甲烷的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

1、第三章第三章 有機(jī)化合物有機(jī)化合物第一節(jié) 最簡(jiǎn)單的有機(jī)化合物課前預(yù)習(xí)區(qū)課前預(yù)習(xí)區(qū)1、有機(jī)化合物；來(lái)源、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、合成、應(yīng)用、有機(jī)化合物；來(lái)源、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、合成、應(yīng)用2、（、（1）有機(jī)化學(xué)；有機(jī)化合物有機(jī)化學(xué)；有機(jī)化合物尿素尿素定量分析方法定量分析方法碳的價(jià)鍵、碳原子的空間結(jié)構(gòu)；碳的價(jià)鍵、碳原子的空間結(jié)構(gòu)；官能團(tuán)官能團(tuán)（2）關(guān)于化學(xué)結(jié)構(gòu)理論；有機(jī)反應(yīng)機(jī)理關(guān)于化學(xué)結(jié)構(gòu)理論；有機(jī)反應(yīng)機(jī)理 紅外光譜、核磁共振譜圖、質(zhì)譜、紅外光譜、核磁共振譜圖、質(zhì)譜、X射線(xiàn)衍射射線(xiàn)衍射 逆推法合成路線(xiàn)設(shè)計(jì)逆推法合成路線(xiàn)設(shè)計(jì)概概 念念: 含碳的化合物叫有機(jī)物。含碳的化合物叫有機(jī)物。注意注意 少數(shù)含碳元素的物質(zhì)，其組成和

2、性質(zhì)與少數(shù)含碳元素的物質(zhì)，其組成和性質(zhì)與無(wú)機(jī)物相似無(wú)機(jī)物相似,常被看作無(wú)機(jī)物常被看作無(wú)機(jī)物,如如CO、CO2、H2CO3及所有碳酸鹽等及所有碳酸鹽等有機(jī)物組成元素組成元素:除碳外除碳外，常常含有氫、常常含有氫、氧氧，還含有氮、硫、鹵還含有氮、硫、鹵素素、磷等。磷等。例如：汽油例如：汽油 煤油煤油 塑料塑料 糖類(lèi)糖類(lèi) 蛋白質(zhì)等蛋白質(zhì)等僅含碳和氫兩種元素的有機(jī)物稱(chēng)為碳?xì)浠衔?，也僅含碳和氫兩種元素的有機(jī)物稱(chēng)為碳?xì)浠衔?，也稱(chēng)為烴。甲烷是最簡(jiǎn)單的烴。稱(chēng)為烴。甲烷是最簡(jiǎn)單的烴。 其中其中 僅僅含含碳碳和和氫氫兩種元素的有機(jī)兩種元素的有機(jī)物稱(chēng)為碳?xì)浠衔铮卜Q(chēng)為烴。物稱(chēng)為碳?xì)浠衔?，也稱(chēng)為烴。最簡(jiǎn)單的烴

3、是甲烷最簡(jiǎn)單的烴是甲烷下列物質(zhì)屬于有機(jī)物的是下列物質(zhì)屬于有機(jī)物的是( )A.HA.H2 2S B.CS B.C2 2H H2 2 C.CHC.CH3 3Cl D.CCl D.C2 2H H5 5OH E.CHOH E.CH4 4，F(xiàn).HF.H2 2 G.G.金剛石金剛石 H.CO I.H H.CO I.H2 2COCO3 3 J.NaJ.Na2 2COCO3 3B C D E有機(jī)物的性質(zhì)有機(jī)物的性質(zhì)溶解性溶解性熔沸點(diǎn)熔沸點(diǎn)可燃性可燃性導(dǎo)電性導(dǎo)電性化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)多數(shù)不溶于水，易溶于有機(jī)溶劑多數(shù)不溶于水，易溶于有機(jī)溶劑熔沸點(diǎn)較低，一般在熔沸點(diǎn)較低，一般在400以下以下多數(shù)可以燃燒多數(shù)可以燃燒多數(shù)

