專題3第一單元第1課時天然氣的利用　甲烷導學案

1、.第一單元化石燃料與有機化合物第1課時天然氣的利用甲烷知識條目必考要求加試要求甲烷的分子組成、構(gòu)造特征、主要性質(zhì)取代、氧化反響bb才能要求1.會寫甲烷的分子式、構(gòu)造式、電子式，知道甲烷的構(gòu)造特點。2.知道甲烷能發(fā)生氧化反響和取代反響，會寫化學方程式。3.知道取代反響的概念和甲烷發(fā)生取代反響時的斷鍵和成鍵情況。一、甲烷的存在、用處及構(gòu)造1甲烷的存在與用處1甲烷的存在甲烷是天然氣、沼氣、油田氣和煤礦坑道氣的主要成分。我國的天然氣主要分布在中西部地區(qū)及海底。2甲烷的主要用處通常狀況下，1 mol甲烷完全燃燒放出890 kJ能量。因此以甲烷為主要成分的天然氣和沼氣都是理想的清潔能源。甲烷還可用作化工原

2、料。2甲烷的組成與構(gòu)造分子式電子式構(gòu)造式空間構(gòu)型甲烷的分子模型CH4正四面體構(gòu)造，C原子位于正四面體中心，H原子位于四個頂點上1.構(gòu)造式：用一條短線來表示一對共用電子的圖式叫做構(gòu)造式。2一個碳原子以4個單鍵與其他原子相結(jié)合時：1假如這4個原子一樣，那么分別在四面體的頂點上，構(gòu)成正四面體。2假如這4個原子不一樣，那么分別在四面體的頂點上，但不是正四面體。3無論這4個原子是否一樣，都不可能在同一平面上，并且最多有3個原子共面。1以下各圖均能表示甲烷的分子構(gòu)造，其中更能反映其真實存在狀況的是答案D解析在這幾種形式中，分子構(gòu)造示意圖、球棍模型及比例模型均能反映甲烷分子的空間構(gòu)型，但比例模型更能形象的表

3、達出H、C的位置及所占比例；電子式只反映原子的最外層電子的成鍵情況。2以下關于甲烷的說法中錯誤的選項是A甲烷分子是由共價鍵構(gòu)成的分子B甲烷分子具有正四面體構(gòu)造C甲烷分子中四個CH鍵是完全等價的鍵D甲烷分子中氫原子之間形成共價鍵答案D二、甲烷的性質(zhì)1甲烷的物理性質(zhì)甲烷是一種無色、無味、難溶于水、密度比空氣小的氣體。2甲烷的化學性質(zhì)1氧化反響將甲烷在空氣中點燃觀察現(xiàn)象：燃燒現(xiàn)象檢驗產(chǎn)物方法現(xiàn)象結(jié)論淡藍色火焰在火焰上方罩一個枯燥的燒杯燒杯內(nèi)壁有水珠產(chǎn)生生成了水在火焰上方罩一個涂有澄清石灰水的燒杯燒杯內(nèi)壁變渾濁生成了二氧化碳甲烷燃燒的化學方程式為CH42O2CO22H2O。甲烷是優(yōu)良的氣體燃料，通常狀

4、況下，1 mol甲烷在空氣中完全燃燒，生成二氧化碳和水，放出890 kJ熱量。因此以甲烷為主要成分的天然氣、沼氣是理想的清潔能源。特別提醒點燃甲烷前必須檢驗純度。空氣中的甲烷含量在5%15.4%體積范圍內(nèi)時，遇火花將發(fā)生爆炸；煤礦中的瓦斯爆炸多數(shù)是甲烷氣體爆炸引發(fā)的。將CH4通入酸性KMnO4溶液中，觀察現(xiàn)象，試解釋其原因。答案現(xiàn)象：酸性KMnO4溶液的紫紅色不發(fā)生變化；原因：CH4分子為正四面體構(gòu)造，構(gòu)造對稱，化學鍵不易斷裂，通常情況下化學性質(zhì)比較穩(wěn)定。2取代反響按要求完成以下實驗，并填寫下表：實驗操作實驗現(xiàn)象A裝置：試管內(nèi)氣體黃綠色逐漸變淺，試管內(nèi)壁有油狀液滴出現(xiàn)，試管中有少量白霧生成，試

