1、第一单元化石燃料与有机化合物第1课时天然气的利用甲烷一、甲烷的存在、用途及结构1甲烷的存在与用途(1)甲烷的存在甲烷是天然气、沼气、油田气和煤矿坑道气的主要成分。我国的天然气主要分布在中西部地区及海底。(2)甲烷的主要用途以甲烷为主要成分的天然气和沼气都是理想的清洁能源。甲烷还可用作化工原料。2甲烷的组成与结构分子式电子式结构式分子模型球棍模型比例模型CH4甲烷分子空间构型为正四面体型，碳原子位于中心，4个氢原子位于顶点，4个CH键的长度和强度相等，夹角相等。例1下图是CH4、CCl4、CH3Cl分子的球棍模型图，下列说法正确的是()ACH4、CCl4和CH3Cl都是正四面体结构BCH4、CC
2、l4都是正四面体结构CCH4和CCl4中的化学键均为非极性键DCH4、CCl4的结构相同，性质也相同考点甲烷的组成和结构题点甲烷分子结构的拓展答案B解析CCl4的分子结构同CH4相似，为正四面体结构，CH3Cl中的CH和CCl键不同，不是正四面体结构，而是四面体结构。思维启迪一个碳原子以4个单键与其他原子相结合时：(1)如果这4个原子相同，则分别在四面体的顶点上，构成正四面体。(2)如果这4个原子不相同，则分别在四面体的顶点上，但不是正四面体。(3)无论这4个原子是否相同，都不可能在同一平面上，并且最多有3个原子共面。二、甲烷的性质1甲烷的物理性质甲烷是无色无味、难溶于水、密度比空气小的气体。
3、2甲烷的化学性质(1)具有稳定性通常情况下，甲烷性质比较稳定，与强酸、强碱不反应，与高锰酸钾溶液等强氧化剂也不反应。(2)氧化反应可燃性将甲烷在空气中点燃，观察燃烧现象并检验燃烧产物：燃烧现象检验产物方法现象结论淡蓝色火焰在火焰上方罩一个干燥的烧杯烧杯内壁有液珠产生生成了水在火焰上方罩一个涂有澄清石灰水的烧杯烧杯内壁变浑浊生成了二氧化碳甲烷燃烧的化学方程式为CH42O2CO22H2O。(3)取代反应实验探究甲烷与氯气的反应实验操作实验现象A装置：a.试管内气体黄绿色逐渐变浅，b.试管内壁有油状液滴出现，c.试管中有少量白雾生成，d.试管内液面上升，e.水槽中有固体析出；B装置：无明显现象实验结
4、论甲烷与氯气在光照时才能发生化学反应连续发生反应的化学方程式为CH4Cl2CH3ClHCl；CH3ClCl2CH2Cl2HCl；CH2Cl2Cl2CHCl3HCl；CHCl3Cl2CCl4HCl取代反应的概念有机化合物分子里的某种原子(或原子团)被另一种原子(或原子团)所取代的反应。甲烷取代反应的相关规律反应条件甲烷与氯气无光照时，不发生反应；强光照射时会发生爆炸反应物甲烷与卤素单质反应，且卤素单质通常为气态。如甲烷与氯水、溴水不反应，但可以与氯气、溴蒸气发生取代反应生成物与氯气反应产物是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4四种有机物与HCl形成的混合物，很难出现有机产物全部是某一种
5、产物的现象，生成物中HCl的物质的量最大物质的量关系每1 mol 氢原子被取代，消耗1 mol 氯气分子，同时生成1 mol HCl分子例2(2017聊城高一检测)下列有关甲烷的取代反应的叙述正确的是()A甲烷与氯气以物质的量之比11混合时发生取代反应只生成CH3ClB甲烷与氯气的取代反应产物中CH3Cl最多C甲烷与氯气的取代反应产物为混合物D1 mol甲烷生成CCl4，最多消耗2 mol氯气考点甲烷的取代反应题点甲烷取代反应的原理答案C解析甲烷与氯气一旦反应，不会停止在某一步，四种有机产物都会产生，得不到纯净的CH3Cl，A错误，C正确；甲烷与氯气的取代反应每取代1 mol H原子，消耗1
