■浙江省金華市艾青中學 劉樹載
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烴的知識大突破
■浙江省金華市艾青中學 劉樹載
烴包括脂肪烴和芳香烴,是有機化學的基礎,是歷年高考的內容之一,其涉及的規(guī)律非常多,如各種烴的組成、結構、通式,烴類物質的物理性質規(guī)律,取代、加成反應規(guī)律,烴類物質燃燒規(guī)律等,在學習時應一一落實到位,并注意相關知識的靈活應用。
一、烴的分類
(1)降冰片烯屬于____。
a.環(huán)烴 b.不飽和烴
c.烷烴 d.芳香烴
(2)降冰片烯的分子式為____。
(3)降冰片烯的一種同分異構體(含有一個六元環(huán)的單環(huán)化合物)的結構簡式為____。
(4)降冰片烯不具有的性質是____。
a.能溶于水
b.能發(fā)生氧化反應
c.能發(fā)生加成反應
d.常溫常壓下為氣體
解析:(1)降冰片烯分子中含有碳碳雙鍵,屬于不飽和烴,降冰片烯也屬于環(huán)烴,但不屬于烷烴(飽和烴),分子中不存在苯環(huán),不屬于芳香烴。(2)根據碳、氫原子的成鍵規(guī)律和降冰片烯的結構簡式可得其分子式為C7H10。(3)根據分子式C7H10,如分子中有六元環(huán),應還含有一個碳碳雙鍵,六元環(huán)需6個C原子,剩余的碳氫構成甲基。(4)降冰片烯屬于烴類,有機物不能溶于水,其碳原子個數已經大于4,常溫下不是氣體,其分子中含有碳碳雙鍵,能發(fā)生加成和氧化反應。
解題點睛:
A.C2H4
B.C4H8
答案:A
解題點睛:同系物的判斷規(guī)律:(1)一差(分子組成差若干個CH2);(2)兩同(同通式,同結構);(3)三注意:①必為同一類物質;②結構相似,即有相似的原子連接方式或相同的官能團種類和數目;③同系物間物理性質不同,化學性質相似。
三、脂肪烴的物理性質
例3 下列物質的沸點排列順序正確的是( )。
①丁烷 ②2-甲基丙烷 ③正戊烷 ④2-甲基丁烷 ⑤2,2-二甲基丙烷
A.①>②>③>④>⑤
B.⑤>④>③>②>①
C.③>④>⑤>①>②
D.②>①>⑤>④>③
解析:丁烷、2-甲基丙烷的碳原子數為4, 正戊烷、2-甲基丁烷、 2,2-二甲基丙烷的碳原子數為5。2-甲基丙烷含支鏈,丁烷不含支鏈,故丁烷沸點高于2-甲基丙烷。2-甲基丁烷含一個支鏈,2,2-二甲基丙烷含兩個支鏈,正戊烷不含支鏈,故沸點正戊烷>2-甲基丁烷>2,2-二甲基丙烷>丁烷>2-甲基丙烷。
答案:C
解題點睛:判斷同類型的有機物的熔、沸點高低,首先看分子量大小,分子量越大,則熔、沸點越高;如果分子量相同,則看支鏈的多少,一般而言,支鏈越多,熔、沸點越低,支鏈越少,熔、沸點越高。
四、脂肪烴的化學性質
例4 1 mol某鏈烴最多能和2 mol HCl發(fā)生加成反應,生成的1 mol氯代烷能和6 mol Cl2發(fā)生取代反應,最終生成只含碳元素和氯元素的氯化烴,該烴可能是( )。
答案:B
解題點睛:1 mol烯烴只能與1 mol H2或鹵素單質、鹵化氫加成,而1 mol炔烴最多可與2 mol 上述物質加成。取代反應與加成反應的特點不同,1個Cl只能取代1個H原子,即向有機物分子中引入氯原子。
五、脂肪烴的來源和應用
