1、合作探究自主预习专题 3 有机化合物的获得与应用合作探究自主预习第一单元 化石燃料与有机化合物合作探究自主预习第 1 课时 天然气的利用 甲烷合作探究自主预习目标导航预习导引 1.了解化石燃料的组成。2.掌握甲烷的性质和用途。1.甲烷的性质。2.甲烷的用途。合作探究自主预习目标导航预习导引1231.化石燃料的组成(1)天然气的主要成分是甲烷,它是最简单的有机化合物。(2)石油的组成元素主要是碳和氢,同时还含有少量的硫、氧、氮等。其化学成分主要是各种液态的碳氢化合物,其中还溶有气态和固态的碳氢化合物。(3)煤是由有机化合物和无机物组成的复杂的混合物。煤中含量最高的元素是碳。合作探究自主预习目标导
2、航预习导引1232.甲烷的性质与用途(1)甲烷的分子式为CH4,它是一种无色、无味的气体,难溶于水。预习交流1 若要收集甲烷气体,应采取什么方法呢?答案:用排水法或向下排空气法都可以。合作探究自主预习目标导航预习导引123(2)甲烷的化学性质较稳定,但在一定条件下可与 O2、Cl2等发生化学反应,试写出下列反应的化学方程式。甲烷燃烧:CH4+2O2CO2+2H2O。有机化合物中的某种原子(或原子团)被另一种原子(或原子团)所取代的反应,叫做取代反应。甲烷与氯气的取代反应:CH4+Cl2CH3Cl+HCl,CH3Cl+Cl2CH2Cl2+HCl,CH2Cl2+Cl2CHCl3+HCl,CHCl3
3、+Cl2CCl4+HCl。合作探究自主预习目标导航预习导引123预习交流2 通过甲烷与氯气的取代反应可知,一个氯原子取代了一个氢原子,据此认为甲烷取代反应体现量的关系为1 mol Cl2取代2 mol H,对吗?答案:不对,因为取代下来的氢原子还要与氯原子结合生成HCl,因而取代反应体现量的关系为1 mol Cl2取代1 mol H。合作探究自主预习目标导航预习导引1233.烷烃(1)烃:仅含碳、氢两种元素的有机化合物,又叫碳氢化合物。(2)烷烃 结构:碳原子都以碳碳单键相连,其余的价键均用于与氢原子相结合,达到“饱和”。通式:CnH2n+2(n1)。命名。a.n10:依次称为甲烷、乙烷、丙烷
4、、丁烷 b.n11:直接根据碳原子数称为某烷,如C18H38称为十八烷。(3)同系物 分子结构相似,组成上相差1个或若干个“CH2”原子团的有机化合物互称为同系物。如甲烷、乙烷、丙烷互为同系物。合作探究自主预习目标导航预习导引123预习交流3 烷烃中碳原子的成键有何特点?如何判断一种有机物是不是烷烃?答案:碳原子均以碳碳单键结合成链状,碳原子剩余价键均与氢原子结合,并达到饱和。可以依据烷烃的结构特点进行判断,也可以借助烷烃的分子通式加以判断,烷烃的分子通式是CnH2n+2(n1),符合此通式的有机物即为烷烃。合作探究自主预习问题导学当堂检测一二一、甲烷的化学性质 活动与探究 1.某化学小组为探
5、究甲烷的化学性质分别做了如下实验。(1)甲烷的燃烧 实验操作 实验现象 产物检验 方法 罩一只干燥的烧杯 罩一只内壁用澄清石灰水润洗过的烧杯 现象 结论 热化学方程式 1 mol 甲烷完全燃烧生成液态水时可以放出 890.3 kJ 的热量,其燃烧的热化学方程式为 。合作探究自主预习问题导学当堂检测一二(2)甲烷与氯气的反应 实验操作 实验现象及解释 现象 解释 a.集气瓶内黄绿色逐渐 ,最后变为无色 b.集气瓶内壁有 附着 c.集气瓶内的液面 d.集气瓶内有 出现 e.水槽内有少量 析出 合作探究自主预习问题导学当堂检测一二反应原理 、答案:(1)安静地燃烧,产生淡蓝色的火焰 烧杯内壁变模糊
6、澄清石灰水变浑浊 有 H2O 生成 有 CO2生成CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)H=-890.3 kJmol-1(2)变浅 Cl2参与反应生成无色物质 油状液滴 有不溶于水的液体物质产生 上升 随着反应的进行,气体的总体积减小 白雾 反应生成的 HCl 与水蒸气结合形成酸雾 晶体 反应有 HCl产生,使饱和食盐水中氯离子浓度增大,溶液过饱和,析出 NaCl 晶体 CH4+Cl2CH3Cl+HCl CH3Cl+Cl2CH2Cl2+HCl CH2Cl2+Cl2CHCl3+HCl CHCl3+Cl2CCl4+HCl合作探究自主预习问题导学当堂检测一二2.取代反应与置换反应有何