5、管內(nèi)液面上升，水槽中有固體析出；B裝置：無明顯現(xiàn)象實驗結(jié)論CH4與Cl2在光照時才能發(fā)生化學反響上述實驗A中發(fā)生反響的化學方程式為CH4Cl2CH3ClHCl；CH3ClCl2CH2Cl2HCl；CH2Cl2Cl2CHCl3HCl；CHCl3Cl2CCl4HCl。取代反響是指有機物分子里的某些原子或原子團被其他原子或原子團所替代的反響。CH4和Cl2反響的四種取代產(chǎn)物都不溶于水，除一氯甲烷常溫下是氣體外，其他三種都是油狀液體。問題討論a假設把甲烷分子中的一個氫原子換成氯原子變成一氯甲烷，還是正四面體構(gòu)造嗎？答案因CH鍵與CCl鍵的長度不同，故CH3Cl是四面體構(gòu)造，但不是正四面體構(gòu)造。bCH4

6、與Cl2發(fā)生取代反響時，有機取代產(chǎn)物的總物質(zhì)的量與CH4的物質(zhì)的量有何關系？答案根據(jù)碳元素守恒，四種有機取代產(chǎn)物的總物質(zhì)的量等于反響物CH4的物質(zhì)的量。cCH3Cl、CCl4只有一種構(gòu)造，能說明CH4分子是以碳原子為中心的正四面體構(gòu)造而不是正方形的平面構(gòu)造嗎？答案不能。因為不管CH4分子是以碳原子為中心的正四面體構(gòu)造，還是正方形的平面構(gòu)造，CH3Cl、CCl4均只有一種構(gòu)造。dCH2Cl2只有一種構(gòu)造，能說明CH4分子是以碳原子為中心的正四面體構(gòu)造而不是正方形的平面構(gòu)造嗎？答案能。因為假如CH4分子是以碳原子為中心的正四面體構(gòu)造，那么CH2Cl2只有一種構(gòu)造；假設CH4分子是正方形的平面構(gòu)造，

7、那么CH2Cl2有兩種構(gòu)造，即： 甲烷的化學性質(zhì)1CH4的特征反響是能與鹵素單質(zhì)在光照條件下發(fā)生取代反響，但有機產(chǎn)物一般有多種。2CH4能發(fā)生的氧化反響就是燃燒，但其化學性質(zhì)穩(wěn)定，不能與強氧化劑如酸性KMnO4溶液反響，也不能與強酸、強堿反響。3以下表達中錯誤的選項是A點燃甲烷不一定會爆炸B甲烷燃燒放出大量的熱，所以是一種很好的氣體燃料C煤礦的礦井要注意通風并嚴禁煙火，以防爆炸事故的發(fā)生D點燃甲烷前不必進展驗純答案D解析甲烷與氧氣混合到達一定比例范圍時，點燃會發(fā)生爆炸，因此，甲烷點燃前要進展驗純。4在光照條件下，將等物質(zhì)的量的甲烷和氯氣充分反響，所得產(chǎn)物中物質(zhì)的量最多的是ACH3Cl BCH2

8、Cl2CCHCl3 DHCl答案D解析在光照條件下，將等物質(zhì)的量的甲烷和氯氣充分反響，會發(fā)生取代反響，由于取代反響是逐步進展的，每一步在產(chǎn)生氯代烴的同時，都會產(chǎn)生HCl，所以在所得產(chǎn)物中物質(zhì)的量最多的是HCl。1以下說法不正確的選項是A甲烷是一種難溶于水的氣體B天然氣是一種高效、低耗、污染小的清潔能源C甲烷分子是一種對稱的正四面體構(gòu)造，四個CH鍵強度一樣D甲烷不與任何物質(zhì)反響答案D解析通常情況下，甲烷性質(zhì)較穩(wěn)定，與強酸、強堿、強氧化劑酸性高錳酸鉀溶液等不反響，但在一定條件下能與氧氣、鹵素單質(zhì)等發(fā)生反響。2正四面體形分子E和直線形分子 G 反響，生成四面體形分子 L 和直線形分子 M組成 E 分

