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专题3有机化合物的获得与应用第一单元化石燃料与有机化合物第1课时天然气的利用甲烷目标与素养：1.会写甲烷的分子式、结构式、电子式，知道甲烷的结构特点。(宏观辨识与微观探析)2.知道甲烷能发生氧化反应和取代反应，会写化学方程式。(宏观辨识)3.理解取代反应的概念并能进行判断。(证据推理)4.了解同系物的概念。(宏观辨识)自主探新知习预一、化石燃料化石燃料天然气：主要成分为____，最简单的有机化合物。石油组成元素：主要是______，同时含少量的__________等化学成分：________________及其溶有气态和固态的碳氢化合物煤组成物质：有机物和无机物组成的复杂混合物组成元素：含量最高的元素为__、其次是氢、氧及少量的硫、磷、氮等甲烷碳和氢硫、氧、氮液态和碳氢化合物碳二、甲烷的组成、结构与性质1．甲烷的组成和结构分子式：______，电子式：__________，结构式：___________。甲烷分子的空间结构是________构型。碳原子位于___________，四个氢原子分别位于________________。CH4正四面体四面体的中心四面体的4个顶点颜色状态气味密度水溶性____________ρ(CH4)__ρ(空气)____2．物理性质无色气态无味＜难溶3.化学性质(1)稳定性在通常情况下，甲烷是比较稳定的，跟强酸、强碱或强氧化剂等一般不起反应。甲烷不能使酸性KMnO4溶液褪色，也____使溴的四氯化碳溶液褪色。(2)氧化反应纯净的甲烷在空气中安静的燃烧，火焰呈淡蓝色，放出大量的热，反应的化学方程式为________________________________。不能CH4＋2O2――→点燃CO2＋2H2O微点拨：点燃甲烷前必须检验纯度。空气中的甲烷含量在5%～15.4%(体积)范围内时，遇火花将发生爆炸；煤矿中的瓦斯爆炸多数是甲烷气体爆炸引发的。(3)取代反应①甲烷与Cl2在光照下的反应实验探究实验操作实验现象(ⅰ)瓶内黄绿色逐渐消失，最后变为无色；(ⅱ)集气瓶内壁有________出现；(ⅲ)集气瓶内液面____，水槽中有____。油状液滴上升晶体反应原理CH4＋Cl2――→光照__________________CH3Cl＋Cl2――→光照____________________CH2Cl2＋Cl2――→光照__________________CHCl3＋Cl2――→光照________________②取代反应：有机化合物分子中的____________________被另一种________________所取代的反应。CH3Cl＋HClCH2Cl2＋HClCHCl3＋HClCCl4＋HCl某种原子(或原子团)原子(或原子团)4．甲烷的利用(1)利用甲烷与氯气发生取代反应的生成物三氯甲烷制备制冷剂—氟利昂，其过程反应方程式为______________________________。(2)合成甲醇，其过程为CH4――――→被氧化一定条件(CO＋H2)一定条件,CH3OH。(3)高温分解生成炭黑，其反应方程式为__________________。CHCl3＋HF―→CHFCl2＋HClCH4――→高温C＋2H2三、烷烃同系物1．烷烃(1)烃：只由______两种元素组成的化合物叫碳氢化合物，也叫烃。(2)烷烃：烃的分子里碳原子间都以碳碳单键互相连接成链状，碳原子的其余的价键全部跟__原子结合，达到____状态。其通式为______________。碳、氢氢饱和CnH2n＋2(3)命名n≤10：依次称为____、____、____、____……n≥11：直接根据碳原子数称某烷，如C16H34称为______。2．同系物分子结构____，组成上相差1个或若干个“______”原子团的有机化合物互称为同系物。如甲烷(CH4)、乙烷(CH3CH3)、丙烷__________________互为同系物。甲烷乙烷丙烷丁烷十六烷相似CH2CH3CH2CH31．