例5 下列說法錯誤的是( )。
A.石油中含有C5~C11的烷烴,可以通過石油的分餾得到汽油
B.含C18以上烷烴的重油經過催化裂化可以得到汽油
C.石油裂解是為了獲得更多的汽油
D.煤油、柴油、汽油都是烴的混合物。
解析:A選項,石油是由烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴組成的混合物。石油主要由液態(tài)烴構成,也溶有少量氣態(tài)烴和固態(tài)烴。石油中肯定含有C5~C11的烷烴,因此通過煉油廠的分餾就可以得到汽油、煤油等分餾產品。B選項,含C18以上的固態(tài)烴利用率低,交通運輸業(yè)需要更多的燃料油。使重油長鏈烴分子斷裂就可以得到汽油,使長鏈烴分子斷裂為C5~C11烷烴的過程采用催化裂化的方法。C選項,石油裂解屬于深度裂化,采用的溫度比裂化高,長鏈烴分子斷裂程度大。裂解的目的不是為了生產更多的汽油,而是為了獲得大量的石油化工產品,主要是三烯:乙烯、丙烯、丁二烯。D選項,石油是烴的混合物,石油分餾產品汽油、煤油、柴油等仍是烴的混合物。所不同的只是這些分餾產品沸點范圍小,是含碳原子數相近的烴的混合物。
答案:C
解題點睛:掌握石油的分餾、裂化和裂解等步驟以及所得到的產物。裂化的目的是為了提高輕質油,特別是汽油的產量;裂解的目的是得到以“三烯”(乙烯、丙烯、丁二烯)為主的短鏈及不飽和烴。
六、苯的分子結構
例6 能說明苯分子的平面正六邊形的結構中,碳碳鍵不是單、雙鍵交替的事實的是( )。
A.苯的一元取代物無同分異構體
B.苯的鄰位二元取代物只有一種
C.苯的間位二元取代物只有一種
D.苯的對位二元取代物只有一種
答案:B
解題點睛:苯分子不是碳碳單鍵和雙鍵交替組成的環(huán)狀結構,苯環(huán)上的碳碳鍵是一種介于單鍵和雙鍵之間的獨特的共價鍵,六個碳碳鍵完全相同,所以苯分子的空間構型為平面正六邊形,苯分子里的6個碳原子和6個氫原子都在同一平面上,是一種非極性分子。此題用的方法叫“反證法”,即“反其道而行之”。為了證明苯環(huán)不是碳碳單鍵和雙鍵的交替,先設它是這樣的結構,看能引起什么樣的結果,再結合題干選項從而解決問題。
七、苯的化學性質
例7 與飽和鏈烴、不飽和鏈烴相比較,苯具有的獨特性質是( )。
A.難氧化、易加成、難取代
B.難氧化、易取代、難加成
C.易氧化、難加成、易取代
D.易氧化、難加成、難取代
解析:苯分子中存在獨特的碳碳鍵,不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色,說明難氧化;苯不具有典型的雙鍵所應有的加成反應性質,與烯烴相比,苯不易發(fā)生加成反應,但在特殊情況下(催化劑、一定溫度),仍能發(fā)生加成反應。與烷烴相比,苯的取代反應較易。
答案:B
解題點睛:結構決定性質,性質是結構的反映。苯分子的結構并不是簡單的單鍵、雙鍵交替組合,而是一種獨特的碳碳鍵,因此苯的性質表現為易取代(C—H鍵斷裂)、難加成。
八、苯的同系物的結構
例8 側鏈上含3個碳原子的甲苯的同系物共有( )。
A.1種 B.3種 C.6種 D.8種
解析:甲苯的同系物也就是苯的同系物,側鏈必須飽和。含三個碳原子的側鏈有三種情況:一是全為甲基,二是全為丙基,三是含有一個甲基和一個乙基。符合以上條件的都是甲苯的同系物。
