最簡單的有機化合物甲烷學案

《有機化學》學案第一章烴第一課時甲烷一、關于有機物：1、有機物：指含的化合物〔除CO、、碳酸、、氰化物、金屬碳化物等外〕。除碳元素外還通常含有、、、、、等幾種元素。2、有機物的主要特點：大多數(shù)有機物熔沸點較，溶于水、溶于有機溶劑、導電、燃燒。有機反響一般復雜、緩慢，一般需和使用，常伴有；所以有機反響中常用“→”不用“=”。3、有機物種類繁多的原因：①碳原子有個價電子，可以和其他原子形成條共價鍵；②碳碳之間可以形成單鍵、也可以形成和；③碳碳之間結(jié)合的方式可以是鏈狀，也可以是狀。4、僅由和兩種元素組成的有機化合物總稱為。是最簡單的烴二、甲烷1、甲烷的物理性質(zhì)和存在：甲烷是、、、的主要成分。甲烷是一種色、味、溶于水、通常為態(tài)的有機物，密度比空氣。2、甲烷的分子組成和結(jié)構：化學式：最簡式：電子式：結(jié)構式：結(jié)構簡式：_______模型______模型分子空間構型：，碳原子位于正四面體的______，4個氫原子分別位于正四面體的4個_________上。4個C-H鍵的長度和強度相同，夾角相等〔鍵角：__________〕分子極性：3、甲烷的化學性質(zhì)和用途：通常情況下，甲烷的化學性質(zhì)比擬穩(wěn)定，不與、等強氧化劑反響，也不與、和反響，但在一定條件下也會發(fā)生某些反響，如：氧化反響、取代反響和高溫分解。A〔1〕、可燃性：甲烷在空氣中燃燒發(fā)出_______色火焰，同時放出大量的熱。寫出化學方程式：怎樣防止氣體爆炸？點燃前必須先怎樣檢查其燃燒的生成產(chǎn)物？思考：如何區(qū)別H2、CO、CH4三種氣體？〔2〕、取代反響：〔教材實驗3-3〕將一瓶甲烷與一瓶氯氣混合，倒立在盛有飽和食鹽水，高壓汞燈照射，觀察到什么現(xiàn)象？化學反響現(xiàn)象：光照時，氯氣的黃綠色逐漸，瓶壁上有生成，液面，試管中有少量。①、甲烷的氯代反響：〔注意反響條件及書寫方法〕第一步：CH4+Cl2+HCl第二步：CH3Cl+Cl2+HCl第三步：CH2Cl2+Cl2+HCl第四步：CHCl3+Cl2+HCl名稱〔俗稱〕一氯甲烷二氯甲烷三氯甲烷〔〕四氯甲烷〔〕化學式常溫下狀態(tài)_____態(tài)_____態(tài)_____態(tài)_____態(tài)溶解性________溶于水，____________溶于有機溶劑主要用途重要的___________③、取代反響：有機物分子里的某些或被或所替代的反響。④、甲烷與氯氣在光照條件下能發(fā)生取代反響，但和氯水在光照條件下不會反響；甲烷與溴蒸氣、碘蒸氣也能發(fā)生類似的反響。寫出的甲烷與溴蒸氣第一步化學反響方程式：⑤甲烷分子中的一個氫原子被取代，需要____個氯分子，其中一個氯原子_______________，而另一個氯原子_____________________。因此，1molCH4需要____molCl2才能完全轉(zhuǎn)化為CCl4【典型例題】例1、以下物質(zhì)中，不能和氯氣發(fā)生取代反響的是〔〕ACH3ClBCCl4CCH2Cl2DCH4〔3〕、受熱分解：①、分解條件：②、反響方程式：圖5-3〔4〕、用途：甲烷是一種很好的，并可用來制取等。圖5-3圖5-4圖5-4課外延伸——甲烷的空間構型歷史上，科學家們在測定了甲烷分子組成為CH4后，對甲烷的分子結(jié)構曾提出了兩種猜測：正四面體型與平面正方形，科學家如何判斷出甲烷分子是哪種空間構型的？為解決甲烷分子的空間結(jié)構問題，科學家們提出：通過研究二氯甲烷是否存在不同結(jié)構來確定。