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考点41甲烷烷烃1．复习重点1．甲烷的结构、化学性质；2．烷烃的定义、命名、同系物、同分异构体及典型的取代反应。2．难点聚焦1.有机物：含碳．化合物叫做有机化合物．．．，简称有机物。(除CO、CO2、碳酸盐、碳化物、硫氰化物、氰化物等外)它们虽然含碳，但性质和组成与无机物很相近，所以把它们看作为无机物。也就是说，有机物一定含碳元素，但含碳元素的物质不一定是有机物。而且有机物都是化合物，没有单质。那么究竟哪些物质是有机物，哪些物质是无机物，有什么判断依据呢？我们可以通过有机物与无机物的主要区别加以判断。2．有机物与无机物的主要区别性质和反应有机物无机物溶解性多数不溶于水，易溶于有机溶剂，如油脂溶于汽油，煤油溶于苯。多数溶于水，而不溶于有机溶剂，如食盐、明矾溶于水。耐热性多数不耐热；熔点较低，（400°C以下）。如淀粉、蔗糖、蛋白质、脂肪受热分解；C20H42熔点36.4°C,尿素132°C。多数耐热难熔化；熔点一般很高。如食盐、明矾、氧化铜加热难熔，NaCl熔点801°C。可燃性多数可以燃烧，如棉花、汽油、天然气都可以燃烧。多数不可以燃烧，如CaCO3、MnCl2不可以燃烧。电离性多数是非电解质，如酒精、乙醚、苯都是非电解质、溶液不电离、不导电。多数是电解质，如盐酸、氢氧化钠、氯化镁的水溶液是强电解质。化学反应一般复杂，副反应多，较慢，如生成乙酸乙酯的酯化反应在常温下要16年才达到平衡。石油的形成更久一般简单，副反应少，反应快，如氯化钠和硝酸银反应瞬间完成。3.有机物的组成C、H、O、N、S、P、卤素等元素。构成有机物的元素只有少数几种，但有机物的种类确达三千多种？几种元素能构几千万种有机物质？(学生自学后概括)有机物种类之所以繁多主要有以下几个原因：①碳原子最外电子层上有4个电子，可形成4个共价键；②有机化合物中，碳原子不仅可以与其他原子成键，而且碳碳原子之间也可以成键；③碳与碳原子之间结合方式多种多样，可形成单键、双键或叁键，可以形成链状化合物，也可形成环状化合物；(结构图5—1)④相同组成的分子，结构可能多种多样。(举几个同分异构体)在有机物中，有一类只含C、H两种元素的有机物。4.烃：仅含碳和氢两种元素的有机物称为碳氢化合物，又叫烃在烃中最简单的是甲烷，所以我们就先从甲烷开始学起。甲烷一、甲烷的物理性质(学生回答)无色、无味，难溶于水的，比空气轻的，能燃烧的气体，天然气、坑气、沼气等的主要成分均为甲烷。收集甲烷时可以用什么方法？(1.向下排空气法，2.排水法)二、甲烷的分子结构已知甲烷的气体密度在标准状况下为0.717g/L，其中含碳的质量分数为75％，含氢质量分数为25％，求甲烷的分子式。(平行班提示：M=ρVm)a.计算甲烷的摩尔质量因为摩尔质量=气体摩尔体积×密度=22.4L/mol×O.7179/L=16g/mol所以甲烷的分子量为16。b.按分子量和质量分数计算一个甲烷分子中C、H原子的个数C原子数：16×75％÷12=1H原子数：16×25％÷1=4所以甲烷的分子式为CH4。甲烷的分子式：CH4电子式：结构式：用短线表示一对共用电子对的图式叫结构式。上述结构式都不能表明甲烷分子的真实构型［模型展示］甲烷分子的球棍模型和比例模型。得出结论：以碳原子为中心，四个氢原子为顶点的正四面体结构。甲烷是非极性分子，所以甲烷极难溶于水，这体现了相似相溶原理。CH4：正四面体NH3：三角锥形三、甲烷的化学性质1.甲烷的氧化反应CH4+2O2点燃CO2+2H2Oa.方程式的中间用的是“”（箭头）而不是“====”（等号），主要是因为有机物参加的反应往往比较复杂，常有副反应发生。b.火焰呈淡蓝色：CH4、H2、CO、H2S我们知道酸性KMnO4具有很强的氧化性，若遇到一般的还原性物质时常常会发生氧化还原反应，且自身被还原而褪色，那么甲烷能否被酸性高锰酸钾溶液氧化呢？我们通过下面的实验来验证。［演示实验5—1］观察、记录、思考实验现象：经过一段时间后，酸性KMnO4溶液的颜色无任何变化，即不褪色。