第三章第一节第1课时甲烷的性质课件（人教版必修2）

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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.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及存在、用途。 3.掌握甲烷的化学性质,认识取代反应的特点。,一、有机化合物,碳元素,氢、氧,碳和氢,二、甲烷 1.存在和用途: (1)存在:是_、_、油田气和煤矿坑道气的主要成 分。 (2)用途:是一种高效、低耗、污染小的清洁能源,还是一种 重要的化工原料。,天然气,沼气,2.分子结构: (1)组成和结构:,CH4,(2)空间结构:,甲烷分子具有_结构:_为中心,_为顶点,其中4个CH键的长度和强度_,夹角_。,正四面体,碳原子,氢原子,相同,相等,3.物

2、理性质:,无色,气体,无味,比空气小,极难溶于水,4.化学性质:通常状况下,甲烷比较稳定,与_等强氧化 剂不反应,与强酸、强碱也不反应。 (1)氧化反应(燃烧): 现象:甲烷在空气中完全燃烧,火焰呈_。 化学方程式:_。,高锰酸钾,淡蓝色,(2)取代反应: 甲烷与氯气反应的实验探究,变浅,油状液滴,少量白雾,上升,有固体析出,无明显现象,不溶,气体,取代反应 有机物分子里的某些_被其他_所替 代的反应。,原子或原子团,原子或原子团,【思考辨析】 1.判断正误: (1)CH4、CH3Cl、CH2Cl2等都是烃。( ) 分析:烃是由碳和氢两种元素形成的化合物,CH4是最简单的 烃,CH3Cl、CH

3、2Cl2不是烃。 (2)在点燃甲烷气体之前必须检验其纯度。( ) 分析:甲烷是可燃性气体,为防止爆炸,点燃之前应检验其纯 度。,(3)CH4的结构式是 ,所以甲烷是平面结构。( ) 分析:结构式不表示分子的空间构型,实际上,甲烷分子是正四 面体结构。 (4)甲烷和氯气的反应是置换反应。( ) 分析:该反应是取代反应,其特点是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。,2.问题思考: (1)CO和H2CO3都是含碳化合物,二者都是有机物吗? 分析:不是,含有碳元素的化合物是有机物,但CO、CO2、H2CO3及碳酸盐等,其结构、性质与无机物相似,因此属于无机物。 (2)能用甲烷与氯

4、气反应来制取纯净的CH3Cl吗? 分析:不能,甲烷与氯气的取代反应是连锁反应,反应生成的是多种产物的混合物,得不到纯净的CH3Cl。,【知识链接】 天然气作为能源的优点 天然气是一种优良的气体燃料,通常状况下,1 mol甲烷在空气中完全燃烧生成二氧化碳和水,放出890 kJ的热量,目前全世界20%的能源需求由天然气提供。天然气燃烧时仅排放少量的二氧化碳和极微量的一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物,是一种清洁的能源。 饱和食盐水的目的 氯气在饱和食盐水中的溶解度很小,便于收集氯气;反应生成氯化氢溶于水使氯离子浓度增大,故水槽中有氯化钠结晶析出。,一、有机化合物的组成和结构的表示方法,【知识备选】结构

5、简式的具体写法 把结构式中表示价键的小短线去掉,把碳原子连接的氢原子与 碳原子合并为碳氢原子团,如C2H6的结构式是 ,其 结构简式是CH3CH3。,【学而后思】 (1)CH4是正四面体结构,CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4也都是正 四面体结构吗? 提示:CH4是正四面体结构,碳原子处于正四面体的中心,四个氢 原子处于正四面体的四个顶点上。根据甲烷是正四面体结构推 理,有机物分子中碳原子以4个单键与其他原子或原子团相结合, 如 ,若a、b、c、d相同,则构成正四面体结构,如 CCl4;若a、b、c、d不相同,则构成四面体,但不是正四面体,如 CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3。

6、,(2)如果甲烷是平面结构,则CH2Cl2有几种结构?实际上有几种 结构? 提示:如果甲烷是平面结构,则CH2Cl2有2种结构,分是 、 ,实际为空间四面体结构,所以二氯甲烷只有一种结 构。,二、甲烷与氯气的取代反应 1.反应物:甲烷与氯气反应,与氯水不发生反应。 2.反应条件:光照,黑暗处不发生反应。 3.生成物:甲烷与氯气生成四种有机产物:CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和无机物HCl,其中HCl的产量最多。 4.反应特点: (1)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,即第一步反应一旦开始,后续反应立即进行; (2)数量关系:每取代1 mol氢原子,消耗

7、1 mol Cl2,生成1 mol HCl。,【知识备选】取代反应与置换反应的比较,【学而后思】 (1)甲烷与溴水能发生反应吗?与溴蒸气呢? 提示:甲烷除了能与氯气在光照时反应外,与其他的卤素单质的气体也能发生反应,但必须是纯卤素如溴蒸气,与溴水不反应。 (2)假设1 mol甲烷中的氢原子完全被取代,最多能与多少氯气反应? 提示:发生取代反应时1 mol氯气只能取代1 mol氢原子,1 mol甲烷中的氢原子完全被取代,最多能与4 mol氯气反应。,类型 一 甲烷的分子结构 【典例】(2013信阳高一检测)下列关于甲烷的说法不正确的 是() A.甲烷分子具有正四面体结构 B.甲烷分子中的四个CH

