1、第三章 有机化合物第一节 最简单的有机化合物甲烷第1课时 甲烷的性质1.会写甲烷的分子式、结构式、电子式，知道甲烷的结构特点。2.知道甲烷能发生氧化反应和取代反应，会写化学方程式。3.知道取代反应的概念和甲烷发生取代反应时的断键和成键情况。晨背重点语句1.甲烷是天然气、沼气、油田气和煤矿坑道气的主要成分。2.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。3.通常状况下，甲烷比较稳定，与高锰酸钾等强氧化剂不反应，与强酸、强碱也不反应。但在特定的条件下，能发生氧化反应(燃烧)和取代反应。4.甲烷发生取代反应的条件为光照，反应物为气态的卤素单质。细梳
2、理、练对点、层层过关知识分点突破分点突破 1 甲烷的存在、用途及结构1.甲烷的存在与用途(1)存在：甲烷是 1 _、2 _、3_和 4 _的主要成分。(2)主要用途：天然气和沼气都是理想的清洁能源；天然气是一种重要的化工原料。天然气沼气油田气煤矿坑道气2.甲烷的组成与结构(1)表示方法化学式电子式结构式分子结构示意图球棍模型比例模型CH4(2)结构特点甲烷分子是以 C 原子为中心，四个 H 原子为顶点的 5_结构，其中 CH 键的键长 6 _、键角7 _。正四面体相等相同【归纳总结】1.结构式：用短线来表示一对共用电子的图式叫做结构式。2.一个碳原子以 4 个单键与其他原子相结合时，无论这 4
3、个原子是否相同，都分别在四面体的顶点上，但不一定为正四面体，也不可能在同一平面上，最多有 3 个原子共面。1.下列气体的主要成分不是甲烷的是()A.沼气B煤气C.天然气D坑道气答案：B2.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构型，但比例模型更能形象的表达出 H、C 的位置及所占比例；电子式只反映原子的最外层电子的成键情况。分点突破 2 甲烷的性质1.物理性质甲烷是一种 1 _色、2 _味、3 _溶于水、密度比空气 4 _的气体。无无极难小2.化学性质通常状况下，甲烷比较稳定，与高
4、锰酸钾等强氧化剂不反应，与强酸、强碱也不反应。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)将甲烷在空气中点燃观察现象：检验产物燃烧现象方法现象结论5 _ 在火焰上方罩一个干燥的烧杯6 _7 _淡蓝色火焰烧杯内壁有生成了水水珠产生检验产物燃烧现象方法现象结论5 _ 在火焰上方罩一个涂有澄清石灰水的烧杯8 _9 _烧杯内壁生成了变浑浊二氧化碳淡蓝色火焰甲烷燃烧的化学方程式为 CH42O2点燃 CO22H2O。【特别提醒】点燃甲烷前必须检验纯度。空气中的甲烷含量在 5%15.4%(体积)范围内时，遇火花将发生爆炸；煤矿中的瓦斯爆炸多数是甲烷气体爆炸引发的。(2)取代反应按要求完成下
5、列实验，并填写下表：实验操作实验现象A 装置：试管内气体颜色逐渐 10 _，试管内壁有 11 _出现，试管中有 12_生成，试管内液面 13 _，水槽中有 14 _；B 装置：15_ 实验结论CH4 与 Cl2 在 16 _时才能发生化学反应变浅油状液滴少量白雾上升固体析出无明显现象光照上述实验 A 中发生反应的化学方程式为：CH4Cl2光CH3ClHCl；CH3ClCl2光CH2Cl2HCl；CH2Cl2Cl2光CHCl3HCl；CHCl3Cl2光CCl4HCl。上述实验反应生成物性质CH3ClCH2Cl2CHCl3CCl4状态17 _均为油状 18 _水溶性都 19 _于水取代反应：有机物
6、分子里的某些 20 _被其他21 _所替代的反应。气体液体不溶原子或原子团原子或原子团【归纳总结】1下列叙述中错误的是()A点燃甲烷前不必进行验纯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点燃甲烷不一定会爆炸解析：选 A 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。2(2019太谷高一检测)将 1 mol 甲烷和适量的 Cl2 混合后光照，充分反应后生成 CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4 四种有机产物的物质的量依次增大 0.1 mol，则参加反应的 Cl2 的物质的量为()A1.5 mo
7、l B3 molC4.5 mol D6 mol解析：选 B 解答此题宜用原子守恒法。CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4 中的碳原子都是从 CH4 中来的，故这四种取代物共 1 mol，设 CH3Cl 物质的量为 x，则 x(x0.1 mol)(x0.2 mol)(x0.3 mol)1 mol，得 x0.1 mol，即 CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4 四种有机产物的物质的量依次为 0.1 mol、0.2 mol、0.3 mol、0.4 mol，含 Cl 原子的物质的量共为 0.1 mol10.2 mol20.3 mol30.4 mol43 mol，而一个 Cl2 分子
8、中只有一个 Cl 原子通过取代反应进入取代物中，因此消耗的 Cl2 也为 3 mol。甲烷的取代反应【例】下列有关甲烷的取代反应的叙述正确的是()A甲烷与氯气的物质的量之比为 11 时，混合发生取代反应只生成 CH3ClB甲烷与氯气的取代反应，生成的产物中 CH3Cl 最多C甲烷与氯气的取代反应生成的产物为混合物D1 mol 甲烷生成 CCl4 最多消耗 2 mol 氯气解析 甲烷与氯气一旦发生取代反应就不会停止在某一步，四种有机物都会产生，故得不到纯净的 CH3Cl，A 错误，C正确；甲烷与氯气的反应中每取代 1 mol 氢原子，消耗 1 mol氯气，生成 1 mol HCl，故产物中 HC
