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第三章有机化合物第一节最简单的有机化合物——甲烷第1课时甲烷的性质第三章有机化合物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、存在以及用途。3．掌握甲烷的化学性质，认识取代反应的特点。甲烷的分子结构1．有机化合物(1)定义：含有___的化合物。(2)组成元素：除___外，常含有___、___，还含有氮、硫、卤素、磷等。碳碳氢氧2．烃：仅含_______________的有机物称为碳氢化合物，也称为烃。最简单的烃是_____。3．甲烷的存在和用途(1)存在：_______、沼气、油田气和煤矿坑道气的主要成分。(2)用途：高效、低耗、污染小的清洁能源；重要的化工原料。碳和氢两种元素甲烷天然气4．甲烷的分子结构(1)分子组成、结构和模型分子式电子式结构式分子模型球棍模型比例模型____CH4(2)空间结构分子结构示意图结构特点及空间构型4个C—H键的长度和强度相同，夹角相等，具有_________结构正四面体1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)CH4、CO、Na2CO3等含碳化合物称为有机物。()(2)CH4、CH3COOH、CCl4等有机物属于烃。()(3)CH4的结构式是，所以甲烷是平面结构。()(4)CH2Cl2、CCl4分子结构都为正四面体。()××××2．下列说法中正确的是()A．由碳、氢、氧三种元素组成的化合物一定是有机物B．化合物中只要含有碳元素和氢元素，则该化合物一定是烃C．甲烷具有正四面体结构D．有机物中均含有碳、氢元素解析：选C。由碳、氢、氧三种元素组成的化合物不一定是有机物，如碳酸是无机物；烃是仅含有碳元素和氢元素的有机物；甲烷分子中的4个C—H键的长度和强度相同、夹角相等，具有正四面体结构；有机物中一定含有碳元素，不一定含有氢元素。3．下列各图均能表示甲烷的分子结构，其中更能反映其真实存在状况的是()解析：选D。在这几种形式中，分子结构示意图、球棍模型及比例模型均能反映甲烷分子的空间结构，但比例模型更能形象地表达出H、C的位置及所占比例；电子式只反映原子最外层电子的成键情况。有机物的组成和结构的表示方法表示方法实例(CH4)含义及主要应用结构式表示分子中原子的结合或排列顺序，不表示空间结构结构简式CH4反映有机物分子的突出结构，化学方程式中有机物常用结构简式表示球棍模型小球表示原子，短棍表示化学键，表示分子的空间结构比例模型不同体积的小球表示不同原子，真实反映分子的空间结构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()A．CH3Cl只有一种结构B．CH2Cl2只有一种结构C．CHCl3只有一种结构D．CH4中含有4个C—H极性键[解析]甲烷分子无论是正四面体结构，还是正方形的平面结构，A、C、D三项都是成立的，CH2Cl2若是正方形的平面结构，则其结构应有两种，即和，若是正四面体结构，则其结构只有一种。[答案]B如图是CH4、CCl4、CH3Cl的分子球棍模型图。下列说法正确的是()A．CH4、CCl4和CH3Cl都是正四面体结构B．CH4、CCl4都是正四面体结构C．CH4和CCl4中的化学键均是非极性键D．CH4、CCl4的结构相同，性质也相同解析：选B。CH3Cl中含C—H键和C—Cl键两种不同的化学键，不是正四面体结构，A项错误；CH4、CCl4中各自的键的长度、键的强度相等，故为正四面体结构，B项正确；CH4中只含有C—H键，CCl4中只含有C—Cl键，二者中的化学键均是极性键，C项错误；CH4和CCl4的性质不同，D项错误。1．下列叙述中属于烃的是()A．只含有碳元素的物质B．含有碳元素和氢元素的物质C．仅含有碳元素和氢元素的物质D．燃烧后生成二氧化碳和水的物质解析：选C。烃是仅含C、H两种元素的物质。2．下列化学用语正确的是()A．CH4的电子式：B．