4、是非電解質(zhì)，不導(dǎo)電多數(shù)是非電解質(zhì)，不導(dǎo)電一般比較復(fù)雜；副反應(yīng)多，產(chǎn)物復(fù)雜、一般比較復(fù)雜；副反應(yīng)多，產(chǎn)物復(fù)雜、產(chǎn)率低；反應(yīng)速率較慢，用箭頭表示產(chǎn)率低；反應(yīng)速率較慢，用箭頭表示甲烷俗稱(chēng)甲烷俗稱(chēng)沼氣沼氣，是在隔絕空氣情況下，主要，是在隔絕空氣情況下，主要由植物殘?bào)w分解而成的。是由植物殘?bào)w分解而成的。是天然氣、油田氣天然氣、油田氣的主要成分，的主要成分，煤礦坑道煤礦坑道中也含有大量甲烷氣中也含有大量甲烷氣體（坑氣、瓦斯）體（坑氣、瓦斯） 在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，甲烷相對(duì)空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，甲烷相對(duì)空氣的密度是的密度是0.717g/L0.717g/L。其中，。其中， 碳占25%，氫占25%。求分子式分子式：分子式：

5、CH4電子式：電子式：HHHCH結(jié)構(gòu)式：結(jié)構(gòu)式：CHHHH+1-4一、甲烷的分子結(jié)構(gòu)一、甲烷的分子結(jié)構(gòu)（平面）（平面） 思考思考 上述結(jié)構(gòu)式是否說(shuō)明上述結(jié)構(gòu)式是否說(shuō)明甲烷分子的真實(shí)構(gòu)型是以碳甲烷分子的真實(shí)構(gòu)型是以碳原子為中心，四個(gè)氫原子為原子為中心，四個(gè)氫原子為頂點(diǎn)的平面正方形？頂點(diǎn)的平面正方形？ 裁一段長(zhǎng)裁一段長(zhǎng)25cm25cm、寬、寬8.7cm8.7cm的矩形紙板或的矩形紙板或硬紙條，按下圖所示方式，裁去兩頭的小硬紙條，按下圖所示方式，裁去兩頭的小三角，按虛線(xiàn)向內(nèi)折成如圖所示的正四面三角，按虛線(xiàn)向內(nèi)折成如圖所示的正四面體，其頂點(diǎn)分別為甲烷中個(gè)氫原子的位體，其頂點(diǎn)分別為甲烷中個(gè)氫原子的位置，

6、中心是碳原子。置，中心是碳原子。實(shí)踐活動(dòng)（模型制作）實(shí)踐活動(dòng)（模型制作）二、甲烷分子的立體結(jié)構(gòu)：二、甲烷分子的立體結(jié)構(gòu)： 以碳原子為中心，以碳原子為中心， 四個(gè)氫原子四個(gè)氫原子為頂點(diǎn)的為頂點(diǎn)的正四面體正四面體。鍵角：。鍵角：109109。2828， (1)(1) 色色 味的味的 體，體，(2)(2)密度密度 ，(3)(3) 溶于水溶于水三、甲烷的性質(zhì)三、甲烷的性質(zhì)1.1.甲烷的物理性質(zhì)甲烷的物理性質(zhì)（收集（收集向下排氣法）向下排氣法）（收集（收集排水法）排水法）極難極難比空氣小比空氣小氣氣無(wú)無(wú)無(wú)無(wú) 通常情況下，甲烷的結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，不易與其通常情況下，甲烷的結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，不易與其它物質(zhì)反應(yīng)。它物

7、質(zhì)反應(yīng)。與與強(qiáng)酸強(qiáng)酸、強(qiáng)堿強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑如強(qiáng)氧化劑如高錳酸鉀、高錳酸鉀、溴水等溴水等都不起反應(yīng)。都不起反應(yīng)。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，是在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，是0.717g/L0.717g/L。用“”不用“”1、氧化反應(yīng)（、氧化反應(yīng)（可燃性）可燃性）CHCH4 4爆炸爆炸極限極限：5%15.4%CH4+2O2 CO2+2H2O點(diǎn)燃點(diǎn)燃瓦斯爆炸瓦斯爆炸點(diǎn)燃甲烷前必須驗(yàn)純點(diǎn)燃甲烷前必須驗(yàn)純, ,否則會(huì)爆炸否則會(huì)爆炸注意注意:現(xiàn)象現(xiàn)象：明亮的明亮的淡藍(lán)色淡藍(lán)色火焰，火焰，放出大量的熱。放出大量的熱。四、化學(xué)性質(zhì)四、化學(xué)性質(zhì) 瓦斯爆炸是一定濃度的甲烷和空氣中氧氣作用下發(fā)瓦斯爆炸是一定濃度的甲烷和空氣中氧氣作用下發(fā)生的激烈