结论：甲烷气体不能被酸性KMnO4溶液氧化。在通常条件下，甲烷不仅与高锰酸钾等强氧化剂不反应，而且与强酸、强碱也不反应，所以可以说甲烷的化学性质是比较稳定的。但稳定是相对的，在一定条件下也可以与一些物质如Cl2发生某些反应。（承上启下，并对学生进行辩证唯物主义的教育）2.甲烷的取代反应［演示实验5—2］现象：①量筒内Cl2的黄绿色逐渐变浅，最后消失。②量筒内壁出现了油状液滴。③量筒内水面上升。④量筒内产生白雾［投影显示］甲烷与氯气的反应过程［说明］在反应中CH4分子里的1个H原子被Cl2分子里的1个Cl原子所代替．．，但是反应并没有停止，生成的一氯甲烷仍继续跟氯气作用，依次生成二氯甲烷、三氯甲烷和四氯甲烷，反应如下：a.注意CH4和Cl2的反应不能用日光或其他强光直射，否则会因为发生如下剧烈的反应：CH4+2Cl2强光C+4HCl而爆炸。b.在常温下，一氯甲烷为气体，其他三种都是液体，三氯甲烷（氯仿）和四氯甲烷（四氯化碳）是工业重要的溶剂，四氯化碳还是实验室里常用的溶剂、灭火剂，氯仿与四氯化碳常温常压下的密度均大于1g·cm－3，即比水重。c.分析甲烷的四种氯代物的分子极性。但它们均不溶于水。(实验班)取代反应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3.甲烷的受热分解CH4高温C+2H2这么高的温度才分解，说明甲烷的热稳定性很强。小结：本节课我们开始了对有机物的系统学习，介绍了有机物、烃的概念，解释了有机物种类繁多的主要原因；认识到甲烷的正四面体立体结构和它的几个重要化学性质：氧化反应、取代反应、受热分解反应，学习中重点应对甲烷和Cl2的取代反应加以理解，当然也要树立结构和性质紧密相关的观点。教学说明本章是学习有机物的开始，俗话说：万事开头难。因此在教学中注重了以周围熟悉的有机物引入有机物的概念，从有机物的重要用途来激发学生学习有机物的兴趣。为了让学生对甲烷的分子结构有一个正确的认识，采用了模型展示的方法；通过实验演示甲烷的取代反应和不能被酸性高锰酸钾溶液氧化的事实以及投影分析取代反应的过程，不仅提高了广大学生的分析思考问题、动手的能力，同时还帮助学生树立科学的学习和分析方法。二、烷烃的结构和性质1.烷烃的概念a.分子里碳原子都以单键结合成链状；b.碳原子剩余的价键全部跟氢原子结合.2.烷烃的结构式和结构简式甲烷乙烷丙烷丁烷结构式：结构简式：CH4CH3CH3CH3CH2CH3CH3CH2CH2CH3/CH3(CH2)2CH3这种式子，书写起来是比较方便的，我们称之为有机物的结构简式。当然，在书写有机物分子的结构简式时，若遇到像丁烷分子中有两个（或多个）相同的成分时，还可以写成CH3(CH2)2CH3。由于结构简式书写方便，且仍能表示出分子结构的简况，所以更多情况下常使用结构简式。既然甲烷的结构和其他的烷烃分子很相似，那么它们在性质上是否也很相似呢？3.烷烃的物理性质学生自学P116思考、分析表中数据，讨论，并得出一些规律。（a）随着分子里含碳原子数的增加，熔点、沸点逐渐升高，相对密度逐渐增大；（b）分子里碳原子数等于或小于4的烷烃。在常温常压下都是气体，其他烷烃在常温常压下都是液体或固体；（c）烷烃的相对密度小于水的密度。（评价学生的回答，然后补充说明）（1）表中所列烷烃均为无支链的烷烃，常温常压下是气体的烷烃除了上述碳原子数小于或等于4的几种分子之外，还有一种碳原子数为5的分子，但分子中含有支链的戊烷，（2）烷烃分子均为非极性分子，故一般不溶于水，而易溶于有机溶剂，液态烷烃本身就是良好的有机溶剂。［设疑］烷烃分子的熔沸点为什么会随着碳原子数的增大即相对分子质量的提高而升高呢？由于随着相对分子质量的增大，分子之间的范德华力逐渐增大，从而导致烷烃分子的熔沸点逐渐升高。甲烷与其他烷烃结构的相似不仅表现在物理性质上的规律性变化，而且化学性质上也具有极大的相似性。4.烷烃的化学性质（1）通常状况下，它们很稳定，跟酸、碱及氧化物都不发生反应，也难与其他物质化合；（2）在空气中都能点燃；（3）它们都能与氯气发生取代反应。