高二化学第一节 甲烷

....高二化学第一节甲烷【教学目标】1、理解有机物的概念和有机物的特点2、掌握烃的概念、甲烷的组成和分子结构3、掌握甲烷的物理性质和化学性质4、掌握取代反应的概念【知识讲解】一、有机物1、有机物的概念：含碳元素的化合物称有机化合物，简称有机物。而一氧化碳、二氧化碳、碳酸、碳酸盐等少数含碳物质，虽然含有碳元素，但它们的组成和性质跟无机物相近，一般把它们作为无机物。2、有机物的特点：（1）组成元素的特点：除碳元素外，通常还含有H、O、N、P、S，及卤素等非金属元素。（2）结构特点：①碳原子间能以共价键形成碳链，这是有机物结构的基础。②有机物分子间通过范德力结合成分子晶体。（3）数量特点：有机物种类繁多，达上千万种。原因是：①碳原子有4个价电子，能与其它原子形成4个共价键。②碳链的长度可以不同，同时碳原子间的结合方式不同，可以以单键、双键、参键结合，也可以有长链或环状结合。③普遍存在同分异构现象。（4）性质特点：①溶解性：大多数有机物难溶于水，易溶于有机溶剂（如汽油、酒精、苯等）。②可燃性：绝大多数有机物易燃烧。③耐热性：多数有机物熔点沸点较低，受热易分解。④导电性：多为非电解质，不易导电。⑤化学反应：化学反应繁杂，一般反应速率较慢，多数需要催化剂，常伴有副反应发生。二、甲烷的分子结构和物理性质：1、甲烷的物理性质：通常情况下，无色无气味的气体，密度比空气小，难溶于水。甲烷存在于沼气、坑气、天然气。2、甲烷的分子结构：HH分子式：CH4，电子式：H:C:H结构式H－C－HHH正四面体结构键角109028'3、确定有机物分子式和结构式的基本方法（1）各元素的质量（2）各元素的质量比最简式通式计算（3）各元素的质量分数讨论（4）燃烧产物的物质的量或质量分子式性质结构式（1）M=22.4d（2）M=DMr(D为相对密度,M相对分子根据化学方程式r为气体相对分子质量)质量计算、讨论（3）M=M1a%+M2a2%+……例1：在标准状况下，5.6L某气态烃的质量为4g，又知该烃中碳与氢的质量比为3:1。求该烃的分子式。解析：该气态烃的摩尔质量为：molgmolLLg/16/4.226.541mol该气态烃中碳的物质的量为：mol11216431mol该气态烃中氢的物质的量为：mol411641即1mol该气态烃中，含1molC和4molH，所以分子式为CH4。三、甲烷的实验室制法（1）药品：无水醋酸钠（CH3COONa）和碱石灰（2）原理：CH3-COONa+NaO-H△Na2CO3+CH4↑CaO（3）发生和收集装置：该反应为“固+固△气”应与制备O2、NH3发生装置相同。使用排水法收集。（4）说明：（1）实验室制甲烷时不能用醋酸钠晶体（CH3COONa·3H2O），而必须用无水醋酸钠，因为有水存在时，CH3COONa和NaOH都是离子化合物发生电离，不能使CH3COONa中C－C和NaOH中O－H键的断裂，因而不能制得甲烷。（2）碱石灰的作用：制备甲烷时，碱石灰中的生石灰并不参加反应，但生石灰起如下作用：①稀释混合物的浓度，使混合物疏松，使生成的甲烷易于外逸；②减少了固体NaOH在高温时跟玻璃的作用，防止试管破裂；③生石灰吸水性强，可以减少水对制备甲烷反应的不利影响。四、甲烷的化学性质甲烷分子结构稳定，通常不与强酸、强碱或强氧化剂反应，不能使溴水和KMnO4溶液褪色。1、氧化反应：CH4+2O2点燃CO2+2H2O注意：（1）点燃甲烷之前须检验甲烷的纯度。（2）燃烧前后气体体积变化，当温度高于1000C，反应前后气体体积不变化；低于1000C，每1体积CH4完全燃烧，气体体积缩小2体积。2、取代反应：CH4+Cl2光CH3Cl+HClCH3Cl能逐步被Cl2取代生成CH2Cl2、CHCl3和CCl4。CH和Cl饱和食盐溶液24注意：（1）反应条件：光照（在室温暗处不发生反应）；（2）反应物：纯卤素，如甲烷通入溴水中不反应；（3）产物：一般是混合物。例2：甲烷与F2光照时因剧烈反应易发生爆炸。