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1、天然气的利用 甲烷,第一单元 化石燃料与有机化合物,知识简介,世界上绝大多数的含碳化合物，都是有机化合物（简称有机物）。例如：糖类、蛋白质、油脂、染料等作为吃、穿、用方面的必需品;合成树脂、合成橡胶、合成纤维、药物、染料、功能材料，等等 目前，从自然界发现的和人工合成的有机物约有三千万种，而且新的有 机物仍在不断地被发现或合成出来。,有机物的种类为什么如此繁多？,小问题,大量存在同分异构现象。,每个碳原子之间结合的方式可有单键、双键、三键，多个碳原子可以相互结合形成长长的 碳链，也可以形成碳环。,碳原子最外层有4个电子，在有机物中，每个碳原子不仅能与其他原子形成4个共价键,有机化合物中可以含一
2、个碳原子,也可以含多个甚至成千上万个碳原子。,有机物的主要性质特点,1. 大多数有机物难溶于水,易溶于有机溶剂。 2.绝大多数有机物易燃烧。 3.多数有机物为非电解质，不易导电。 4.多数熔沸点低。 5.有机物的反应复杂，一般比较慢，常常伴有副反应发生。 6.有机反应方程式中用“ ”不用“”。,结构,有机物的以上性质特点与其 密切相关。,碳、氢、氧、氮、硫、磷、卤素等,组成元素：,其中仅含碳和氢两种元素的有机化合物称为碳氢化合物，又称为烃。,根据结构的不同，烃可以分为烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃等。,1、已知甲烷的密度在标准状况下是0.717 g/L ， 含碳75%，含氢25%。请同学们利用这些数
3、据 推出甲烷中的碳、氢元素的质量比、原子数比 和分子式。,2、甲烷分子的电子式，说明它的分子结构特点。,最简单的有机化合物,甲烷,新课教学,甲烷分子结构示意图,一、甲烷的分子结构,1、甲烷的分子式是：CH4,2、甲烷的电子式：,3、甲烷的分子结构：,科学实验证明：甲烷分子呈正四面体结构，碳原子位于正四面体的中心，四个氢原子位于正四面体的顶点上。,新课教学,二、甲烷的物理性质：,通常情况下，甲烷是一种无色无味的气体；,密度是0.717g/L（标准状况）， 空气,甲烷极难溶于水。,向下排空法,排水法,甲烷在自然界中的存在：池沼的底部(沼气)，油田气和煤矿坑道(坑气、瓦斯)，天然气(一般含CH4 8
4、097)。,新课教学,三、甲烷的化学性质：,甲烷的氧化反应：,甲烷是一种很好的燃料，在空气中 容易燃烧生成二氧化碳和水，同时放出 大量的热。,CH4爆炸极限：5%15.4%,注意:点燃甲烷前必须验纯，否则会爆炸。(思考：什么时候甲烷会爆炸最强烈?),你能设计一个实验验证CH4燃烧的产物是什么吗？,动动脑:,CH4（ g ）+ 2O2（g）= CO2（g）+2H2O（l）； H=-889.6kJ/mol,用一只冷而且干燥的烧杯罩在火焰上方，烧杯内壁有水珠出现，证明有水生成。把烧杯迅速倒转过来，立即向杯内注入少量澄清石灰水振荡，石灰水变浑浊，证明有二氧化碳生成。,实验：把甲烷通入盛有酸性高锰酸钾溶
5、液的 试管里，观察紫色溶液是否有变化？,新课教学,实验现象：溶液颜色没有变化。,实验结论：甲烷不与酸性高锰酸钾溶液反应,结论：通常情况下，甲烷不仅不与高锰酸钾 等强氧化剂反应，与强酸、强碱也不发生反 应，说明通常情况下甲烷的化学性质是比较 稳定的。,新课教学,甲烷的取代反应：,实验现象：大约3min后，可以观察到壁 上出现油状液滴，集气瓶内水面上升,实验结论： 壁上出现油滴，说明反应生成新的油状物质； 集气瓶内液面上升，说明随着反应进行，瓶内气压在减小，即气体总体积在减小。,结论：氯气和甲烷在光照的条件下， 发生了化学反应。,饱和食盐水,甲烷、氯气,光,有机物分子里的某些原子或原子团被其他原子
6、或原子团所代替的反应叫做取代反应,2、甲烷的取代反应,(一氯甲烷),一氯甲烷的形成,CH3Cl,气态 （ g ）,(二氯甲烷),ClCl,+,光,+,二氯甲烷的形成,CH2Cl2,液态 （ l ）,(三氯甲烷),ClCl,+,光,+,三氯甲烷的形成,CHCl3,液态 （ l ）,氯仿,(四氯甲烷),ClCl,+,光,+,四氯甲烷的形成,CCl4,液态 （ l ）,四氯化碳,甲烷取代反应机理,Zn+H2SO4=ZnSO4+H2,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代替的反应。,一种单质跟一种化合物反应，生成另一种化合物和另一种单质的反应。,一种化合物和一种单质或化合物（反应物中至少
7、有一种是有机物）,一种单质和一种化合物,一般生成两种化合物,另一种化合物和另一种单质,不一定发生电子转移，因此不一定是氧化还原反应,一定发生电子的转移,很多反应是可逆反应，副反应较多，用“” 连接,一般是不可逆反应，用“=”连接,取代反应与置换反应的比较：,新课教学,甲烷的受热分解,在隔绝空气并加热至1500的条件下， 甲烷比较完全分解生成炭黑和氢气：,甲烷的用途,甲烷在一定条件下氧化生成一氧化碳、氢气的混合物，用它们可以合成甲醇。,除了做气体燃料西气东输。,甲烷热分解的产物炭黑是橡胶工业的重要原料，也可用于制造颜料、油墨和油漆等。,从甲烷可以制得氯仿和氟利昂。,1、下列气体在氧气中充分燃烧后
