1、1课时 1 甲烷学习目标：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。(重点)自 主 预 习探 新 知1有机化合物和烃及其包含关系【提醒】 含碳化合物不一定都是有机物。如 CO、CO 2、碳酸盐、氰化物等为无机物。2甲烷的存在组成与结构(1)甲烷的存在和用途(2)组成和结构(3)空间结构甲 烷 分 子 以 碳 原 子 为 中 心 ， 四 个 氢 原 子 为 顶点 形 成 正 四 面 体 形 ， 4个 CH键 的 长 度 和 强度 相 同 ， 夹 角 相 等 。【提醒】 可利用 CH4分子中共价键的夹角为 1092
2、8且相同，说明 CH4为正四面体形而不是正方形。3甲烷的性质(1)物理性质颜色 状态 气味 密度(与空气相比) 水溶性2无色 气体 无味 比空气小 极难溶于水(2)化学性质稳定性通常状况下，CH 4性质稳定，与强酸、强碱、强氧化剂均不反应。氧化反应(燃烧)点燃条件下，CH 4能在空气中燃烧，化学方程式为 CH42O 2 CO22H 2O，燃烧火 点 燃 焰呈淡蓝色。与 Cl2的取代反应aCH 4与 Cl2在光照条件下，反应生成一氯甲烷的化学方程式(用结构式表示物质)。b甲烷的 4 种氯代产物都不溶于水，常温下 CH3Cl 为气体，其他三种为液体。(3)有机物取代反应概念：有机物分子中的某些原子
3、或原子团被其他的原子或原子团所替代的反应。基础自测1判断对错(对的打“” ，错的打“”)。(1)含碳化合物一定为有机物，含碳、氢的化合物一定是烃( )(2)沼气、坑道气、天然气的主要成分均为甲烷( )(3)甲烷的结构式为 ，空间构型为正方形( )(4)CH4易燃易爆，是一种还原性气体，能使酸性 KMnO4溶液褪色( )(5)CH4、H 2、CO 的燃烧火焰相似，均为淡蓝色火焰( )【答案】 (1) (2) (3) (4) (5)2写出下列反应的化学方程式(1)甲烷与氧气的反应：_。(2)甲烷与氯气的反应：_、_、_、_。【答案】 (1)CH 42O 2 CO22H 2O(2)CH4Cl 2 C
4、H3ClHCl3CH3ClCl 2 CH2Cl2HClCH2Cl2Cl 2 CHCl3HClCHCl3Cl 2 CCl4HCl合 作 探 究攻 重 难CH4的两个主要反应实验探究1.甲烷的氧化反应(1)实验探究点燃纯净的甲烷 现 象 ： 火 焰 呈结 论 ： 甲 烷 易 在 火 焰 上 方 罩 干 燥 、 洁 净 的 烧 杯 现 象 ： 烧 杯 内 壁 有 _结 论 ： 甲 烷 燃 烧 有 _生 成 向 烧 杯 中 注 入少 量 的 澄 清 石灰 水 ， 振 荡 现 象 ： 澄 清 石 灰 水 变 _结 论 ： 甲 烷 燃 烧 有 _生 成【提示】 淡蓝色 燃烧 液滴 水 浑浊 CO 2(2)
5、化学方程式是_。【提示】 CH 42O 2 CO22H 2O2甲烷与 Cl2取代反应的实验探究图 图问题思考(1)图和图中有哪些现象？(从试管内，水槽内两方面思考)【提示】 图无明显现象。图：试管内气体颜色逐渐变浅；内壁有油状液滴出现；有少量白雾；液面上升。水槽中有固体析出。(2)图与图的现象说明甲烷与 Cl2反应的条件是什么？【提示】 光照。4(3)写出 Cl2与 CH4发生反应的系列方程式(用结构简式表示物质)。【提示】 CH 4Cl 2 CH3ClHCl， 光 CH3ClCl 2 CH2Cl2HCl， 光 CH2Cl2Cl 2 CHCl3HCl， 光 CHCl3Cl 2 CCl4HCl。
6、 光 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，反应物为甲烷与卤素单质。如甲烷与氯水、溴水不反应，但可以与氯气发生取代反应。(2)反应产物甲烷与氯气反应生成的产物是 CH3Cl、CH 2Cl2、CHCl 3和 CCl4四种有机物与氯化氢形成的混合物，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，但很难出现全部是某一种产物的情况。(3)反应特点连锁反应甲烷的取代反应是一种连锁反应，即第一步反应一旦开始，后续反应立即进行。生成物中各物质均含有，其中 HCl 的物质的量最多。数量关系CH4与 Cl2发生取代反应时，每 1 mol H 被取代，消耗 1 mol