6、mol氯气，生成1 mol HCl，故产生的HCl最多，B错误；1 mol甲烷生成CCl4最多消耗4 mol氯气，D项错误。特别提示(1)无论甲烷和氯气的比例如何，发生取代反应的产物都是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl的混合物。(2)甲烷与氯气发生取代反应的产物中，CH3Cl为气体，CH2Cl2、CHCl3和CCl4为液体。例3下列反应属于取代反应的是()ACH4C2H2B2HICl2=2HClI2CCH42O2CO22H2ODC2H6Cl2C2H5ClHCl考点甲烷的取代反应题点取代反应类型判断答案D解析取代反应是指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替代
7、的反应。选项A中的反应为分解反应；选项B中的反应为置换反应，不属于有机反应类型；选项C中的反应为甲烷的氧化反应。思维启迪无机反应中的置换反应不属于取代反应。抓住取代反应“有上有下”的特点，看有机物中的原子或原子团是否被其他原子或原子团替换，若是，则为取代反应。三、烷烃1两个概念2烷烃(1)分子通式：CnH2n2。(2)习惯命名碳原子数(n)及表示n1012345678910甲烷乙烷丙烷丁烷戊烷己烷庚烷辛烷壬烷癸烷n10相应数字烷(3)化学性质(类似甲烷)稳定性：一般情况下与强酸、强碱、酸性高锰酸钾溶液都不反应。氧化反应：烷烃都能燃烧，燃烧通式为CnH2n2O2nCO2(n1)H2O。取代反应：
8、烷烃与氯气等卤素单质光照时发生取代反应，如乙烷与氯气光照时生成一氯乙烷的化学方程式为CH3CH3Cl2C2H5ClHCl。3同系物(1)概念：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，如CH4和CH3CH3。(2)特点：通式相同，结构相似，化学性质相似，物理性质一般随碳原子数的增多而呈规律性变化。(1)互为同系物的物质必属于同一类物质；同系物一定不具有相同的分子式；同系物的组成元素必相同；同系物必符合同一通式。(2)同分异构体可以是同一类物质(如正丁烷和异丁烷)；也可以是不同类物质(如CH3CH2OH和CH3OCH3)。例4下列有关烷烃的叙述中，正确的是()在烷烃分
9、子中，所有的化学键都是单键烷烃中除甲烷外，很多都能使酸性KMnO4溶液的紫色褪去分子通式为CnH2n2的烃不一定是烷烃所有的烷烃在光照条件下都能与氯气发生取代反应光照条件下，乙烷通入溴水中，可使溴水褪色所有的烷烃都可以在空气中燃烧A BC D答案B解析烷烃属于饱和烃，碳与碳之间、碳与氢之间都以单键结合；烷烃性质稳定，均不能使酸性KMnO4溶液褪色；分子通式为CnH2n2的烃一定是烷烃；烷烃在光照条件下都能与Cl2发生取代反应；C2H6不能与溴水发生取代反应使其褪色，但能与溴蒸气在光照下发生取代反应。烷烃都可以在空气中燃烧生成CO2和H2O。规律总结解答烷烃结构与性质类试题的方法(1)阅读题目信
10、息，理解结构与性质的关系，总结出性质递变规律并理解其原因。(2)熟悉规律，如：熟悉烷烃分子通式CnH2n2(n为正整数)，符合该通式的烃一定属于烷烃；在通常情况下，烷烃的性质稳定，不能与强酸、强碱以及KMnO4溶液反应，但能发生取代反应、燃烧反应等；常温、常压下，烷烃的碳原子数4时为气体，碳原子数4时为液体或固体(新戊烷是气体)。例5判断正误(正确的打“”，错误的打“”)(1)CH2=CH2和 (环丙烷)符合同一通式，二者互为同系物()(乙烯)(2)分子式为C3H8与C6H14的两种有机物互为同系物()(3)分子组成相差一个或若干个CH2原子团的有机物一定互为同系物()(4)同分异构体的相对分