8、，其产物既可使无水硫酸铜变蓝色，又可使澄清石灰水变浑浊的是（ ）A、HCl B、CH4 C、H2 D、CO,B,2、在光照条件下，将等物质的量的CH4和Cl2充分反应后，得到的产物的物质的量最多的是（ ）A、CH3Cl B、CH2Cl2 C、CCl4 D、HCl,D,练一练,3.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（ ）,CH3Cl只存在一种结构,CH2Cl2只存在一种结构,CHCl3只存在一种结构,CCl4中四个价键的键角和键长都相等,B,结构,性质,甲烷,氧化反应(O2),取代反应(X2),稳定,稳定性,热解反应,总结:,乙烷,从石油炼制的产品中可以获得一
9、系列和甲烷 结构相似的化合物，如：,丙烷,丁烷,戊 烷,己烷,在烃类化合物中，碳原子之间以单键结合成链状，剩余的价键全部跟氢原子相结合的烃这样的烃叫做饱和烃，又叫烷烃。,注：,分子里只存在单键 所有碳原子不在一条直线上,是锯齿形的 是空间结构不是平面形,有机物的表示方法（分子式、电子式、结构式、结构简式、键线式）,或者：CH3CH(CH3)CH2CH2CH3,例：C6H14,H H H H H| | | | | H C C C C CH| | | | | H HC H H H H| H,它们对应的结构式和结构简式：,CH3CH3,CH3CH2CH3,CH3CH2CH2CH3,CH3CH(CH3
10、 )CH3,2、烷烃的通式,CnH2n+2(n1),练习 1. 写出下列烷烃的分子式： （1）含有38个碳原子的烷烃的分子式 （2）含有38个氢原子的烷烃的分子式 （3）相对分子量为128的烷烃的分子式,C38H78,C18H38,C9H20,通式,CnH2n+2,同系物：,结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质互称为同系物。,烷烃的结构相似是指：,通式_ 是_一类物质:碳、碳单键形成链状 组成元素_； 化学式量相差14n； 结构相似但不完全相同； 化学性质相似。,相同,同,同,烷烃物理性质的递变性,1、C原子数目14，是气体;C原子数目516，是液体;C原子数目16以上，是
11、固体（常温下测定） 规律：CnH2n+2(n1)状态：气液固；熔沸点依次升高，相对密度依次增大且小于1，均不溶于水。 2、烷烃的熔沸点随C原子数目的增加而升高。 3、烷烃的密度随C原子数目的增加而升高。,化学性质（与CH4相似）,（1）氧化反应,均不能使KMnO4溶液、溴水褪色，不与强酸，强碱反应。,丙烷、丁烷的一氯取代物有几种？,（3） 高温下发生裂解反应,（2）取代反应,在光照条件下进行，产物更复杂。 例如： 产生一氯取代物有几种？,同分异构体,2、同分：分子式相同,异构：结构（分子中原子排列形式）不同,C4H10,C5H12,C6H14,例：,1、化合物分子式相同而结构不同的现象， 叫做
12、同分异构现象 具有相同分子式不同结构的化合物互称为同分异构体,2,3,5,例、下列物质属于同位素的是： 属于同素异形体的是： 属于同位素的是： 属于同系物的是： 属于同分异构体的是： O2和O3 CH3CH3和CH3CH2CH2CH3和 金刚石和石墨 氕、氘和氚 CH3CH2CHCH(CH3)CH(CH3)CH3和 CH3CH2CH(CH3)CH(CH3)3,区别：同分异构体、同素异形体、同系物、同位素？, , ,同位素、同素异形体、同系物、同分异构体 四概念的比较,质子数等，中子数 不等，原子之间,原子,氕、氚,同一元素 形成的不 同单质,单质,O2、O3,结构相似，组成 上差一个或n个CH
13、2,化合物,C2H6、 C4H10,相同分子式，不 同结构的化合物,化合物,CH3(CH2)3CH3、 C(CH3)4,烃基,烃分子失去一个或几个H原子后剩余的部分,甲基 CH3- 或 -CH3,练习：写出乙基的结构简式,CH3CH2-,或 -CH2CH3,或 C2H5-,或 -C2H5,-CH3CH2,甲基：,亚甲基：,乙基：,丙基：,次甲基：,CH3,CH2CH3,CH ,CH2 ,CH2CH2CH3,异丙基,H3C,H3C,CH,常见的烃基：,一C3H7,烃基的特点： 呈电中性的原子团，含有未成键的单电子。,试试看,1、用一个丙基、一个甲基组成一种结构2、用三个甲基、一个次甲基组成一种结
14、构3、分别写出它们的分子式,CH2CH2CH3,CH3,CH3,CH3,CH3,CH,C4H10,C4H10,烷烃的命名法：,以烷烃分子中碳原子数命名。按分子中的碳原子数称为“某烷”，碳原子数在10以内用“天干数字”表示。“天干”：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸。 碳原子数在10以上用中文数字表示。,1、习惯命名法,例如 CH4 C2H6 C5H12 C9H20 甲烷 乙烷 戊烷 壬烷C12H26 C20H42十二烷 二十烷,正不带支链 异链一端第二个碳上有一个甲基 新链一端第二个碳上有两个甲基,习惯命名法,CH3CH2CH2CH3,例：,CH3CHCH3CH3,丁烷或正丁烷,异丁烷,CH3CH2CH2CH2CH3,CH3CHCH2CH3CH3,CH3 CH一C一CH3CH3,戊烷或正戊烷,新戊烷,异戊烷, 选主链（长、多）, 编号数（小）, 定名称支名前，母名后支名异，简在前支名同，要合并,书写原则：,