答案:D
解題點睛:苯的同系物都含有1個苯環(huán),在組成上比苯多一個或若干個CH2原子團,符合CnH2n-6(n≥6)的通式。實際上,只有苯環(huán)上的取代基是烷烴基時,才屬于苯的同系物。苯的同系物特征是只含有一個苯環(huán)。
九、烴分子中原子共線或共面的確定
A.6 B.8 C.9 D.14
圖1
解析: “至少”實際是說一定處于同一平面的C原子個數。苯分子是一個平面型分子,分子中的六個碳原子和六個氫原子都在同一平面上。所以,與苯環(huán)直接相連的原子都在苯環(huán)所確定的平面上,即圖1所標的碳原子1和8肯定在左邊苯環(huán)所決定的平面上。又由于苯分子中的鍵角是120°,所以碳原子4、7、8、9肯定在同一條直線上,即9號碳原子也一定在左邊苯環(huán)所決定的平面上。此題如果說最多可能有多少碳原子共平面,那么,應該是14個碳原子,即全部碳原子共平面。
答案:C
解題點睛:有機化合物不僅有一定的分子組成,還有一定的空間結構。掌握一些典型有機化合物的空間結構,運用數學上立體幾何的有關知識,可以順利解決有機化合物中原子共直線、共平面問題。
(1)CH4型。此類化合物的空間結構為正四面體。C原子位于正四面體中心,四個氫原子位于正四面體的頂點,C—H鍵之間的鍵角為109°28′,五個原子中最多有三個原子共平面。
(3)HC≡CH型。乙炔的結構式為H—C≡C—H,四個原子處在同一直線上。
十、烴燃燒推斷分子式
例10 400 K、1.01×105Pa時,2 L烴A的蒸氣能在mL氧氣中完全燃燒,反應后體積增至(m+4) L(體積在同樣的條件下測定)。請回答:
(1)烴A在組成上應滿足的條件是____。
(2)當m=15時,該烴可能的分子式為____。
(3)若A在常溫常壓下為氣態(tài),m的取值范圍是____。
(2)可能出現的烴及耗氧量(L):
C3H85×2=10
C4H86×2=12
C5H87×2=14
C6H88×2=16>15
故可能的分子式為C3H8、C4H8、C5H8。
(3)A在常溫常壓下為氣態(tài),可能為C3H8或C4H8,只需考慮耗氧量最大的C4H8,故m應不小于12。
答案:烴分子中氫原子數為8 C3H8、C4H8、C5H8m≥12
十一、烴的鑒別與鑒定
例11 能用高錳酸鉀酸性溶液鑒別而不能用溴水鑒別的是( )。
A.甲烷和乙烯 B.乙烯和乙炔
C.苯和鄰二甲苯 D.濃鹽酸和濃硝酸
解析:乙烯、乙炔都能使溴水和高錳酸鉀酸性溶液褪色,而甲烷、苯、濃鹽酸、濃硝酸都不能使高錳酸鉀酸性溶液和溴水褪色,故A、B、D不符合題意。鄰二甲苯可使高錳酸鉀酸性溶液褪色,而不能使溴水褪色。
答案:C
解題點睛:各類烴的結構特點及其重要性質:
烴結構特點重要化學性質烷烴鏈烴、C—C鍵穩(wěn)定,取代(特征反應)、氧化(燃燒)、裂解烯烴鏈烴、CC鍵不穩(wěn)定,加成(特征反應)、氧化、加聚炔烴鏈烴、CC鍵不穩(wěn)定,加成(特征反應)、氧化、加聚二烯烴鏈烴,2個CC鍵不穩(wěn)定,加成(1,2加成和1,4加成)、氧化、加聚苯及其同系物芳香烴,一個苯環(huán)穩(wěn)定,易取代,能加成,難氧化,苯的同系物側鏈易被酸性KMnO4溶液氧化
(責任編輯 謝啟剛)