學(xué)案化石燃料與有機化合物1天然氣的利用甲烷

8/8化石燃料與有機化合物【第一學(xué)時】【學(xué)習(xí)內(nèi)容】天然氣的利用甲烷【學(xué)習(xí)目標】1．認識有機化合物的組成和結(jié)構(gòu)。2．能運用化學(xué)符號正確表示甲烷的組成和反應(yīng)。3．能運用結(jié)構(gòu)模型描述或解釋甲烷的性質(zhì)?！緦W(xué)習(xí)重難點】1．能運用化學(xué)符號正確表示甲烷的組成和反應(yīng)。2．能運用結(jié)構(gòu)模型描述或解釋甲烷的性質(zhì)?！緦W(xué)習(xí)過程】一、知識梳理（一）甲烷的存在、結(jié)構(gòu)及物理性質(zhì)1．存在甲烷是天然氣、沼氣、油田氣和煤礦坑道氣的主要成分。2．分子結(jié)構(gòu)甲烷的分子式是CH4；電子式是；結(jié)構(gòu)式是。實驗證明，甲烷分子具有正四面體空間結(jié)構(gòu)，其中四個C—H鍵長度和強度相同，夾角相等。3．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難溶于水微點撥：有機化合物必須含有碳元素，但含有碳元素的化合物不一定是有機化合物，如CO、CO2．碳酸及其鹽等。（二）甲烷的化學(xué)性質(zhì)通常狀況下，甲烷比較穩(wěn)定，不與高錳酸鉀等強氧化劑反應(yīng)，也不與強酸、強堿反應(yīng)。但在特定的條件下，甲烷也會發(fā)生某些反應(yīng)。1．氧化反應(yīng)（燃燒）（1）化學(xué)方程式：CH4＋2O2eq\o(→,\s\up10(點燃))CO2＋2H2O。（2）現(xiàn)象：甲烷在空氣中安靜地燃燒，火焰呈淡藍色。2．取代反應(yīng)實驗裝置與操作用排飽和食鹽水法收集4/5體積的氯氣和1/5體積的甲烷氣體，用燈光照射瓶中的混合氣體實驗現(xiàn)象集氣瓶內(nèi)壁有油狀液體出現(xiàn)，瓶中有少量白霧，且瓶內(nèi)液面上升，飽和食鹽水中有固體析出實驗結(jié)論CH4與Cl2需在光照時才能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，有關(guān)化學(xué)方程式：CH4＋Cl2eq\o(→,\s\up10(光照))CH3Cl＋HCl（一氯代物），CH3Cl＋Cl2eq\o(→,\s\up10(光照))CH2Cl2＋HCl（二氯代物），CH2Cl2＋Cl2eq\o(→,\s\up10(光照))CHCl3＋HCl（三氯代物），CHCl3＋Cl2eq\o(→,\s\up10(光照))CCl4＋HCl（四氯代物）產(chǎn)物性質(zhì)水溶性：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4均難溶于水狀態(tài)：常溫下除CH3Cl是氣體，其余三種均為油狀液體取代反應(yīng)概念有機化合物分子中的某種原子（或原子團）被另一種原子（或原子團）所取代的反應(yīng)微思考：若甲烷分子中的一個氫原子被氯原子取代，生成的CH3Cl還是四面體結(jié)構(gòu)嗎？（三）烷烴1．烴由碳、氫兩種元素組成的有機化合物，稱為碳氫化合物，又叫烴。2．烷烴（1）概念：碳原子都以碳碳單鍵相連，其余的價鍵均用于與氫原子結(jié)合，達到“飽和”，這一系列化合物被稱為烷烴。（2）烷烴結(jié)構(gòu)上的特點微點撥：烷烴中碳碳結(jié)合成鏈狀，鏈狀不是“直線狀”，而是呈鋸齒狀，鏈上還可分出支鏈，如圖所示。3．烷烴的命名（1）表示碳原子數(shù)（n）及表示n≤1012345678910甲乙丙丁戊己庚辛壬癸n＞10相應(yīng)漢字數(shù)字（2）碳原子數(shù)n相同，結(jié)構(gòu)不同時，用正、異、新表示。（3）舉例：C6H14命名為己烷，C18H38命名為十八烷；C4H10的兩種分子的命名：無支鏈時：CH3CH2CH2CH3命名為正丁烷，有支鏈時：命名為異丁烷。4．同系物（1）概念：結(jié)構(gòu)相似、分子組成相差1個或若干個“CH2”原子團的有機化合物互稱為同系物。（2）實例：CH4、C2H6、C3H8互為同系物。微思考：如何判斷有機物之間是否互為同系物？二、初試身手（一）自主診斷1．判斷正誤（正確的打“√”，錯誤的打“×”）（1）在點燃甲烷氣體之前必須檢驗其純度。 （√）（2）甲烷與Cl2的反應(yīng)是置換反應(yīng)。 （×）（3）乙烷能與溴水發(fā)生取代反應(yīng)而褪色。 （×）（4）分子組成符合通式為CnH2n＋2（n為正整數(shù)）的烴不一定是烷烴。 （×）2．下列分子式及結(jié)構(gòu)式中，從成鍵情況看不合理的是（）B【C．Si能形成4條共價鍵，N能形成3條共價鍵，而O、S能形成2條共價鍵，可以看出B項中碳原子成鍵不合理。】