1、第一单元化石燃料与有机化合物第1课时天然气的利用甲烷发 展 目 标体 系 构 建1.认识有机化合物的组成和结构。2.能运用化学符号正确表示甲烷的组成和反应。3.能运用结构模型描述或解释甲烷的性质。一、甲烷的存在、结构及物理性质1存在甲烷是天然气、沼气、油田气和煤矿坑道气的主要成分。2分子结构甲烷的分子式是CH4；电子式是；结构式是。实验证明，甲烷分子具有正四面体空间结构，其中四个CH键长度和强度相同，夹角相等。3物理性质颜色状态气味密度(与空气相比)水溶性无色气体无味比空气小难溶于水微点拨：有机化合物必须含有碳元素，但含有碳元素的化合物不一定是有机化合物，如CO、CO2、碳酸及其盐等。二、甲烷
2、的化学性质通常状况下，甲烷比较稳定，不与高锰酸钾等强氧化剂反应，也不与强酸、强碱反应。但在特定的条件下，甲烷也会发生某些反应。1氧化反应(燃烧)(1)化学方程式：CH42O2CO22H2O。(2)现象：甲烷在空气中安静地燃烧，火焰呈淡蓝色。2取代反应实验装置与操作用排饱和食盐水法收集4/5体积的氯气和1/5体积的甲烷气体，用灯光照射瓶中的混合气体实验现象集气瓶内壁有油状液体出现，瓶中有少量白雾，且瓶内液面上升，饱和食盐水中有固体析出实验结论CH4与Cl2需在光照时才能发生化学反应，有关化学方程式：CH4Cl2CH3ClHCl(一氯代物)，CH3ClCl2CH2Cl2HCl(二氯代物)，CH2C
3、l2Cl2CHCl3HCl(三氯代物)，CHCl3Cl2CCl4HCl(四氯代物)产物性质水溶性：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4均难溶于水状态：常温下除CH3Cl是气体，其余三种均为油状液体取代反应概念有机化合物分子中的某种原子(或原子团)被另一种原子(或原子团)所取代的反应若甲烷分子中的一个氢原子被氯原子取代，生成的CH3Cl还是四面体结构吗？提示CH3Cl中3个H和1个Cl仍位于四面体的4个顶点，仍为四面体结构，但不是正四面体结构。三、烷烃1烃由碳、氢两种元素组成的有机化合物，称为碳氢化合物，又叫烃。2烷烃(1)概念：碳原子都以碳碳单键相连，其余的价键均用于与氢原子结合，达
4、到“饱和”，这一系列化合物被称为烷烃。(2)烷烃结构上的特点微点拨：烷烃中碳碳结合成链状，链状不是“直线状”，而是呈锯齿状，链上还可分出支链，如图所示。3烷烃的命名(1)表示碳原子数(n)及表示n1012345678910甲乙丙丁戊己庚辛壬癸n10相应汉字数字(2)碳原子数n相同，结构不同时，用正、异、新表示。(3)举例：C6H14命名为己烷，C18H38命名为十八烷；C4H10的两种分子的命名：无支链时：CH3CH2CH2CH3命名为正丁烷，有支链时：命名为异丁烷。4同系物(1)概念：结构相似、分子组成相差1个或若干个“CH2”原子团的有机化合物互称为同系物。(2)实例：CH4、C2H6、C
5、3H8互为同系物。如何判断有机物之间是否互为同系物？提示同系物间的分子结构相似、属于同一类物质；同系物间的组成上相差1个或若干个“CH2”原子团。1判断正误(正确的打“”，错误的打“”)(1)在点燃甲烷气体之前必须检验其纯度。()(2)甲烷与Cl2的反应是置换反应。()(3)乙烷能与溴水发生取代反应而褪色。()(4) 分子组成符合通式为CnH2n2(n为正整数)的烃不一定是烷烃。()2下列分子式及结构式中，从成键情况看不合理的是()BC、Si能形成4条共价键，N能形成3条共价键，而O、S能形成2条共价键，可以看出B项中碳原子成键不合理。3将装有甲烷和氯气混合气体的三个集气瓶，用玻璃片把瓶口盖好
