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 甲烷学习目标核心素养建构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.理解取代反应的概念并能进行判断。4.了解同系物的概念。一、甲烷的组成、结构与性质1化石燃料的组成与成分知 识 梳 理化石燃料天然气石油煤组成元素主要是_主要是 _，还有少量S、O、N等含量最高的元素是_，其 次 是_，还 有 少量S、P、N等主要成分甲烷各种液态碳氢化合物，其中溶有气态和固态碳氢化合物_ 和_ 组 成 的 复杂混合物C、HC、HCH、O有机化合物无机物2.组成与结构分子式电子式结构式空间
2、构型甲烷的分子模型_ _结构，_原子位于正四面体中心，_原子位于四个顶点上CH4正四面体CH3.物理性质4.化学性质(1)稳定性：在通常情况下，甲烷是比较稳定的，跟强酸、强碱或强氧化剂等一般不起反应。甲烷不能使酸性KMnO4溶液褪色，也_使溴的四氯化碳溶液褪色。(2)氧化反应：纯净的甲烷在空气中安静的燃烧，火焰呈_ 色，放 出 大 量 的 热，反 应 的 化 学 方 程 式 为：_。颜色气味状态(与空气相比)密度水溶性_无色无味气体小难溶不能淡蓝CH42O2点燃 CO22H2O(3)取代反应实验探究：按要求完成下列实验，并填写下表：实验操作实验现象a.试管内气体颜色逐渐_；b.试管内壁有_出现
3、；c.试管内液面_，水槽中有_实验结论 CH4 与 Cl2 在光照时能发生化学反应变浅油状液滴上升少量固体析出概念：有机化合物分子中的某种_被另一种_所_的反应叫取代反应。甲烷与氯气反应：在光照条件下发生反应得到的产物有_。写出生成 CH3Cl 的方程式：_光照 CH3ClHCl。(4)分解反应：甲烷隔绝空气并加热至 1 500 以上分解的反应方程式为：_。原子(或原子团)原子(或原子团)替代CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HClCH4Cl2CH4高温 C2H2【自主思考】1已知甲烷的密度在标准状况下是0.717 gL1，含碳75%，含氢25%，试通过计算确定甲烷的分子式。提示
4、 甲烷的摩尔质量为M22.4 Lmol10.717 gL116 gmol11 mol 甲烷气体中含碳原子的物质的量：16 gmol11 mol75%12 gmol11 mol；1 mol 甲烷气体中含氢原子的物质的量：16 gmol11 mol25%1 gmol14 mol。所以甲烷的分子式为 CH4。2二氯甲烷可以写成两种形式，它们是同分异构体吗？提示 不是，甲烷是正四面体结构，所以这两种形式表示为同一种物质。3如何用最简单的方法和操作验证CH4燃烧有H2O和CO2生成？提示 可在火焰上方罩一冷而干燥的烧杯，若出现水雾，证明有水产生；取下烧杯，立即加入澄清石灰水，振荡变浑浊，证明有CO2产生
5、。4如果CH4和Cl2按体积比11混合反应，能否只得到CH3Cl?提示 不能。CH4与Cl2的取代反应是逐步进行的，无论二者的物质的量之比是多少，反应一旦引发，反应不会停留在哪一步上，所以四种取代产物都会生成，得不到纯净的CH3Cl。二、烷烃与同系物1烃：仅含_和_两种元素的有机物称为_，又称_。2烷烃(1)概念：烃分子里每个碳原子形成四个单键，除碳原子之间以单键结合外，剩余的价键均与氢原子结合，使每个碳原子的化合价都充分利用，达到饱和，这样的烃叫作饱和烃，又称为烷烃。碳氢碳氢化合物烃(2)几种烷烃(3)通式：_。名称乙烷丙烷正丁烷异丁烷分子式_结构简式 _ _C2H6 C3H8 C4H10
6、C4H10 CH3CH3 CH3CH2CH3 CH3CH2CH2CH3 CnH2n2(n1且n为整数)(4)命名：分子中含110个碳原子的烷烃，按照分子中碳原子数目依次用_命名，如C5H12称为_。分子中碳原子数超过10个的，直接根据_称为某烷，如C16H34称为_。当碳原子数n相 同 时，用 _ 来 区 别。如：CH3CH2CH2CH2CH3称为正戊烷，CH3CH(CH3)CH2CH3称为_，C(CH3)4称为_。甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸戊烷碳原子数十六烷正、异、新异戊烷新戊烷(5)性质：物质的组成、结构决定物质的性质，这个规律在有机物中体现得尤其明显。烷烃的化学性质与甲烷相似
