2019年高考化学一轮复习 专题9.1 重要的烃、化石燃料（讲）.doc

专题9.1 重要的烃、化石燃料 1、了解甲烷、乙烯、苯等有机化合物的主要性质及应用。2、了解取代反应、加成反应、聚合反应等有机反应类型。3、了解有机化合物中碳的成键特征。4、了解煤、石油、天然气综合利用的意义。5、了解常见高分子材料的合成反应及重要应用。6、了解有机物的同分异构现象，能正确书写简单有机化合物的同分异构体。 一、重要的烃1有机化合物（1）概念：通常把含有碳元素的化合物称为有机物。【注意】碳的氧化物、碳酸以及碳酸盐等物质的结构与性质和无机化合物相似，为属于无机物。（2）碳原子的成键特点：碳原子最外层有4个电子，不易得到或失去电子而形成阴离子或阳离子，碳原子通过共价键与氢、氮、氧、硫等元素的原子形成共价化合物；碳原子与碳原子之间也可以形成单键、双键、三键，既可结合成链状，也可结合成环状。（3）烃概念：分子中只含有碳、氢两种元素的有机物。最简单的烃是甲烷。分类：按碳骨架分2甲烷、乙烯、苯的比较甲烷乙烯苯结构式结构特点碳原子间以单键结合成链状，剩余的价键被氢原子“饱和”分子结构中含有碳碳双键苯环含有介于单键和双键之间的独特的键分子形状正四面体平面形平面六边形物理性质无色气体，难溶于水无色特殊气味透明液体，密度比水小，难溶于水 3三种烃的化学性质（1）甲烷(CH4) 稳定性：与强酸、强碱和强氧化剂等一般不发生化学反应。燃烧反应：化学方程式为CH42O2CO22H2O。取代反应：在光照条件下与Cl2发生取代反应，第一步反应的方程式为CH4Cl2CH3ClHCl，继续反应依次又生成了CH2Cl2、CHCl3、CCl4。（2）乙烯(CH2=CH2) 燃烧：CH2=CH23O22CO22H2O。(火焰明亮且伴有黑烟)加聚反应：nCH2=CH2 CH2CH2 。（3）苯(C6H6) 燃烧：2C6H615O212CO26H2O。(火焰明亮，带浓烟)取代反应：苯与液溴的取代反应：；苯的硝化反应：浓H2SO4。加成反应：一定条件下与H2加成：。4.烷烃（1）烷烃的结构与性质通式CnH2n2(n1)结构链状(可带支链)分子中碳原子呈锯齿状排列；碳原子间以单键相连，其余价键均被氢原子饱和特点一个碳原子与相邻四个原子构成四面体结构；1 mol CnH2n2含共价键的数目是(3n1)NA物理性质密度：随着分子中的碳原子数的增加而增大，但都小于水的密度熔沸点：随分子中的碳原子数的增加而升高状态：气态液态固态，碳原子数小于5的烷烃常温下呈气态化学性质取代反应；氧化反应(燃烧)；分解反应(高温裂解)（2）烷烃的习惯命名法当碳原子数n10时，用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示；当n10时，用汉字数字表示。当碳原子数n相同时，用正、异、新来区别。如：CH3CH2CH2CH2CH3称为正戊烷，(CH3)2CHCH2CH3称为异戊烷，C(CH3)4称为新戊烷。【典型例题1】【湖南衡阳2018届高三上学期期末】柠檬烯是一种食用香料,其结构简式如图，有关柠檬烯的分析不正确的是 （ ）A 它的一氯代物有8种B 一定条件下,它分别可以发生加成、取代、氧化、水解反应C 它所含的碳原子不在同一平面D 1mol该有机物最多可以跟2molH2加成【答案】B 【点评】本题考查有机物的结构与性质，侧重分析与应用能力的考查，解题关键：把握有机物的官能团与性质的关系，注意结构对称性分析。选项A为难点，分子中含8种H，则柠檬烯的一氯代物有8种。