9、l 最多，B 错误；1 mol 甲烷生成 CCl4 最多消耗 4 mol 氯气，D 错误。答案 C【归纳总结】甲烷发生取代反应的有关规律(1)反应条件和反应物：反应条件为光照，反应物为卤素单质。例如甲烷与氯水、溴水不反应，但可以与氯气、溴蒸气发生取代反应。(2)反应产物：虽然反应物的比例、反应的时间长短等因素会造成各种产物的比例不同，但反应的产物都是 CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3 和 CCl4 四种有机物与 HCl 形成的混合物。(3)物质的量的关系：CH4 与 Cl2 发生取代反应时，每 1 mol H 原子被取代，消耗 1 mol Cl2 分子，同时生成 1 mol 的 HCl 分
10、子。(4)注意事项：有机反应比较复杂，常伴随很多副反应发生，因此有机反应的化学方程式常用“”。CH4 与 Cl2 的反应逐步进行，应分步书写。当 n(CH4)n(Cl2)11 时，反应并不只发生 CH4Cl2CH3ClHCl，其他反应仍发生。【特别提醒】(1)甲烷的卤代反应的产物是混合物。(2)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，因此制备卤代烃一般不采用取代反应。在标准状况下，22.4 L CH4 与 Cl2 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 Cl2 为()A0.5 mol B2 molC2.5 mol D4 mol解析
11、：选 C 解法一：守恒法1 mol CH4 与 Cl2 发生取代反应，生成 CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4 各 0.25 mol，这四种取代物中 n(Cl)0.25 mol(1234)2.5 mol，根据取代反应特点，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 Cl2 为 n(Cl2)2.5 mol。解法二：根据化学方程式进行计算设四种有机取代物的物质的量均为 1 mol，写出取代反应总的化学方程式：4CH410Cl2CH3ClCH2Cl2CHCl3CCl410HCl，由此可知，4 mol CH4 正好与 10 mol
12、 Cl2 反应，当 1 mol CH4 反应时，消耗 Cl2 2.5 mol。夯基础、练能力、堂内过关随堂层级训练1下图是 CH4、CCl4、CH3Cl 的分子球棍模型图，下列说法正确的是()ACH4、CCl4 和 CH3Cl 都是正四面体结构BCH4、CCl4 都是正四面体结构CCH4 和 CCl4 中的化学键均为非极性键DCH4、CCl4 的结构相同，性质也相同解析：选 B CCl4 的分子结构同 CH4 相似为正四面体结构，CH3Cl 中的 CH 和 CCl 键不同，不是正四面体结构，而是四面体结构。2公元前一世纪，我国已使用天然气，天然气的主要成分为甲烷。下列关于甲烷的叙述中，错误的是
13、()A通常情况下，甲烷跟强酸、强碱、强氧化剂不起反应B甲烷化学性质比较稳定，不能被任何氧化剂氧化C甲烷跟氯气反应无论生成 CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3 还是 CCl4，都属于取代反应D甲烷的四种有机取代物都难溶于水解析：选 B CH4 的性质比较稳定，通常情况下，不与强酸、强碱、强氧化剂反应，而不是不能被任何氧化剂氧化，A正确，B 错误；CH4 在光照条件下与 Cl2 发生取代反应，生成 4种有机产物，它们是 CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3 和 CCl4，且均难溶于水，故 C、D 正确。3下列反应属于取代反应的是()AC2H43O2点燃 2CO22H2OBZnCuSO4=ZnSO
14、4CuCNaClAgNO3=AgClNaNO3DCH2Cl2Cl2光照 CHCl3HCl解析：选 D 取代反应是有机物分子中的某些原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反应。A 项 C2H4 的燃烧不是取代反应；B 项为置换反应；C 项为复分解反应；D 项中 Cl 原子取代了 CH2Cl2 中的一个 H 原子，故属于取代反应。4在标准状况下，11.2 L 甲烷和 22.4 L 氧气混合后点燃，恢复到原状况时，气体的体积共()A11.2 L B22.4 LC33.6 L D44.8 L解析：选 A 甲烷燃烧的化学方程式为 CH42O2点燃CO22H2O，当温度超过 100 时(即水为气态)，反应
15、前后气体体积不变。而在标准状况下，水是液态，11.2 L 甲烷与 22.4 L氧气恰好完全反应，最后只剩下二氧化碳，其体积为 11.2 L。5一定质量的甲烷燃烧后的产物为 CO、CO2 和水蒸气，此混合气体质量为 49.6 g，当其缓慢通过无水 CaCl2 时，CaCl2增重 25.2 g。原混合气体中 CO2 质量为()A12.5 g B13.2 gC19.7 g D24.4 g解析：选 B 通过 CaCl2 时被吸收的为水蒸气，即 n(H2O)25.2 g18 gmol11.4 mol，根据 CH4 的组成可知，CO 和 CO2 的物质的量之和为1.4 mol240.7 mol，设 CO2
16、 的质量为 x，则CO 的质量为 49.6 g25.2 gx，故有关系式：x44 gmol124.4 gx28 gmol10.7 mol，解得：x13.2 g。6将装有甲烷和氯气混合气体的三个集气瓶，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)甲烷和氯气发生的一系列反应都是_(填反应类型)反应，请写出甲烷和氯气反应生成一氯甲烷的化学方程式：_。答案：(1)无明显现象 爆炸 黄绿色逐渐变浅，有油状液滴生成(2)取代 CH4Cl2光照 CH3ClHClword部分：请做：课时跟踪训练练规范、提能力、好题练全点此进入该word板块
