23n＋1O2點燃――→nCO2＋(n＋1)H2O。

(3)取代反應

烷烴能與氯氣等滷素單質在光照條件下發生取代反應，如乙烷與氯氣光照時生成一氯乙烷的化學方程式為：C2H6＋Cl2光照――→C2H5Cl＋HCl。

4．習慣命名法

(1)表示

碳原子數(n)及表示

n≤10

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

甲

乙

丙

丁

戊

己

庚

辛

壬

癸

n＞10

相應數字

(2)舉例：C6H14命名為己烷，C18H38命名為十八烷。

(3)碳原子數n相同結構不同時，用正、異、新表示，如C4H10的兩種分子的命名：

無支鏈時，CH3CH2CH2CH3：正丁烷。

有支鏈時，：異丁烷。

【議一議】

1．判斷正誤

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

(2)烷烴的特徵性質是能與滷素單質發生取代反應。(             )

(3)烷烴性質穩定，不能使酸性KMnO4溶液褪色。(           ） 

答案　(1)×(2)√(3)√

2．多碳原子烷烴(如CH3CH2CH2CH2CH3)分子中，碳原子是直線形嗎？

答案　烷烴分子中的碳原子以單鍵與其他原子相連，因此與之成鍵的4個原子構成四面體結構。碳原子一定不在同一直線上，直鏈烷烴中碳原子的排列呈鋸齒狀。

二、同系物　同分異構體

1．同系物

(1)特點：結構相似，在分子組成上相差一個或若干個CH2原子團的物質。

(2)實例：CH4、CH3CH3、CH3CH2CH3等烷烴互為同系物。

提示　①同系物具有相同的通式，但是通式相同的有機物不一定互為同系物，同系物的前提是同一類物質且分子組成上相差一個或若干個CH2原子團。

②同系物的組成元素相同，同系物之間相對分子質量相差14n(n＝1，2，3……)。

2．同分異構體

(1)概念：具有相同的分子式，但具有不同的結構的物質。

(2)實例：CH3CH2CH2CH3與互為同分異構體。

(3)同分異構體的沸點：支鏈越多，沸點越低。

(4)同分異構現象是有機化合物種類繁多的原因之一。

警示同分異構現象不只是存在於有機化合物中，只要滿足分子式相同，結構不同的化合物都可以稱為同分異構體。例如尿素[CO(NH2)2]和氰酸銨[NH4CNO]。

3．判斷下列有關同分異構體的敘述是否正確。

(1)同分異構體具有相同的組成元素。(         )

(2)組成元素相同的化合物互為同分異構體。(          )

(3)同分異構體具有相同的相對分子質量。 (        )

(4)相對分子質量相同的化合物互為同分異構體。(        )

(5)互為同分異構體的化合物也可能互為同系物。(        )

答案　(1)√(2)×(3)√(4)×(5)×

4．丁烷有幾種同分異構體，其一氯代物有幾種？

答案　丁烷有兩種同分異構體，它們分別是正丁烷和異丁烷。其一氯代物共有四種，它們分別是CH3CH2CH2CH2Cl、CH3CH2CHClCH3、(CH3)2CHCH2Cl、(CH3)2CClCH3。

一、烷烴的結構特點

【例1】　下列說法正確的是(       ）

A．碳碳間以單鍵結合，碳原子剩餘價鍵全部與氫原子結合的烴一定是飽和鏈烴

B．分子組成符合CnH2n＋2的烴一定是烷烴

C．正戊烷分子中所有的碳原子均在同一條直線上

D．碳、氫原子個數比為1∶3的烷烴有兩種

答案　B

解析　A項中環烷烴也符合要求，但它不是鏈烴，屬於環烴；C項中由碳原子的成鍵方式和鍵角特徵知，碳原子呈折線方式排列，因此正戊烷中的碳原子不在同一直線上；D項中n(C)∶n(H)＝1∶3時必為C2H6，一定是乙烷。