【迁移训练1】【福建莆田六中2019届高三9月月考】下列关于有机物的说法正确的是 （ ）A聚乙烯能使溴的四氯化碳溶液褪色B用水可以分离苯和溴苯的混合物C聚氯乙烯的单体是CH2=CHCl,该单体的某些化学性质与乙烯相似D与H2加成反应生成异戊烷的物质一定是烯烃【答案】C【解析】A乙烯发生加聚生成聚乙烯，结构中不能存在碳碳双键，不能和溴发生加成反应导致溴的四氯化碳溶液褪色，A错误；B苯和溴苯互溶，且二者均不溶于水，不能用水分离苯和溴苯的混合物，B错误；C聚氯乙烯的单体是CH2=CHCl，该分子结构中含有碳碳双键，与乙烯（CH2=CH2）的某些化学性质相似，C正确；D3-甲基-1-丁炔与H2加成反应也可以生成异戊烷，不一定是烯烃，D错误；正确选项C。 二、有机反应类型反应类型取代反应加成反应加聚反应概念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代替的反应有机物分子中双键(或三键)两端的碳原子与其他原子或原子团直接结合生成新的化合物的反应由不饱和的相对分子质量小的化合物分子结合成相对分子质量大的化合物分子的反应碳碳键的变化断旧键形成新键不饱和键打开不饱和键打开反应前后分子数目一般相等减少减少反应特点可发生分步取代反应有时只有一种加成方式，有时也有多种加成方式反应一般为单方向进行，一般不可逆实例CH4Cl2CH3ClHClCH2=CH2H2OCH3CH2OHnCH2=CH2CH2CH2 【归纳总结】轻松突破取代反应、加成反应（1）加成反应的特点是：“断一，加二，都进来”。“断一”是指双键中的一个不稳定键断裂；“加二”是指加上两个其他原子或原子团，一定分别加在两个不饱和碳原子上，此反应类似无机反应中的化合反应，理论上原子利用率为100%。（2）取代反应的特点是“上一下一，有进有出”，类似无机反应中的复分解反应，注意在书写化学方程式时，防止漏写产物中的小分子，如苯的硝化反应中生成的水。【典型例题2】【天津一中2018届期中】下列反应中前者属于取代反应，后者属于加成反应的是 （ ）A甲烷与氯气混合后光照反应；乙烯使酸性高锰酸钾溶液的褪色B乙烯与溴的四氯化碳溶液反应；苯与氢气在一定条件下反应生成环己烷C苯滴入浓硝酸和浓硫酸的混合液中，有油状液体生成；乙烯与水生成乙醇的反应D在苯中滴入溴水，使溴水褪色；乙烯与氯化氢反应制取氯乙烷【答案】C 【点评】有机物分子中的不饱和键断裂,断键原子与其它原子或原子团相结合,生成新的化合物的反应是加成反应；有机物中的原子或原子团被其它的原子或原子团所代替生成新的化合物的反应叫取代反应，掌握、理解好两个概念，才能更好的应用。【迁移训练2】【广东省普通高中2019届9月月考】对下列有机反应类型的认识中，错误的是 （ ）A；取代反应B CH2CH2 Br2 CH2BrCH2 Br；加成反应C CH4 Cl2CH3Cl HCl ；置换反应D；酯化反应【答案】C【解析】A是苯的硝化反应，所以取代反应，正确；B是乙烯与单质溴的加成反应，正确；C是甲烷的取代反应，不是置换反应，错误；D是乙酸与乙醇的酯化反应，也属于取代反应，正确。 三、碳的成键特征与同分异构体1有机物中碳原子的成键特征（1）碳原子的最外层有4个电子，可与其他原子形成4个共价键，而且碳碳原子之间也能相互形成共价键；（2）碳原子不仅可以形成单键，还可以形成双键或三键；（3）多个碳原子可以相互结合形成碳链，也可以形成碳环，碳链或碳环上还可以连有支链。2同系物（1）定义：结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质互称为同系物。（2）烷烃同系物：分子式都符合CnH2n2，如CH4、CH3CH3、互为同系物。