9、子的元素原子序數(shù)小于10，組成 G 分子的元素為第3周期的元素。如以下圖所示，那么以下判斷中正確的選項是A常溫常壓下，L 是一種液態(tài)有機物BE 是一種含有非極性鍵的分子C枯燥的 G 能漂白有色物質(zhì)D上述反響的類型是取代反響答案D解析此題實為用圖像考察甲烷與氯氣的反響。L 為CH3Cl，常溫常壓下是一種氣態(tài)有機物；E 為甲烷，含有極性鍵；G 為氯氣，枯燥的氯氣不能漂白有色物質(zhì)。3為驗證甲烷分子中含有碳、氫兩種元素，可將其燃燒產(chǎn)物通過濃硫酸澄清石灰水無水硫酸銅。正確的順序是A BC D答案D解析要證明CH4中含有碳、氫兩種元素，可通過證明CO2和H2O的存在來證明，可選擇和；但應注意檢驗的先后順序

10、，即先證明水后證明CO2。4有機物分子里的某些原子或原子團被其他原子或原子團所替代的反響叫取代反響。以下化學反響中不屬于取代反響的是ACH2Cl2Br2CHBrCl2HBrBCH3OHHClCH3ClH2OC2Na2H2O=2NaOHH2DCH3CH2BrH2OCH3CH2OHHBr答案C解析取代反響是指有機物分子里的某些原子或原子團被其他原子或原子團所替代的反響。C項中的反響為置換反響，不是有機反響，更不是取代反響。5將含O2和CH4的混合氣體充入有23.4 g Na2O2的密閉容器中，電火花點燃，反響完畢后，容器內(nèi)于150 時壓強約為0，將殘留物溶于水，無氣體逸出。1原混合氣體中O2和CH

11、4體積比為_。2殘留固體成分為_。答案1122Na2CO3和NaOH解析1甲烷燃燒生成水和二氧化碳，過氧化鈉與二氧化碳反響生成碳酸鈉和氧氣，該反響為2Na2O22CO2=2Na2CO3O2，過氧化鈉與水反響生成氫氧化鈉和氧氣的化學反響為2Na2O22H2O=4NaOHO2，依題意，容器內(nèi)于150 時壓強約為0，將殘留物溶于水，無氣體逸出，這說明最后產(chǎn)物只能是Na2CO3和NaOH的混合物，根據(jù)原子守恒原理尤其是CH4中C和H原子個數(shù)比為14，可得2CH4O26Na2O2=2Na2CO38NaOH，所以原混合氣體中O2和CH4體積比為12。2根據(jù)以上分析可知殘留物是碳酸鈉和氫氧化鈉的混合物。 根

12、底過關題組一甲烷的分子組成與構(gòu)造1以下關于甲烷的說法中錯誤的選項是A甲烷分子是由極性鍵構(gòu)成的分子B甲烷分子具有正四面體構(gòu)造C甲烷分子中四個CH鍵是完全等價的鍵D甲烷分子中具有非極性鍵答案D2以下圖是CH4、CCl4、CH3Cl的分子球棍模型圖，以下說法正確的選項是ACH4、CCl4和CH3Cl都是正四面體構(gòu)造BCH4、CCl4都是正四面體構(gòu)造CCH4和CCl4中的化學鍵均為非極性鍵DCH4、CCl4的構(gòu)造一樣，性質(zhì)也一樣答案B解析CCl4的分子構(gòu)造同CH4相似，為正四面體構(gòu)造，CH3Cl中的CH和CCl鍵不同，不是正四面體構(gòu)造，而是四面體構(gòu)造。題組二甲烷的性質(zhì)及應用3在光照條件下，以下物質(zhì)中能

13、與甲烷反響的是A鹽酸 BCl2CNaOH溶液 D酸性KMnO4溶液答案B解析甲烷與氯氣在光照的條件下能發(fā)生取代反響，所以答案選B。4在一定的溫度、壓強下，向100 mL CH4和Ar的混合氣體中通入400 mL O2，點燃使其完全反響，最后在一樣條件下得到枯燥氣體460 mL，那么反響前混合氣體中CH4和Ar的物質(zhì)的量之比為A14 B13C12 D11答案A解析Ar是稀有氣體，不參與反響，反響前后氣體的體積變化由CH4燃燒生成的水引起。設混合氣體中CH4的體積為x。CH42O2CO22H2OV減小1 mL2 mL 1 mL 2 mLx 100 mL400 mL460 mL40 mLx20 mL

