1、第三章 第一节 最简单的有机化合物_甲烷,第1课时 甲烷的性质,1.了解有机化合物的概念及碳原子的成键特点。 2.了解甲烷的来源和主要用途。 3.了解甲烷的分子结构，掌握甲烷的性质。 4.理解取代反应的概念。,目标导航,基础知识导学,重点难点探究,随堂达标检测,栏目索引,分层训练,一、甲烷的存在、结构及物理性质,基础知识导学,答案,1.存在 甲烷是 、沼气、油田气和煤矿坑道气的主要成分。 2.分子结构 甲烷的分子式是 ；电子式是_ ；结构式是 _。,天然气,CH4,实验证明，甲烷分子具有 结构，其中四个CH键长度和强度，夹角 。,正四面体,相同,相等,答案,3.物理性质,提醒 有机化合物必须含
2、有碳元素，但含有碳元素的化合物不一定是有机化合物，如CO、CO2、碳酸及其盐等。,无,无,小,答案,议一议 (1)CH4是正四面体结构，CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4也都是正四面体结构吗？,答案 CH4是正四面体结构，碳原子处于正四面体的中心，四个氢原子处于正四面体的四个顶点上。根据甲烷是正四面体结构推理，有机物 分子中碳原子以4个单键与其他原子或原子团相结合，如 ，若 a、b、c、d相同，则构成正四面体结构，如CCl4；若a、b、c、d不相同，则构成四面体，但不是正四面体，如CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3。,(2)如果甲烷是平面结构，则CH2Cl2有几种结构？实际上有几
3、种结构？,答案 (如果甲烷是平面结构，则CH2Cl2有2种结构，分别是 、。实际为空间四面体结构，所以二氯甲烷只有一种结构。,答案,二、甲烷的化学性质,答案,通常状况下，甲烷比较稳定，与高锰酸钾等强氧化剂不反应，与强酸、强碱也不反应。但在特定的条件下，甲烷也会发生某些反应。 1.氧化反应(燃烧) (1)化学方程式：_ (2)现象：甲烷在空气中安静地燃烧，火焰呈 。 2.取代反应 (1)取代反应 有机物分子里的某些 被其他 所替代的反应。,CH42O2 CO22H2O。,淡蓝色,原子或原子团,原子或原子团,(2)甲烷与氯气的取代反应 实验探究,答案,逐渐变浅,油状液滴,白雾,上升,固体,无明显现
4、象,答案,CH4Cl2 CH3ClHCl；,CH3ClCl2 CH2Cl2HCl；,CH2Cl2Cl2 CHCl3HCl；,CHCl3Cl2 CCl4HCl,产物性质,点拨 无论CH4和Cl2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。,气体,液体,难溶,答案,议一议 1.判断正误，正确的打“”，错误的打“” (1)在点燃甲烷气体之前必须检验其纯度( ) (2)甲烷与Cl2的反应是置换反应( ),答案,2.(1)甲烷与溴水能发生反应吗？与溴蒸气呢？,答案 甲烷除了能与氯气在光照时反应外，与其他的卤素单质的气体也能发生反应，但必须是纯卤素如溴
5、蒸气，与溴水不反应。,(2)假设1 mol甲烷中的氢原子完全被取代，最多能与多少氯气反应？,答案 发生取代反应时1 mol氯气只能取代1 mol氢原子，1 mol 甲烷中的氢原子完全被取代，最多能与4 mol氯气反应。,答案,返回,一、有机物组成和结构的表示方法,重点难点探究,例1 下列各图均能表示甲烷的分子结构，按要求回答下列问题。,(1)甲烷的球棍模型是_，甲烷的电子式是_(填序号)。,解析答案,解析 这几种形式都可以表示甲烷这种物质，其中分子结构示意图(A)、球棍模型(C)及比例模型(D)均能反映甲烷分子的空间构型，但其中比例模型更能形象地表达出H、C的相对位置及所占比例；电子式(B)只
6、反映原子最外层电子的成键情况。,答案 C B,(2)如果甲烷是平面结构，则CH2Cl2应该有_种结构，实际CH2Cl2有_种结构，证明甲烷不是平面结构，而是_结构，上述中的_更能反映其真实存在状况。,解析答案,解析 甲烷的结构式为 ，其分子空间构型若为平面正方形结构， 则二氯甲烷有2种结构： 、 ；实际上甲烷为空间正四面体结构，所以二氯甲烷只有1种结构。,答案 2 1 正四面体 D,常见有机物结构的表示方法(以甲烷为例),归纳总结,变式训练1 下图是CH4、CCl4、CH3Cl的分子球棍模型图，下列说法正确的是( ),A.CH4、CCl4和CH3Cl都是正四面体结构 B.CH4、CCl4都是正