（3）同系物的化学性质相似，物理性质呈现一定的递变规律。3同分异构体（1）具有相同的分子式，但具有不同结构的化合物互称为同分异构体。（2）常见烷烃的同分异构体甲烷、乙烷、丙烷无同分异构现象；丁烷的同分异构体有2种；戊烷的同分异构体有3种。4有机物结构的表示方法 种类实例含义分子式C2H4用元素符号表示物质分子组成的式子，可反映出一个分子中原子的种类和数目最简式(实验式)CH2表示物质组成的各元素原子最简整数比的式子由最简式可求最简式量分子式是最简式的整数倍电子式用“”或“”表示原子最外层电子成键情况的式子 结构式具有化学式所能表示的意义，能反映物质的结构表示分子中原子的结合或排列顺序的式子，但不表示空间构型结构简式CH2=CH2结构式的简便写法，着重突出结构特点(官能团)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 【拓展视野】键线式：碳碳键用线段来体现。拐点或端点表示碳原子，碳原子上的氢原子不必标出，其他原子及其他原子上的氢原子都要指明。例如：丙烯、正丙醇的键线式分别为、。 【典型例题3】【黑龙江哈尔滨六中2018届期末】环之间共用一个碳原子的化合物称为螺环化合物，螺2，2戊烷（）是最简单的一种。下列关于该化合物的说法错误的是 （ ）A与环戊烯互为同分异构体B二氯代物超过两种C所有碳原子均处同一平面D此物质分子式为C5H8【答案】C 解析：螺2，2戊烷的分子式为C5H8，环戊烯的分子式也是C5H8，结构不同，互为同分异构体，A正确；分子中的8个氢原子完全相同，二氯代物中可以取代同一个碳原子上的氢原子，也可以是相邻碳原子上或者不相邻的碳原子上，因此其二氯代物超过两种，B正确；由于分子中4个碳原子均是饱和碳原子，而与饱和碳原子相连的4个原子一定构成四面体，所以分子中所有碳原子不可能均处在同一平面上，C错误；戊烷比螺2，2戊烷多4个氢原子，所以生成1 molC5H12至少需要2 molH2，D正确。答案选C。【点评】把握有机物的结构、同分异构体的判断为解答的关键，选项B与C是解答的易错点和难点，对于二元取代物同分异构体的数目判断，可固定一个取代基的位置，再移动另一取代基的位置以确定同分异构体的数目。【迁移训练3】【2018年10月17日每日一题一轮复习】下列各项均能表示甲烷的分子结构，但更能反映其真实情况的是 （ ） AA BB CC DD【答案】D 四、化石燃料的综合利用1煤的综合利用煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，主要含有碳元素，还含有少量氢、氧、氮、硫等元素。（1）煤的干馏原理：把煤隔绝空气加强热使其分解的过程。煤的干馏是一个复杂的物理、化学变化过程。煤的干馏产物 （2）煤的气化将煤中的有机物转化为可燃性气体的过程，目前主要方法是碳和水蒸气反应制水煤气。化学方程式为CH2O(g)COH2。（3）煤的液化直接液化：煤氢气催化剂液体燃料间接液化：煤水水煤气催化剂甲醇等2天然气的综合利用（1）天然气的主要成分是甲烷，它是一种清洁的化石燃料，更是一种重要的化工原料。（2）天然气与水蒸气反应制取H2原理：CH4H2O(g)高温CO3H2。3石油的综合利用（1）石油的成分石油主要是由多种碳氢化合物组成的混合物。主要成分是烷烃、环烷径和芳香烃。所含元素以碳、氢为主，还有少量N、S、P、O等。（2）石油的加工方法过程目的分馏把原油中各组分分离成沸点不同的分馏产物获得各种燃料用油裂化把相对分子质量大的烃断裂成相对分子质量小的烃得到更多的汽油等轻质油裂解深度裂化，产物呈气态得到乙烯、丙烯、甲烷等化工原料4.