要點歸納

烷烴的結構特點

(1)單鍵：碳原子之間以碳碳單鍵相結合。

(2)飽和：碳原子剩餘價鍵全部跟氫原子結合，烷烴是飽和烴，相同碳原子數的有機物分子裡，烷烴的含氫量最大。

(3)鏈狀：碳原子結合成的鏈可以是「直鏈」，也可以含有支鏈。

變式訓練1　下列性質中，屬於烷烴特徵的是(         ）

A．完全燃燒只生成二氧化碳和水

B．它們不溶於水

C．分子的通式為CnH2n＋2，與氯氣發生取代反應

D．它們密度都較小

答案　C

解析　分子通式為CnH2n＋2，與Cl2發生取代反應是烷烴的特徵，而其他類別的烴燃燒時也產生二氧化碳和水，且密度較小，難溶於水，故A、B、D錯誤，選C。

二、同系物　同分異構體

【例2】　下列物質中互為同分異構體的有____________；互為同位素的有________________________________________________________________；

互為同素異形體的有____________；是同一物質的有________________。(用序號填寫)

① 液氯　②  ③金剛石　④1735Cl 

 ⑦

⑧氯氣　⑨石墨　⑩1737Cl

答案　⑤和⑦④和⑩③和⑨①和⑧、②和⑥

解析　同分異構體是分子式相同，結構不同的化合物，⑤和⑦的分子式都為C6H14，二者互為同分異構體；同位素是質子數相同而中子數不同的原子，故④和⑩互為同位素；同素異形體是同種元素形成的不同種單質，故③和⑨是同素異形體。①和⑧、②和⑥是同種物質。

同位素、同素異形體，同分異構體和同系物之間的區別

比較

概念　　

定　義

化學式

結　構

性　質

同位素

質子數相同、中子數不同的原子

原子符號表示不同，如11H、12H、13H

電子排布相同，原子核結構不同

物理性質不同，化學性質相同

同素異形體

同一種元素形成的不同單質

元素符號表示相同，分子式不同，如石墨和金剛石、O2和O3

單質的組成或結構不同

物理性質不同，化學性質相似

同分異構體

分子式相同、結構式不同的化合物

相同

不同

物理性質不同，化學性質不一定相同

同系物

結構相似，組成相差一個或若干個CH2原子團的化合物

組成元素相同，通式相同，相對分子質量相差14n，如CH4和CH3CH3

同一類物質，結構相似

物理性質不同，化學性質相似

變式訓練2　下列敘述正確的是()

A．分子式相同，各元素質量分數也相同的物質是同種物質

B．通式相同的不同物質一定屬於同系物

C．分子式相同的不同物質一定是同分異構體

D．相對分子質量相同的不同物質一定是同分異構體

答案　C

解析　分子式相同的物質，結構不一定相同，所以不一定是同種物質；通式相同的不同物質不一定是同系物，也可能是同分異構體或是其他關係；相對分子質量相同，分子式不一定相同，如NO和C2H6，因此不一定是同分異構體。

1．有關烷烴的敘述：①都是易燃物；②特徵反應是取代反應；③相鄰兩個烷烴在分子組成上相差一個甲基，其中正確的是()

A．①和③  B．②和③  C只有①  D．①和②

答案　D

解析　相鄰烷烴在分子組成上相差一個—CH2—，而不是—CH3。

2．下列數值都是烴的相對分子質量值，其對應的烴一定為烷烴的是()

A．44  B．42  C．54  D．128

答案　A

解析　用CnH2n＋2的Mr＝14n＋2進行判斷，44對應的烴是C3H8，42對應的烴是C3H6，54對應的烴是C4H6，128對應的烴是C9H20。由於1個C原子與12個H原子的式量之和相等，所以C9H20與C10H8的相對分子質量相等，則128對應的烴不一定是烷烴。

3．下列物質之間的相互關係錯誤的是( )

A．CH3CH2CH2CH2CH3和互為同分異構體

B．乾冰和冰為同一種物質

C．CH3CH3和CH3CH2CH3互為同系物

D．12C和14C互為同位素

答案　B

解析　乾冰是二氧化碳晶體，冰是固態的水。

4．下列關於烷烴的敘述，不正確的是()

A．在烷烴分子中，只有單鍵

B．烷烴的通式為CnH2n＋2，符合該通式的烴不一定是烷烴

C．烷烴在一定條件下都能與Cl2發生取代反應

D．隨著碳原子數的增加，烷烴的熔、沸點逐漸升高

答案　B

解析　烷烴中的碳碳鍵、碳氫鍵均為單鍵；烷烴在一定條件下都能與Cl2發生取代反應，取代反應是烷烴的典型性質；隨著碳原子數的增加，烷烴的分子間作用力增大，使其熔、沸點逐漸升高；因烷烴分子中的氫原子已達飽和，故符合CnH2n＋2的有機物只能是烷烴。