8、键是完全相同的 C.甲烷分子是平面正方形结构 D.甲烷分子的结构式是,【解题指南】解答该题要注意以下3点: (1)甲烷分子具有正四面体结构,不是平面正方形; (2)甲烷分子中的四个CH键是完全相同的; (3)结构式表示分子中原子的结合或排列顺序,不表示空间构型。 【解析】选C。甲烷分子具有空间正四面体结构而非平面正方形结构。,【名师点评】讲解本题时要注意以下3点: (1)用结构式能表示物质的组成和结构,但是不能表示空间结构; (2)甲烷分子中的四个CH键长度和强度相同,夹角相等; (3)由甲烷的典型结构能培养学生对分子的空间结构的想象能力。,【方法规律】有机物分子中紧邻碳原子的四个原子的空间构

9、型 有机物分子中,碳原子以四个单键与其他原子或原子团结合,则紧邻该碳原子的四个原子形成的空间结构就是四面体结构,即这四个原子一定不共平面,若这四个原子相同,则紧邻该碳原子的四个原子构成正四面体结构。,【变式训练】下列叙述中正确的是() A.甲烷分子中碳、氢原子间是离子键 B.甲烷分子的空间结构是正方体 C.甲烷的结构式为CH4 D.甲烷的取代产物CCl4分子中4个碳氯键完全相同,【解析】选D。非金属元素之间形成共价键,甲烷分子中碳、氢 原子间是共价键,A错误;甲烷分子的空间结构是正四面体,而不 是正方体,B错误;甲烷的结构式为 ,CH4为其分子式, C错误;CCl4分子同CH4结构相似,4个碳

10、氯键完全相同,D正确。,【变式备选】(2013琼海高一检测)下列各图均能表示甲烷的分子结构,哪一种更能反映其真实存在状况(),【解析】选D。这几种形式都可表示甲烷这种物质,其中分子结构示意图、球棍模型及比例模型均能反映甲烷分子的空间构型,但其中比例模型更能形象地表达出H、C的位置及所占比例。电子式只反映原子的最外层电子的成键情况,故答案为D。,类型 二 甲烷的性质 【典例】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,混合发生取代反应只生成CH3Cl B.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 D.1 mol

11、甲烷生成CCl4最多消耗2 mol氯气,【解题指南】解答本题时要注意以下两点: (1)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。 (2)甲烷与氯气分步取代,各步同时进行,四种有机物都会存在。,【解析】选C。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HCl最多,B错误;1 mol甲烷生成CCl4最多消耗4 mol氯气,D错误。,【误区警示】 (1)甲烷的卤代反应的产物是混合物。 (2)甲烷等有机

12、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。,【变式训练】(2013临海高一检测)光照对下列反应几乎无影响的是() A.H2与Cl2 B.CH4与Cl2 C.CH4与O2 D.次氯酸分解,【解析】选C。A项,H2+Cl2 2HCl,A有影响;B项,CH4与Cl2 在光照时发生取代反应,B有影响;CH4与O2在点燃时才发生反应, 光照条件下不反应,C符合题意;D项,2HClO 2HCl+O2,D 有影响。,【变式备选】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.只有纯净甲烷在空气中安静燃烧 C.甲烷与溴水发生取代反应 D.甲烷在

13、空气中燃烧只生成二氧化碳和水 【解析】选A。甲烷难溶于水,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;甲烷与卤素单质发生取代反应的条件是光照,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。,1.近年来,一些大城市的部分公交车改用天然气作为燃料,这样做的主要目的是() A.加大发动机动力 B.降低成本 C.减少对空气的污染 D.减少二氧化碳的排放量 【解析】选C。天然气的主要成分为甲烷,燃烧比较充分,可以减少对空气的污染。,2.(双选)下列说法中正确的是() A.由碳、氢、氧三元素组成的化合

14、物一定是有机物 B.烃是仅含有碳元素和氢元素的化合物 C.大多数有机物熔、沸点较低 D.有机物都易燃烧 【解析】选B、C。由碳、氢、氧三元素组成的化合物不一定是有机物,如碳酸是无机物;仅含有碳元素和氢元素的有机物叫烃;多数有机物熔、沸点较低;有机物不一定易燃,如四氯化碳。,3.若甲烷与氯气以物质的量之比13混合,在光照下得到的产 物:CH3Cl,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,在光照下得到产物一

15、定是混合物且其中HCl的量最多。,4.(2013青岛高一检测)将一定量的甲烷完全燃烧,使所生成 的气体依次通过装有足量无水氯化钙和氢氧化钠的玻璃管,盛 有氢氧化钠的玻璃管质量增加了1.1 g,则甲烷在标准状况下的 体积为() A.2.24 L B.1.12 L C.0.56 L D.0.28 L 【解析】选C。氢氧化钠吸收CO2的物质的量为n(CO2)= 由甲烷燃烧前后碳原子守恒知CH4的物质 的量为0.025 mol,所以V(CH4)=0.025 mol22.4 Lmol-1= 0.56 L。,5.(1)某气态烃在标准状况下的体积为2.8 L,其质量为2 g,该烃中氢元素的质量分数为25%,

16、则该烃的分子式为,电子式为,结构式为,其空间构型为。 (2)如图立方体中心的“”表示甲烷分子中的碳原子,请在立方体的顶点用“”表示出与之紧邻的4个氢原子的位置。,【解析】(1)该烃的物质的量为n=2.8 L/22.4 Lmol-1= 0.125 mol,该烃的摩尔质量为M=2 g/0.125 mol= 16 gmol-1;1 mol该烃中含氢原子的物质的量为n(H)= 16 g25%/1 gmol-1=4 mol;1 mol该烃中含碳原子的物质的量为n(C)=16 g(1-25%)/12 gmol-1=1 mol,所以分子式为CH4。 (2)CH4分子是以碳原子为中心的正四面体结构,在立方体中互不相邻的四个顶点即构成正四面体结构。,答案:(1)CH4 正四面体结构 (2)