三大合成材料（1）三大合成材料是指塑料、合成橡胶和合成纤维。（2）聚合反应合成聚乙烯的化学方程式：nCH2=CH2CH2CH2，单体为CH2=CH2，链节为CH2CH2，聚合度为n。【典型例题4】【山西忻州一中2018届4月月考】下列转化不属于煤或石油的综合利用的是 （ ）A将煤干馏制得煤焦油和焦炭 B在一定条件下将煤与氢气转化为液体燃料C将煤变为煤饼作燃料 D将石油裂解制得乙烯等化工原料【答案】D【解析】A、将煤干馏制得煤焦油和焦炭，A正确；B、在一定条件下将煤与氢气转化为液体燃料是煤的液化，B正确；C、将石油裂解制得乙烯等化工原料是石油的裂解，C正确；D、将煤变为煤饼不是煤的综合利用，D错误。答案选D。【点评】煤的综合利用包括煤的气化和液化等，也就是将煤转化为气体燃料或液体燃料，减少污染物的排放。石油的综合利用是将石油进行分馏、裂化裂解等，得到轻质燃料和乙烯等化工原料。注意这些过程是物理变化还是化学变化，与乙烯等重要产品的性质进行联系。【迁移训练4】【江西赣中南五校2018届高三上学期第二次联考】下列说法中，正确的是 （ ）A通过石油分馏可以获得大量的芳香烃B石油裂化的目的是为了得到乙烯、丙烯和苯C煤的干馏发生了化学变化D煤中含有苯和甲苯，可以通过先干馏后分馏的方法得到苯和甲苯【答案】C 考点一：同系物的判断方法“一同二差”：通式相同，官能团的种类数目相同；分子组成上至少相差一个CH2原子团。如：CH2=CH2与通式相同，官能团不同，二者不是同系物。CH3CH2CH2CH3与二者不相差一个CH2，不是同系物。的环数不同，且不相差n个CH2原子团，不是同系物。【典型例题5】【宁夏六盘山高级中学2018届高三上第一次月考】下列物质一定属于同系物的是 （ ）C3H6CH2CH-CHCH2C2H4 A B C D【答案】C 【点评】同系物是结构相似，在分子组成上相差一个或若干个“CH2”原子团的化合物，特别要理解结构相似，结构相似指的是含有元素种类相同，碳的连接方式一样，含有官能团种类和数目相同，然后再看是不是相差一个或若干个“CH2”。【迁移训练5】【内蒙古太仆寺旗宝昌一中2018届期末】下列各组内的物质属于同系物的 （ ）ACH3CH3 与CH3CH2CH2CH2CH3BCH3CH3 与 CH2= CHCH3CCH3CH2CH2CH2CH3 与 CH3CH(CH3)CH2CH3D【答案】A【解析】分析：结构相似、在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的化合物互为同系物，即互为同系物的化合物的官能团的种类、个数必须相同，据此分析。详解：A、CH3CH3、CH3CH2CH2CH2CH3均为烷烃，故结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团，互为同系物，故A正确；B、CH3-CH3是烷烃，而CH2CH-CH3为烯烃，故CH3-CH3和CH2CH-CH3的结构不相似，不互为同系物，故B错误；C、CH3CH2CH2CH2CH3 与 CH3CH(CH3)CH2CH3的分子式相同而结构不同，故互为同分异构体，故C错误；D、的分子式相同，结构相同，为同一种物质，故D错误；故选A。 考点二：同分异构体书写及数目巧确定1同分异构体的书写（1）减碳法：书写时要做到全面避免不重复，具体规则为主链由长到短，支链由整到散，位置由心到边，排列由同到邻到间，碳满四价。如：写出分子式为C7H16的所有有机物的结构简式。经判断，C7H16烷烃。