2023年化學新人教必修：甲烷的性質含解析

教學資料范本2023化學人教必修：甲烷的性質含解析編輯： 時間： 1/23第一節(jié) 機化合物——甲烷第1課時 甲烷的性質學習目標了解有機化合物的概念。在、用途。3．把握甲烷的化學性質，生疏取代反響的特點。

核心素養(yǎng)建構一、有機化合物和烴

[學問梳理]概念 組成元素2/23有機烴自主思考】

含有碳元素的化合物的有機物

鹵素等C、H(寫元素符號)、CO2、H2CO3及碳酸鹽屬于有機物嗎？提示CO、CO2、H2CO3及碳酸鹽雖然含有碳元素，但其組成和性質大多具有無機物的特點，因此屬于無機物。二、甲烷分子構造(2)空間構造：圖

構造特點及空間構型4個C—構造【自主思考】假設把甲烷分子中的一個氫原子換成氯原子，還是正四周體構造嗎？3/23C—ClCH3Cl是四周體構造，但不是正四周體。物理性質顏色 狀態(tài) 氣味無色 氣體 無味化學性質

)比空氣小

的條件下，甲烷也能發(fā)生某些反響。氧化反響。

＋2O

CO

＋2HO；4現象為安靜地燃燒，火焰呈淡藍色。取代反響①試驗探究：甲烷與Cl2的取代反響。

2――→ 2 2a.試管內氣體顏色漸漸變淺；b.試管內壁有油狀液滴試驗消滅；c.試管中有少量白霧；d.試管內液面上升；e.水槽中有現象固體析出B裝置：無明顯現象CH4與Cl2在光照時才能發(fā)生化學反響，有關化學方程式為試驗CH＋Cl

光

Cl＋HCl；結論 4

2――→ 3CHCl＋Cl 光 CHCl＋HCl；3 2――→ 2 24/23CHCl＋Cl 光

＋HCl；2 2 2――→ 3CHCl

光＋Cl 3 2＋Cl

＋HCl②甲烷的四種氯代產物的性質。a．水溶性：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4均難溶于水。b．狀態(tài)：常溫下除CH3Cl是氣體，其余三種均為液體。的反響。存在與用途染小的清潔能源，也是一種重要的化工原料。[效果自測]推斷正誤，正確的打“√”，錯誤的打“×”。(1)有機物都含有碳元素，則含有碳元素的化合物都是有機物( (2)有機物都易燃燒( )烴是含有碳元素和氫元素的化合物( )烴在氧氣中充分燃燒后只生成二氧化碳和水( )(5)自然氣的主要成分是甲烷，其屬于可再生能源( (6)在點燃甲烷氣體之前必需檢驗其純度( )(7)甲烷與Cl2的反響是置換反響( )答案(1)× (2)×(3)× (4)√ (5)× (6)√(7)×瓦斯爆炸往往與礦坑中的甲烷有關，以下表達中錯誤的選項是( A．點燃甲烷不必事先進展驗純B．甲烷燃燒放出大量的熱，所以是一種很好的氣體燃料C．煤礦的礦井要留意通風并嚴禁煙火，以防爆炸事故的發(fā)生D．點燃混有空氣的甲烷不肯定會爆炸答案A5/23探究一、有機物組成和構造的表示方法【合作溝通】1．從碳的原子構造分析，有機物成鍵有什么特點？提示碳的原子構造示意圖 ，其最外層2硫、氮等元素的原子相結合，也可以與碳原子形成多種形式的共價鍵。2CH2Cl構造應當有幾種？26/23提示甲烷的立體構造為 ，因此CH2Cl22Cl在空間肯定處于相鄰位置，CH2Cl2只有一種構造。【點撥提升】甲烷空間構造的三點拓展應用分子中的4個氫原子全部被其他一樣的原子或原子團替代，則形成的分子構造仍為正四周體構造。分子中的4個氫原子被其他不同的原子或原子團替代，則形成的分子構造仍為四周體，但不屬于正四周體，如CH3Cl、CH2Cl2等。由CH4的空間構造可推知CH3CH2CH3等有機物中的碳原子并不在一條直線上。2．常見有機物構造的表示方法(以甲烷為例)表示方法CH4CH4

