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1、第一节最简单的有机化合物第一节最简单的有机化合物甲烷甲烷第第1课时甲烷的性质课时甲烷的性质学习目标学习目标核心素养建构核心素养建构1.了解有机化合物的概念。了解有机化合物的概念。2掌握甲烷的分子结构、掌握甲烷的分子结构、了解甲烷的物理性质及存了解甲烷的物理性质及存在、用途。在、用途。3掌握甲烷的化学性质，掌握甲烷的化学性质，认识取代反应的特点。认识取代反应的特点。知知 识识 梳梳 理理一、有机化合物和烃一、有机化合物和烃概念概念组成元素组成元素有机有机化合物化合物含有含有_的化合的化合物物一定含有一定含有_，常含，常含有有_，有的还，有的还含有含有_等等烃烃仅含有仅含有_的有机物的有机物_(写
2、元素符号写元素符号)碳元素碳元素碳元素碳元素氢、氧元素氢、氧元素氮、硫、磷、卤素氮、硫、磷、卤素碳、氢两碳、氢两种元素种元素C、H【自主思考自主思考】1CO、CO2、H2CO3及碳酸盐属于有机物吗及碳酸盐属于有机物吗？提提示示CO、CO2、H2CO3及及碳碳酸酸盐盐虽虽然然含含有有碳碳元元素素，但但其其组成和性质大多具有无机物的特点，因此属于无机物。组成和性质大多具有无机物的特点，因此属于无机物。二、甲烷二、甲烷1分子结构分子结构(1)分子组成：分子组成：(2)空间结构：空间结构：分子结构示意图分子结构示意图结构特点及空间构型结构特点及空间构型4个个CH键的长度和强度键的长度和强度_，夹角，夹
3、角_，具有，具有_结构结构相同相同相同相同正四面体正四面体【自主思考自主思考】2若若把把甲甲烷烷分分子子中中的的一一个个氢氢原原子子换换成成氯氯原原子子，还还是是正正四四面面体体结构吗？结构吗？提提示示因因CH键键与与CCl键键的的长长度度不不同同，故故CH3Cl是是四四面面体结构，但不是正四面体。体结构，但不是正四面体。2物理性质物理性质3. 化学性质化学性质通通常常状状况况下下，甲甲烷烷性性质质比比较较稳稳定定，与与_、 _、 _都都不不反反应应。但但在在特特定定的的条条件件下下，甲甲烷烷也也能能发发生生某某些反应。些反应。(1)氧化反应。氧化反应。甲烷在空气中燃烧的化学方程式为甲烷在空气
4、中燃烧的化学方程式为_；现象为安静地燃烧，火焰呈现象为安静地燃烧，火焰呈_色。色。颜色颜色状态状态气味气味密度密度(与空气相比与空气相比)水溶性水溶性_色色气体气体_味味比空气比空气_极难溶极难溶无无无无小小强酸强酸强碱强碱强氧化剂强氧化剂淡蓝淡蓝(2)取代反应取代反应实验探究：甲烷与实验探究：甲烷与Cl2的取代反应。的取代反应。实验实验操作操作实验实验现象现象A装置：装置：a.试管内气体颜色试管内气体颜色_；b.试管内壁有试管内壁有_出现；出现；c.试管中有少量试管中有少量_；d.试管内液试管内液面面_；e.水槽中有水槽中有_析出析出B装置：装置： _逐渐变浅逐渐变浅油状液滴油状液滴白雾白雾
5、上升上升固体固体无明显现象无明显现象甲烷的四种氯代产物的性质。甲烷的四种氯代产物的性质。a水溶性：水溶性：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4均均_。b状态：常温下除状态：常温下除CH3Cl是是_，其余三种均为，其余三种均为_。取取代代反反应应概概念念：有有机机物物分分子子里里的的_被被其其他他_所替代的反应。所替代的反应。4存在与用途存在与用途甲甲烷烷是是_、_、_和和_的的主主要要成成分分，是是一一种种高高效效、低低耗耗、污污染染小小的的清清洁洁能能源源，也也是是一一种种重重要的化工原料。要的化工原料。难溶于水难溶于水气体气体液体液体某些原子或原子团某些原子或原子团原子或原子团原
