1、高考资源网（） 您身边的高考专家第一节最简单的有机化合物甲烷第1课时甲烷的性质1.了解有机化合物的概念。2.掌握甲烷的分子结构，了解甲烷的物理性质、存在以及用途。3掌握甲烷的化学性质，认识取代反应的特点。甲烷的分子结构1有机化合物(1)定义：含有碳的化合物。(2)组成元素：除碳外，常含有氢、氧，还含有氮、硫、卤素、磷等。2烃：仅含碳和氢两种元素的有机物称为碳氢化合物，也称为烃。最简单的烃是甲烷。3甲烷的存在和用途(1)存在：天然气、沼气、油田气和煤矿坑道气的主要成分。(2)用途：高效、低耗、污染小的清洁能源；重要的化工原料。4甲烷的分子结构(1)分子组成、结构和模型分子式电子式结构式分子模型球
2、棍模型比例模型CH4(2)空间结构分子结构示意图结构特点及空间构型4个CH键的长度和强度相同，夹角相等，具有正四面体结构1判断正误(正确的打“”，错误的打“”)。(1)CH4、CO、Na2CO3等含碳化合物称为有机物。()(2)CH4、CH3COOH、CCl4等有机物属于烃。()(3)CH4的结构式是，所以甲烷是平面结构。()(4)CH2Cl2、CCl4分子结构都为正四面体。()答案：(1)(2)(3)(4)2下列说法中正确的是()A由碳、氢、氧三种元素组成的化合物一定是有机物B只要化合物中含有碳元素和氢元素，则该化合物一定是烃C甲烷具有正四面体结构D有机物中均含有碳、氢元素解析：选C。由碳、
3、氢、氧三种元素组成的化合物不一定是有机物，如碳酸是无机物；烃是仅含有碳元素和氢元素的有机物；甲烷分子中的4个CH键的长度和强度相同、夹角相等，具有正四面体结构；有机物中一定含有碳元素，不一定含有氢元素。3下列各图均能表示甲烷的分子结构，其中更能反映其真实存在状况的是()解析：选D。在这几种形式中，分子结构示意图、球棍模型及比例模型均能反映甲烷分子的空间结构，但比例模型更能形象地表达出H、C的位置及所占比例；电子式只反映原子最外层电子的成键情况。有机物的组成和结构的表示方法表示方法实例(CH4)含义及主要应用结构式表示分子中原子的结合或排列顺序，不表示空间结构结构简式CH4反映有机物分子的突出结
4、构，化学方程式中有机物常用结构简式表示球棍模型小球表示原子，短棍表示化学键，表示分子的空间结构比例模型不同体积的小球表示不同原子，真实反映分子的空间结构甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构，而不是正方形的平面结构，理由是()ACH3Cl只有一种结构BCH2Cl2只有一种结构CCHCl3只有一种结构DCH4中含有4个CH极性键解析甲烷分子无论是正四面体结构，还是正方形的平面结构，A、C、D三项都是成立的，CH2Cl2若是正方形的平面结构，则其结构应有两种，即和，若是正四面体结构，则其结构只有一种。答案B如图是CH4、CCl4、CH3Cl的分子球棍模型图。下列说法正确的是()ACH4、CCl4和
5、CH3Cl都是正四面体结构BCH4、CCl4都是正四面体结构CCH4和CCl4中的化学键均是非极性键DCH4、CCl4的结构相同，性质也相同解析：选B。CH3Cl中含CH键和CCl键两种不同的化学键，不是正四面体结构，A项错误；CH4、CCl4中各自的键的长度、键的强度相等，故为正四面体结构，B项正确；CH4中只含有CH键，CCl4中只含有CCl键，二者中的化学键均是极性键，C项错误；CH4和CCl4的性质不同，D项错误。1下列叙述中属于烃的是()A只含有碳元素的物质B含有碳元素和氢元素的物质C仅含有碳元素和氢元素的物质D燃烧后生成二氧化碳和水的物质解析：选C。烃是仅含C、H两种元素的物质。2
6、下列化学用语正确的是()ACH4的电子式：BCCl4的电子式：CHClO的结构式：HClODCO2的结构式：O=C=O解析：选D。CH4的电子式应为；CCl4的电子式应为；HClO的结构式应为HOCl。3下列关于甲烷分子结构的说法正确的是()A甲烷分子的电子式为，分子中各原子都达到8电子稳定结构B甲烷分子中的化学键全部为非极性键CCH4分子比SiH4分子稳定，说明碳元素的非金属性比硅元素的非金属性强DCH3Cl中的四个价键的键长和强度相同，夹角相等解析：选C。甲烷分子中H原子最外层只有2个电子，不是8电子稳定结构，A项错误；甲烷分子中的化学键均为极性键，B项错误；元素的非金属性越强，其简单氢化