6、后，分别做如下处理，各有怎样的现象发生？(1)置于黑暗处：_。(2)将点燃的镁条靠近集气瓶外壁：_。(3)放在光亮的教室里：_。(4)甲烷和氯气发生的一系列反应都是_(填反应类型)反应，有机物中常用作有机溶剂的是_，可用作灭火剂的是_。解析由于CH4与Cl2的取代反应是在光照条件下进行的，因而在黑暗处不会发生反应；将点燃的镁条靠近集气瓶，则因光太强烈，反应较快，能发生爆炸；放于光亮的教室里，反应较平缓地发生，现象为黄绿色渐渐变浅，最后消失，瓶壁上出现油状液滴；该类有机反应是典型的取代反应，其产物有四种有机物，常作有机溶剂的是CHCl3、CCl4，作灭火剂的是CCl4。答案(1)无明显现象(2)
7、发生爆炸(3)黄绿色逐渐变浅，最后消失，瓶壁上出现油状液滴(4)取代CHCl3、CCl4CCl4探究甲烷的性质(素养养成宏观辨识与微观探析)甲烷是创造适合生命存在的条件中，扮演重要角色的有机分子。美国天文学家宣布，他们首次在太阳系外发现了甲烷，这是科学家首次在太阳系外行星探测到有机分子，从而增加了确认太阳系外存在生命的希望。问题1甲烷的结构是怎样的？甲烷具有哪些化学性质？提示甲烷是正四面体结构，甲烷能够燃烧，能与氯气在光照条件下发生取代反应。问题2甲烷和氯气发生反应时，所得的产物有几种？其反应类型是什么？提示产物有5种，分别为CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl；取代反应。问
8、题3能否用CH4和Cl2按11的体积比混合来制取纯净的CH3Cl?提示CH4和Cl2的反应是连锁反应，不可能只发生第一步取代反应，生成物为混合物，即CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4四种有机物与氯化氢形成的混合物，CH3Cl的产率低，因此不能用CH4和Cl2按11的体积比混合来制取纯净的CH3Cl。1甲烷与氯气的取代反应反应物甲烷与氯气(不能用氯水)反应条件漫散光照射(不用太阳光直射，以防爆炸)生成物甲烷与氯气反应生成四种有机产物CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和无机物HCl，其中HCl的产量最多反应特点连锁反应甲烷中的氢原子被氯原子逐步取代，各步反应同时进行，即第一
9、步反应一旦开始，后续反应立即进行数量关系每取代1 mol氢原子，消耗1 mol Cl2，生成1 mol HCl2.在光照条件下，烷烃与Cl2、Br2等卤素单质的气体发生取代反应，生成多种卤代产物和相应的卤化氢气体。CnH2n2X2CnH2n1XHX，CnH2n1X可与X2继续发生取代反应。1下列化学反应中不属于取代反应的是()ACH2Cl2Br2CHBrCl2HBrBCH3OHHClCH3ClH2OC2Na2H2O=2NaOHH2DCH3CH2BrH2OCH3CH2OHHBrC取代反应是指有机物分子中的某种原子(或原子团)被另一种原子(或原子团)所取代的反应。C项中的反应为置换反应，不是有机反
10、应，更不是取代反应。2某课外活动小组利用如图所示装置探究甲烷与氯气的反应。根据题意，回答下列问题：(1)CH4与Cl2发生反应的条件是_；若用日光直射，可能会引起_。(2)实验中可观察的实验现象有量筒内壁出现油状液滴，饱和食盐水中有少量固体析出，_，_等。(3)实验中生成的油状液滴的化学式为_，其中_是工业上重要的有机溶剂。(4)用饱和食盐水而不用水的原因是_。解析CH4和Cl2在光照条件下反应生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl等物质，随着反应进行，Cl2不断消耗，黄绿色逐渐消失。又由于生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4常温下是无色油状液体，故量筒内壁上有油滴。因
