1819 課時(shí)1　甲烷

1、第一節(jié)最簡單的有機(jī)化合物甲烷課時(shí)1甲烷學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.了解有機(jī)化合物的概念。2.掌握甲烷的分子結(jié)構(gòu)，了解甲烷的物理性質(zhì)及存在、用途。3.掌握甲烷的化學(xué)性質(zhì)，認(rèn)識取代反應(yīng)的特點(diǎn)。(重點(diǎn))自 主 預(yù) 習(xí)·探 新 知1有機(jī)化合物和烴及其包含關(guān)系【提醒】含碳化合物不一定都是有機(jī)物。如CO、CO2、碳酸鹽、氰化物等為無機(jī)物。2甲烷的存在組成與結(jié)構(gòu)(1)甲烷的存在和用途(2)組成和結(jié)構(gòu)(3)空間結(jié)構(gòu)【提醒】可利用CH4分子中共價(jià)鍵的夾角為109°28且相同，說明CH4為正四面體形而不是正方形。3甲烷的性質(zhì)(1)物理性質(zhì)顏色狀態(tài)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于水(2

2、)化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定性通常狀況下，CH4性質(zhì)穩(wěn)定，與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑均不反應(yīng)。氧化反應(yīng)(燃燒)點(diǎn)燃條件下，CH4能在空氣中燃燒，化學(xué)方程式為CH42O2CO22H2O，燃燒火焰呈淡藍(lán)色。與Cl2的取代反應(yīng)aCH4與Cl2在光照條件下，反應(yīng)生成一氯甲烷的化學(xué)方程式(用結(jié)構(gòu)式表示物質(zhì))b甲烷的4種氯代產(chǎn)物都不溶于水，常溫下CH3Cl為氣體，其他三種為液體。(3)有機(jī)物取代反應(yīng)概念：有機(jī)物分子中的某些原子或原子團(tuán)被其他的原子或原子團(tuán)所替代的反應(yīng)?；A(chǔ)自測1判斷對錯(cuò)(對的打“”，錯(cuò)的打“×”)。(1)含碳化合物一定為有機(jī)物，含碳、氫的化合物一定是烴()(2)沼氣、坑道氣、天然氣的主要成分均為甲

3、烷()(3)甲烷的結(jié)構(gòu)式為，空間構(gòu)型為正方形()(4)CH4易燃易爆，是一種還原性氣體，能使酸性KMnO4溶液褪色()(5)CH4、H2、CO的燃燒火焰相似，均為淡藍(lán)色火焰()【答案】(1)×(2)(3)×(4)×(5)2寫出下列反應(yīng)的化學(xué)方程式(1)甲烷與氧氣的反應(yīng)：_。(2)甲烷與氯氣的反應(yīng)：_、_、_、_?！敬鸢浮?1)CH42O2CO22H2O(2)CH4Cl2CH3ClHClCH3ClCl2CH2Cl2HClCH2Cl2Cl2CHCl3HClCHCl3Cl2CCl4HCl合 作 探 究·攻 重 難CH4的兩個(gè)主要反應(yīng)實(shí)驗(yàn)探究1.甲烷的氧化反應(yīng)(

4、1)實(shí)驗(yàn)探究點(diǎn)燃純凈的甲烷【提示】淡藍(lán)色燃燒液滴水渾濁CO2(2)化學(xué)方程式是_?！咎崾尽緾H42O2CO22H2O2甲烷與Cl2取代反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)探究圖 圖問題思考(1)圖和圖中有哪些現(xiàn)象？(從試管內(nèi)，水槽內(nèi)兩方面思考)【提示】圖無明顯現(xiàn)象。圖：試管內(nèi)氣體顏色逐漸變淺；內(nèi)壁有油狀液滴出現(xiàn)；有少量白霧；液面上升。水槽中有固體析出。(2)圖與圖的現(xiàn)象說明甲烷與Cl2反應(yīng)的條件是什么？【提示】光照。(3)寫出Cl2與CH4發(fā)生反應(yīng)的系列方程式(用結(jié)構(gòu)簡式表示物質(zhì))?！咎崾尽緾H4Cl2CH3ClHCl，CH3ClCl2CH2Cl2HCl，CH2Cl2Cl2CHCl3HCl，CHCl3Cl2CCl4HC

5、l。甲烷發(fā)生取代反應(yīng)的有關(guān)規(guī)律(1)反應(yīng)條件和反應(yīng)物反應(yīng)條件為光照，反應(yīng)物為甲烷與鹵素單質(zhì)。如甲烷與氯水、溴水不反應(yīng)，但可以與氯氣發(fā)生取代反應(yīng)。(2)反應(yīng)產(chǎn)物甲烷與氯氣反應(yīng)生成的產(chǎn)物是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4四種有機(jī)物與氯化氫形成的混合物，雖然反應(yīng)物的比例、反應(yīng)的時(shí)間長短等因素會造成各種產(chǎn)物的比例不同，但很難出現(xiàn)全部是某一種產(chǎn)物的情況。(3)反應(yīng)特點(diǎn)連鎖反應(yīng)甲烷的取代反應(yīng)是一種連鎖反應(yīng)，即第一步反應(yīng)一旦開始，后續(xù)反應(yīng)立即進(jìn)行。生成物中各物質(zhì)均含有，其中HCl的物質(zhì)的量最多。數(shù)量關(guān)系CH4與Cl2發(fā)生取代反應(yīng)時(shí)，每1 mol H被取代，消耗1 mol Cl2，同時(shí)生成1 m