——假設甲烷分子呈正四面體型，那么其二氯代物只可能有一種：如圖5-3。而假設甲烷分子呈平面正四邊形，那么其二氯代物可以有兩種：如圖5-4所以，只要看一下甲烷的二氯代物的種數(shù)，即可判斷甲烷分子的空間構型。另外，通過測量甲烷分子中四個鍵角相等且等于109028/也能證明甲烷為正四面體結(jié)構。課堂小考1、在光照條件下，將等體積的甲烷和氯氣混合，得到的產(chǎn)物中物質(zhì)的量最多的是ACH3Cl BCH2Cl2 C CCl4 D HCl2、甲烷分子是以C原子為中心的正四面體結(jié)構，而不是正方形的平面結(jié)構，理由是〔〕A、CH3Cl只有一種結(jié)構B、CH2Cl2只有一種結(jié)構C、CHCl3只有一種結(jié)構D、CH4中四個價鍵的鍵角和鍵長都相等3、以下物質(zhì)中不屬于有機物的是A、CO〔NH2〕2B、NH4CNO C、CCl4 D、CH3CH2OH4、以下說法正確的選項是 〔〕A、有機物都不溶于水，易溶于有機溶劑B、有機物只能從有機生命體中取得C、組成中僅有C、H兩種元素的有機物叫烴D、有機物不具備無機物的性質(zhì)，都是非電解質(zhì)5.以下氣體的主要成分不是甲烷的是()A.沼氣 B.天然氣 C.水煤氣 D.坑道所產(chǎn)生的氣體6、以下反響屬于取代反響的是A、甲烷燃燒 B、由甲烷制取氯仿C、由甲烷制炭黑 D、鈉與水反響制得H27、、由CH4、CO、H2中的一種、兩種或三種組成的氣體，完全燃燒后，生成的CO2和H2O的物質(zhì)的量之比是1：2，以下判斷中不正確的選項是A、原氣體中一定含有CH4B、原氣體中可能不含CH4C、原氣體中假設含有CO，那么一定含有H2D氣體中假設同時含有CH4、CO和H2，那么CO與H2的物質(zhì)的量之比為1：2課后練習8、有3mL甲烷和一氧化碳的混合氣體，完全燃燒恰好用去3mL氧氣，那么此混合氣體中甲烷和一氧化碳的體積比是A、1：2 B、1：1 C、2：1 D、任意比9以下表達正確的選項是ANH3是極性分子，分子中N原子是在3個H原子所組成的三角形的中心BCH4是非極性分子，分子中C原子處在4個Cl原子所組成的正方形的中心CH2O是極性分子，分子中O原子不處在2個H原子所連成的直線的中央DCO2是非極性分子，分子中C原子不處在2個O原子所連成的直線的中央10、空氣中含甲烷5%～15％(體積分數(shù))點燃就會發(fā)生爆炸，發(fā)生爆炸最強烈時，甲烷在空氣中所占的體積分數(shù)是(提示：甲烷與氧氣恰好完全反響時爆炸最強烈)A.5% B.9.5% C.10% D.15%11、有一類組成最簡單的有機硅化物叫硅烷，它的組成與烷烴相似。以下說法錯誤的選項是〔〕A、硅烷的分子通式可表示為SinH2n+2B、甲硅烷燃燒生成二氧化硅和水C、甲硅烷〔SiH4〕的密度小于甲烷D、甲硅烷的熱穩(wěn)定性強于甲烷12、假設要使1molCH4完全與氯氣發(fā)生取代反響，并生成相同物質(zhì)的量的四種取代物，那么需要氯氣的物質(zhì)的量為A、2.5mol B、2mol C、1.25mol D、0.5mol13、天然氣的主要成分CH4是一種會產(chǎn)生溫室效應的氣體，等物質(zhì)的量的CH4和CO2產(chǎn)生的溫室效應，前者大。下面是有關天然氣的幾種表達：①天然氣與煤、柴油相比是較清潔的能源；②等質(zhì)量的CH4和CO2產(chǎn)生的溫室效應也是前者大；③燃燒天然氣也是酸雨的成因之一。其中正確的()。A.是①②③B.只有① C.是①和②D.