7、物越稳定，反之也成立，C项正确；一氯甲烷中CCl键与CH 键的键长和强度不同，故四个键的键角也不完全相等，D项错误。甲烷的性质1物理性质颜色状态气味密度水溶性无色气体无味比空气小极难溶于水2.化学性质通常状况下，甲烷比较稳定，与强酸、强碱、强氧化剂都不反应，如甲烷不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，但在特定条件下，甲烷也能发生某些反应。(1)氧化反应将甲烷在空气中点燃，观察燃烧现象并检验燃烧产物：燃烧现象检验产物现象结论方法淡蓝色火焰在火焰上方罩一个干燥的烧杯烧杯内壁有液珠产生生成了水烧杯内壁变浑浊生成了二氧化碳在火焰上方罩一个涂有澄清石灰水的烧杯甲烷燃烧的化学方程式为CH42O2CO22H2O。(2
8、)取代反应实验探究：甲烷与Cl2的反应实验操作实验现象A装置：试管内气体颜色逐渐变浅；试管内壁有油状液体出现，试管中有少量白雾，且试管内液面上升，有固体析出B装置：无明显现象实验结论CH4与Cl2需在光照时才能发生化学反应，有关化学方程式：CH4Cl2CH3ClHClCH3ClCl2CH2Cl2HClCH2Cl2Cl2CHCl3HClCHCl3Cl2CCl4HCl甲烷的四种氯代产物的性质CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4均难溶于水，常温下除CH3Cl是气体外，其余三种均为液体。取代反应：有机物分子里的某些原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反应。1判断正误(正确的打“”，错误的打
9、“”)。(1)在点燃甲烷气体之前必须检验其纯度。()(2)能用甲烷与氯气制备纯净的CH3Cl。()(3)甲烷与氯气的取代反应的产物中HCl最多。()(4)可以用向下排空气法或排水法收集甲烷。()(5)甲烷通入酸性KMnO4溶液中可使其褪色。()答案：(1)(2)(3)(4)(5)2下列叙述中错误的是()A点燃甲烷不一定会爆炸B甲烷燃烧放出大量的热，所以是一种很好的气体燃料C煤矿的矿井要注意通风并严禁烟火，以防爆炸事故的发生D点燃甲烷前不必进行验纯解析：选D。甲烷与氧气混合达到一定比例范围时，点燃会发生爆炸，因此，甲烷点燃前要进行验纯。3下列反应属于取代反应的是()ACH4C2H2B2HICl2
10、=2HClI2CCH42O2CO22H2ODC2H6Cl2C2H5ClHCl解析：选D。取代反应是指有机物分子里的某些原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反应。选项A中的反应为分解反应；选项B中的反应为置换反应，不属于有机反应类型；选项C中的反应为甲烷的氧化反应。甲烷取代反应的相关规律反应条件光照反应物甲烷与卤素单质，且卤素单质通常为气态。如甲烷与氯水、溴水不反应，但可以与氯气、溴蒸气发生取代反应生成物与Cl2反应产物是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4四种有机物与HCl形成的混合物，很难出现有机产物全部是某一种产物的现象，生成物中HCl的物质的量最大物质的量关系每1 mol H
11、原子被取代，消耗1 mol Cl2分子，同时生成1 mol HCl分子(1)CH4与Cl2的取代反应是一种连锁反应，不会停留在某一步，第一步反应一旦开始，后续反应也会立即进行。因此产物是多种物质的混合物，不会得到纯净的产物。(2)有机反应比较复杂，常伴随很多副反应发生，因此，书写有机反应方程式时，通常用“”，而不用“=”。(3)甲烷等有机物与氯气发生取代反应时，取代的位置和个数是难以控制的。在标准状况下，22.4 L CH4与氯气在光照下发生取代反应，待反应完全后，测得四种有机取代物的物质的量相等，则消耗的氯气为()A0.5 molB2 molC2.5 molD4 mol解析 1 mol CH
12、4与氯气发生取代反应，生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各0.25 mol，该四种取代物中n(Cl)0.25 mol(1234)2.5 mol，根据取代反应特点，1/2的氯原子进入氯化氢，所以n(HCl)2.5 mol，故生成物中所含氯原子共2.5 mol2.5 mol5 mol，参加反应的氯气为2.5 mol。答案C下列有关甲烷的取代反应的叙述正确的是()A甲烷与氯气以物质的量之比11混合时发生取代反应只生成CH3ClB甲烷与氯气的取代反应产物中CH3Cl最多C甲烷与氯气的取代反应产物为混合物D1 mol甲烷生成CCl4最多消耗2 mol氯气解析：选C。甲烷与氯气一旦反应，不