（评价并补充说明）（1）烷烃与氯气也可以是溴在光照条件下发生的取代反应，由于碳原子数的增多而使生成的取代产物的种类将更多；例如：甲烷的氯代物有：一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷共四种氯代物。同学们算乙烷的氯代物有几种？答案：9种。(实验班可以讲规律)（2）在空气或氧气中点燃烷烃，完全燃烧的产物为CO2和H2O，相同状况下随着烷烃分子里碳原子数的增加往往会燃烧越来越不充分，使燃烧火焰明亮，甚至伴有黑烟；（3）烷烃分子也可以分解，但产物不一定为炭黑和氢气，这在以后的石油裂化—裂解的学习中就将学到。5.烷烃的通式：CnH2n+2CH4C2H6C3H8C4H10C5H12……若烷烃分子的碳原子数为n，那么氢原子的数目就可表示为2n+2，这样烷烃的分子式就可以表示为CnH2n+2。大家再比较一下相邻碳原子数的烷烃在分子组成上有何特点，当然也可以用通式来推算。（可以通过观察表5—1中的结构简式，也可以用通式推算，用CnH2n+2减去Cn－1H2(n－1)+2，都可以得到相同的结论）：在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团。6.同系物概念分子结构相似．．．．，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。［练习］下列各组内的物质不属于同系物的是（C）（强调）：在判断同系物的时候要严格把握同系物概念涵义的两个方面：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，二者要联系在一起应用，缺一不可。当然，还应注意，同系物的关系不光是只有烷烃分子之间存在，在其他的有机物内也存在着同系物关系。小结：本节课我们学习和讨论了几个重要的概念：烷烃、结构简式以及同系物，通过研究分析，讨论比较从而得出了烷烃分子的结构特点，以及烷烃的物理和化学性质的变化规律，当然在学习时应重点掌握烷烃性质的变化规律。3．例题精讲一、烷烃1、烷烃的概念：碳原子跟碳原子都以单键结合成链状，碳原子剩余的价键全部跟氢原子相结合。这样的结合使得每个碳原子的化合价都已充分利用，都已达到“饱和”，这种结合的链烃叫做饱和链烃，或称烷烃。2、烷烃的通式：CnH2n+2(n≥1)3、烷烃物理性质：（1）状态：一般情况下，1—4个碳原子烷烃为气态，5—16个碳原子为液态，16个碳原子以上为固态。（2）溶解性：烷烃不溶于水，易溶于有机溶剂。（3）熔沸点：随着碳原子数的递增，熔沸点逐渐升高。（4）密度：随着碳原子数的递增，密度逐渐增加。4、烷烃的化学性质（1）一般比较稳定，在通常情况下跟酸、碱和高锰酸钾等都不起反应。（2）取代反应：在光照条件下能跟卤素发生取代反应。（3）氧化反应：在点燃条件下，烷烃能燃烧，CnH2n+2+OHnnCOOn222)1(213点燃（4）分解反应：在高温下，烷烃能分解成小分子。二、同系物1、同系物的概念：结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质相互称为同系物。2、掌握概念的三个关键：（1）通式相同；（2）结构相似；（3）组成上相差n个（n≥1）CH2原子团。例1、下列化合物互为同系物的是：AO2和O3B、C2H6和C4H10HBrCH3C、Br—C—Br和Br—C—HD、CH3CH2CH3和CH3—CH—CH3HH分析：（A）是同素异形体，（C）为同一种物质，分子组成上不相差CH2原子团，而（B）（D）符合题意。三、同分异构现象和同分异构物体1、同分异构现象：化合物具有相同的化学式，但具有不同结构的现象。2、同分异构体：化合物具有相同的化学式，不同结构的物质互称为同分异构体。3、同分异构体的特点：分子式相同，结构不同，性质也不相同。例2、有一种AB2C2型分子，在该分子中以A为中心原子，下列关于它的分子构型和有关同分异构体的各种说法正确的是（）A、假如为平面四边形，则有两种同分异构体；B、假如为四面体，则有二种同分异构体；C、假如为平面四边形，则无同分异构