6、子或原子团天然气天然气沼气沼气油田气油田气煤矿坑道气煤矿坑道气效效 果果 自自 测测1判断正误，正确的打判断正误，正确的打“”“”，错误的打，错误的打“”。(1)有有机机物物都都含含有有碳碳元元素素，则则含含有有碳碳元元素素的的化化合合物物都都是是有有机机物物()(2)有机物都易燃烧有机物都易燃烧()(3)烃是含有碳元素和氢元素的化合物烃是含有碳元素和氢元素的化合物()(4)烃在氧气中充分燃烧后只生成二氧化碳和水烃在氧气中充分燃烧后只生成二氧化碳和水()(5)天然气的主要成分是甲烷，其属于可再生能源天然气的主要成分是甲烷，其属于可再生能源()(6)在点燃甲烷气体之前必须检验其纯度在点燃甲烷气体
7、之前必须检验其纯度()(7)甲烷与甲烷与Cl2的反应是置换反应的反应是置换反应()答案答案(1)(2) (3) (4)(5) (6)(7)2瓦斯爆炸往往与矿坑中的甲烷有关，下列叙述中错误的是瓦斯爆炸往往与矿坑中的甲烷有关，下列叙述中错误的是()A点燃甲烷不必事先进行验纯点燃甲烷不必事先进行验纯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，以防爆炸事故的煤矿的矿井要注意通风并严禁烟火，以防爆炸事故的 发生发生D点燃混有空气的甲烷不一定会爆炸点燃混有空气的甲烷不一定会爆炸答案答案A探究一、有机物组成和结构的表示方法探
8、究一、有机物组成和结构的表示方法【合作交流合作交流】1从碳的原子结构分析，有机物成键有什么特点从碳的原子结构分析，有机物成键有什么特点？提示提示碳的原子结构示意图碳的原子结构示意图 ，其最外层有，其最外层有4个个电电子子，不不易易失失电电子子，也也不不易易得得电电子子，一一般般通通过过共共价价键键与与氢氢、氧氧、卤卤素素、硫硫、氮氮等等元元素素的的原原子子相相结结合合，也也可可以以与与碳碳原原子子形成多种形式的共价键。形成多种形式的共价键。2根据甲烷的正四面体结构推测根据甲烷的正四面体结构推测CH2Cl2结构应该有几种？结构应该有几种？ 提示提示甲烷的立体结构为甲烷的立体结构为 ，因此，因此C
9、H2Cl2中中2个个Cl 在空间一定处于相邻位置，在空间一定处于相邻位置，CH2Cl2只有一种结构。只有一种结构。【点拨提升点拨提升】1甲烷空间结构的三点拓展应用甲烷空间结构的三点拓展应用(1)若若CH4分分子子中中的的4个个氢氢原原子子全全部部被被其其他他相相同同的的原原子子或或原原子子团替代，则形成的分子结构仍为正四面体结构。团替代，则形成的分子结构仍为正四面体结构。(2)若若CH4分分子子中中的的4个个氢氢原原子子被被其其他他不不同同的的原原子子或或原原子子团团替替代代，则则形形成成的的分分子子结结构构仍仍为为四四面面体体，但但不不属属于于正正四四面面体体，如如CH3Cl、CH2Cl2等
10、。等。(3)由由CH4的的空空间间结结构构可可推推知知CH3CH2CH3等等有有机机物物中中的的碳碳原原子并不在一条直线上。子并不在一条直线上。2常见有机物结构的表示方法常见有机物结构的表示方法(以甲烷为例以甲烷为例)表示方法表示方法含义含义分子式：分子式：CH4用元素符号表示物质分子组成的用元素符号表示物质分子组成的式子，可反映一个分子中原子的式子，可反映一个分子中原子的种类和数目种类和数目最简式最简式(实验式实验式)：CH4表示物质组成的各元素原子最简表示物质组成的各元素原子最简整数比的式子整数比的式子电子式：电子式：用小黑点等符号代替电子，表示用小黑点等符号代替电子，表示原子最外层电子成