13、会停止在某一步，四种有机产物都会产生，得不到纯净的CH3Cl，A错误，C正确；甲烷与氯气的取代反应，每取代1 mol H原子，消耗1 mol氯气，生成1 mol HCl，故产生的HCl最多，B错误；1 mol甲烷生成CCl4最多消耗4 mol氯气，D错误。考查甲烷的物理性质1(双选)在我国的南海、东海海底已发现天然气(甲烷等)的水合物，它易燃烧，外形似冰，被称为“可燃冰”。“可燃冰”的开采，有助于解决人类面临的能源危机。下列说法不正确的是()A甲烷属于烃类B在相同条件下甲烷的密度大于空气 C甲烷极易溶于水D可燃冰是一种极具潜力的能源解析：选BC。甲烷极难溶于水；在相同条件下甲烷的密度小于空气；
14、甲烷燃烧放出较多的热量且产物为CO2和H2O，所以可燃冰是一种极具潜力的能源。2下列气体既能用排水法又能用向下排空气法收集的是()ACO2BCH4CNODNO2解析：选B。NO只能用排水法收集，CO2、NO2只能用向上排空气法收集。考查甲烷的化学性质3(2019长春高一测试)在一定条件下，下列物质可与甲烷发生化学反应的是()A溴水B氯水C氧气D高锰酸钾溶液解析：选C。甲烷化学性质比较稳定，在常温常压下不易被氧气、高锰酸钾溶液氧化，但在点燃条件下与氧气发生反应；甲烷与Cl2在光照条件下发生取代反应，但与溴水、氯水不反应。4若甲烷与氯气以物质的量之比13混合，在光照下充分反应得到的产物：CH3Cl
15、；CH2Cl2；CHCl3；CCl4；HCl。其中正确的是()A只有 B只有C的混合物 D的混合物解析：选D。甲烷和氯气在光照下，会发生四步取代反应，而反应进行到哪一步不是由反应物甲烷和氯气的物质的量之比来决定的，在光照下得到的产物一定是混合物且其中HCl的量最多。重难易错提炼1.甲烷分子具有正四面体结构，其中碳原子位于正四面体的中心，4个氢原子位于正四面体的四个顶点。2甲烷结构与性质的记忆口诀：性质稳定是甲烷，光照氯代四连环；空间结构四面体，易燃防爆分解难。3.甲烷与氯气的取代反应是分步进行的，每有1 mol氢原子被取代，需消耗1 mol氯气。4取代反应：有机物分子里的某些原子或原子团被其他
16、原子或原子团所替代的反应。课后达标检测一、单项选择题1下列关于甲烷的说法正确的是()A实验室可以用排水法收集甲烷B只有纯净甲烷才能在空气中安静燃烧C甲烷能与溴水发生取代反应D甲烷在空气中燃烧只生成二氧化碳和水解析：选A。甲烷极难溶于水，可以用排水法收集，A项正确；甲烷与空气的混合物中甲烷的体积分数只要在爆炸极限之外，甲烷就能安静燃烧，B项错误；甲烷与气态卤素单质在光照条件下发生取代反应，甲烷不能与溴水反应，C项错误；在氧气不足条件下，甲烷燃烧会生成一氧化碳和水，D项错误。2(2018高考全国卷)实验室中用如图所示的装置进行甲烷与氯气在光照下反应的实验。光照下反应一段时间后，下列装置示意图中能正
17、确反映实验现象的是()解析：选D。甲烷和氯气在光照条件下反应，生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl，试管内压强减小，外压大于内压，试管内液面升高，且试管内出现白雾和油状液滴，综合上述分析，D项正确。3“可燃冰”是海底蕴藏的资源之一，其主要成分是甲烷。以下是甲烷在空气中燃烧的微观过程模拟图，符合该反应微观过程先后顺序的选项是()ABC D解析：选D。甲烷和氧气反应生成二氧化碳和水，该过程首先是分子状态的甲烷和氧气(图)，然后化学键断裂形成原子(图)，最后原子重新组合得到二氧化碳和水(图)。4验证某有机物属于烃，应完成的实验内容是()A只测定它的碳、氢原子个数比B只要证明它完
18、全燃烧后的产物只有H2O和CO2C只测定其完全燃烧产物中H2O和CO2的物质的量的比值D测定该试样的质量及试样完全燃烧后生成H2O和CO2的质量解析：选D。烃仅含碳和氢两种元素，完全燃烧的产物为CO2和H2O，但完全燃烧产物只有CO2和H2O的有机物不一定是烃，它可能含有碳、氢、氧三种元素。5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溶液解析：选B。根据燃烧后的产物来判断，甲烷燃烧后生成CO2和H2O，H2燃烧后生成H2O，CO燃烧后生成CO2。在火焰的上方罩一个干燥的小