第一步：写出最长碳链（只写出了碳，氢原子根据“碳满四价”补足）。CCCCCCC第二步：去掉最长碳链中1个碳原子作为支链 (取代基），余下碳原子作为主链，依次找出支链在主链中的可能位置（表示取代基连接在主链上碳的位置），注意主链结构的对称性和等同性（主链结构沿虚线对称，2与5，3与4处于对称位置，甲基连接在1或6将会和第一步中的结构相同）。 第三步：去掉最长碳链中的两个碳原子作为支链，出现两种情况：（1）作为一个支链（乙基）（只能连在3号碳上，得到1种异构体）；（2）两个碳原子作为 2个支链（两个甲基），主链结构沿3号碳原子对称， 采取“定一移二”法（将一个甲基固定在3号碳原子上后，另一个甲基可连接在2或3位置得到2种异构体，然后将固定在3号碳原子上的甲基固定在2号碳原子上，则另一个甲基可连接在2或4位置得到2种异构体。共将得到4种异构体）。 第四步：去掉最长碳链中的3个碳原子作为支链，出现三种情况：（1）作为丙基不能产生新的同分异构体；（2）作为两个支链（一个甲基和一个乙基），也不能产生新的同分异构体；（3）作为三个支链（三个甲基），得到1种异构体。 第五步：最后用氢原子补足碳原子的四个价键（2）3个书写同分异构体的顺序：烷烃：成直链，一条线；摘一碳，挂中间，往边移，不到端；摘二碳，成乙基；二甲基，同、邻、间。含官能团的有机物：碳链异构位置异构官能团异构芳香族化合物：邻间对（3）限定条件同分异构体的书写近几年，高考试题加强了考查有一定限制条件的同分异构体的书写，解答此类题的一般思路如下： 首先根据限制条件的范围，确定有机物的类别(即官能团异构)； 确定有机物可能含有的几种碳链结构(即碳链异构)； 确定有机物中官能团的具体位置(即位置异构)2一元取代物同分异构体数目的判断（1）接入法（适用于烯烃、炔烃、酯、醚、酮类等）：所谓“接入法”是将官能团拿出，利用降碳法写出剩余部分的碳链异构，再找官能团（相当于取代基）在碳链上的位置（C和H原子间或C和C原子间），将官能团接入，产生位置异构。书写要做到思维有序，如可按照碳链异构位置异构官能团异构的顺序书写，也可按照官能团异构碳链异构官能团位置异构顺序书写，不管按照哪种方法书写都必须注意官能团结构的对称性和官能团位置的等同性，做到不重不漏。碳链异构：碳骨架（碳原子的连接方式）不同异构现象。如书写C5H10O的醛的同分异构体时，将官能团CHO拿出，利用降碳法写出剩余四个碳的碳链异构，再找CHO在碳链上的位置，将其插入，产生位置异构。共四种。 官能团位置异构：由于官能团在碳链或碳环上的位置不同而产生的异构现象。如书写C3H8O的 醇的同分异构时易得到CH3CH2CH2OH(1-丙醇) 和CH3CH(OH)CH3(2-丙醇）两种同分异构体；书 写C4H8的烯烃同分异构时易得到 CH3CH2CH=CH2、 CH3CH=CHCH3 和(CH3)2C=CH2三种同分异构体。官能团异构：由于官能团的种类不同而产生的异构现象。考虑官能团异构主要有以下几种情况，烯烃环烷烃，二烯烃炔烃，饱和一元醇醚，饱和一元醛酮，饱和一元羧酸酯，芳香醇芳香醚酚，硝基化合物氨基酸，葡萄糖果糖。如，CH3CH2COOH(丙酸)与CH3COOCH3(乙酸甲酯）、CH3CH(OH)CHO(a-羟基丙醛）等是同分异构体，但淀粉和纤维素由于n不等，所以不是同分异构体。（2）基团法：将有机物看作由基团连接而成，由基团的异构数目可推断有机物的异构体数目。如：丁基有四种，C4H9X和丁醇（看作丁基与羟基或-X连接而成）也有四种，戊醛、戊酸（分别看作丁基跟醛基、羧基连接物）也分别有四种。