为了制取CH3F，常用BrF与CH4在光照条件下反应，请写出制取CH3F的化学方程式。解：CH4+BrF光照CH3F+HBr比较取代反应与置换反应：取代反应置换反应概念有机物分子里的原子或原子团被其它原子或原子团所代替的反应一种单质和一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物的反应反应物类别化合物与单质或化合物单质与化合物生成物类别两种化合物一种单质和一种化合物反应条件大多需加热或光照或催化剂一般在常温或加热条件下举例CH4+Cl2光照CH3Cl+HClZn+H2SO4=ZnSO4+H↑3、高温分解：CH4高温C+2H2（制取炭黑）例3：甲烷在空气中的爆炸极限是含甲烷5%－15%，如果在相同状况下，1L甲烷与空气中氧气混合点燃使之恰好完全反应，则此时（）A、会引起爆炸B、不会引起爆炸C、加热时才能爆炸D、加压时才能爆炸解析：甲烷与O2完全反应：CH4+2O2点燃CO2+2H2O1LCH4燃烧需2LO2，即需空气V空气=%212L=9.5L。所以甲烷占混合气体的体积分数为%5.9%1005.911。正好在5%－15%爆炸极限内，点燃会引起爆炸，则选A。例4：把1体积CH4和4体积Cl2组成的混合气体充入大试管中，将此试管倒立在盛有饱和食盐水的水槽里，放在光亮处，试推测可观察到的现象是：（1）___________________（2）__________________（3）___________________（4）__________________解析：CH4和Cl2光照生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl等物质，随着Cl2不断消耗，黄绿色逐渐消失，又由于CH2Cl2、CHCl3、CCl4常温下为无色液体，Cl2易溶于有机溶剂，试管壁上有黄色油珠。因生成的HCl易溶于水，反应后试管内气体压强减小，水位在试管内上升。HCl溶于水后，饱和食盐水中Cl－浓度增大，使结晶速率溶解速率。故水槽内有少量晶体析出。答：（1）黄绿色逐渐消失；（2）试管壁上有黄色油珠；（3）水位在试管内上升；（4）水槽内有少量晶体析出。15000C【能力训练】一、选择题（每小题有1－2个选项符合题意）1、下列物质具有导电性的是A、汽油B、稀硫酸C、苯D、四氯化碳2、某有机物在氧气里充分燃烧，生成的CO2和H2O的物质的量之比为1:1，由此可以得出该有机物A、分子中C、H、O的原子个数比为1:2:3B、分子中C和H的原子个数比为1:2C、分子中肯定含有氧原子D、分子中可能含有氧原子3、化学工作者从反应C2H6+Cl2光C2H5Cl+HCl，受到启示，提出在农药和有机工业上可获得副产品盐酸，这一设想已成为现实。试指出上述反应体系中，得到的盐酸可采用分离方法是A、蒸馏法B、水洗法C、分液法D、过滤法4、将醋酸钠晶体（CH3COONa·3H2O）与干燥的碱石灰按一定的质量比混合后加热，几乎没有得到甲烷气体。此次实验失败的原因是A、用了醋酸钠晶体，应该用无水醋酸钠B、加热的温度不够高C、不能按质量比将反应物混合D、碱石灰过于干燥，实验效果反而不好5、下列反应属于取代反应的是A、甲烷的燃烧B、由甲烷制取氯仿C、甲烷的制取D、由甲烷制取炭黑6、有3mLCH4和CO的混合气体，完全燃烧恰好用去3mLO2，则此混合物体中CH4和CO的体积比是A、1:1B、1:2C、2:1D、任意比7、一定质量的甲烷燃烧后得到的CO、CO2和水蒸气，此混合气质量为49.6g，当其缓慢经过无水CaCl2时，CaCl2增重25.2g。