只有③14：甲烷與過量氧氣混和，用電火花引爆后，氣體密度為同溫同壓下H2密度的15倍，求原混和氣體中甲烷與氧氣的體積比。第二課時烷烴一、烷烴的結(jié)構和性質(zhì)1、烷烴：烴分子中的碳原子之間只以____鍵結(jié)合成________，碳原子上剩余價鍵全部跟_______相結(jié)合，使每個碳原子的化合價都到達飽和，這樣的烴叫做，也稱為烷烴。2、烷烴的結(jié)構特點：烷烴都是立體結(jié)構，碳原子______一條直線上〔除非只有兩個碳原子〕，直鏈烷烴的碳原子空間構型是____________型。常見烷烴的結(jié)構式和結(jié)構簡式：名稱分子式結(jié)構式結(jié)構簡式最簡式甲烷乙烷丙烷丁烷[練習]將以下結(jié)構簡式恢復成結(jié)構式：①CH3CH(CH3)CH2CH3②(CH3)2CHCH2CH3③C(CH3)42、烷烴的通式為。3、烷烴的物理性質(zhì)：[1]物理性質(zhì)：狀態(tài)：一般情況下，1—4個碳原子烷烴為___________，5—16個碳原子為__________，16個碳原子以上為_____________。溶解性：烷烴________溶于水，_________溶(填“易”、“難”)于有機溶劑。熔沸點：隨著碳原子數(shù)的遞增，熔沸點逐漸_____________。當碳原子數(shù)相同時，一般支鏈越多，沸點越低如沸點：正丁烷______異丁烷；正戊烷_____異戊烷________新戊烷。密度：隨著碳原子數(shù)的遞增，密度逐漸___________。[2]化學性質(zhì)：(1)一般比擬穩(wěn)定，在通常情況下跟酸、堿和高錳酸鉀等都______反響。(2)取代反響：在光照條件下能跟鹵素發(fā)生取代反響。______________________________(3)氧化反響：在點燃條件下，烷烴能燃燒_____________________________烷烴都_____被酸性高錳酸鉀溶液氧化。二、烴基：烴分子失去一個所剩余的原子團叫做烴基。一般用R—表示，假設為烷烴，叫做烷烴基，如—CH3叫______、—CH2CH3叫___________。CH3CH2CH3分子失去一個氫原子后所余的原子團的結(jié)構簡式為___________、________________。[練習]①寫出甲基、乙基的電子式。②烷基的通式為。③烴基能否為單獨存在的物質(zhì)?三、烷烴的命名(一)習慣命名法：〔1〕在分子內(nèi)所含碳原子的數(shù)目后加一個“烷”字，稱為“某烷”。主鏈碳原子數(shù)在十以內(nèi)的，依次用天干——_____、_____、_____、_____、_____、_____、_____、_____、_____、_____表示，如甲烷、丁烷等。主鏈碳原子數(shù)超過十的，在十一以上的，就用數(shù)字來表示，如十三烷，十七烷等?！?〕對于碳原子數(shù)相同而結(jié)構不同的烷烴，一般在烷烴名稱之前再加“正”、“異”、“新”等字加以區(qū)別。這種命名法適于簡單的烷烴。例如：(二)系統(tǒng)命名法：命名步驟：選主鏈，稱某烷；編位號，定支鏈；取代基，寫在前；標位置，短線連；不同基，簡到繁；相同基，合并算。(1)選主鏈：選定分子中__________作為主鏈，按數(shù)目稱作“_______”；假設存在兩個等長的碳鏈，應選支鏈數(shù)最多的一個碳鏈作為主鏈。如CH3│CH3—CH—CH2—CH—CH—CH2—CH3││CH3CH2│CH2│CH3(2)編位號：要遵循“近、簡、小”的原那么。