8、氧化還原反應(yīng)。煤礦必須通風(fēng)、嚴(yán)禁煙火等。生的激烈氧化還原反應(yīng)。煤礦必須通風(fēng)、嚴(yán)禁煙火等。 2.取代反應(yīng)科學(xué)探究科學(xué)探究 你從實(shí)驗(yàn)中得到哪些信你從實(shí)驗(yàn)中得到哪些信息？息？ 從所得的實(shí)驗(yàn)信息中你從所得的實(shí)驗(yàn)信息中你能得到哪些啟示？能得到哪些啟示？HCHHH+ClCl光光CHHHCl+ HCl 試管內(nèi)水面上升試管內(nèi)水面上升，說(shuō)明氣體總體積在縮小說(shuō)明氣體總體積在縮小 試管內(nèi)試管內(nèi)ClCl2 2的黃綠色逐漸消失的黃綠色逐漸消失 試管內(nèi)壁出現(xiàn)油狀液滴試管內(nèi)壁出現(xiàn)油狀液滴(4)(4)水槽中有晶體析出水槽中有晶體析出甲烷的取代反應(yīng)甲烷的取代反應(yīng) 現(xiàn)象：現(xiàn)象：化學(xué)方程式：化學(xué)方程式：取代反應(yīng)取代反應(yīng): : 有機(jī)

9、物分子里的某些原子或原子團(tuán)被有機(jī)物分子里的某些原子或原子團(tuán)被 其他原子或原子團(tuán)所替代的反應(yīng)其他原子或原子團(tuán)所替代的反應(yīng) 有機(jī)物分子里有機(jī)物分子里的某些原子或原子團(tuán)被其他的某些原子或原子團(tuán)被其他原子或原子團(tuán)所代替的反應(yīng)原子或原子團(tuán)所代替的反應(yīng),叫取代反應(yīng)叫取代反應(yīng)。CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl光光CH3Cl + Cl2 CH2Cl2 + HCl光光CH2Cl2 + Cl2 CHCl3 + HCl光光CHCl3 + Cl2 CCl4 + HCl光光一氯甲烷一氯甲烷（無(wú)色氣體）（無(wú)色氣體）二氯甲烷二氯甲烷（難溶于水的無(wú)色液體）（難溶于水的無(wú)色液體）三氯甲烷又叫氯仿三氯甲烷又叫氯仿 （有

10、機(jī)溶劑、麻醉劑）（有機(jī)溶劑、麻醉劑）四氯甲烷又叫四氯化碳四氯甲烷又叫四氯化碳（有機(jī)溶劑、滅火劑）（有機(jī)溶劑、滅火劑）甲烷是與氯氣發(fā)生取代反應(yīng)甲烷是與氯氣發(fā)生取代反應(yīng), ,與氯水不反應(yīng)與氯水不反應(yīng)四種氯代有機(jī)物均難溶于水，四種氯代有機(jī)物均難溶于水， 取代反應(yīng)取代反應(yīng)（甲烷與氯氣的反應(yīng)）（甲烷與氯氣的反應(yīng)） 置換反應(yīng)置換反應(yīng) （鋅與稀硫酸反應(yīng)）（鋅與稀硫酸反應(yīng)）生成物都是化合物生成物都是化合物生成物中一定有單質(zhì)生成物中一定有單質(zhì)反應(yīng)受溫度、壓強(qiáng)催化劑反應(yīng)受溫度、壓強(qiáng)催化劑等外界條件的影響等外界條件的影響多數(shù)在水溶液中進(jìn)行，遵循多數(shù)在水溶液中進(jìn)行，遵循金屬（或非金屬）活動(dòng)順序金屬（或非金屬）活動(dòng)順序