5．觀察下面幾種烷烴的球棍模型

(1)與C互為同系物的是________，與C互為同分異構體的是____________ ____。

(2)在烷烴的同系物中，隨碳原子數增加，其熔、沸點依次________(其中碳原子數滿足________條件的烷烴常溫下呈氣態)，液態時密度依次____________。

答案　(1)A、BD(2)升高　小於或等於4　增大

解析　理解同系物、同分異構體的概念，會判斷同系物、同分異構體。了解隨碳原子數增加，烷烴熔點、沸點、密度的遞變規律。

題組1　烷烴及其性質判斷

1．下列屬於烷烴特有性質的是(         ）

A．在空氣中完全燃燒的產物為二氧化碳和水

B．它們幾乎不溶於水

C．可與氯氣在光照下發生取代反應

D．可與溴水中的溴發生取代反應；可使酸性高錳酸鉀溶液褪色

答案　C

解析　烴類化合物完全燃燒的產物均為二氧化碳和水，因此A不是烷烴的特有性質；烴類化合物幾乎都不溶於水，所以B也不正確；烷烴與溴水、酸性高錳酸鉀均不反應，故D不正確。

2．下列烷烴，常溫下呈氣態的是(     ）

A．戊烷  B．丁烷  C．庚烷  D．十二烷

答案　B

解析　烷烴的熔沸點隨碳原子數的增加逐漸升高，故狀態變化為：氣態­液態固態，常溫下碳原子個數小於或等於4的烷烴呈氣態。

3．下列關於CH4和CHCH3CH3CH3的敘述正確的是(       ）

A．均能用組成通式CnH2n＋2來表示

B．與所有烷烴互為同分異構體

C．它們物理、化學性質相同

D．通常情況下前者是氣體，後者是液體

答案　A

解析　A項，因二者均為烷烴，都符合通式CnH2n＋2；B項，它們與其他烷烴互為同系物；C項，化學性質相似，但物理性質不同；D項，碳原子數小於或等於4的烷烴常溫下是氣體。

4．(雙選)下列物質在一定條件下可與乙烷發生化學反應的是(       ）

A．氯氣             B．溴水

C．氧水             D．酸性高錳酸鉀溶液

答案　AC

解析　類比甲烷的化學性質，乙烷與氯氣在光照條件下發生取代反應，和O2能發生燃燒反應，和溴水、酸性高錳酸鉀溶液不反應。

5．在下列5種物質沸點的排列順序中，正確的是(            ）

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　根據烴類的熔沸點大小判斷規律：在有機物同系物中，隨著碳原子數的增加，相對分子質量的增大，分子間作用力增大，熔沸點逐漸升高；分子式相同的烴，支鏈越多，熔沸點越低。分析各選項，①②均只有4個C原子，③④⑤均只有5個碳原子，故①②的沸點小於③④⑤的沸點；②有1個支鏈，而①無，故①>②；③無支鏈，④只有1個支鏈，⑤有2個支鏈，故③>④>⑤；綜上所述：③>④>⑤>①>②。

題組2　同系物、同分異構體

6．下列關於同系物的說法中，錯誤的是(      ）

A．同系物具有相同的最簡式

B．同系物能符合同一通式

C．同系物中，相鄰的同系物彼此在組成上相差一個CH2原子團

D．同系物的化學性質基本相似，物理性質隨碳原子數增加而呈規律性變化

答案　A

解析　結構相似，必屬同一類物質，因此有同一通式，但不一定有相同的最簡式，A錯誤，B正確；相鄰同系物組成上相差一個CH2原子團，C正確；因結構相似，所以化學性質基本相似，但組成上的差異使得物理性質隨碳原子數增加而呈規律性變化，D正確。