11、生成的HCl易溶于水，量筒内的压强减小；量筒内液面上升。HCl溶于水后，溶液中Cl浓度增大，使NaCl固体析出。答案(1)光照爆炸(2)量筒内黄绿色气体颜色变浅量筒内液面上升(3)CH2Cl2、CHCl3、CCl4CHCl3、CCl4(4)降低Cl2在水中的溶解度，抑制Cl2和水反应(1)取代反应的特点是“上一下一，有进有出”，类似无机反应中的复分解反应，注意在书写化学方程式时，防止漏写产物中的小分子。(2)烷烃在光照条件下与溴水不反应，但由于溴易溶于有机溶剂而被从水层萃取出来，水层颜色变浅。同系物的理解与判断(素养养成宏观辨识与微观探析)问题1CH3CH2CH2CH3与是否属于同系物？为什么
12、？提示不是。因为同系物是指在分子组成上必须相差1个或若干个“CH2”原子团的有机化合物，一定具有不同的分子式。而CH3CH2CH2CH3与分子式相同，属于同分异构体。问题2 CH2=CHCH3和的组成相同，二者中哪一个与CH2=CH2互为同系物？由此判断，分子组成上相差1个或若干个“CH2”原子团的有机化合物一定是同系物吗？提示与CH2=CH2互为同系物的是CH2=CHCH3，因为CH2=CH2和CH2=CHCH3分子中都含有，结构相似，且分子组成上相差1个“CH2”原子团；分子中含碳碳单键而不含双键，化学键类型不同，结构不相似。由此可知分子组成上相差1个或若干个“CH2”原子团的有机化合物结
13、构不一定相似，故不一定是同系物。1同系物判断的三个关键点(1)同系物一定具有不同的碳原子数(或分子式)。(2)同系物一定具有不同的相对分子质量(相差14n)。2同系物判断的几个“一定”和“不一定”(1)同系物在分子组成上一定相差1个或若干个“CH2”原子团；但在分子组成上相差1个或若干个“CH2”原子团的有机化合物不一定是同系物。(2)同系物具有同一通式，但具有同一通式的有机化合物不一定是同系物。(3)同系物的化学性质一定相似，但化学性质相似的物质不一定是同系物。(4)同系物的相对分子质量一定不相同。3下列关于同系物的说法中错误的是()A同系物具有相同的最简式B同系物能符合同一通式C同系物中，
14、相邻的同系物彼此在组成上相差1个“CH2”原子团D同系物的化学性质基本相似，物理性质随碳原子数增加而呈规律性变化A结构相似，必属于同一类物质，因此有同一通式，但不一定有相同的最简式，A错误，B正确；相邻同系物在组成上相差1个“CH2”原子团，C正确；因结构相似，所以化学性质基本相似，但组成上的差异使得物理性质随碳原子数增加而呈规律性变化，D正确。4下列各组物质互为同系物的是()AO2和O3BCH4和C3H8CCH3CH2CH2CH3和(CH3)3CHDH和HBO2和O3互为同素异形体；H和H互为同位素；CH3CH2CH2CH3和(CH3)3CH分子式相同；只有CH4和C3H8满足同系物的概念。
15、(1)为了充分利用资源，国家大力提倡在农村建设沼气池，将粪便、垃圾、植物秸秆等转化为沼气。沼气的主要成分是什么？(素养角度宏观辨识与微观探析)提示沼气的主要成分是甲烷。(2)已知甲烷的密度在标准状况下是0.717 g/L，含碳75%，含氢25%，利用这些数据怎样确定它的分子式？(素养角度证据推理与模型认知)提示甲烷的摩尔质量为M22.4 L/mol0.717 g/L16 g/mol, 1 mol甲烷气体中含碳原子的物质的量：1 mol，1 mol甲烷气体中含氢原子的物质的量：4 mol，所以甲烷的分子式为CH4。1下列关于甲烷的叙述中不正确的是()A. 甲烷是一种无色、难溶于水的气体B将甲烷通