7、四面体结构 C.CH4和CCl4中的化学键均为非极性键 D.CH4、CCl4的结构相同，性质也相同,答案,B,二、甲烷的取代反应 例2 下列有关甲烷的取代反应的叙述正确的是( ) A.甲烷与氯气的物质的量之比为11，混合发生取代反应只生成CH3Cl B.甲烷与氯气的取代反应，生成的产物中CH3Cl最多 C.甲烷与氯气的取代反应生成的产物为混合物 D.1 mol甲烷生成CCl4最多消耗2 mol氯气,解析答案,解析 甲烷与氯气一旦发生取代反应就不会停止在某一步，四种有机物都会产生，故得不到纯净的CH3Cl，A错误，C正确； 甲烷与氯气的反应中每取代1 mol氢原子，消耗1 mol氯气，生成1 m
8、ol HCl，故产物中HCl最多，B错误； 1 mol甲烷生成CCl4最多消耗4 mol氯气，D错误。,答案 C,甲烷发生取代反应的有关规律 (1)反应条件和反应物 反应条件为光照，反应物为卤素单质。例如甲烷与氯水、溴水不反应，但可以与氯气、溴蒸气发生取代反应。 (2)反应产物 虽然反应物的比例、反应的时间长短等因素会造成各种产物的比例不同，但反应的产物都是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4四种有机物与HCl形成的混合物。,规律总结,(3)物质的量的关系 CH4与Cl2发生取代反应时，每1 mol H原子被取代，消耗1 mol Cl2分子，同时生成1 mol的HCl分子。 (4)注
9、意 有机反应比较复杂，常伴随很多副反应发生，因此有机反应的化学方程式常用“”。 CH4与Cl2的反应逐步进行，应分步书写。 当n(CH4)n(Cl2)11时，反应并不只发生CH4Cl2 CH3ClHCl，其他反应仍发生。,特别提醒 (1)甲烷的卤代反应的产物是混合物。 (2)甲烷等有机物与氯气发生取代反应时，取代的位置和个数是难以控制的，因此制备卤代烃一般不采用取代反应。,变式训练2 在标准状况下，22.4 L CH4与Cl2在光照下发生取代反应，待反应完全后，测得四种有机取代物的物质的量相等，则消耗的Cl2为( ) A.0.5 mol B.2 mol C.2.5 mol D.4 mol,解析
10、答案,返回,解析 方法一 守恒法 1 mol CH4与Cl2发生取代反应，生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各0.25 mol，这四种取代物中n(Cl)0.25 mol(1234)2.5 mol，根据取代反应特点，n(HCl)2.5 mol，故生成物中所含氯原子共2.5 mol2.5 mol5 mol，参加反应的Cl2为n(Cl2)2.5 mol。,方法二 根据化学方程式进行计算 设四种有机取代物的物质的量均为1 mol，写出取代反应总的化学方程式：4CH410Cl2 CH3ClCH2Cl2CHCl3CCl410HCl，由此可知，4 mol CH4正好与10 mol Cl2反应
11、，当1 mol CH4反应时，消耗Cl2 2.5 mol。,答案 C,返回,1.近年来，科学家在海底发现了一种冰状物质可燃冰，其有效成分为甲烷，下列说法正确的是( ) 甲烷属于烃类 在相同条件下，甲烷的密度大于空气 甲烷难溶于水 可燃冰是一种极具潜力的能源 A. B. C. D.,C,随堂达标检测,1,2,3,4,5,答案,2.能够证明甲烷分子的空间结构为正四面体的事实是( ) A.甲烷分子中4个CH键的强度相同 B.甲烷分子中4个CH键的长度相同 C.甲烷的一氯代物只有1种 D.甲烷的二氯代物只有1种,1,2,3,4,5,解析 若甲烷为平面正方形结构，则甲烷分子中4个CH键的长度和强度也可以
12、相同，A、B错误； 若甲烷为平面正方形结构，则二氯甲烷应有2个氯原子分别在邻位和对位两种结构。而实际上二氯甲烷只有1种结构，所以甲烷不是平面正方形结构，而是正四面体结构，D项正确。,D,解析答案,3.将1 mol CH4和适量的氧气在密闭容器中点燃，充分反应后，甲烷和氧气均无剩余，且产物均为气体(101 kPa，120 )，其总质量为72 g，下列有关叙述不正确的是( ) A.产物的平均摩尔质量为24 gmol1 B.若将产物通过浓硫酸充分吸收后恢复至(101 kPa，120 )，则压强变为原来的 C.反应中消耗的氧气为56 g D.若将产物通过碱石灰，则可全被吸收，若通过浓硫酸，则不能被完全
13、吸收,解析答案,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,解析 1 mol CH4质量为16 g，而产物总质量为72 g，根据化学式可知，产物中有2 mol H2O ，质量为36 g，则CO与CO2总质量是36 g，设有x mol CO 和(1x)mol CO2 ,28x4444x36，x0.5 ，所以产物中有2 mol H2O 0.5 mol CO、0.5 mol CO2 平均摩尔质量总质量/总物质的量72/ (20.50.5)24 gmol1，A正确； 根据上述分析，产物中有2 mol H2O、0.5 mol CO、0.5 mol CO2，将产物通过浓硫酸后，水被吸收，剩余气体为CO和CO2