6、ol HCl。即1 mol CH4與Cl2發(fā)生完全取代，消耗Cl2最多為4 mol。n(Cl2)n(H)n(HCl)。對點(diǎn)訓(xùn)練1(2019·全國卷)實(shí)驗(yàn)室中用如圖所示的裝置進(jìn)行甲烷與氯氣在光照下反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。光照下反應(yīng)一段時(shí)間后，下列裝置示意圖中能正確反映實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的是()ABCDD甲烷和氯氣在光照條件下反應(yīng)，生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl，試管內(nèi)壓強(qiáng)減小，外壓大于內(nèi)壓，試管內(nèi)液面升高，且試管內(nèi)出現(xiàn)白霧和油狀液滴，綜合上述分析，D項(xiàng)正確。2下列化學(xué)反應(yīng)中不屬于取代反應(yīng)的是()【導(dǎo)學(xué)號：43722137】ACH2Cl2Br2CHBrCl2HBrBCH3OHHCl

7、CH3ClH2OCCH2=CH2H2OCH3CH2OHDCH3CH2BrH2OCH3CH2OHHBrCC項(xiàng)中沒有原子或原子團(tuán)的替代，一般取代反應(yīng)有兩種產(chǎn)物。3在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，22.4 L CH4與氯氣在光照下發(fā)生取代反應(yīng)，待反應(yīng)完全后，測得四種有機(jī)取代物的物質(zhì)的量相等，則消耗的氯氣為()A0.5 molB2 molC2.5 molD4 molC1 mol CH4與氯氣發(fā)生取代反應(yīng)，生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各0.25 mol，該四種取代物中n(Cl)0.25 mol×(1234)2.5 mol，根據(jù)取代反應(yīng)特點(diǎn)，1/2的氯原子進(jìn)入氯化氫，所以n(HCl)2.5

8、mol，故生成物中所含氯原子共2.5 mol2.5 mol5 mol，參加反應(yīng)的氯氣為n(Cl2)2.5 mol。甲烷的結(jié)構(gòu)問題思考(1)從碳的原子結(jié)構(gòu)分析，有機(jī)物成鍵有什么特點(diǎn)？【提示】碳的原子結(jié)構(gòu)示意圖，其最外層有4個(gè)電子，不易失電子，也不易得電子，一般通過共價(jià)鍵與氫、氧、鹵素、硫、氮等元素的原子相結(jié)合，也可以與碳原子形成多種形式的共價(jià)鍵。(2)若甲烷分子中的一個(gè)氫原子被氯原子取代，生成的CH3Cl還是四面體結(jié)構(gòu)嗎？【提示】CH3Cl中3個(gè)H和1個(gè)Cl仍位于四面體的4個(gè)頂點(diǎn)，仍為四面體結(jié)構(gòu)。(3)根據(jù)甲烷的正四面體結(jié)構(gòu)推測CH2Cl2結(jié)構(gòu)應(yīng)該有幾種？【提示】甲烷的立體結(jié)構(gòu)為，因此CH2Cl

9、2中有2個(gè)Cl在空間一定處于相鄰位置，CH2Cl2只有一種結(jié)構(gòu)。甲烷取代物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)CH4分子的立體構(gòu)型為正四面體，4個(gè)CH的長度、強(qiáng)度和夾角完全相同，因此CH4分子中的4個(gè)氫原子性質(zhì)完全相同。(1)若將CH4分子中的4個(gè)氫原子全部用其他相同的原子或原子團(tuán)替代，則該原子形成的分子結(jié)構(gòu)仍為正四面體，如CCl4。(2)若CH4分子中的4個(gè)氫原子被其他不同的原子或原子團(tuán)替代，則該原子形成的分子結(jié)構(gòu)仍為四面體，但不屬于正四面體，如CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3。(3)CH4的一取代、二取代、三取代、四取代產(chǎn)物均只有一種。(4)CH4的二鹵代物有一種可說明CH4是正四面體結(jié)構(gòu)而不是正四邊形結(jié)構(gòu)。對