14、Ar的體積為100 mL20 mL80 mL，CH4與Ar的體積之比為14，一樣條件下，氣體的體積之比等于物質(zhì)的量之比，即nCH4nAr14。5公元前一世紀，我國已使用天然氣，天然氣的主要成分為甲烷。以下關于甲烷的表達中，錯誤的選項是A通常情況下，甲烷跟強酸、強堿、 強氧化劑不起反響B(tài)甲烷化學性質(zhì)比較穩(wěn)定，不能被任何氧化劑氧化C甲烷跟氯氣反響無論生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3還是CCl4，都屬于取代反響D甲烷的四種取代物都難溶于水答案B解析CH4的性質(zhì)比較穩(wěn)定，通常情況下，不與強酸、強堿、強氧化劑反響，而不是不能被任何氧化劑氧化，A正確、B錯誤；CH4在光照條件下與Cl2發(fā)生取代反響

15、，生成4種有機產(chǎn)物，它們是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4，且均難溶于水，故C、D均正確。6有一種無色的混合氣體可能由CH4、NH3、H2、CO、CO2和HCl組成。為確定其組成，進展了以下實驗：將此混合氣體通過濃硫酸，氣體總體積根本不變；再通過過量的澄清石灰水，未見渾濁，但氣體體積減少；把剩余氣體在供氧的情況下燃燒，燃燒產(chǎn)物不能使無水硫酸銅變色。原混合氣體含有ACO和HCl BCH4和NH3CCH4和HCl DH2和CO2答案A解析由知，不含NH3；由知，不含CO2，含HCl；由知，不含CH4、H2，含CO。7一定量的CH4燃燒后得到的產(chǎn)物是CO、CO2、H2Og，此混合物的質(zhì)

16、量為49.6 g，當其緩緩通過足量的無水CaCl2時氣體質(zhì)量減少25.2 g，那么混合氣中CO的質(zhì)量為A24.4 g B13.2 gC12.5 g D11.2 g答案D解析設產(chǎn)物中CO的物質(zhì)的量為x，CO2的物質(zhì)的量為y。由碳原子守恒可得CH4的物質(zhì)的量為xy，又由氫原子守恒可得生成H2O的物質(zhì)的量為2xy，即可得：44 g·mol1·y28 g·mol1·x2xy×18 g·mol149.6 g,2xy×18 g·mol125.2 g。那么解得x0.4 mol，y0.3 mol，mCO0.4 mol×2

17、8 g·mol111.2 g。題組三取代反響8以下反響屬于取代反響的是AC2H43O22CO22H2OBZnCuSO4=ZnSO4CuCNaClAgNO3=AgClNaNO3DCH2Cl2Cl2CHCl3HCl答案D解析取代反響是有機物分子中的某些原子或原子團被其他原子或原子團所替代的反響。A項，C2H4的燃燒不是取代反響；B項為置換反響；C項為復分解反響；D項，Cl原子取代了CH2Cl2中的一個H原子，故屬于取代反響。9如下圖，集氣瓶內(nèi)充滿某混合氣體，置于光亮處，將滴管內(nèi)的水擠入集氣瓶后，燒杯中的水會進入集氣瓶，集氣瓶內(nèi)的氣體可能是CO、O2Cl2、CH4NO2、O2N2、H2A

18、B C D答案D解析此題化學實驗中產(chǎn)生倒吸的原理：加水后集氣瓶中氣壓減少，在外界大氣壓作用下，燒杯中的水被壓入集氣瓶。中CO與O2在光亮條件下不反響，加水不會導致氣壓變化；中Cl2與CH4在光照下反響生成HCl，加水后HCl迅速溶于水導致氣壓減小，產(chǎn)生倒吸；中加水后發(fā)生反響4NO2O22H2O=4HNO3，導致氣壓減小，產(chǎn)生倒吸；中N2與H2在光照下不反響，加水也不會使氣壓減小。10在光照條件下，將1 mol CH4與Cl2反響，得到等物質(zhì)的量的4種取代物，那么消耗Cl2物質(zhì)的量為A1 mol B2 molC2.5 mol D10 mol答案C解析由于CH4Cl2CH3ClHCl、CH42Cl