以離支鏈最近的主鏈一端為起點編號。如CH3│CH3—CH—CH2—CH2—CH—C—CH2—CH2—CH3│││CH3CH2CH3│CH3假設有兩個不同支鏈，且分別處于距主鏈兩端相等的位置，那么應從較簡單支鏈的那端開始編號。如CH3—CH2—CH—CH2—CH2—CH—CH2—CH3││CH2CH3│CH3假設有兩個相同的支鏈，且分別處于距主鏈兩端相等的位置，但中間還有其他支鏈，編號時應遵循支鏈位號之和最小的原那么。如CH3—CH—CH2—CH—CH—CH3│││CH3CH2CH3│CH3(3)寫名稱：按主鏈的碳原子數(shù)稱為相應的某烷，在其前面用小寫阿拉伯數(shù)字“1、2、3……”表示出支鏈的位置和名稱。相同取代基的數(shù)目用中文小寫“二、三、四……”表示。通常較簡單的取代基寫在前面，復雜的寫在后面，多個阿拉伯數(shù)字之間用“，”相隔，位次號碼與取代基之間、不同取代基之間用“—”分開。如CH3—CH—CH2—CH—CH—CH—CH3CH3—CH—CH—CH2—CH2—CH3││││││CH3CH3CH2CH3CH3CH3│CH3[練習]命名以下烷烴四、同系物：相似，在分子組成上相差一個或假設干個原子團的物質(zhì)互稱為同系物。[思考]：圍繞同系物的概念思考以下問題①同系物_________符合同一通式。②同系物_________是同一類物質(zhì)。③同系物的化學式_________不同。④同系物組成元素_________相同。⑤同系物之間相對分子質(zhì)量相差_________。同系物隨著碳原子數(shù)的增多，相對分子質(zhì)量逐漸增大，熔沸點逐漸_____；因結(jié)構相似，同系物之間的化學性質(zhì)一般_______。五、同分異構現(xiàn)象比擬正丁烷和異丁烷。它們的熔點>，密度>。[小結(jié)]化合物具有相同的，但具有不同的的現(xiàn)象稱為同分異構現(xiàn)象，具有同分異構現(xiàn)象的化合物互稱為同分異構體。_______________現(xiàn)象是有機物種類繁多的重要原因。同分異構體之間的轉(zhuǎn)化是_________變化。在烷烴同系物中，隨著碳原子數(shù)目的增多，碳原子的結(jié)合方式就越趨復雜，同分異構體的數(shù)目也越多。CH4、C2H6、C3H8______同分異構體，C4H10有______種同分異構體，C5H12有______種同分異構體，C6H14有________種同分異構體。碳原子數(shù)1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，……20同分異構體數(shù)目1，1，1，2，3，5，9，18，35，75，159，……366319到現(xiàn)在為止，我們已學過了四個帶同字的概念。同位素、同素異形體、同系物和同分異構體，請同學比擬這四個概念。概念內(nèi)涵比擬的對象實例同位素同素異形體同系物同分異構體[練習]以下各組物質(zhì)①O2和O3②H2、D2、T2③12C和14C④CH3CH2CH2CH3和(CH3)2CHCH3⑤乙烷和丁烷⑥CH3CH2CH2CH(C2H5)CH3和CH3CH2CH2CH(CH3)C2H5互為同位素的是，互為同分異構體的是，互為同系物的是，互為同素異形體的是，是同一物質(zhì)的是。六、同分異構體的書寫方法：減鏈法例4以己烷(C6H14)為例，寫出所有同分異構體的結(jié)構簡式，并用系統(tǒng)命名法命名之。