3．將裝有甲烷和氯氣混合氣體的三個集氣瓶，用玻璃片把瓶口蓋好后，分別做如下處理，各有怎樣的現(xiàn)象發(fā)生？（1）置于黑暗處：________。（2）將點燃的鎂條靠近集氣瓶外壁：________。（3）放在光亮的教室里：_________________________________________________________________________________________________。（4）甲烷和氯氣發(fā)生的一系列反應(yīng)都是________（填反應(yīng)類型）反應(yīng)，有機物中常用作有機溶劑的是__________，可用作滅火劑的是________?！窘馕觥坑捎贑H4與Cl2的取代反應(yīng)是在光照條件下進行的，因而在黑暗處不會發(fā)生反應(yīng)；將點燃的鎂條靠近集氣瓶，則因光太強烈，反應(yīng)較快，能發(fā)生爆炸；放于光亮的教室里，反應(yīng)較平緩地發(fā)生，現(xiàn)象為黃綠色漸漸變淺，最后消失，瓶壁上出現(xiàn)油狀液滴；該類有機反應(yīng)是典型的取代反應(yīng)，其產(chǎn)物有四種有機物，常作有機溶劑的是CHCl3、CCl4，作滅火劑的是CCl4．【答案】（1）無明顯現(xiàn)象（2）發(fā)生爆炸（3）黃綠色逐漸變淺，最后消失，瓶壁上出現(xiàn)油狀液滴（4）取代CHCl3、CCl4CCl4（二）合作探究1．下列化學(xué)反應(yīng)中不屬于取代反應(yīng)的是（）A．CH2Cl2＋Br2eq\o(→,\s\up10(光照))CHBrCl2＋HBrB、CH3OH＋HCleq\o(→,\s\up10(光照))CH3Cl＋H2OC．2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑D．CH3CH2Br＋H2Oeq\o(→,\s\up10(NaOH),\s\do8(△))CH3CH2OH＋HBrC【取代反應(yīng)是指有機物分子中的某種原子（或原子團）被另一種原子（或原子團）所取代的反應(yīng)。C項中的反應(yīng)為置換反應(yīng)，不是有機反應(yīng)，更不是取代反應(yīng)。】2．某課外活動小組利用如圖所示裝置探究甲烷與氯氣的反應(yīng)。根據(jù)題意，回答下列問題：（1）CH4與Cl2發(fā)生反應(yīng)的條件是________；若用日光直射，可能會引起________。（2）實驗中可觀察的實驗現(xiàn)象有量筒內(nèi)壁出現(xiàn)油狀液滴，飽和食鹽水中有少量固體析出，____________________________________________________________________________________________________________________，_____________________________________________________________等。（3）實驗中生成的油狀液滴的化學(xué)式為______________________________，其中________是工業(yè)上重要的有機溶劑。（4）用飽和食鹽水而不用水的原因是______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________?！窘馕觥緾H4和Cl2在光照條件下反應(yīng)生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl等物質(zhì)，隨著反應(yīng)進行，Cl2不斷消耗，黃綠色逐漸消失。又由于生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4常溫下是無色油狀液體，故量筒內(nèi)壁上有油滴。因生成的HCl易溶于水，量筒內(nèi)的壓強減??；量筒內(nèi)液面上升。HCl溶于水后，溶液中Cl－濃度增大，使NaCl固體析出?！敬鸢浮浚?）光照爆炸（2）量筒內(nèi)黃綠色氣體顏色變淺量筒內(nèi)液面上升（3）CH2Cl2、CHCl3、CCl4CHCl3、CCl4（4）降低Cl2在水中的溶解度，抑制Cl2和水反應(yīng)3．下列關(guān)于同系物的說法中錯誤的是（）A．同系物具有相同的最簡式B．同系物能符合同一通式C．同系物中，相鄰的同系物彼此在組成上相差1個“CH2”原子團D．同系物的化學(xué)性質(zhì)基本相似，物理性質(zhì)隨碳原子數(shù)增加而呈規(guī)律性變化A【結(jié)構(gòu)相似，必屬于同一類物質(zhì)，因此有同一通式，但不一定有相同的最簡式，A錯誤，B正確；相鄰?fù)滴镌诮M成上相差1個“CH2”原子團，C正確；因結(jié)構(gòu)相似，所以化學(xué)性質(zhì)基本相似，但組成上的差異使得物理性質(zhì)隨碳原子數(shù)增加而呈規(guī)律性變化，D正確。】