含義個分子中原子的種類和數目表示物質組成的各元素原子最簡整數比的式子電子式：構造式：

成鍵狀況的式子；②表示分子中原子結合或排列挨次的式子，但不表示空間構型7/23球棍模型：小球表示原子，短棍表示價鍵(單鍵、雙鍵或三鍵)比例模型：用不同體積的小球表示不同大小的原子【典題例證1】 以下各圖均能表示甲烷的分子構造，按要求答復以下問題。甲烷的球棍模型是 ，甲烷的電子式是 (填序號)。假設甲烷是平面構造，則CH2Cl2應當有 種構造，實際CH2Cl2有 種構造，證明甲烷不是平面構造，而是 構造，上述中的 反映其真實存在狀況。解析(1)這幾種形式都可以表示甲烷這種物質，其中分子構造示意圖(A)、球棍模型(C)及比例模型(D)均能反映甲烷分子的空間構型，但其中比例模型更能形象8/23(B)只反映原子最外層電子的成鍵狀況。(2)甲烷的構造式為 ，其分子空間構型假設為平面正方形構造，則二氯甲烷有2種構造： 、 ；實際上甲烷為空間正四周體構造，所以1種構造。答案(1)C B (2)2 1 正四周體 D【學以致用1】 以下說法正確的選項是( A．甲烷分子的比例模型為，其二氯取代物有2種構造9/23B．甲烷分子的球棍模型為11.2LCCl4中含有C—Cl鍵的數目為2NA解析甲烷分子的比例模型為 ，其二氯能源，C項正確。標準狀況下，CCl411.2LCCl4的物質的0.5mol，D錯誤。答案C探究二、甲烷的取代反響【合作溝通】CH4Br2(g)能否發(fā)生類似的反響，如何用化學方程式表示？10/23提示能；CH

＋Br(g) 光 CHBr＋HBr。4 2 ――→ 3CH4Cl2取代反響的產物中物質的量最多的是什么？它與Cl2在物質的量上有什么關系？HCl生成，故產物中物質的HCl1molHCl1molCl2，故HClCl2的物質的量相等。CH4Cl2反響共有幾種產物？依據取代反響的原理，思考能否用CH4Cl21∶1CH3Cl?提示CH4Cl2的反響是連鎖反響，不行能只發(fā)生第一步取代反響，生成物為CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4四種有機物與氯化氫形成的混合物，CH3Cl的產率低。因此不能用CH4Cl21∶1的體積比混合來制取純潔的CH3Cl?！军c撥提升】甲烷與鹵素單質的取代反響反響物生成物

)氣態(tài)鹵素單質和甲烷量最多①鹵素單質不同，反響速率不同②逐步取代，各步反響同時進展③取代1molH原子，消耗1molX2，生成1molHX甲烷與鹵素單質發(fā)生取代反響時易錯的四個方面反響物：鹵素單質(純鹵素)和甲烷，不能是鹵素單質的水溶液。(四種)的混合物，其中鹵化氫的物質的量最多。(3)反響條件：光照(室溫下在暗處不發(fā)生反響)。(4)反響特點：用“―→”而不用“===”，仍遵守質量守恒定律，需要配平?！镜漕}例證2】 以下有關甲烷的取代反響的表達正確的選項是( )1∶1，混合發(fā)生取代反響只生成CH3ClB．甲烷與氯氣的取代反響，生成的產物中CH3Cl最多11/23C．甲烷與氯氣的取代反響生成的產物為混合物mol甲烷生成CCl4最多消耗2mol氯氣解析錯誤，C1mol氫1mol1molHCl，故產物中HCl最多，B錯誤；1molCCl44mol氯氣，D錯誤。答案C【學以致用2】 在標準狀況下，22.4L與Cl2在光照下發(fā)生取代反響，待反響完全后，測得四種有機取代物的物質的量相等，則消耗的Cl2為( )A．0.5molC．2.5mol解析方法一 守恒法

B．2molD．4mol1molCH4Cl2發(fā)生取代反響，生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各0.25mol×(1＋2＋3＋4)＝2.5mol，依據取代反響特n(HCl)＝2.5mol2.5mol＋2.5mol＝5mol，參與Cl2n(Cl2)＝2.5mol。方法二依據化學方程式進展計算1mol，寫出取代反響總的化學方程式：4CH4＋10Cl

光CH2――→ CH

2Cl2＋CHCl3＋CCl4＋10HCl，由此可知，4molCH4正10molCl21molCH4反響時，消耗Cl22.5mol。答案C12/23以下關于甲烷的說法中錯誤的選項是( A．甲烷分子具有正四周體構造B．甲烷分子的球棍模型：C．甲烷分子中具有極性鍵C—H鍵是完全等價的鍵解析A項，甲烷是正四周體構造，正確；B項為甲烷的比例模型，故錯誤；CD項，甲烷中四個碳氫鍵都一樣，故正確。答案B以下表達錯誤的選項是( )B.甲烷化學性質比較穩(wěn)定，不能被任何氧化劑氧化13/23C.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CO2H2O，肯定條件下，也(O2)氧化。答案B3．將1mol甲烷與肯定量的氯氣混合于一量筒中，倒立于盛有飽和食鹽水的水槽(如圖所示)，對于此反響，有關表達不正確的選項是( )A．該反響屬于取代反響B(tài)．該反響的條件是光照D．該反響現象有量筒內氣體顏色變淺，器壁上有油狀液滴解析CH4Cl2在光照條件下發(fā)生取代反響，該反響的生成物有一氯甲烷、二淺，器壁上有油狀液滴。答案C4．以下化學反響中不屬于取代反響的是(