14、 ，物质的量的和为0.50.51 mol，则压强变为原来的 ，B正确；,解析答案,1,2,3,4,5,1 mol CH4质量为16 g，而产物总质量为72 g，根据质量守恒定律，反应中消耗的氧气为56 g，C正确；根据上述分析，产物为CO、CO2 和水，通过碱石灰后，CO不能被吸收，通过浓硫酸后，CO、CO2不能被吸收，D错误。,答案 D,4.下列叙述错误的是( ) A.在通常情况下，甲烷跟强酸、强碱、强氧化剂都不反应 B.甲烷化学性质比较稳定，不能被任何氧化剂氧化 C.甲烷跟氯气反应无论生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3还是CCl4，都属于取 代反应 D.甲烷的四种有机取代物都不溶于水
15、,解析答案,1,2,3,4,5,解析 甲烷的性质比较稳定，在通常情况下，不与强酸、强碱、强氧化剂反应，但甲烷能在空气中燃烧，A正确，B错误； 甲烷在光照条件下与氯气发生取代反应，生成四种有机产物，分别是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4，且均不溶于水，故C、D均正确。,B,5.如图是某同学利用日常用品注射器设计的简易实验装置。甲管中注入10 mL CH4，同温同压下乙管中注入50 mL Cl2，将乙管气体推入甲管中，气体在甲管中反应，试管放在光亮处一段时间。,解析答案,1,2,3,4,5,(1)下列是某同学预测的实验现象： 气体最终变为无色；实验过程中，甲管活塞向内移动；甲管内壁有
16、油珠；产生火花。 其中正确的是_。,解析 在光照条件下，甲烷与氯气发生反应：CH4Cl2 CH3ClHCl，CH3ClCl2 CH2Cl2HCl，CH2Cl2Cl2 CHCl3HCl，CHCl3Cl2 CCl4HCl。 理论上，甲烷与氯气体积比为14时，二者恰好完全反应，而甲中甲烷与氯气体积比为15，说明氯气过量，反应后仍有氯气剩余。该反应进行缓慢，不会产生火花。产物中只有氯化氢和一氯甲烷为气体，所以气体的总物质的量减小，内部压强减小，甲管活塞向内移动。,1,2,3,4,5,答案 ,(2)甲管中发生化学反应的类型为_。,解析答案,1,2,3,4,5,解析 甲烷分子中的四个氢原子可被氯原子逐一取
17、代，故甲管中发生的是取代反应。,取代反应,解析答案,1,2,3,4,5,(3)反应后，甲管中剩余气体能用下列试剂吸收的是_。 A.水 B.NaOH溶液 C.AgNO3溶液 D.饱和食盐水,解析 剩余气体中含有氯气和氯化氢，可用氢氧化钠溶液吸收剩余气体。,B,(4)反应后，若将甲中的物质全部推入盛有适量AgNO3溶液的小试管中会观察到_；若再向其中滴入几滴石蕊溶液，又观察到_。,解析答案,返回,1,2,3,4,5,解析 生成的HCl会与AgNO3溶液反应生成AgCl白色沉淀，同时因CH2Cl2、CHCl3、CCl4难溶于水而看到液体分为两层，因Cl2有剩余，若加入几滴石蕊，溶液会先变红后褪色。,
18、液体分为两层，产生白色沉淀,溶液先变红后褪色,基础过关,分层训练,题组1 有机物及其结构判断,1.下列关于有机物的说法正确的是( ) A.有机物只能存在于动植物体内，不能通过人工的方法合成 B.有机物只含有碳、氢两种元素 C.含碳元素的化合物不一定属于有机物 D.烃是指燃烧后只生成CO2和H2O的有机物,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,C,答案,2.下列物质分子中，属于正四面体结构的是( ) A.CCl4 B.CHCl3 C.CH2Cl2 D.CH3Cl,解析 只有CCl4是正四面体，另外三种物质都只是四面体，但不是正四面体。,A,解析答案,1,2,3,4,5,6,7,8
19、,9,10,11,12,3.对 的叙述正确的是( )A.有两种结构 B.只有一种结构 C.含有非极性键 D.有四种结构,解析答案,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,处在相邻的位置。故只有一种结构，如图所示。CCl、CF均为极性键。若换成结构式 、 仍为一种而不是两种。CH2Cl2只有一种结构，可证明CH4是正四面体结构，而不是平面正方形结构。,解析 甲烷分子的空间结构是正四面体。若氢原子分别被两个氯原子、两个氟原子代替，其结构变为四面体，碳原子位于四面体的中心位置，两个氯原子、两个氟原子不管从哪个方向与碳原子相连，它们都分别,答案 B,1,2,3,4,5,6,7,8,9,1