7、Cl2，同时生成 1 mol HCl。即 1 mol CH4与 Cl2发生完全取代，消耗 Cl2最多为 4 mol。 n(Cl2) n(H) n(HCl)。对点训练1(2018全国卷)实验室中用如图所示的装置进行甲烷与氯气在光照下反应的实验。光照下反应一段时间后，下列装置示意图中能正确反映实验现象的是( )5A B C DD 甲烷和氯气在光照条件下反应，生成 CH3Cl、CH 2Cl2、CHCl 3、CCl 4和 HCl，试管内压强减小，外压大于内压，试管内液面升高，且试管内出现白雾和油状液滴，综合上述分析，D 项正确。2下列化学反应中不属于取代反应的是( )【导学号：43722137】ACH
8、 2Cl2Br 2 CHBrCl2HBr 光 BCH 3OHHCl CH 3ClH 2OCCH 2=CH2H 2O CH3CH2OH 催 化 剂 DCH 3CH2BrH 2O CH3CH2OHHBr NaOH C C 项中没有原子或原子团的替代，一般取代反应有两种产物。3在标准状况下，22.4 L CH4与氯气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，则消耗的氯气为( )A0.5 mol B2 molC2.5 mol D4 molC 1 mol CH4与氯气发生取代反应，生成 CH3Cl、CH 2Cl2、CHCl 3、CCl 4各 0.25 mol，该四种取代物中
9、n(Cl)0.25 mol(1234)2.5 mol，根据取代反应特点，1/2 的氯原子进入氯化氢，所以 n(HCl)2.5 mol，故生成物中所含氯原子共 2.5 mol2.5 mol5 mol，参加反应的氯气为 n(Cl2)2.5 mol。甲烷的结构问题思考(1)从碳的原子结构分析，有机物成键有什么特点？【提示】 碳的原子结构示意图 ，其最外层有 4 个电子，不易失电子，也不易得电子，一般通过共价键与氢、氧、卤素、硫、氮等元素的原子相结合，也可以与碳原子形成多种形式的共价键。(2)若甲烷分子中的一个氢原子被氯原子取代，生成的 CH3Cl 还是四面体结构吗？【提示】 CH 3Cl 中 3 个
10、 H 和 1 个 Cl 仍位于四面体的 4 个顶点，仍为四面体结构。(3)根据甲烷的正四面体结构推测 CH2Cl2结构应该有几种？【提示】 甲烷的立体结构为 ，因此 CH2Cl2中有 2 个 Cl 在空间一定处于相邻6位置，CH 2Cl2只有一种结构。甲烷取代物的结构特点CH4分子的立体构型为正四面体，4 个 CH 的长度、强度和夹角完全相同，因此 CH4分子中的 4 个氢原子性质完全相同。(1)若将 CH4分子中的 4 个氢原子全部用其他相同的原子或原子团替代，则该原子形成的分子结构仍为正四面体，如 CCl4。(2)若 CH4分子中的 4 个氢原子被其他不同的原子或原子团替代，则该原子形成的
11、分子结构仍为四面体，但不属于正四面体，如 CH3Cl、CH 2Cl2、CHCl 3。(3)CH4的一取代、二取代、三取代、四取代产物均只有一种。(4)CH4的二卤代物有一种可说明 CH4是正四面体结构而不是正四边形结构。对点训练4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( ) 【导学号：43722138】.结构示意图 .电子式.球棍模型 .比例模型A BC DD 比例模型既体现了原子的空间位置，又体现了原子的相对大小。5下图是 CH4、CCl 4、CH 3Cl 的分子球棍模型图，下列说法正确的是( )ACH 4、CCl 4和 CH3Cl 都是正四面体结构BCH 4、CCl