19、烧杯，烧杯内壁出现水珠的是甲烷和H2，没有水珠的是CO；然后在有水珠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。6将标准状况下的11.2 L甲烷和22.4 L氧气混合点燃，恢复到原状况后，气体的体积为()A11.2 L B22.4 LC33.6 L D44.8 L解析：选A。CH42O2CO22H2O，因此，标准状况下11.2 L甲烷与22.4 L氧气恰好完全反应生成11.2 L 的CO2气体，故选A。7为验证甲烷分子中含有C、H两种元素，可将其完全燃烧产物通过浓硫酸；澄清石灰水；无水硫酸铜。正确的顺序是()A BC D解析：选D。要证明CH4中含有C、H两种元素，可通过其
20、完全燃烧产物为CO2和H2O来证明，选，检验时应先检验H2O后检验CO2，故顺序为。二、不定项选择题8有机物分子里的某些原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反应叫取代反应。下列化学反应中不属于取代反应的是()ACH2Cl2Br2CHBrCl2HBrBCH3OHHClCH3ClH2OC2Na2H2O=2NaOHH2DCH3CH2BrH2OCH3CH2OHHBr解析：选C。C项中的反应为置换反应，不是有机反应，更不是取代反应。9.如图所示的装置是某次实验最初的情况(夹持装置省略)，烧瓶内盛有等体积的甲烷和Cl2，用光照射烧瓶一段时间，下列说法正确的是()A只能生成CH3Cl一种有机物B烧瓶内液面
21、不可能上升C大试管内的液体可能会分层D向水中加入石蕊试液后变红解析：选CD。甲烷和Cl2反应生成四种氯代有机物，故A错误；甲烷和Cl2反应生成的一氯甲烷和HCl是气体，其余都是液体，且HCl易溶于水，烧瓶内压强减小，则液面上升，故B错误；反应生成的二氯甲烷等有机物为油状液体，在水的上层，故C正确；反应生成的HCl溶于水，形成盐酸，显酸性，加入石蕊试液后变红，故D正确。10(2019淮安高一期末)取一支硬质大试管，通过排饱和食盐水的方法先后收集半试管甲烷和半试管氯气(如图)，下列对于试管内发生的反应及现象的说法正确的是()A反应过程中试管内黄绿色逐渐变浅，试管壁上有油珠产生B甲烷和Cl2反应后的
22、产物有5种C盛放饱和食盐水的水槽底部不会有晶体析出DCH4和Cl2完全反应后液面上升，液体充满试管解析：选AB。Cl2被消耗，黄绿色逐渐变浅，生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4均为油状液体，所以试管壁上有油珠产生，A项正确；CH4与Cl2反应生成4种有机物和1种无机物，共有5种产物，B项正确；CH4与Cl2反应后最多的产物是HCl，HCl溶于饱和食盐水会有NaCl晶体析出，C项错误；取代产物中的CH2Cl2、CHCl3、CCl4是油状液体，而CH3Cl是气体，不溶于饱和食盐水，故液体不会充满试管，D项错误。11已知正四面体形分子E和单质分子G反应，生成四面体形分子L和分子M(组成E分子的
23、元素的原子序数小于10，组成G分子的元素为第三周期的元素)，如图所示，则下列判断中不正确的是()A常温常压下，E、L均为气态有机物BE是一种含有10个电子的分子C上述反应的类型是置换反应D上述4种物质中有3种为共价化合物解析：选C。由题意可知，E为正四面体形分子，组成E分子的元素的原子序数都小于10，由题图可知，E由两种元素组成，灰色球只形成一个共价键，所以是H，黑色球表示C，所以E是甲烷；G为直线形分子，组成G分子的元素为第三周期的元素，且G是双原子分子，所以G是Cl2，该反应是甲烷和氯气发生取代反应生成一氯甲烷和氯化氢，即L是一氯甲烷，M是氯化氢。常温常压下，甲烷、一氯甲烷均是气体，A项正
24、确；E是甲烷分子，含有10个电子，B项正确；甲烷中的氢原子被氯原子取代生成一氯甲烷，属于取代反应，生成物中没有单质，不是置换反应，C项错误；四种物质中甲烷、一氯甲烷和HCl属于共价化合物，所以4种物质中有3种为共价化合物，D项正确。三、非选择题12天然气作为清洁能源，在助力节能减排的同时，也带来“气荒”等问题，于是出现了“油改气”或“煤改气”。 (1)天然气主要成分的分子式是_，电子式为_，结构式为_；分子里各原子的空间分布呈_结构。(2)天然气主要成分在空气中燃烧的实验现象是_，反应的化学方程式为_。(3)天然气主要成分与Cl2在光照条件下反应生成一氯甲烷的化学方程式为_。解析：(1)天然气