7、区别?答案:取代反应与置换反应的区别主要有:取代反应 置换反应 可与化合物发生取代,生成物中不一定有单质 反应物和生成物中一定有单质 反应能否进行,受催化剂、温度、光照等外界条件的影响较大 在水溶液中进行的置换反应遵循金属或非金属活动性顺序 分步取代,很多反应是可逆的 反应一般单向进行 温馨提示:取代反应发生过程中,反应物分子中都发生共价键的断裂,生成物中都存在共价键的形成。合作探究自主预习问题导学当堂检测一二迁移与应用 例1在下列反应中,光照对反应几乎没有影响的是()A.氯气与氢气反应 B.次氯酸的分解反应 C.甲烷与氧气反应 D.氯气与甲烷反应 解析:氯气与氢气反应、次氯酸的分解反应、氯气
8、与甲烷反应都需光照的条件,但甲烷与氧气在光照条件下不发生反应。答案:C 合作探究自主预习问题导学当堂检测一二迁移训练1把1体积CH4和4体积Cl2组成的混合气体充入大试管中,将此试管倒立在盛有NaAlO2溶液的水槽里,放在光亮处,试推测可观察到的现象是:;。解析:CH4与Cl2在光照条件下反应,生成了易溶于水的HCl和液态的CH2Cl2、CHCl3、CCl4,气体体积减小,从而使液面上升。生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4难溶于水,附在试管内壁上,呈油状。HCl溶于水后生成盐酸,与NaAlO2溶液反应,生成Al(OH)3沉淀。答案:试管中气体的颜色变浅 试管中液面上升 试管壁有油状液滴产
9、生 水槽中有白色沉淀生成 合作探究自主预习问题导学当堂检测一二甲烷与卤素单质的取代反应 项目 情况 反应条件 光照(放在光亮处,日光直接照射爆炸)反应物要求 所用的卤素单质必须是纯净物,甲烷与卤素单质的水溶液不反应。卤素单质一般选用 Cl2,因为 F2 与 CH4 反应太剧烈,而 Br2、I2 与 CH4 反应过于缓慢 反应特点 逐步取代,即 CH4 分子中的氢原子被氯原子逐步取代,但在同一个体系中,往往是各步反应同时发生,得到的产物是含多种成分的混合物 合作探究自主预习问题导学当堂检测一二项目 情况 产物特点(以 CH4与 Cl2 反应为例)(1)取代产物状态常温下 CH3Cl 为气体,CH
10、2Cl2、CHCl3、CCl4 为液体(2)产物的量5 种产物中 HCl 的物质的量最多根据碳原子守恒,4 种有机产物的物质的量之和与参加反应的 CH4 的物质的量相等根据化学方程式,生成的 HCl 的物质的量一定等于参加反应的 Cl2 的物质的量 合作探究自主预习问题导学当堂检测一二二、初步探究烷烃的结构与性质活动与探究下面是分子中碳原子数为 14 的烷烃的结构式,结合结构式探究后面的问题。甲烷 乙烷 丙烷 丁烷(1)丁烷(CH3CH2CH2CH3)分子中碳原子在同一条直线上吗?(2)请结合甲烷的性质,预测其余烷烃有哪些类似的性质?合作探究自主预习问题导学当堂检测一二答案:(1)不在。烷烃分
11、子中的碳原子以单键与其他原子相连,因此与之成键的四个原子构成四面体结构,烷烃分子中碳原子数3的碳原子不在同一条直线上,故丁烷分子中碳原子不在同一条直线上。(2)烷烃通常情况下性质稳定,不能因发生化学反应而使酸性高锰酸钾溶液和溴水褪色,不能与强酸、强碱反应。氧化反应烷烃的氧化反应一般指燃烧反应,其通式为 CnH2n+2+3+12 O2nCO2+(n+1)H2O取代反应烷烃的取代反应同甲烷的取代反应,烷烃在光照的条件下可与Cl2发生取代反应,其通式为 CnH2n+2+Cl2CnH2n+1Cl+HCl。合作探究自主预习问题导学当堂检测一二迁移与应用 例2CH4和Cl2以物质的量之比为11混合,在光照
12、条件下,得到的有机产物是()CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 A.B.C.的混合物D.的混合物 解析:若对甲烷与氯气反应的原理认识不清,错误地认为n(CH4)n(Cl2)=11,只进行CH4+Cl2CH3Cl+HCl,不再进行其他反应,认为产物中只有CH3Cl,则易错选A项。其实CH4与Cl2的反应中,不论两者以何种比例混合,四步反应均能发生,四种产物都有。答案:D 合作探究自主预习问题导学当堂检测一二迁移训练2下列说法中正确的是()A.相对分子质量相同的两种物质互为同分异构体 B.CH3CH2CH3与CH3CH2CH2CH(CH3)2互为同系物 C.CH3CHClCH3与CH3