12、4都是正四面体结构7CCH 4和 CCl4中的化学键均为非极性键DCH 4、CCl 4的结构相同，性质也相同B A 项，CH 3Cl 中 CH 与 CCl 的键不相同，不是正四面体形；C 项，CH 与 CCl 均为极性键；D 项，CH 4与 CCl4结构相似，性质不同。当 堂 达 标固 双 基1在我国的南海、东海海底已发现天然气(含甲烷等)的水合物，它易燃烧，外形似冰，被称为“可燃冰” 。 “可燃冰”的开采，有助于解决人类面临的能源危机。下列说法正确的是( )甲烷属于烃类 在相同条件下甲烷的密度大于空气甲烷难溶于水 可燃冰是一种极具潜力的能源A BC DC 甲烷是最简单的烃，难溶于水，因其相对
13、分子质量为 16，故相同条件下密度小于空气，甲烷燃烧放出较多的热量且产物为 CO2和 H2O，所以可燃冰是一种极具潜力的能源，因此 C 正确。2下列关于甲烷分子结构的说法正确的是( )【导学号：43722139】A甲烷的电子式为 ，分子中各原子都达到“8 电子”稳定结构BCHCl 3只有一种结构，说明甲烷是以碳原子为中心的正四面体结构CCH 4比 SiH4分子稳定，说明碳元素比硅元素非金属性强DCH 3Cl 的四个价键的长度和强度相同，夹角相等C A 项，H 最外层有 2 个电子，不是“8 电子” ，故错误；B 项，如果甲烷是正方形，三氯甲烷也只有一种结构，故错误；C 项，非金属性越强，其氢化
14、物越稳定，反之也成立，故正确；D 项，一氯甲烷的四个价键的键长和强度不同，故错误。3鉴别甲烷、一氧化碳和氢气 3 种无色气体的方法，是将它们( )A先后通入溴水和澄清石灰水B点燃后罩上涂有澄清石灰水的烧杯C点燃，先后罩上干燥的冷烧杯和涂有澄清石灰水的烧杯D点燃后罩上涂有澄清石灰水的烧杯，通入溴水C CH 4、CO 和 H2与溴水、澄清石灰水都不反应，A 项不可选。CH 4和 CO 燃烧都生成CO2，B、D 项不可选。干冷的烧杯可检验燃烧产物中是否有水生成，涂澄清石灰水的烧杯8可检验燃烧产物是否有 CO2生成。4下列叙述错误的是( )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
15、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、CH 2Cl2、CHCl 3还是 CCl4，都属于取代反应D甲烷的四种取代物都难溶于水B CH 4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；CH 4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、CH 2Cl2、CHCl 3和 CCl4，且均难溶于水，故 C、D 均正确。5如图所示，U 形管的左端被水和胶塞封闭，充有甲烷和氯气(体积比为 14)的混合气体，假定氯气在水中的溶解可以忽略不计。将封闭有甲烷和氯气的混合气体的装置放置在光亮的
16、地方，让混合气体缓慢反应足够长的时间。【导学号：43722140】(1)假设甲烷与氯气充分反应，且只生成一种有机物，请写出该反应的化学方程式_。(2)经过几个小时的反应后，U 形管右端的水面变化是_。A升高 B降低C不变 D无法确定(3)U 形管左端的气柱变化是_。A体积增大 B体积减小C消失 D不变(4)U 形管右端的水面变化的原因是_。【解析】 甲烷与氯气可能发生的反应有CH 4Cl 2 CH3ClHCl，CH 3ClCl 2CH2Cl2HCl，CH 2Cl2Cl 2 CHCl3HCl，CHCl 3Cl 2 CCl4HCl。由反应方程式可知，反应生成的 CCl4等是液体，反应后气体的物质的量减少，且生成的 HCl 易溶于水，所以左端压强减小直至为零，气柱消失，右端的水面降低。9【答案】 (1)CH 44Cl 2 CCl44HCl(2)B (3)B、C(4)反应生成的 CCl4等是液体，反应后气体的物质的量减小，且生成的 HCl 易溶于水，所以左端压强减小直至为零，气柱消失，右端的水面降低