7、，请写出下列反应的化学方程式(有机物写结构简式)：丙烷的燃烧：_。光照条件下，乙烷与氯气发生取代反应(只要求写一氯取代)：_。3同系物同 系 物：结 构 _，在 分 子 组 成 上 相 差_的有机物互称为同系物。CH3CH2CH35O2点燃 3CO24H2OCH3CH3Cl2光照 CH3CH2ClHCl相似一个或若干个“CH2”原子团【自主思考】5分子组成符合CnH2n2(n1且n为整数)的烃一定是烷烃吗？提示 一定是烷烃。6如何理解同系物的概念？如何判断是否为同系物？提示(1)同系物概念的内涵有两个，一是分子结构相似，二是分子组成上相差一个或若干个CH2原子团。两者要联系在一起，缺一不可。(
8、2)同系物具有相同的通式，但是通式相同的有机物不一定互为同系物，同系物的前提是同一类物质且分子组成上相差一个或若干个CH2原子团。(3)同系物的组成元素相同，同系物之间相对分子质量相差14n(n1,2,3，)。(4)判断两种化合物互为同系物的关键是看：同：两种物质属于同一类物质，物质结构相似；差：两种物质分子组成上相差一个或若干个CH2原子团。1判断正误，正确的打“”，错误的打“”。(1)有机物都含有碳元素，则含有碳元素的化合物都是有机物。()(2)煤主要含有碳元素，煤是纯净物。()(3)石油主要的组成元素是碳和氢，同时还含有少量的硫、氧、氮等。()(4)天然气的主要成分是甲烷，其属于可再生能
9、源。()(5)点燃甲烷前必须验纯度再点燃。()(6)甲烷与Cl2的反应条件是点燃或加热。()(7)甲烷与Cl2光照下反应产物可能有5种。()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)效 果 自 测2.关于 CH4 和的叙述不正确的是()A.均能用 CnH2n2 组成通式来表示B.与所有烷烃互为同分异构体C.因为它们结构相似，所以它们的化学性质相似D.它们互为同系物 解析 B项它们与其他烷烃互为同系物；C项化学性质相似；D项它们结构相似，相差4个“CH2”原子团，互为同系物。答案 B 【合作交流】1CH4能使溴水褪色吗？提示 不能，CH4与溴水不反应。2CH4与足量Cl2充分反应只生成一种有
10、机物吗？提示 不是。四种有机物均有，但含量不同。探究一、烷烃的取代反应【点拨提升】1甲烷的取代反应2取代反应与置换反应的比较取代反应置换反应举例 CH4Cl2光CH3ClHClZnH2SO4=ZnSO4H2定义有机物分子里的原子或原子团被其他原子或原子团所代替的反应一种单质跟一种化合物反应，生成另一种单质和另一种化合物的反应取代反应置换反应反应物一种化合物和另一种化合物或单质一种单质和一种化合物生成物一般生成两种新化合物另一种化合物和另一种单质反应中电子得失不一定发生电子转移，因此不一定是氧化还原反应一定发生电子转移，一定是氧化还原反应反应是否可逆有不少是可逆反应一般是不可逆反应【典题例证1】
11、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_。(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)用饱和食盐水而不用水的原因是_。(4)实验中生成的油状液滴中的氯仿可作局部麻醉剂，常因保存不慎而被空气氧化，产生剧毒气体光气，反应的化学方程 式 为 2CHCl3 O22COCl2 2HCl，上 述 反 应_(填选项符号，下同)。A属于取代反应 B不属于取代反应解析 CH4和Cl2光照反应生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl等物质，随着反应的进行，Cl2不断被消耗，
12、黄绿色逐渐消失。又由于生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4常温下是无色液体，且Cl2易溶于有机溶剂，故量筒内壁上有油滴。因生成的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(或光亮处)(2)量筒内黄绿色气体颜色变浅、量筒内液面上升(3)降低Cl2在水中溶解度，抑制Cl2和水的反应(4)B【学以致用1】把1体积CH4和4体积Cl2组成的混合气体充入试管中，将此试管倒立在盛有AgNO3溶液的水槽中，放在光亮处，片刻后发现试管壁上有油状液滴出现，该油状液滴可能是 _，水槽中还观察到 _，原因是_(用离子方程式解释)。若向