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)煤主要含有碳元素，煤是纯净物。()(2)点燃甲烷气体之前必须检验其纯度。()(3)甲烷与氯水在光照条件下发生取代反应。()(4)烷烃的通式是CnH2n＋2(n≥1)，但符合通式CnH2n＋2(n≥1)的不一定是烷烃。()[提示](1)×(2)√(3)×(4)×2.下列叙述不正确的是()A．甲烷与氯气发生取代反应后的产物中，常温下只有一种有机气体B．甲烷化学性质比较稳定，一定不会发生氧化反应C．甲烷跟氯气反应无论生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3还是CCl4，都属于取代反应D．甲烷与氯气反应后得到的所有有机物都难溶于水B[甲烷与氯气发生取代反应后的五种产物中，常温下CH3Cl和HCl为气体，其余为液体，只有HCl能溶于水，其余的产物都难溶于水，A、D正确；CH4的性质比较稳定，通常情况下，不与强酸、强碱、强氧化剂反应，但可以在氧气中燃烧，B错误；甲烷与氯气反应生成四种有机物的反应都属于取代反应，C正确。]3．已知某烷烃的相对分子质量为30。(1)该烷烃的分子式为________。(2)该烷烃在光照时与Cl2反应生成一氯代物的化学方程式为________________________，属于________反应。[解析]烷烃的通式为CnH2n＋2，则14n＋2＝30，则n＝2，即C2H6。[答案](1)C2H6(2)CH3CH3＋Cl2――→光照CH3CH2Cl＋HCl取代核心攻重难破突烷烃的结构与性质1.甲烷的取代反应2．取代反应与置换反应的比较取代反应置换反应举例CH4＋Cl2――→光照CH3Cl＋HClZn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑定义有机物分子里的原子或原子团被其他原子或原子团所代替的反应一种单质跟一种化合物反应，生成另一种单质和另一种化合物的反应反应物一种化合物和另一种化合物或单质一种单质和一种化合物生成物一般生成两种新化合物另一种化合物和另一种单质反应中电子得失不一定发生电子转移，因此不一定是氧化还原反应一定发生电子转移，一定是氧化还原反应反应是否可逆有不少是可逆反应一般是不可逆反应3.烷烃的结构与性质【典例1】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()ABCDD[甲烷和氯气在光照条件下反应，生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4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。]1.把1体积CH4和4体积Cl2组成的混合气体充入试管中，将此试管倒立在盛有AgNO3溶液的水槽中，放在光亮处，片刻后发现试管壁上有油状液滴出现，该油状液滴可能是______________，水槽中还观察到____________，原因是____________(用离子方程式解释)。若向水槽中再滴入几滴紫色石蕊试液又观察到_____________。[解析]CH4和Cl2反应的产物中，HCl极易溶于水，能电离出H＋和Cl－，其他产物均为有机物，部分呈气态，部分为油状液体。CH4和Cl2在光照条件下反应生成CH3Cl(气体)、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl，随着反应进行，Cl2不断消耗，试管中黄绿色逐渐消失，又由于生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4常温下均为无色液体，使试管壁上有油状液滴出现；因生成的HCl易溶于水，反应后，试管内气体压强减小，试管内水位上升，HCl溶于水后，与AgNO3反应生成AgCl白色沉淀，同时溶液显酸性，故加入紫色石蕊试液后溶液变红。[答案]CH2Cl2、CHCl3、CCl4有白色沉淀产生Ag＋＋Cl－===AgCl↓溶液变红认识同系物1.