4．下列各組物質(zhì)互為同系物的是（）A．O2和O3B、CH4和C3H8C．CH3CH2CH2CH3和（CH3）3CHD．eq\o\al(1,1)H和eq\o\al(2,1)HB【O2和O3互為同素異形體；eq\o\al(1,1)H和eq\o\al(2,1)H互為同位素；CH3CH2CH2CH3和（CH3）3CH分子式相同；只有CH4和C3H8滿足同系物的概念。】【精煉反饋】1．下列關(guān)于甲烷的敘述中不正確的是（）A．甲烷是一種無色、難溶于水的氣體B．將甲烷通入酸性高錳酸鉀溶液，溶液褪色C．甲烷只有1種二氯代物，證明它是正四面體結(jié)構(gòu)D．CH4和Cl2在光照條件下能發(fā)生反應(yīng)，得到多種產(chǎn)物B【常溫下，甲烷是一種無色、無味、難溶于水的氣體，A正確；甲烷中不含有不飽和鍵，不能與高錳酸鉀溶液反應(yīng)使溶液褪色，B錯誤；甲烷的取代產(chǎn)物二氯甲烷沒有同分異構(gòu)體，即可說明甲烷是正四面體結(jié)構(gòu)，C正確；甲烷與氯氣在光照條件下發(fā)生反應(yīng)可以生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷四種有機產(chǎn)物，另外還有HCl氣體生成，D正確?！?．甲烷和氯氣以1:3的物質(zhì)的量比混合，在光照條件下，得到的有機產(chǎn)物是（）①CH3Cl②CH2Cl2③CHCl3④CCl4A．只有① B．①和②的混合物C．只有② D．①②③④的混合物D3．（雙選）下列各組內(nèi)的物質(zhì)不屬于同系物的是（）CD【雖然A項中的3種物質(zhì)有的是直鏈結(jié)構(gòu)，有的是帶支鏈的結(jié)構(gòu)，但它們通式相同，都屬于烷烴，在分子組成上依次相差1個“CH2”原子團，故為同系物；B項中的3種物質(zhì)均只含一個碳碳雙鍵，在分子組成上依次相差1個“CH2”原子團，也屬于同系物；C項中和分子式相同，結(jié)構(gòu)簡式不同，不屬于同系物；D項中兩種物質(zhì)分子式相同，不屬于同系物。】4．鑒別CH4．CO、H2三種無色氣體的方法是（）A．點燃——通入澄清石灰水——加入溴的四氯化碳溶液B．點燃——罩上干燥的小燒杯——加入澄清石灰水C．點燃——通入澄清石灰水D．點燃——通入酸性KMnO4溶液B【根據(jù)燃燒后的產(chǎn)物來判斷，甲烷燃燒后生成CO2和H2O，氫氣燃燒后生成H2O，CO燃燒后生成CO2．在燃燒的火焰上方罩一個干燥的小燒杯，出現(xiàn)水霧的是甲烷和氫氣，沒有水霧的是CO；然后在有水霧的兩個小燒杯里加入澄清石灰水，出現(xiàn)渾濁的是甲烷，無現(xiàn)象的是H2．】5．如圖是某同學(xué)利用日常用品注射器設(shè)計的簡易實驗裝置。甲管中注入10mLCH4，同溫同壓下乙管中注入50mLCl2，將乙管氣體推入甲管中，并將該裝置放在光亮處一段時間，氣體在甲管中反應(yīng)。（1）下列是某同學(xué)預(yù)測的實驗現(xiàn)象：①氣體最終變?yōu)闊o色；②實驗過程中，甲管活塞向內(nèi)移動；③甲管內(nèi)壁有油珠附著；④產(chǎn)生火花。其中正確的是________。（2）甲管中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的類型為________。（3）反應(yīng)后，甲管中剩余氣體能用下列試劑吸收的是__________。A．水 B．NaOH溶液C．AgNO3溶液 D．飽和食鹽水（4）反應(yīng)后，若將甲中的物質(zhì)全部推入盛有適量AgNO3溶液的小試管中會觀察到_________________________________________________；若再向其中滴入幾滴石蕊溶液，又觀察到__________________________________________________________________________________________?！窘馕觥吭诠庹諚l件下，甲烷與氯氣發(fā)生反應(yīng)：CH4＋Cl2eq\o(→,\s\up10(光照))CH3Cl＋HCl，CH3Cl＋Cl2eq\o(→,\s\up10(光照))CH2Cl2＋HCl，CH2Cl2＋Cl2eq\o(→,\s\up10(光照))CHCl3＋HCl，CHCl3＋Cl2eq\o(→,\s\up10(光照))CCl4＋HCl。（1）理論上，甲烷與氯氣體積比為1:4時，二者恰好完全反應(yīng)，而甲中甲烷與氯氣體積比為1:5，說明氯氣過量，反應(yīng)后仍有氯氣剩余。該反應(yīng)進