10、點(diǎn)訓(xùn)練4下列各圖均能表示甲烷的分子結(jié)構(gòu)，哪一種更能反映其真實(shí)存在狀況() 【導(dǎo)學(xué)號：43722138】.結(jié)構(gòu)示意圖.電子式.球棍模型.比例模型ABCDD比例模型既體現(xiàn)了原子的空間位置，又體現(xiàn)了原子的相對大小。5下圖是CH4、CCl4、CH3Cl的分子球棍模型圖，下列說法正確的是()ACH4、CCl4和CH3Cl都是正四面體結(jié)構(gòu)BCH4、CCl4都是正四面體結(jié)構(gòu)CCH4和CCl4中的化學(xué)鍵均為非極性鍵DCH4、CCl4的結(jié)構(gòu)相同，性質(zhì)也相同BA項(xiàng)，CH3Cl中CH與CCl的鍵不相同，不是正四面體形；C項(xiàng)，CH與CCl均為極性鍵；D項(xiàng)，CH4與CCl4結(jié)構(gòu)相似，性質(zhì)不同。當(dāng) 堂 達(dá) 標(biāo)·

11、固 雙 基1在我國的南海、東海海底已發(fā)現(xiàn)天然氣(含甲烷等)的水合物，它易燃燒，外形似冰，被稱為“可燃冰”?！翱扇急钡拈_采，有助于解決人類面臨的能源危機(jī)。下列說法正確的是()甲烷屬于烴類在相同條件下甲烷的密度大于空氣甲烷難溶于水可燃冰是一種極具潛力的能源ABCDC甲烷是最簡單的烴，難溶于水，因其相對分子質(zhì)量為16，故相同條件下密度小于空氣，甲烷燃燒放出較多的熱量且產(chǎn)物為CO2和H2O，所以可燃冰是一種極具潛力的能源，因此C正確。2下列關(guān)于甲烷分子結(jié)構(gòu)的說法正確的是()【導(dǎo)學(xué)號：43722139】A甲烷的電子式為，分子中各原子都達(dá)到“8電子”穩(wěn)定結(jié)構(gòu)BCHCl3只有一種結(jié)構(gòu)，說明甲烷是以碳原子為

12、中心的正四面體結(jié)構(gòu)CCH4比SiH4分子穩(wěn)定，說明碳元素比硅元素非金屬性強(qiáng)DCH3Cl的四個(gè)價(jià)鍵的長度和強(qiáng)度相同，夾角相等CA項(xiàng)，H最外層有2個(gè)電子，不是“8電子”，故錯(cuò)誤；B項(xiàng)，如果甲烷是正方形，三氯甲烷也只有一種結(jié)構(gòu)，故錯(cuò)誤；C項(xiàng)，非金屬性越強(qiáng)，其氫化物越穩(wěn)定，反之也成立，故正確；D項(xiàng)，一氯甲烷的四個(gè)價(jià)鍵的鍵長和強(qiáng)度不同，故錯(cuò)誤。3鑒別甲烷、一氧化碳和氫氣3種無色氣體的方法，是將它們()A先后通入溴水和澄清石灰水B點(diǎn)燃后罩上涂有澄清石灰水的燒杯C點(diǎn)燃，先后罩上干燥的冷燒杯和涂有澄清石灰水的燒杯D點(diǎn)燃后罩上涂有澄清石灰水的燒杯，通入溴水CCH4、CO和H2與溴水、澄清石灰水都不反應(yīng)，A項(xiàng)不可

13、選。CH4和CO燃燒都生成CO2，B、D項(xiàng)不可選。干冷的燒杯可檢驗(yàn)燃燒產(chǎn)物中是否有水生成，涂澄清石灰水的燒杯可檢驗(yàn)燃燒產(chǎn)物是否有CO2生成。4下列敘述錯(cuò)誤的是()A通常情況下，甲烷跟強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑不起反應(yīng)B甲烷化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，不能被任何氧化劑氧化C甲烷跟氯氣反應(yīng)無論生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3還是CCl4，都屬于取代反應(yīng)D甲烷的四種取代物都難溶于水BCH4的性質(zhì)比較穩(wěn)定，通常情況下，不與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑反應(yīng)，而不是不能被任何氧化劑氧化，A正確，B錯(cuò)誤；CH4在光照條件下與Cl2發(fā)生取代反應(yīng)，生成4種有機(jī)產(chǎn)物，它們是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4，且均難溶于水，故C、D均正確。5如圖所示，U形管的左端被水和膠塞封閉，充有甲烷和氯氣(體積比為14)的混合氣體，假定氯氣在水中的溶解可以忽略不計(jì)。將封閉有甲烷和氯氣的混合氣體的裝置放置在光亮的地方，讓混合氣體緩慢反應(yīng)足夠長的時(shí)間?！緦?dǎo)學(xué)號：43722140】(1)假設(shè)甲烷與氯氣充分反應(yīng)，且只生成一種有機(jī)物，請寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式_。(2)經(jīng)過幾個(gè)小時(shí)的反應(yīng)后，U形管右端的水面變化是_。A升高B降低C不變D無法確定(3)U形管左端的氣柱變化是_。A體積增大B體積減小C消失D不變(4)U形管右端的水面變化的原因是_?！窘馕觥考淄榕c氯氣可能發(fā)生的反應(yīng)有CH4Cl2CH3ClHCl，CH3Cl