同系物、同分异构体、同素异形体、同位素概念的比较比较概念内涵研究对象相同不同实例同系物结构相似，在分子组成上相差一个或若干个“CH2”原子团的有机化合物互称为同系物有机化合物结构相似组成上相差一个或若干个“CH2”原子团同分异构体具有相同的分子式，不同结构式的化合物互称为同分异构体化合物分子式相同结构式不同同素异形体同一种元素形成的几种性质不同的单质单质元素种类相同性质不同O2与O3、白磷与红磷同位素质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子互称为同位素原子质子数相同中子数不同126C、136C与146C2.同系物的判断(1)同系物判断的两个标准①分子结构相似即属于同一类物质。②分子组成上仅相差一个或若干个“CH2”原子团。(2)同系物判断的三个关键点①“同”——互为同系物的物质必须属于同一类物质。②“似”——结构相似，是指化学键类型相似，分子中各原子的结合方式相似。③“差”——组成上相差n个“CH2”原子团(n≥1)。a．同系物一定具有不同的碳原子数(或分子式)。b．同系物一定具有不同的相对分子质量(相差14n)。(3)判断同系物时应注意的两个问题①互为同系物的分子中各元素的质量分数可能相同，也可能不同。②同系物和同分异构体的区别：同系物结构相似，组成不同，分子式不同；同分异构体分子式相同，结构可能相似也可能不相似。【典例2】下列各组内的物质不属于同系物的是()D[虽然A项中的3种物质有的是直链结构，有的是带支链的结构，但它们通式相同，都属于烷烃，在分子组成上依次相差一个“CH2”原子团，故互为同系物；B项中的3种物质分子结构相似，在分子组成上依次相差一个“CH2”原子团，互为同系物；C项中3种物质结构相似，在组成上依次相差一个“CH2”原子团，互为同系物；D项中3种物质分子式相同，结构不同，互为同分异构体。](1)CH2===CH2与相差1个“CH2”，二者互为同系物吗？为什么？(2)CH3CH2CH2CH3与是否属于同系物？为什么？(3)同系物具有同一通式，具有同一通式的有机物一定是同系物吗？为什么？[答案](1)不互为同系物。因为二者结构不相似，一种含有碳碳双键属于烯烃，一种是环烷烃。(2)不是。因为同系物在分子组成上必须相差1个或若干个“CH2”原子团，一定具有不同的分子式。而CH3CH2CH2CH3与分子式相同，属于同分异构体。(3)不一定。如CH2===CH2和通式相同，均为CnH2n，但它们不为同系物，所以具有同一通式的有机物不一定是同系物。2．有下列各组物质：(1)________(填字母代号，下同)组两物质互为同位素。(2)________组两物质互为同素异形体。(3)________组两物质互为同分异构体。(4)________组两物质是同一种物质。(5)E中的几种结构简式代表了________种不同的烃。[解析]A组O2和O3都是单质，属于同素异形体；B组126C和136C为质子数相同，中子数不同的原子，属于同位素；C组前者是正丁烷，后者为异丁烷，二者互为同分异构体；D组是甲烷的二溴代物，属于同一种物质；E组中共有三种烃，分别属于正戊烷(第1个和最后一个)、异戊烷(第2个和第5个)、第3个和第4个属于同一种物质，是正己烷的一种同分异构体。[答案](1)B(2)A(3)C(4)D(5)3当堂提素养标达1．下列关于甲烷的说法不正确的是()A．甲烷分子具有正四面体结构B．甲烷分子中的四个C—H键相同C．甲烷分子是平面正方形结构D．甲烷分子的结构式是C[甲烷分子的空间结构是正四面体，不是平面正方形。]2．将甲烷与氯气按体积比1∶1混合后反应，下列有关描述错误的是()A．反应条件为光照B．共有5种生成物C．该反应属于取代反应D．生成物中只有一氯甲烷难溶于水D[甲烷和氯气在光照条件下发生取代反应是逐步进行的，CH4＋Cl2――→光照CH3Cl＋HCl，CH3Cl＋Cl2――→光照CH2Cl2＋HCl，CH2Cl2＋Cl2――→光照CHCl3＋HCl，CHCl3＋Cl2――→光照CCl4＋HCl，共得到5种生成物，生成的氯代烃均难溶于水。]3．下列关于烷烃的叙述不正确的是()A．分子式符合CnH2