11、反應(yīng)逐漸進(jìn)行，多數(shù)是可反應(yīng)逐漸進(jìn)行，多數(shù)是可逆的逆的反應(yīng)多數(shù)為一步單向進(jìn)行反應(yīng)多數(shù)為一步單向進(jìn)行取代反應(yīng)與置換反應(yīng)的對(duì)比取代反應(yīng)與置換反應(yīng)的對(duì)比甲烷與氯氣反應(yīng)的產(chǎn)物有幾種？甲烷與氯氣反應(yīng)的產(chǎn)物有幾種？ 甲烷與氯氣反應(yīng)，共得到甲烷與氯氣反應(yīng)，共得到5種產(chǎn)物種產(chǎn)物，其中一，其中一氯甲烷和氯化氫是氯甲烷和氯化氫是氣態(tài)氣態(tài)，二氯甲烷、三氯甲烷、，二氯甲烷、三氯甲烷、和四氯甲烷為和四氯甲烷為液態(tài)液態(tài)。而氯化氫易溶于水，其余難。而氯化氫易溶于水，其余難溶于水。溶于水。1.反應(yīng)物質(zhì)：純鹵素單質(zhì)；如甲烷與氯水、溴水不反應(yīng)，反應(yīng)物質(zhì)：純鹵素單質(zhì)；如甲烷與氯水、溴水不反應(yīng)，與與Cl2、溴蒸氣光照條件下發(fā)生取代反應(yīng)

12、。、溴蒸氣光照條件下發(fā)生取代反應(yīng)。 2.甲烷分子中的四個(gè)氫原子可逐一被取代，反應(yīng)是連續(xù)甲烷分子中的四個(gè)氫原子可逐一被取代，反應(yīng)是連續(xù)的，故甲烷的鹵代物并非一種，而是幾種鹵代物的混合的，故甲烷的鹵代物并非一種，而是幾種鹵代物的混合物。物。注意：注意：3.分解反應(yīng)：分解反應(yīng)：242HCCH 高溫其產(chǎn)物：其產(chǎn)物：H H2 2是合成氨及合成汽油等工業(yè)的原料。是合成氨及合成汽油等工業(yè)的原料。C C是是橡膠工業(yè)的原料，可以用于制造顏料、油墨、油漆等橡膠工業(yè)的原料，可以用于制造顏料、油墨、油漆等注：多數(shù)有機(jī)物熔點(diǎn)低，受熱易分解。注：多數(shù)有機(jī)物熔點(diǎn)低，受熱易分解。甲烷常溫時(shí)很穩(wěn)定，高溫時(shí)可斷鍵甲烷常溫時(shí)很穩(wěn)定

13、，高溫時(shí)可斷鍵甲烷的高溫裂解反應(yīng)方程式：甲烷的高溫裂解反應(yīng)方程式：四、甲烷的制備：四、甲烷的制備：（1 1）工業(yè)制備）工業(yè)制備 ：天然氣除雜得甲烷：天然氣除雜得甲烷 （2 2）實(shí)驗(yàn)室制備）實(shí)驗(yàn)室制備藥品：藥品：無(wú)水無(wú)水CHCH3 3COONaCOONa和堿石灰（和堿石灰（NaOHNaOH和和CaOCaO）反應(yīng)原理：反應(yīng)原理：主反應(yīng)方程式：主反應(yīng)方程式：CHCH3 3COONa+NaOH CHCOONa+NaOH CH4 4 +Na +Na2 2COCO3 3 堿石灰中的堿石灰中的CaOCaO的作用：的作用： A.A.提供反應(yīng)物提供反應(yīng)物 B.B.疏松導(dǎo)氣疏松導(dǎo)氣氣體發(fā)生裝置：同于氣體發(fā)生裝置：同于O O2 2、NHNH3 3 課堂小結(jié)課堂小結(jié)正四面體正四面體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)穩(wěn)定通常情況下，性質(zhì)通常情況下，性質(zhì)穩(wěn)定穩(wěn)定,特定條件下，特定條件下，可發(fā)生反應(yīng)可發(fā)生反應(yīng)點(diǎn)燃條件下，燃燒點(diǎn)燃條件下，燃燒光照條件下，與氯光照條件下，與氯氣取代氣取代 甲烷的甲烷的分子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu) 甲烷的甲烷的 性性 質(zhì)質(zhì) 甲烷的甲烷的 用用 途途做燃料做燃料重要的化重要的化工原料工原料決定決定決定決定隨堂練習(xí)隨堂練習(xí)CA CD 4、1mol的甲烷與一定量的的