13、CHClCHClCH3互为同系物 D.CH3CH2CH2CH3与CH3CH2C2H5互为同分异构体 解析:同分异构体的分子式相同、相对分子质量相同,但相对分子质量相同的两种物质分子式不一定相同,所以二者不一定互为同分异构体;同系物的结构相似,但组成上相差若干个CH2,C中二者相差1个“CHCl”,所以二者不互为同系物;D中二者是同一种物质。答案:B 合作探究自主预习问题导学当堂检测一二烷烃的结构和性质 1.烷烃又叫饱和链烃,其结构特点是:碳原子都以碳碳单键结合成链状,碳原子剩余的价键全部跟氢原子相结合而达到“饱和”。简言之,烷烃具有“单”“链”“饱”的结构特点。如乙烷(CH3CH3)、丙烷(C
14、H3CH2CH3)等。2.烷烃的分子组成通式为CnH2n+2(n1)。3.烷基:烃分子失去1个氢原子所剩余的原子团叫烃基(R)。若失去氢原子的烃为烷烃,剩余的原子团叫做烷基。如甲基(CH3)、乙基(CH2CH3)等。合作探究自主预习问题导学当堂检测一二4.烷烃的物理性质。(1)烷烃的相对分子质量越大,烷烃的熔、沸点越高;相对分子质量相同时,一般支链越多,熔、沸点越低。(2)分子中碳原子数4的烷烃在常温常压下是气体,其他烷烃在常温常压下一般是液体或固体。(3)烷烃的密度都小于水的密度。(4)烷烃不溶于水但易溶于有机溶剂。合作探究自主预习问题导学当堂检测一二5.烷烃的化学通性。烷烃的化学性质一般比
15、较稳定,与CH4的性质相似。在通常状况下,烷烃与酸、碱及氧化剂都不发生反应,也难与其他物质反应。但在特定的条件下烷烃能发生下列反应:(1)取代反应CnH2n+2+X2CnH2n+1X+HX(2)氧化反应CnH2n+2+3+12 O2nCO2+(n+1)H2O(3)分解反应C16H34C8H18+C8H16合作探究自主预习问题导学当堂检测12341.英国国家海洋学中心的研究人员及其同行利用声呐等手段探测到北极海洋中存在大量甲烷气泡,证实了全球变暖会使海底释放大量甲烷的说法。研究人员认为,这些甲烷可能会反过来加剧全球变暖。天然气的主要成分CH4是一种会产生温室效应的气体,等物质的量的CH4和CO2
16、产生的温室效应,前者大。下面是有关天然气的几种叙述,其中正确的是()天然气与煤、柴油相比是较清洁的能源 等质量的CH4和CO2产生的温室效应也是前者大 燃烧天然气也是形成酸雨的原因之一 A.B.C.D.解析:由甲烷的组成可判断天然气与煤、柴油相比是较清洁的能源,正确;1 molCH4的质量是16 g,1 mol CO2的质量是44 g,则等质量的CH4比CO2产生的温室效应大,正确;酸雨的形成主要是含S、N的氧化物所致,错误。答案:C 合作探究自主预习问题导学当堂检测12342.判断下列叙述中错误的是()A.点燃甲烷必须事先进行验纯 B.甲烷燃烧能放出大量的热,所以是一种很好的气体燃料 C.煤
17、矿的矿井要注意通风和严禁烟火,以防爆炸事故的发生 D.在空气中,将甲烷加热到1 500 以上,能分解成炭黑和氢气 答案:D 合作探究自主预习问题导学当堂检测12343.下列性质中,属于烷烃特征性质的是()A.完全燃烧的产物为二氧化碳和水 B.它们几乎不溶于水 C.它们是非电解质 D.分子的通式为CnH2n+2,能与氯气发生取代反应 解析:烃完全燃烧的产物均为二氧化碳和水,因此A项不是烷烃的特征性质;烃几乎都不溶于水,都是非电解质,所以B、C两项也不正确。答案:D 合作探究自主预习问题导学当堂检测12344.科学家对中国首颗探月卫星发回的数据进行了分析,发现月球形成时可能存在稀薄的原始大气层,主要由氖、氢、氦、氩等气体组成,不含甲烷等碳氢化合物。下列关于碳氢化合物的说法正确的是()A.碳氢化合物的通式为CnH2n+2 B.燃烧产物为二氧化碳和水的化合物一定是碳氢化合物 C.碳原子间以单键相连的烃是烷烃 D.碳氢化合物的相对分子质量一定是偶数 解析:CnH2n+2是烷烃的通式,A错误;燃烧产物为二氧化碳和水的化合物不一定是碳氢化合物,化学式为CxHyOz的有机物的燃烧产物也是二氧化碳和水,B错误;碳原子间全部以单键相连的链烃才是烷烃,C错误;因为碳原子的相对原子质量(12)为偶数,烃分子中的氢原子数也为偶数,所以碳氢化合物的相对分子质量一定是偶数。答案:D