CCl4的电子式：C．HClO的结构式：H—Cl—OD．CO2的结构式：O==C==O解析：选D。CH4的电子式应为；CCl4的电子式应为；HClO的结构式应为H—O—Cl。3．下列关于甲烷分子结构的说法正确的是()A．甲烷分子的电子式为，分子中各原子都达到8电子稳定结构B．甲烷分子中的化学键全部为非极性键C．CH4分子比SiH4分子稳定，说明碳元素的非金属性比硅元素的非金属性强D．CH3Cl中的四个价键的键长和强度相同，夹角相等解析：选C。甲烷分子中H原子最外层只有2个电子，不是8电子稳定结构，A项错误；甲烷分子中的化学键均为极性键，B项错误；元素的非金属性越强，其简单氢化物越稳定，反之也成立，C项正确；一氯甲烷中C—Cl键与C—H键的键长和强度不同，故四个键的键角也不完全相等，D项错误。甲烷的性质1．物理性质颜色状态气味密度水溶性无色气体无味____________________比空气小极难溶于水2.化学性质通常状况下，甲烷比较稳定，与强酸、强碱、强氧化剂都不反应，如甲烷不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，但在特定条件下，甲烷也能发生某些反应。(1)氧化反应将甲烷在空气中点燃，观察燃烧现象并检验燃烧产物：燃烧现象检验产物现象结论方法___________在火焰上方罩一个干燥的烧杯烧杯内壁有液珠产生生成了___烧杯内壁变浑浊生成了_________在火焰上方罩一个涂有澄清石灰水的烧杯淡蓝色火焰二氧化碳水甲烷燃烧的化学方程式为______________________________。(2)取代反应①实验探究：甲烷与Cl2的反应实验操作CH4＋2O2――→点燃CO2＋2H2O实验现象A装置：试管内气体颜色_________；试管内壁有_________出现，试管中有少量白雾，且试管内液面_____，有固体析出B装置：无明显现象逐渐变浅油状液体上升实验结论CH4与Cl2需在光照时才能发生化学反应，有关化学方程式：CH4＋Cl2――→光CH3Cl＋HClCH3Cl＋Cl2――→光CH2Cl2＋HClCH2Cl2＋Cl2――→光CHCl3＋HClCHCl3＋Cl2――→光CCl4＋HCl②甲烷的四种氯代产物的性质CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4均难溶于水，常温下除CH3Cl是气体外，其余三种均为液体。③取代反应：有机物分子里的某些_____________被其他原子或原子团所替代的反应。原子或原子团1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)在点燃甲烷气体之前必须检验其纯度。()(2)能用甲烷与氯气制备纯净的CH3Cl。()(3)甲烷与氯气的取代反应的产物中HCl最多。()(4)可以用向下排空气法或排水法收集甲烷。()(5)甲烷通入酸性KMnO4溶液中可使其褪色。()√×√√×2．下列叙述中错误的是()A．点燃甲烷不一定会爆炸B．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，以防爆炸事故的发生D．点燃甲烷前不必进行验纯解析：选D。甲烷与氧气混合达到一定比例范围时，点燃会发生爆炸，因此，甲烷点燃前要进行验纯。3．下列反应属于取代反应的是()A．CH4――→高温C＋2H2B．2HI＋Cl2===2HCl＋I2C．CH4＋2O2――→点燃CO2＋2H2OD．C2H6＋Cl2――→光C2H5Cl＋HCl解析：选D。取代反应是指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替代的反应。选项A中的反应为分解反应；选项B中的反应为置换反应，不属于有机反应类型；选项C中的反应为甲烷的氧化反应。甲烷取代反应的相关规律反应条件光照反应物甲烷与卤素单质，且卤素单质通常为气态。