20、0,11,12,题组2 正确理解取代反应 4.下列物质中，不能和氯气发生取代反应的是( ) A.CH3Cl B.CCl4 C.CH2Cl2 D.CH4,B,答案,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,5.下列反应属于取代反应的是( ) A.C2H43O2 2CO22H2O B.ZnCuSO4=ZnSO4Cu C.NaClAgNO3=AgClNaNO3 D.CH2Cl2Cl2 CHCl3HCl,解析 取代反应是有机物分子中的某些原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反应。A项C2H4的燃烧不是取代反应； B项为置换反应； C项为复分解反应； D项中Cl原子取代了CH2Cl2中的一
21、个H原子，故属于取代反应。,D,解析答案,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,题组3 甲烷性质及其燃烧计算 6.在常温和光照条件下，可与甲烷发生反应的是( ) A.氧气 B.氯气 C.酸性高锰酸钾溶液 D.浓硫酸,解析 常温下甲烷性质稳定，与浓硫酸、酸性高锰酸钾溶液不发生反应。在常温和光照条件下，氧气不能与甲烷发生反应，但氯气能与甲烷发生取代反应。,B,解析答案,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,7.瓦斯爆炸是空气中含甲烷5%15%(体积分数)时遇火所产生的，发生爆炸最剧烈时，甲烷在空气中的体积分数大约为( ) A.10.5% B.9.5% C.8% D.
22、5%,B,解析答案,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,8.一定量的甲烷在O2不足的情况下燃烧，得到CO、CO2和H2O的总质量为14.4 g，若其中水的质量为7.2 g，则CO的质量是( ) A.2.8 g B.4.4 g C.5.6 g D.在2.8 g5.6 g之间,解析答案,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,解析 甲烷燃烧时，当O2少量时生成CO和H2O，当O2足量时生成CO2和H2O；所以在不足量的O2中燃烧生成CO、CO2和H2O。由氢原子守恒知CH4的物质的量为0.2 mol。设CO和CO2的质量分别为x，y。,解得x2.8 g。,答案 A,
23、1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,9.验证某有机物属于烃，应完成的实验内容是( ) A.只测定它的碳、氢原子个数比 B.只要证明它完全燃烧后的产物只有H2O和CO2 C.只测定其燃烧产物中H2O和CO2的物质的量的比值 D.测定该试样的质量及试样完全燃烧后生成H2O和CO2的质量,解析 烃仅含碳和氢两种元素，完全燃烧的产物为CO2和H2O，但燃烧产物只有CO2和H2O的有机物不一定是烃，它可能含有碳、氢、氧三种元素。,D,解析答案,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,10.某研究性学习小组为了验证CH4是否具有还原性，设计了如下实验：,能力提升,(1)学习
24、小组的同学查阅资料得知：用无水醋酸钠与碱石灰混合加热可得到甲烷，反应原理为CH3COONaNaOH CH4X(已配平)，则X的成分是_。,解析 由质量守恒原理知X是Na2CO3。,Na2CO3,解析答案,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,(2)实验过程中观察到无水CuSO4逐渐变蓝，澄清石灰水出现浑浊现象，则CH4与CuO反应的化学方程式 _。,解析 五水硫酸铜为蓝色，说明有水生成，澄清石灰水出现浑浊，说明有二氧化碳生成，根据原子守恒，CH4与CuO反应的化学方程式为CH44CuO CO24Cu2H2O。,CH44CuO CO24Cu2H2O,解析答案,1,2,3,4,5,