11、键情况的式子原子最外层电子成键情况的式子【典典题题例例证证1】下下列列各各图图均均能能表表示示甲甲烷烷的的分分子子结结构构，按按要要求求回答下列问题。回答下列问题。(1)甲甲烷烷的的球球棍棍模模型型是是_，甲甲烷烷的的电电子子式式是是_(填序号填序号)。(2)如如果果甲甲烷烷是是平平面面结结构构，则则CH2Cl2应应该该有有_种种结结构构，实实际际CH2Cl2有有_种种结结构构，证证明明甲甲烷烷不不是是平平面面结结构构，而而是是_结构，上述中的结构，上述中的_更能反映其真实存在状况。更能反映其真实存在状况。解解析析(1)这这几几种种形形式式都都可可以以表表示示甲甲烷烷这这种种物物质质，其其中中
12、分分子子结结构构示示意意图图(A)、球球棍棍模模型型(C)及及比比例例模模型型(D)均均能能反反映映甲甲烷烷分分子子的的空空间间构构型型，但但其其中中比比例例模模型型更更能能形形象象地地表表达达出出H、C的的相相对对位位置及所占比例；电子式置及所占比例；电子式(B)只反映原子最外层电子的成键情况。只反映原子最外层电子的成键情况。答案答案(1)CB(2)21正四面体正四面体D【学以致用学以致用1】下列说法正确的是下列说法正确的是()A甲甲烷烷分分子子的的比比例例模模型型为为 ，其其二二氯氯取取代代物物有有2种种结结构构B甲烷分子的球棍模型为甲烷分子的球棍模型为 C天然气不属于可再生能源天然气不属
13、于可再生能源D标准状况下，标准状况下，11.2 L CCl4中含有中含有CCl键的数目为键的数目为2NA答案答案C探究二、甲烷的取代反应探究二、甲烷的取代反应【合作交流合作交流】1取取代代反反应应是是有有机机反反应应的的基基本本类类型型之之一一。甲甲烷烷与与氯氯气气光光照照条条件件下下的的反反应应属属于于取取代代反反应应，CH4与与Br2(g)能能否否发发生生类类似似的的反反应，如何用化学方程式表示？应，如何用化学方程式表示？2CH4和和Cl2取取代代反反应应的的产产物物中中物物质质的的量量最最多多的的是是什什么么？它它与与Cl2在物质的量上有什么关系？在物质的量上有什么关系？提提示示因因为为
14、在在CH4和和Cl2的的取取代代反反应应中中，每每一一步步都都有有HCl生生成成，故故产产物物中中物物质质的的量量最最多多的的是是HCl。根根据据化化学学方方程程式式可可知知，每每生生成成1 mol HCl则则消消耗耗1 mol Cl2，故故反反应应生生成成的的HCl与反应消耗的与反应消耗的Cl2的物质的量相等。的物质的量相等。3CH4与与Cl2反反应应共共有有几几种种产产物物？根根据据取取代代反反应应的的原原理理，思思考考能否用能否用CH4和和Cl2按按1 1的体积比混合来制取纯净的的体积比混合来制取纯净的CH3Cl?提提示示CH4和和Cl2的的反反应应是是连连锁锁反反应应，不不可可能能只只