16、入酸性高锰酸钾溶液，溶液褪色C甲烷只有1种二氯代物，证明它是正四面体结构DCH4和Cl2在光照条件下能发生反应，得到多种产物B常温下，甲烷是一种无色、无味、难溶于水的气体， A正确；甲烷中不含有不饱和键，不能与高锰酸钾溶液反应使溶液褪色， B错误；甲烷的取代产物二氯甲烷没有同分异构体，即可说明甲烷是正四面体结构， C正确；甲烷与氯气在光照条件下发生反应可以生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷四种有机产物，另外还有HCl气体生成， D正确。2甲烷和氯气以13的物质的量比混合，在光照条件下，得到的有机产物是()CH3ClCH2Cl2CHCl3CCl4A只有B和的混合物C只有D的混合物D3(双
17、选)下列各组内的物质不属于同系物的是()CD虽然A项中的3种物质有的是直链结构，有的是带支链的结构，但它们通式相同，都属于烷烃，在分子组成上依次相差1个“CH2”原子团，故为同系物；B项中的3种物质均只含一个碳碳双键，在分子组成上依次相差1个“CH2”原子团，也属于同系物；C项中和分子式相同，结构简式不同，不属于同系物；D项中两种物质分子式相同，不属于同系物。4鉴别CH4、CO、H2三种无色气体的方法是()A点燃通入澄清石灰水加入溴的四氯化碳溶液B点燃罩上干燥的小烧杯加入澄清石灰水C点燃通入澄清石灰水D点燃通入酸性KMnO4溶液B根据燃烧后的产物来判断，甲烷燃烧后生成CO2和H2O，氢气燃烧后
18、生成H2O，CO燃烧后生成CO2。在燃烧的火焰上方罩一个干燥的小烧杯，出现水雾的是甲烷和氢气，没有水雾的是CO；然后在有水雾的两个小烧杯里加入澄清石灰水，出现浑浊的是甲烷，无现象的是H2。5如图是某同学利用日常用品注射器设计的简易实验装置。甲管中注入10 mL CH4，同温同压下乙管中注入50 mL Cl2，将乙管气体推入甲管中，并将该装置放在光亮处一段时间，气体在甲管中反应。(1)下列是某同学预测的实验现象：气体最终变为无色；实验过程中，甲管活塞向内移动；甲管内壁有油珠附着；产生火花。其中正确的是_。(2)甲管中发生化学反应的类型为_。(3)反应后，甲管中剩余气体能用下列试剂吸收的是_。A水
19、BNaOH溶液CAgNO3溶液D饱和食盐水(4)反应后，若将甲中的物质全部推入盛有适量AgNO3溶液的小试管中会观察到_；若再向其中滴入几滴石蕊溶液，又观察到_。解析在光照条件下，甲烷与氯气发生反应：CH4Cl2CH3ClHCl，CH3ClCl2CH2Cl2HCl，CH2Cl2Cl2CHCl3HCl，CHCl3Cl2CCl4HCl。(1)理论上，甲烷与氯气体积比为14时，二者恰好完全反应，而甲中甲烷与氯气体积比为15，说明氯气过量，反应后仍有氯气剩余。该反应进行缓慢，不会产生火花。产物中只有氯化氢和一氯甲烷为气体，所以气体的总物质的量减小，内部压强减小，甲管活塞向内移动。(2)甲烷分子中的四个氢原子可被氯原子逐一取代，故甲管中发生的是取代反应。(3)剩余气体中含有氯气和氯化氢，可用氢氧化钠溶液吸收剩余气体。(4)生成的HCl会与AgNO3溶液反应生成AgCl白色沉淀，同时因CH2Cl2、CHCl3、CCl4难溶于水而看到液体分为两层；因Cl2有剩余，若加入几滴石蕊溶液，溶液会先变红后褪色。答案(1)(2)取代反应(3)B(4)液体分为两层，产生白色沉淀溶液先变红后褪色