如甲烷与氯水、溴水不反应，但可以与氯气、溴蒸气发生取代反应生成物与Cl2反应产物是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4四种有机物与HCl形成的混合物，很难出现有机产物全部是某一种产物的现象，生成物中HCl的物质的量最大物质的量关系每1molH原子被取代，消耗1molCl2分子，同时生成1molHCl分子(1)CH4与Cl2的取代反应是一种连锁反应，不会停留在某一步，第一步反应一旦开始，后续反应也会立即进行。因此产物是多种物质的混合物，不会得到纯净的产物。(2)有机反应比较复杂，常伴随很多副反应发生，因此，书写有机反应方程式时，通常用“―→”，而不用“===”。(3)甲烷等有机物与氯气发生取代反应时，取代的位置和个数是难以控制的。在标准状况下，22.4LCH4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()A．0.5molB．2molC．2.5molD．4mol[解析]1molCH4与氯气发生取代反应，生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各0.25mol，该四种取代物中n(Cl)＝0.25mol×(1＋2＋3＋4)＝2.5mol，根据取代反应特点，1/2的氯原子进入氯化氢，所以n(HCl)＝2.5mol，故生成物中所含氯原子共2.5mol＋2.5mol＝5mol，参加反应的氯气为2.5mol。[答案]C下列有关甲烷的取代反应的叙述正确的是()A．甲烷与氯气以物质的量之比1∶1混合时发生取代反应只生成CH3ClB．甲烷与氯气的取代反应产物中CH3Cl最多C．甲烷与氯气的取代反应产物为混合物D．1mol甲烷生成CCl4最多消耗2mol氯气解析：选C。甲烷与氯气一旦反应，不会停止在某一步，四种有机产物都会产生，得不到纯净的CH3Cl，A错误，C正确；甲烷与氯气的取代反应，每取代1molH原子，消耗1mol氯气，生成1molHCl，故产生的HCl最多，B错误；1mol甲烷生成CCl4最多消耗4mol氯气，D错误。考查甲烷的物理性质1．在我国的南海、东海海底已发现天然气(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。下列说法不正确的是()A．甲烷属于烃类B．在相同条件下甲烷的密度大于空气C．甲烷极难溶于水D．可燃冰是一种极具潜力的能源解析：选B。甲烷极难溶于水；在相同条件下甲烷的密度小于空气；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。2．下列气体既能用排水法又能用向下排空气法收集的是()A．CO2B．CH4C．NOD．NO2解析：选B。NO只能用排水法收集，CO2、NO2只能用向上排空气法收集。考查甲烷的化学性质3．(2019·长春高一测试)在一定条件下，下列物质可与甲烷发生化学反应的是()A．溴水B．氯水C．氧气D．高锰酸钾溶液解析：选C。甲烷化学性质比较稳定，在常温常压下不易被氧气、高锰酸钾溶液氧化，但在点燃条件下与氧气发生反应；甲烷与Cl2在光照条件下发生取代反应，但与溴水、氯水不反应。4．若甲烷与氯气以物质的量之比1∶3混合，在光照下充分反应得到的产物：①CH3Cl；②CH2Cl2；③CHCl3；④CCl4；⑤HCl。其中正确的是()A．只有①⑤B．只有③⑤C．①②③⑤的混合物D．①②③④⑤的混合物解析：选D。甲烷和氯气在光照下，会发生四步取代反应，而反应进行到哪一步不是由反应物甲烷和氯气的物质的量之比来决定的，在光照下得到的产物一定是混合物且其中HCl的量最多。重难易错提炼1.甲烷分子具有正四面体结构，其中碳原子位于正四面体的中心，4个氢原子位于正四面体的四个顶点。2．甲烷结构与性质的记忆口诀：性质稳定是甲烷，光照氯代四连环；空间结构四面体，易燃防爆分解难。3.甲烷与氯气的取代反应是分步进行的，每有1mol氢原子被取代，需消耗1mol氯气。4．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替代的反应。