13、水槽中再滴入几滴紫色石蕊试液又观察到 _。解析 CH4与Cl2反应的产物中，HCl极易溶于水，能电离出H和Cl，其他产物均为有机物，部分呈气态，部分为油状液体。CH4和Cl2在光照条件下反应生成CH3Cl(气体)、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl，随着反应进行，Cl2不断消耗，试管中黄绿色逐渐消失，又由于生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4常温下均为无色液体，使试管壁上有油状液滴出现；因生成的HCl易溶于水，反应后，试管内气体压强减小，试管内水位上升，HCl溶于水后，与AgNO3反应生成AgCl白色沉淀，同时溶液显酸性，故加入紫色石蕊试液后溶液变红。答案 CH2Cl2、CHCl3
14、、CCl4 有白色沉淀产生 AgCl=AgCl 溶液变红【合作交流】3烷烃的特征反应是什么反应？条件是什么？提示 取代反应，光照提示 不对，二者不相差CH2基团，它们分子式相同，结构不同，互为同分异构体。探究二、烷烃性质与同系物判断4CH3CH2CH2CH3 与互称为同系物吗？【点拨提升】1烷烃的结构与性质烷烃组成结构通式：CnH2n2n1且n为整数，符合此通式的烃一定是烷烃结构碳原子之间都以碳碳单键结合成链状；任何1个C原子和与其连接的4个原子的空间构型都是四面体结构；大于或等于3个C原子的直链烷烃空间构型是折线形或锯齿状 烷烃物理性质随碳原子个数增加，熔、沸点逐渐升高，密度逐渐增大；常温下
15、，碳原子数4的烷烃为气态新戊烷也为气态化学性质稳定性：通常情况下不与强酸、强碱、强氧化剂反应可燃性：CnH2n23n12O2点燃 nCO2n1H2O取代反应：CH3CH3Cl2光CH3CH2ClHCl2同系物、同分异构体、同素异形体、同位素概念的比较比较概念内涵研究对象 相同不同实例同系物结构相似，在分子组成上相差一个或若干个“CH2”原子团的有机化合物互称为同系物有机化合物结构相似组成上相差一个或若干个“CH2”原子团CH3CH3 与比较概念内涵研究对象相同不同实例同分异构体具有相同的分子式，不同结构式的化合物互称为同分异构体化合物分子式相同结构式不同与比较概念内涵研究对象相同不同实例同素异
16、形体同一种元素形成的几种性质不同的单质单质元素种类相同性质不同O2 与 O3、白磷与红磷同位素质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子互称为同位素原子质子数相同中子数不同126 C、136 C与146 C【典题例证2】下列叙述正确的是()A.含5个碳原子的有机物，每个分子中最多可形成4个CC键B.正戊烷分子中所有原子均在一条直线上C.碳碳间以单键结合，碳原子剩余价键全部与氢原子结合的烃一定符合通式CnH2n2D.分子式为C3H8与C6H14的两种有机物一定互为同系物解析 含5个碳原子的有机物，每个分子中最多可形成5个CC键，例如环戊烷，A错误；由于饱和碳原子是正四面体结构，所以正戊烷分子中所
17、有原子不可能在一条直线上，B错误；碳碳间以单键结合，碳原子剩余价键全部与氢原子结合的链状烃是饱和链烃，若不是链状，则可能是环烷烃，C错误；分子式为C3H8与C6H14的两种有机物一定是烷烃，二者互为同系物，D正确，答案选D。答案 D【学以致用 2】现有下列 6 种有机物：CH2=CH2 CH3CH2CCH CH3CCCH3 CH3COOC2H5 CH3CH2CH3请回答：(1)其中不属于烃类的是_(填序号，下同)；(2)其中属于烷烃的是_；(3)其中与互为同系物的是_；(4)其中与互为同分异构体的是_。解析 只含C、H两种元素的有机物属于烃；分子式符合通式CnH2n2(n1)的烃属于烷烃；结构相似，分子组成上相差一个或多个CH2原子团的物质互为同系物；分子式相同，结构不同的物质互为同分异构体。答案(1)(2)(3)(4)