11、子质量相同，相对分子质量相同的化合物一定是同分异构体()(5)互为同分异构体的有机物一定不是同系物，互为同系物的化合物一定不是同分异构体()(6) 和互为同分异构体()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)例6分子式为C5H11Cl的同分异构体共有(不考虑立体异构)()A6种 B7种 C8种 D9种答案C解析C5H11Cl属于氯代烃，若主链有5个碳原子，则氯原子有3种位置，即CC；若主链有4个碳原子，则氯原子有4种位置，即；若主链有3个碳原子，此时该烷烃有4个相同的甲基，则氯原子只有1种位置，即。故C5H11Cl的同分异构体共有8种。思维启迪解答此类题目要抓住判断角度，找出等效氢原子种类。一
12、般来说，同一个碳原子上的氢原子等效，同一个碳原子所连的所有甲基上的氢原子等效，处于镜面对称位置上的氢原子等效。氯原子取代任意一个等效氢原子所得的一氯代物都是同一种。1判断正误(正确的打“”，错误的打“”)(1)甲烷与氯水、溴水能发生取代反应()(2)沼气就是纯净的甲烷气体()(3)16 g CH4分子中含有4NA个CH键()(4)天然气属于不可再生能源()(5)C5H12的熔、沸点比C3H8的熔、沸点高()(6)常温常压下，C3H8呈气态，C6H14呈液态()(7)乙烷能与溴水发生取代反应而使其褪色()(8)C2H6与Cl2按体积比11混合，发生取代反应，生成的产物仅有两种()(9)(CH3)
13、2CHCH2CH3的名称为戊烷()(10)正丁烷和异丁烷互为同系物且前者的沸点低()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)2如果使0.5 mol甲烷完全跟Cl2发生取代反应并生成等物质的量的四种氯代物，则需要消耗氯气()A0.5 mol B1 molC1.5 mol D1.25 mol考点甲烷的取代反应题点甲烷取代反应的原理答案D解析利用原子守恒法：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4中的碳原子都是从CH4中来的，故这四种氯代物共0.5 mol，每种氯代物均为0.125 mol，含氯原子的物质的量为0.125 mol10.125 mol20.125 mol
14、30.125 mol41.25 mol。而从甲烷分子中每取代1 mol氢原子，就消耗1 mol Cl2。因此消耗的Cl2的物质的量也为1.25 mol。3(2017包头一中期中)下列物质的沸点按由高到低的顺序排列正确的是()CH3(CH2)2CH3CH3(CH2)3CH3(CH3)3CH (CH3)2CHCH2CH3A BC D答案A解析烷烃的碳原子数越多，沸点越高。在碳原子数目相同的条件下，含有的支链越多，沸点越低。据此可知，沸点由高到低排列的顺序是，故A项正确。4下列关于烷烃的说法正确的是()A丙烷(C3H8)发生取代反应生成的C3H7Cl的结构只有一种B丙烷分子中3个碳原子在一条直线上C
15、分子中含有7个碳原子的烷烃在常温下为液态D烷烃分子为直链式结构，不可以带支链答案C解析A项中C3H7Cl有两种结构：CH3CH2CH2Cl、；B项中C3H8分子中的3个碳原子呈V形，不在一条直线上；D项中烷烃分子中碳链可以是直链，也可以带支链。5分子式为C4H10的烃的一氯代物的同分异构体有()A3种 B4种 C5种 D6种答案B解析分子式为C4H10的烃有两种同分异构体：CH3CH2CH2CH3(正丁烷)和 (异丁烷)，正丁烷和异丁烷各有2种不同化学环境的氢原子，故C4H10的一氯取代物有4种。6有下列各组物质，请按要求填入字母：AO2和O3(臭氧)B.C和CCCH3CH2CH2CH3和D和E甲烷和庚烷(C7H16)_组两物质互为同位素；_组两物质互为同素异形体；_组两物质互为同分异构体；_组两物质互为同系物；_组两物质是同一物质。答案BACED