7．下列烷烴在光照條件下與氯氣反應，只生成一種一氯代烴的是(   ）

A．CH3CH2CH2CH3  B．CH3CH(CH3)CH3

C．C(CH3)4  D．CH3CH(CH3)CH2CH3

答案　C

解析　選項A有兩種同分異構體，B項也有兩種同分異構體，C項只有一種同分異構體，D項有四種同分異構體。

題組3　烴的燃燒計算

8．在常溫、常壓下，取下列四種氣態烴各1 mol，分別在足量的氧氣中燃燒，消耗氧氣最多的是(    ）

A．CH4  B．C3H8  C．C4H10  D．C2H6

答案　C

解析　設此氣態烴的分子式為CxHy，其完全燃燒的化學方程式為，則1 mol該烴完全燃燒時耗氧量為mol，上述選項分別代入mol，比較可知C4H10耗氧量最多。

9．(1)乙烷的電子式為________________，分子式為CmH20的烷烴中m為________，分子式為C8Hn的烷烴中n為________，與CO2密度(同溫同壓)相同的烷烴分子式為________，若上述四種烴各為1 mol，在足量O2中燃燒，消耗O2最多的是________。

(2)若CH4、C2H6、C3H8、C4H10四種烴各為1 g，在足量O2中燃燒，消耗O2最多的是________。

答案

918C3H8C9H20   (2)CH4

解析　(1)根據烷烴通式為CnH2n＋2可求出m為9，n為18，密度與CO2相同的烷烴式量為44，由14n＋2＝44可求出n為3，即分子式為C3H8。若同為1 mol烴，消耗O2的多少取決於CxHy中「x＋4y」的大小，「x＋4y」的值越大，消耗O2越多，此題中消耗O2最多的是C9H20。

(2)若同為1 g烴，消耗O2的多少取決於CxHy中「xy」的大小，「xy」的值越大，消耗O2越多，此題中消耗O2最多的是CH4。

10．有下列結構的物質：①CH3(CH2)3CH3

②CH3CH2CH2CH2CH3③CH3CH2CH2CH2CH2CH3

其中，屬於同系物的是________；屬於同分異構體的是__________________________________；

屬於同種物質的是________。

A．①②B．②③C．③④⑤⑥⑦D．①③E．③④⑤⑦F．④⑥

答案BDEAF

解析7種物質均為烷烴，若碳原子數不同，則互為同系物；若碳原子數相同，而結構不同，則互為同分異構體；若碳原子數相同，且結構也相同，則為同一種物質。7種物質的分子式分別為①C5H12②C5H12③C6H14④C6H14⑤C6H14⑥C6H14⑦C6H14。所以①②中任一物質與③④⑤⑥⑦中任一物質均屬於同系物；①②結構相同，屬於同種物質，④⑥結構相同，屬於同種物質；③④⑤⑦或③⑤⑥⑦互為同分異構體。

11．已知某烷烴分子中電子數為42。

(1)該烷烴的分子式為______________________________________________。

(2)寫出該烷烴分子的所有同分異構體的結構簡式_________________________________________________________。

(3)上述同分異構體中，在相同條件下沸點最低的是_______________________________________________________。(寫結構簡式)

答案　(1)C5H12

(2)CH3—CH2—CH2—CH2—CH3、 

解析　(1)烷烴分子通式為CnH2n＋2，則其分子中電子數為6n＋(2n＋2)＝42，

n＝5，烷烴分子式為C5H12。

(2)烷烴C5H12有三種同分異構體，其結構簡式分別為CH3—CH2—CH2—CH2—CH3、。

(3)烷烴分子中，碳原子數相同時，所帶支鏈越多，其沸點越低，因此烷烴C5H12三種同分異構體中，沸點最低。

12．(1)請寫出烷烴CnH2n＋2(n≥1)在足量的氧氣中充分燃燒的化學方程式： __________________________________________________________________。

有①甲烷，②乙烷，③丙烷，④丁烷4種烷烴，試回答(2)～(4)題(填序號)：

(2)相同狀況下，等體積的上述氣態烴充分燃燒，消耗O2的量最多的是________。

(3)等質量的上述氣態烴，在充分燃燒時，消耗O2的量最多的是________。

(4)10 mL某氣態烴，在50 mL O2中充分燃燒，得到液態水，以及體積為35 mL的混合氣體(所有氣體體積均在同溫、同壓下測定)。該氣態烴是________。

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

(2)④(3)①(4)②

解析(1)烷烴CnH2n＋2燃燒的化學方程式為CnH2n＋2＋23n＋1O2點燃――→nCO2＋(n＋1)H2O；(2)相同狀況下，等體積即物質的量相同，消耗O2的量取決於23n＋1，即丁烷消耗O2的量最多；(3)等質量時耗O2量取決於氫的含量，即甲烷耗O2量最多，(4)反應前後體積之差為25 mL，根據燃燒化學方程式可知該烴為乙烷。