（3）对称法（又称等效氢原子法）：分子中等效氢原子有如下情况：分子中同一个碳原子上连接的氢原子等效，如甲烷中的4个氢原子等效。同一个碳原子上所连接的甲基上的氢原子等效。如新戊烷（可以看作四个甲基取代了甲烷分子中的四个氢原子而得），其四个甲基等效，各甲基上的氢原子完全等效，也就是说新戊烷分子中的12个H原子是等效的。分子中处于镜面对称位置上的氢原子是等效的。利用等效氢原子关系，可以很容易判断出有机物的一元取代物异构体数目。其方法是先观察分子中互不等效的氢原子有多少种，则一元取代物的结构就有多少种。如新戊烷（2,2,3,3-四甲基丁烷）的 一氯代物只有一种，丙烷的一氯代物有2种（CH3-CH2-CH3中两个甲基上的6个H原子等效，亚甲基上的二个氢原子等效，分子中共2种不等效H原子）3二元取代物或多元取代物同分异构体数目的判断（1）定一移一(或定二移一)法：对于二元取代物同分异构体数目的判断，可固定一个取代基的位置，再移动另一取代基的位置以确定同分异构体的数目。（2）换元法：将有机物分子中的不同原子或基团换元思考。如：乙烷分子中共有6个H原子，若有一个H 原子被Cl原子取代所得一氯乙烷只有一种结构，那么五氯乙烷有多少种？假设把五氣乙烷分子中的Cl看作H原子，时H原子看成Cl原子，其情况跟一氯乙烷完全相同，故五氯乙烷也有一种结构。（3）组合法：对于环状的多取代化合物，可以先将环画出来，然后依次将不同的官能团连接在环上得到不同数目的异构体，最后将各种异构体数目相组合即可得到答案。如三种不同的基团（一X、一Y、一 Z)，若同时分别取代苯环上的三个氢原子，能生成的同分异构体数目，可以如下解析：邻位3种，XYZ、 XZY、ZXY；邻间位 6 种，XY-Z、XZ-Y、YX-Z、 YZ-X、ZX-Y、ZY-X；间位 1 种，X-Y-Z，共有 10种。（4）增减法：对于酯类的同分异构体的书写和数目判断，一般采用增减碳原子的方法，即酯中酸和醇部位总的碳原子数是一定的，酸部位每增加一个碳原子，醇部位就减少一个碳原子，如分子式为C7H14O2 且属于酯类的同分异构体的种类的判断，就可采用这种方法，甲酸酯（HCOOC6H13)有16种（C6H13有16种），乙酸酯（CH3COOC5H11)有8种，丙酸酯 (C2H5COOC4H9 )有 4 种，丁酸酯（C3 H7COOC3 H7) 有4种，戊酸乙酯（C4H9COOC2H5)有4种，己酸甲酯(C5H11COOCH3)有8种，共计44种。【典型例题6】【辽宁丹东2018届高三一模】已知链烃A 的分子式为C6Hx，它与足量的溴水反应生成C6HxBr2，该生成物中含有两个甲基，则满足上述条件（不考虑立体异构）的链烃A的结构有 （ ）A 5种 B 6种 C 7种 D 9种【答案】B 【点评】注意同分异构体的书写步骤：书写同分异构体时，首先判断该有机物是否有类别异构；就每一类物质，先写出碳链异构体，再写出官能团的位置异构体；碳链异构体按“主链由长到短，支链由整到散，位置由心到边，排列由对、邻至间（有多个取代基时）”的规律书写；最后一定要检查是否有书写重复或书写遗漏，根据“碳四价”原理检查是否有书写错误。【迁移训练6】【备战2018年高考化学之高频考点解密】某含苯环的有机物的分子式为C9H12，苯环上只含一个侧链。在催化剂存在条件下，它与足量氢气完全反应，其产物的一氯代物有 （ ）A11种 B12种 C13种 D14种【答案】C【解析】审题时抓住关键信息:分子式、含苯环、一个侧链、与氢气反应产物、一氯代物。依题意，C9H12的结构简式有、，与氢气完全反应得到的有机物的结构简式为、，其一氯代物分别有7种、6种，共13种，故选项C正确。