原混合气体中CO2的质量为A、12.5gB、13.2gC、19.7gD、24.4g8、甲烷与过量氧气混合，用电火花引爆后，测得爆炸后的气体密度为同温同压下氢气密度的15倍，（T1000C）则原混合气体中甲烷与氧气的体积比是A、1:3B、1:5C、1:7D、2:79、在2CH4电弧C2H2+3H2反应中，在标准状况下，测得反应前后气体的压强之比为4:7，则CH4的转化率为A、25%B、50%C、75%D、80%10、某容器中贮有甲烷和氧气的混合气体，测得混合气体中含碳的质量分数是10.7%，将此混合气体引燃后冷却到室温，则容器中所含气体是A、CO2B、CO2和O2C、CO2和水蒸汽D、CO2和CH411、若使0.5mol甲烷和Cl2发生取代反应并生成相同物质的量的四种取代物，则需氯气的物质的量是A、0.5molB、1.25molC、2molD、2.5mol12、同时符合以下要求的实验条件所能制取的气体是①干燥②使用药品不能带有结晶水③加热④使用排水法收集A、CO2B、Cl2C、CH4D、HCl二、填空题13、解释：（1）CCl4能从碘的水溶液中萃取出碘：________________________________。（2）衣服上沾上了油渍可以用汽油洗去___________________________________________。14、某盐A和碱石灰反应，微热时放出一种气体B，再经强热又放出一种气体C。同温同压下，气体B和C密度接近，余下的残渣中加入硝酸，又有一种气体D放出。气体D通过一种淡黄色的固体可得到一种气体E。（1）写出有关物质的化学式：A_____________，B___________，C______________。（2）写出气体D转变为E的化学方程式为___________________________________。15、已知某种气态矿物燃料含有碳和氢两种元素。为了测定这种燃料中碳和氢两种元素的质量比，可将气态燃料放入足量的氧气中燃烧，并使产生的气体全部通入如图所示的装置中，得到如下表所列的实验结果（假设产生的气体完全被吸收）。实验前实验后（干燥剂+U形管）的质量101.1g102.9g（石灰水+广口瓶）的质量312.0g314.2g根据实验据回答下列问题：（1）实验完毕后，生成水的质量为________g，假设广口瓶里盛有足量的澄清石灰水，则生成的CO2质量为________g.（2）气态矿物燃料中碳元素与氢元素的质量比为____________.物质的量比__________16、为了测定一种气态烃A的化学式，取一定量的A置于密闭容器中燃烧，定性实验表明产物是CO2、CO和水蒸气，学生甲、乙设计了如下两个方案，均认为根据自己的方案能求出A的最简式。他们测得的有关数据如下（图中的箭头表示气体的流向，实验前系统内的空气已排尽）：甲方案：燃烧产物浓H2SO4增重碱石灰增重点燃生成CO22.52g1.32g1.76g乙方案：燃烧产物碱石灰增重灼热Cu2O减轻石灰水增重5.60g0.64g4g试回答：（1）根据两方案，你认为哪一种方案能求出A的最简式？________，A的最简式为_________。（2）若要确定A的化学式，是否还需要测定其它数据？_________如果需要，该测定哪些数据？______________________。三、计算题17、在t℃（t100℃），某气态烃与过量氧气的混合气体aL，引燃后再恢复到原来条件，体积仍为aL，然后通过浓硫酸，体积减少bL，再通过碱石灰，气体体积又减少bL，求该气态烃的化学式。18、甲、乙两学生用加热无水醋酸钠和碱石灰的混合物制取甲烷，甲取了一定量的无水醋酸钠和5g碱石灰（其中含NaOH的质量分数为60%），经混合装入试管内加热，待收集到所需的甲烷时，停止加热，试管冷却后，乙称得甲留下的反应混合物的质量为8.7g，并将它继续加热到醋酸钠完全反应，收集到甲烷560mL（标准状况），求甲在标准状况下收集到甲烷的体积？干燥剂澄清石灰水【能力训练答案】一、选择题：1、B2、BD3、B4、A5、BC6、B7、B8、C9、C10、B11、B12、C二、填空题：13、（1）CCl4不溶于水，且碘在CCl4中溶解性比在水中要大；（2）油脂易溶于汽油中。14、（1）CH3COONH4，NH3，CH4；（2）2CO2+2Na2O2=2Na2CO3+O215、（1）1.