步驟如下：①先寫出最長的碳鏈，②主鏈上減少一個碳原子，減下來的這個碳原子作為支鏈〔一個甲基〕連在主鏈碳原子上③依次改變支鏈的位置④主鏈上再減少一個碳原子，減下來的2個碳原子作為支鏈〔2個甲基或一個乙基〕連在主鏈碳原子上⑤依次改變支鏈的位置，依此類推。[小結(jié)]①烷烴、烴基的同分異構體主要是由側(cè)鏈的組成和位置不同引起的。書寫同分異構體時要防止“重寫漏寫”。②給出分子式書寫可能的同分異構體時應按：主鏈由長到短，支鏈碳原子由少到多，由中到邊(不到端)，取代基由整到散的方法書寫。[練習]請按正確的順序?qū)懗鯟6H14的同分異構體，并比擬所寫同分異構體的沸點的上下。小結(jié)：烷烴熔沸點的比擬①組成與結(jié)構相似的物質(zhì)，越大，其熔點越高，如CH4C2H6C3H8。②分子式相同的烴，支鏈越多，烴沸點越。[練習]比擬以下四種物質(zhì)的熔沸點：①正戊烷②異戊烷③新戊烷④正己烷。例5試寫所有丁基的結(jié)構簡式。補充：一鹵代物的同分異構體1方法：找等效氫原子〔1〕同碳上的H等效〔2〕同C上甲基上的H等效〔3〕對稱的C原子上的H等效CH3—CH—CH2—CH—CH—CH3│││CH3CH2CH3│CH32一鹵代物的同分異構體數(shù)即等效H原子數(shù)3一種烴如果有m個氫原子，那么它的n元取代物與〔m-n〕元取代物種類相等。例6：某烴的一種同分異構體只能生成一種一氯代物，此種烴的分子式可以是()A．CH4B．C3H8C．C4H10D．C5H12例7：2—甲基丁烷與氯氣發(fā)生取代反響，可能得到的一氯代物有幾種?假設某烷烴的蒸氣密度是3.214g/L(標準狀況)。它進行取代反響后得到的一鹵代物只有一種，試推測其結(jié)構簡式。1：等質(zhì)量的以下烴完全燃燒，消耗氧氣最多的是()A．CH4B．C2H6C．C3H6D．C6H62、判斷命名的正誤。2—乙基丙烷()2，4—二乙基戊烷()3—甲基丁烷()3—甲基—5—乙基己烷()2—甲基丁烷()3，5—二甲基庚烷()3．根據(jù)以下名稱寫出結(jié)構簡式：①2—甲基丙烷②2，2，3，3—四甲基戊烷③2，2—二甲基—3—乙基戊烷4．現(xiàn)有一種烴可以表示為：命名該化合物時，應認定它的主鏈上碳原子數(shù)目是()A．8B．9C．10D．115．以下名稱中不正確的選項是()A．2—甲基丁烷B．1，2—二甲基戊烷C．3，4—二甲基戊烷D．2—甲基—4—乙基庚烷6．10mL某氣態(tài)烷烴，在50mLO2完全燃燒，得到液態(tài)水和35mL混合氣體，所有氣體體積都是在同溫同壓下測定，該氣態(tài)烴可能是()A．甲烷B．乙烷巳丙烷D．丁烷7．兩種氣態(tài)烷烴1L，完全燃燒生成同溫、同壓下CO21.8L，那么混合氣體中一定含有(填寫物質(zhì)名稱)。8．1mol丙烷在光照情況下，最多可以摩爾氯氣發(fā)生取代反響。()A．4molB.6molC．8molD．10mol9．在1．01×105Pa、120℃的條件下，將1L丙烷和假設干升O2混合點燃，燃燒后恢復到原溫度和壓強時，測得混合氣體的體積為mL。將燃燒后的氣體再通過堿石灰，氣體剩余nL，m-n=a。請?zhí)顚懸韵驴瞻祝杭僭Oa=7，那么nL氣體只能是；假設燃燒前后始終保持1.01×105Pa和120℃，那么a的最大值為。10．某一定量碳氫化合物燃燒后生成8.8gCO2和4.5g水，該氣體對氫氣的相對密度為29。該化合物的二氯代物有三種，試推斷該烴的結(jié)構簡式。[課后練習]：1、判斷丙烷、丁烷的沸點上下。前者比后者。2、以下四組物質(zhì)中，互為同位素；是同素異形體