Cl＋Br CHBrCl

＋HBr2 2 2――→ 2

△――→

CH3

Cl＋H2OC．2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑

—CH

—CH

—OH＋HBr3 2

―→ 3 2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。答案C5．如圖是某同學利用日常用品注射器設計的簡易試驗裝置。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，氣體在甲管中反響，試管放在光亮處一段時間。14/23以下是某同學推測的試驗現象：①氣體最終變?yōu)闊o色；②試驗過程中，甲管活塞向內移動；③甲管內壁有油珠；④產生火花。其中正確的選項是 。甲管中發(fā)生化學反響的類型為 。反響后，甲管中剩余氣體能用以下試劑吸取的是 。AB．NaOH溶液C．AgNO3D．飽和食鹽水反響后，假設將甲中的物質全部推入盛有適量AgNO3溶液的小試管中會觀看到 其中滴入幾滴石蕊溶液，又觀看到 。解析在光照條件下，甲烷與氯氣發(fā)生反響：CH

＋Cl 光

Cl＋HCl，4 2――→ 3CHCl＋Cl 光 CHCl＋HCl，CHCl＋Cl 光 CHCl＋HCl，CHCl＋3 2――→ 2 2 2 2 2――→ 3 3Cl 光

＋HCl。2――→ 4理論上，甲烷與氯氣體積比為1∶4時，二者恰好完全反響，而甲中甲烷與氯產生火花。產物中只有氯化氫和一氯甲烷為氣體，所以氣體的總物質的量減小，內部壓強減小，甲管活塞向內移動。甲烷分子中的四個氫原子可被氯原子逐一取代，故甲管中發(fā)生的是取代反響。15/23剩余氣體中含有氯氣和氯化氫，可用氫氧化鈉溶液吸取剩余氣體。HClAgNO3AgClCH2Cl2、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。答案(1)②③ (2)取代反響(3)B(4)液體分為兩層，產生白色沉淀溶液先變紅后褪色課時作業(yè)(含甲烷等)的水合物，它易燃燒，外形似冰，被稱為“可燃冰”。“可燃冰”的開采，有助于解決人類面臨的能源危機。以下說法正確的選項是( )①甲烷屬于烴類②在一樣條件下甲烷的密度大于空氣③甲烷難溶于水④可燃冰是一種極具潛力的能源A．①②③B．②③④C．①③④D．①②④16，故一樣條件下密CO2H2O，所以可燃冰是一種C正確。答案C2.1.6mol與Cl2發(fā)生取代反響，待反響完成后測得4種氯代物的物質的量依次增大0.2mol，則參與反響的Cl2為( )A.5mol B.2mol16/23C.2.5mol D.4mol解析1.6molCH4Cl24種氯代物的物質的量依次增大0.2molCH3ClxmolCH2Cl2的物質的量是(x＋0.2)mol，CHCl3(x＋0.4)mol，CCl4的物質的量為(x＋0.6)mol，依據碳原子守恒可得x＝0.1mol，依據取代反響的特點，生成、CH2Cl2、CHCl3、CCl40.1mol、0.3mol×2＝0.6mol、0.5mol×3＝1.5mol、0.7mol×4＝2.8mol，共消耗氯氣的物質的量是0.1mol＋0.6mol＋1.5mol＋2.8mol＝5.0mol。答案A3．以下關于甲烷分子構造的說法正確的選項是( A．甲烷的電子式為 ，分子中各原子都到達“8電子”穩(wěn)定構造只有一種構造，說明甲烷是以碳原子為中心的正四周體構造C．CH4比SiH4分子穩(wěn)定，說明碳元素比硅元素非金屬性強D．CH3Cl的四個價鍵的長度和強度一樣，夾角相等8電子”，故錯誤；B項，假設甲烷是正方形，三氯甲烷也只有一種構造，故錯誤；C項，非金屬性越強，其氫化物越穩(wěn)定，反之也成立，故正確；D項，一氯甲烷的四個價鍵的鍵長和強度不同，故錯誤。答案C以下關于甲烷的表達正確的選項是( )甲烷分子的空間構型是正四周體，所以，CH2Cl2有兩種不同構型B.甲烷可以與氯氣發(fā)生取代反響，因此，可以使氯水褪色D.甲烷能使KMnO4溶液褪色解析A中，由于甲烷是正四周體構造，四個頂點中任意兩個氫原子都是相鄰關B中，CH4只能跟氯氣在光照下反響，與氯水不D中，CH4KMnO4溶液氧化。答案C17/23集氣瓶內布滿某混合氣體，置于光亮處，將滴管內的水擠入集氣瓶后，燒杯中的水會進入集氣瓶，則集氣瓶中的氣體可能是( )①CO、O2③NO2、O2④N2、H2A.①②B.②④C.③④D.②③解析從題目的表達狀況看，所選氣體組必需是與水作用后混合氣體總體積減小CH4Cl2的取代反響生成HCl，HClD。答案D量的甲烷和氯氣混合后，在光的照耀下充分反響，生成物中物質的量最多的是( )A．CH3Cl B．CH2Cl2 C．CCl4 D．HCl解析甲烷和氯氣反響生成一氯甲烷和氯化氫，然后一氯甲烷和氯氣連續(xù)反響生氯氣再反響生成四氯化碳和氯化氫，所以氯化氫的物質的量最多。答案D5%～15%(體積分數)時遇火所產生的，發(fā)生爆炸最猛烈時，甲烷在空氣中的體積分數大約為()A．10.5%D．5%