25、6,7,8,9,10,11,12,(3)研究小组将CH4通入溴水时，发现溴水逐渐褪色，你认为原因可能是_。请设计一个实验方案证明你的结论(用文字表示，不必画实验装置图)_ _。,解析答案,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,答案 溴单质与甲烷发生了取代反应或溴单质被甲烷气体带走 用pH试纸检验反应前后溶液的pH，如果pH明显变小，则表明二者发生了取代反应；如果pH没有明显变化，则表明溴单质被甲烷气体带走,解析 甲烷为饱和烃，通入溴水时，溴水逐渐褪色，则溴单质可能与甲烷发生了取代反应或溴单质被甲烷气体带走。若发生了取代反应，有溴化氢生成，反应后溶液的pH会明显变小；若溴单质被甲
26、烷气体带走，虽溴单质溶于水也会使溶液显酸性， 但pH不会有明显变化。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,11.如图所示，U形管的左端被水和胶塞封闭有甲烷和氯气(体积比为14)的混合气体，假定氯气在水中的溶解度可以忽略。将封闭有甲烷和氯气的混合气体的装置放置在有光的地方，让混合气体缓慢地反应一段时间。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,(1)假设甲烷与氯气反应充分，且只产生一种有机物，请写出化学方程式：_。 (2)经过几个小时的反应后，U形管右端的玻璃管中水柱变化是_(填字母序号，下同)。 A.升高 B.降低 C.不变 D.无法确定 (3)U形管左端的气柱
27、变化是_。 A.体积增大 B.体积减小 C.消失 D.不变 (4)试解释U形管右端的玻璃管中水柱变化的原因：_。,解析答案,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,解析 CH4与Cl2发生取代反应是一个连续的取代过程，生成4种有机物。当限定只产生1种有机物时，可认为CH4中的氢原子完全被取代。,答案 (1)CH44Cl2 CCl44HCl (2)B (3)BC(注意：体积消失是体积减小的极限) (4)反应中气体的物质的量减小，且生成的HCl能够溶解于水中，所以左侧压强减小，故右侧玻璃管中的水柱降低,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,12.利用甲烷与氯气发生取代
28、反应制取副产品盐酸的设想在工业上已成为现实。某化学兴趣小组通过在实验室中模拟上述过程，其设计的模拟装置如下：,拓展探究,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,解析 B装置的三个作用： 控制气流速度从而达到合适的反应比例； 均匀混合气体，便于后续实验； 干燥混合气体。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,根据设计要求回答： (1)B装置有三种功能：控制气流速度；均匀混合气体； _。,解析答案,干燥混合气体,(2)设V(Cl2)/V(CH4)x，若理论上欲获得最多的氯化氢，则x值应_。,解析 当反应：CH44Cl2 CCl44HCl时生成HCl气体最多，所以要保证
29、 x4。,大于或等于4,解析答案,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,(3)D装置的石棉中均匀混有KI粉末，其作用是_。,解析 KI能吸收多余的Cl2，反应的化学方程式为Cl22KI=2KClI2。,吸收过量的氯气,解析答案,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,(4)E装置的作用是_(填编号)。 A.收集气体 B.吸收氯气 C.防止倒吸 D.吸收氯化氢,解析 E装置既吸收反应生成的HCl气体，同时还防止倒吸。,CD,解析答案,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,(5)在C装置中，经过一段时间的强光照射，发现硬质玻璃管内壁有黑色小颗粒产生，写出置换出黑色小颗粒的化学方程式_。,CH42Cl2 C4HCl,解析 据信息知黑色小颗粒应为碳粉，根据原子守恒应为,CH42Cl2 C4HCl,解析答案,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,(6)E装置除生成盐酸外，还含有有机物，从E中分离出有机物的最佳方法为_。该装置还有缺陷，原因是没有进行尾气处理，其尾气主要成分为_(填编号)。 a.CH4 b.CH3Cl c.CH2Cl2 d.CHCl3 e.CCl4,解析 分离难溶于水的油状液体可用分液法。,分液,ab,解析答案,返回,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,本课结束,