15、发发生生第第一一步步取取代代反反应应，生生成成物物为为混混合合物物，即即CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和和CCl4四四种种有有机机物物与与氯氯化化氢氢形形成成的的混混合合物物，CH3Cl的的产产率率低低。因因此此不不能能用用CH4和和Cl2按按1 1的的体体积积比比混混合合来来制制取取纯纯净净的的CH3Cl。【点拨提升点拨提升】1甲烷与卤素单质的取代反应甲烷与卤素单质的取代反应反应条件反应条件光照光照(强光照射会发生爆炸强光照射会发生爆炸)反应物反应物气态卤素单质和甲烷气态卤素单质和甲烷生成物生成物卤化氢和各种卤代甲烷的混合物，其中卤化氢的卤化氢和各种卤代甲烷的混合物，其中卤化氢的量最多
16、量最多反应特点反应特点卤素单质不同，反应速率不同卤素单质不同，反应速率不同逐步取代，各步反应同时进行逐步取代，各步反应同时进行取代取代1 mol H原子，消耗原子，消耗1 mol X2，生成，生成1 mol HX2. 甲烷与卤素单质发生取代反应时易错的四个方面甲烷与卤素单质发生取代反应时易错的四个方面(1)反反应应物物：卤卤素素单单质质(纯纯卤卤素素)和和甲甲烷烷，不不能能是是卤卤素素单单质质的的水溶液。水溶液。(2)生生成成物物：卤卤化化氢氢和和卤卤代代甲甲烷烷(四四种种)的的混混合合物物，其其中中卤卤化化氢的物质的量最多。氢的物质的量最多。(3)反应条件：光照反应条件：光照(室温下在暗处不
17、发生反应室温下在暗处不发生反应)。(4)反反应应特特点点：用用“”而而不不用用“=”，仍仍遵遵守守质质量量守守恒恒定律，需要配平。定律，需要配平。【典题例证典题例证2】下列有关甲烷的取代反应的叙述正确的是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甲烷与氯气的物质的量之比为1 1，混合发生取代反，混合发生取代反 应只生成应只生成CH3ClB甲烷与氯气的取代反应，生成的产物中甲烷与氯气的取代反应，生成的产物中CH3Cl最多最多C甲烷与氯气的取代反应生成的产物为混合物甲烷与氯气的取代反应生成的产物为混合物D1 mol甲烷生成甲烷生成CCl4最多消耗最多消耗2 mol氯气氯气
18、解解析析甲甲烷烷与与氯氯气气一一旦旦发发生生取取代代反反应应就就不不会会停停止止在在某某一一步步，四四种种有有机机物物都都会会产产生生，故故得得不不到到纯纯净净的的CH3Cl，A错错误误，C正正确确；甲甲烷烷与与氯氯气气的的反反应应中中每每取取代代1 mol氢氢原原子子，消消耗耗1 mol氯氯气气，生生成成1 mol HCl，故故产产物物中中HCl最最多多，B错错误误；1 mol甲甲烷烷生生成成CCl4最多消耗最多消耗4 mol氯气，氯气，D错误。错误。答案答案C【学学以以致致用用2】在在标标准准状状况况下下，22.4 L CH4与与Cl2在在光光照照下下发发生生取取代代反反应应，待待反反应应
19、完完全全后后，测测得得四四种种有有机机取取代代物物的的物物质质的量相等，则消耗的的量相等，则消耗的Cl2为为()A0.5 molB2 molC2.5 mol D4 mol解析解析方法一方法一守恒法守恒法1 mol CH4与与Cl2发发生生取取代代反反应应，生生成成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各各0.25 mol，这这四四种种取取代代物物中中n(Cl)0.25 mol(1234)2.5 mol，根根据据取取代代反反应应特特点点，n(HCl)2.5 mol，故故生生成成物物中中所所含含氯氯原原子子共共2.5 mol2.5 mol5 mol，参加反应的参加反应的Cl2为为n(Cl2)2.5 mol。方法二方法二根据化学方程式进行计算根据化学方程式进行计算答案答案C