B．9.5% C．8%18/23解析

＋2O

CO

＋2H

O的體4 2――→ 2 2 4 2

與空氣的體積比為1∶(2

100

≈1∶9.5，那么它在空氣中的體積分數為1

4×100%≈9.5%。

×21)9.5＋1答案B8.取肯定量的CH4與肯定量的O2混合點燃，生成CO、CO2和H2O(g)的混合物49.6g，將燃燒產物通過無水CaCl2，CaCl2的質量增加25.2g，則燃燒產物中CO的質量是( )A.11.2gC.5.6g

B.8.4gD.2.8g解析、CO2H2O(g)49.6gCaCl2，CaCl2的質量增加25.2g25.2g，n(HO)＝

25.2g ＝1.4mol，2CH4～2H2O molC守恒，n(CO＋CO2)＝0.7mol

18g·mol－1gCO、CO2x、yx＋y＝0.7 x＝0.4， 得28x＋44y＝24.4 y＝0.3，CO的質量：28g·mol1×0.4mol＝11.2。答案A質組成的過程，請答復以下問題：某物質A在氧氣中完全燃燒只生成二氧化碳和水。則說明 母)。A．A肯定是烴肯定含有C、H兩種元素，確定不含氧元素肯定含有C、H兩種元素，可能含有氧元素D．A肯定含有C、H、O三種元素甲烷在空氣中完全燃燒的化學方程式為 。19/23假設2.24)甲烷完全燃燒后，將生成的氣體通過足量堿石灰，那么堿石灰增重的質量是 g。AC、H兩種元素，由于氧氣參與反響，故無法確定是否含有氧元素。

＋2O

CO

＋2H

O知，2.24L(0.1mol)4 2――→ 2 20.2molH2O，通過堿石灰被完全吸取，堿石灰0.1mol×44g·mol－1＋0.2mol×18g·mol－1＝8g。答案(1)C

＋2O

CO

＋2HO 84 2――→ 2 2某爭論性學習小組為了驗證CH4是否具有復原性，設計了如下試驗：學習小組的同學查閱資料得知：用無水醋酸鈉與堿石灰混合加熱可得到甲烷，

CaO―△→CH4＋X(已配平)，則X的成分是 。試驗過程中觀看到無水CuSO4漸漸變藍，澄清石灰水消滅渾濁現象，則CH4與C反響的化學方程式 。爭論小組將CH4通入溴水時，覺察溴水漸漸褪色，你認為緣由可能是 。計一個試驗方案證明你的結論(用文字表示，不必畫試驗裝置圖) 20/23 。解析(1)XNa2CO3。無水硫酸銅變?yōu)樗{色，說明有水生成，澄清石灰水消滅渾濁，說明有二氧化碳

＋4CuO △ CO4＋4Cu＋2H2O。

4 ――→ 2反響或溴單質被甲烷氣體帶走。假設發(fā)生了取代反響，有溴化氫生成，反響后溶液的pH會明顯變小；假設溴單質被甲烷氣體帶走，雖然溴單質溶于水也會使溶液顯酸pH不會有明顯變化。答案(1)Na2CO3

＋4CuO

△――→

CO2

＋4Cu＋2H2O溴單質與甲烷發(fā)生了取代反響或溴單質被甲烷氣體帶走pH，假設pH明顯變小，則說明二者發(fā)生了取代反響；假設pH沒有明顯變化，則說明溴單質被甲烷氣體帶走如下圖，U形管的左端被水和膠塞封閉有甲烷和氯氣(體積比為1∶4)的混合置放置在有光的地方，讓混合氣體緩慢地反響一段時間。假設甲烷與氯氣反響充分，且只