25、的主要成分是甲烷，甲烷的分子式、电子式、结构式分别为，甲烷分子是正四面体结构。答案：(1)CH4 正四面体(2)产生淡蓝色火焰 CH42O2CO22H2O(3)CH4Cl2CH3ClHCl13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，气体在甲管中反应，针管放在光亮处一段时间。(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，能用于吸收甲管中剩余气体的是_。A水 BNaOH溶液CAg
26、NO3溶液 D饱和食盐水(4)反应后，若将甲中的物质推入盛有适量AgNO3溶液的小试管中会观察到_，若再向其中滴入几滴石蕊试液，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，而甲中氯气与甲烷体积比为5141，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
27、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。(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，若加入几滴石蕊试液，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14三个装有CH4和Cl2混合气体的集气瓶，用玻璃片盖好瓶口后，分别做如下处理，各有怎样的现象发生？(1)置于黑暗中： _；将点燃的镁条靠近集气瓶外壁： _；放在有光线的房子里：_。(2)若要使0.5 mol CH4完全和Cl2发生取代反应
28、，并生成相同物质的量的四种取代产物，则生成HCl的物质的量为_。A2.5 mol B2 molC1.25 mol D0.5 mol解析：(1)对于有机反应，反应条件非常重要，通过控制反应条件，可使CH4和Cl2的取代反应发生的现象不同。(2)0.5 mol CH4生成等物质的量的4种取代产物，即0.125 mol CH3Cl、0.125 mol CH2Cl2、0.125 mol CHCl3、0.125 mol CCl4，生成HCl的物质的量为n(HCl)0.125 mol10.125 mol20.125 mol30.125 mol41.25 mol，故选C项。答案：(1)无明显现象爆炸黄绿色逐
29、渐变浅，有油状液滴生成(2)C15如图所示，U形管的左端被水和胶塞封闭，装有甲烷和氯气(体积比为14)的混合气体，假定氯气在水中的溶解度可以忽略。常温下，将封闭有甲烷和氯气混合气体的装置放置在有光亮的地方，让混合气体缓慢地反应一段时间。(1)假设甲烷与氯气反应充分，且只产生一种有机物，请写出反应的化学方程式：_。(2)若题目中甲烷与氯气的体积比为11，则得到的产物为_。ACH3Cl、HClBCCl4、HClCCH3Cl、CH2Cl2DCH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl(3)经过几个小时的反应，U形管右端水柱的变化是_。A升高 B降低C不变 D无法确定(4)若水中含有Na2S
30、iO3，则在U形管左端会观察到的现象是_。(5)右端玻璃管的作用是_。解析：(1)因Cl2足量，若充分反应且只产生一种有机物，则CH4中的4个H原子可完全被取代，生成CCl4和HCl，CH44Cl2CCl44HCl。(2)甲烷与氯气的取代反应是一种连锁反应，第一步反应一旦开始，后续反应立即进行，因此四步反应均发生，故得到4种氯代产物和HCl。(3)甲烷和氯气在光照的条件下发生取代反应，U形管左侧生成的氯化氢气体易溶于水，该条件下除CH3Cl外其他3种氯代物均为液体，气体压强减小，U形管右侧液面降低，左侧液面升高。(4)因左侧生成的HCl溶于水后发生反应：2HClNa2SiO3=H2SiO32NaCl，所以观察到有白色胶状沉淀生成。(5)右端玻璃管的作用是平衡气压。答案：(1)CH44Cl2CCl44HCl(2)D(3)B(4)有白色胶状沉淀生成(5)平衡气压高考资源网版权所有，侵权必究！