19、2CH2Cl22HCl、CH43Cl2CHCl33HCl、CH44Cl2CCl44HCl。1 mol CH4生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各為0.25 mol，那么消耗Cl2為0.250.25×20.25×30.25×4mol2.5 mol。才能提升11如下圖，U形管的左端被水和膠塞封閉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度可以忽略。將封閉有甲烷和氯氣混合氣體的裝置放置在有光亮的地方，讓混合氣體緩慢地反響一段時間。1假設甲烷與氯氣反響充分，且只產(chǎn)生一種有機物，請寫出化學方程式：_。2假設題目中甲烷與氯氣體積之比為11，那么得

20、到的產(chǎn)物為_填字母，下同。ACH3ClHCl BCCl4HClCCH3ClCH2Cl2DCH3ClCH2Cl2CHCl3CCl4HCl3經(jīng)過幾個小時的反響后，U形管右端的水柱變化是_。A升高 B降低C不變 D無法確定答案1CH44Cl2CCl44HCl2D3B解析1因Cl2足量，假設充分反響，那么CH4中的四個H原子可完全被取代，生成CCl4和HCl：CH44Cl2CCl44HCl。2甲烷與氯氣的取代反響，是四步反響同時發(fā)生，故得到四種氯代產(chǎn)物和HCl。3甲烷和氯氣在光照的條件下發(fā)生取代反響生成油狀液滴，U形管左側(cè)生成的氯化氫氣體易溶于水。壓強減小，U形管右端液面下降，左端液面上升。12如以下

21、圖是某同學利用日常用品注射器設計簡易實驗裝置。甲中注入10 mL CH4，同溫同壓下乙中注入50 mL Cl2，將乙中氣體推入甲中，用日光照射一段時間，氣體在甲中反響。1以下是某同學預測的實驗現(xiàn)象：氣體最終變?yōu)榧t色；實驗過程中，甲中活塞向內(nèi)挪動；甲中內(nèi)壁有油珠；產(chǎn)生火花。其中正確的選項是_。2甲管中發(fā)生的化學反響類型為_。3反響后，甲中剩余氣體能用以下試劑吸收的是_。A水 B氫氧化鈉溶液C硝酸銀溶液 D飽和食鹽水4反響后，假設將甲中的物質(zhì)推入盛有適量AgNO3溶液的小試管中會觀察到_。假設再向其中滴入幾滴石蕊溶液，又觀察到_。答案12取代反響3B4液體分為兩層，產(chǎn)生白色沉淀溶液先變紅后褪色解析

22、在光照下，甲烷與氯氣發(fā)生連鎖反響：CH4Cl2CH3ClHCl，CH3ClCl2CH2Cl2HCl，CH2Cl2Cl2CHCl3HCl，CHCl3Cl2CCl4HCl。1理論上，甲烷與氯氣體積比為14時二者恰好完全反響，而甲中氯氣與甲烷體積比為5141，說明氯氣過量，最終氣體中仍有氯氣。反響進展過程中不會產(chǎn)生火花。產(chǎn)物中只有氯化氫和一氯甲烷為氣體，所以氣體的總物質(zhì)的量減小，內(nèi)部壓強減小，甲中活塞向內(nèi)挪動。2甲烷分子中的四個氫原子可被氯原子逐一取代，故甲中發(fā)生的是取代反響。3剩余氣體中含有氯氣和氯化氫，可用氫氧化鈉溶液吸收剩余氣體。4生成的HCl會與AgNO3反響生成AgCl白色沉淀，同時因CH

23、2Cl2、CHCl3、CCl4難溶于水而看到液體分為兩層，因Cl2有剩余，假設參加幾滴石蕊溶液，溶液會先變紅后褪色。13如下圖，某氣體X可能由H2、CO、CH4中的一種或幾種組成，將X氣體燃燒后生成的氣體通過A、B兩個洗氣瓶。試答復以下問題：1假設A洗氣瓶的質(zhì)量增加，B洗氣瓶的質(zhì)量不變，那么氣體X是_。2假設A洗氣瓶的質(zhì)量不變，B洗氣瓶的質(zhì)量增加，那么氣體X是_。3假設A、B兩個洗氣瓶的質(zhì)量都增加，那么X氣體可能是完成下表，可不填滿，也可補充：答案1H22CO3CH4H2、COH2、CH4CO、CH4H2、CO、CH4解析此題主要考察根據(jù)洗氣瓶中溶液質(zhì)量的變化來確定X氣體的成分。2H2O22H2O,2COO22CO2，CH42O2CO22H2O由濃H2SO4吸收水，石灰水吸收CO2，得：1假設