搜索
有机化合物第三章第一节最简单的有机化合物——甲烷第一课时甲烷的性质学习目标核心素养1.认识甲烷的结构特点并会书写甲烷的分子式、结构式、电子式。2．知道甲烷能发生氧化反应和取代反应，掌握取代反应的概念。1.微观探析：认识甲烷的组成、结构、性质和变化，形成“结构决定性质”的观念。2．证据推理：通过分析、推理等方法认识甲烷的取代反应。课前自主预习一、有机化合物和烃二、甲烷1．存在与用途(1)存在：是_______、沼气、油田气、煤矿坑道气和可燃冰的主要成分。(2)用途：是一种高效、低耗、污染小的清洁能源，还是一种重要的化工原料。天然气2．分子结构(1)分子结构(2)空间结构3.物理性质4.化学性质通常状况下，甲烷比较稳定，与高锰酸钾等强氧化剂不反应，与强酸、强碱也不反应。(1)氧化反应(燃烧)①现象：甲烷在空气中完全燃烧，火焰呈__________。②化学方程式：____________________________。淡蓝色CH4＋2O2――→点燃CO2＋2H2O(2)取代反应①实验探究(甲烷与Cl2的取代反应)实验装置②甲烷四种氯代产物的性质a．水溶性：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4均______溶于水。b．状态：常温下除________是气体，其余三种均为液体。③取代反应的概念：有机物分子里的________________被其他______________所替代的反应。难CH3Cl原子或原子团原子或原子团1．正误判断(1)有机物都含有碳元素，则含有碳元素的化合物都是有机物()(2)烃是含有碳元素和氢元素的化合物()(3)天然气的主要成分是甲烷，其属于可再生能源()(4)在点燃甲烷气体之前必须检验其纯度()(5)甲烷与Cl2的反应是置换反应()[答案](1)×(2)×(3)×(4)√(5)×2．在西部大开发中，国家投巨资兴建“西气东输”工程，将西部蕴藏的丰富资源通过管道输送到东部地区。这里所指的“西气”的主要成分是()A．COB．CH4C．H2D．NH3[解析]“西气”中的气指天然气，主要成分是CH4。[答案]B3．下列物质中，在一定条件下，可与甲烷发生化学反应的是()A．氯气B．溴水C．四氯化碳D．酸性KMnO4溶液[解析]甲烷与氯气在光照条件下发生取代反应。[答案]A课堂互动探究知识点一有机物组成和结构的表示方法1.甲烷空间结构的三点拓展应用(1)若CH4分子中的4个氢原子全部被其他相同的原子或原子团替代，则形成的分子结构仍为正四面体结构。(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，则形成的分子结构仍为四面体，但不属于正四面体，如CH3Cl、CH2Cl2等。(3)由CH4的空间结构可推知CH3CH2CH3等有机物中的碳原子并不在一条直线上。2．有机物组成和结构的表示方法【典例1】下图是CH4、CCl4、CH3Cl分子的球棍模型图，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中的化学键均为非极性键D．CH4、CCl4的结构相同，性质也相同[思路启迪]分析有机物空间结构时，既要明确该有机物中碳原子的成键特点，又要关注与碳原子成键原子的数目及种类。[解析]CCl4的分子结构同CH4相似，为正四面体结构，CH3Cl中的C—H和C—Cl键不同，不是正四面体结构，而是四面体结构。[答案]B一个饱和碳原子以4个单键与其他原子相结合：1如果这4个原子相同，则分别在四面体的顶点上，构成正四面体。2如果这4个原子不相同，则分别在四面体的顶点上，但不是正四面体。3无论这4个原子是否相同，都不可能在同一平面上，并且最多有3个原子共面。[针对训练1]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()[解析]这几种形式都可表示甲烷分子，其中分子结构示意图、球棍模型及比例模型均能反映甲烷分子的空间构型，但比例模型更能形象地表达出甲烷分子中H、C原子的位置及所占比例。电子式只反映出原子的最外层电子的成键情况。[答案]D知识点二甲烷的取代反应1．甲烷取代反应的相关规律反应条件甲烷与氯气无光照时，不发生反应；强光照射时会发生爆炸反应物甲烷与卤素单质反应，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氯气反应产物是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的物质的量最大反应特点①卤素单质不同，反应速率不同②逐步取代，各步反应同时进行③取代1molH原子，消耗1molX2，生成1molHX2.甲烷与卤素单质发生取代反应时易错的四个方面(1)反应物：卤素单质(纯卤素)和甲烷，不能是卤素单质的水溶液。(2)生成物：卤化氢和卤代甲烷(四种)的混合物，其中卤化氢的物质的量最多。(3)反应条件：光照(室温下在暗处不发生反应)。(4)反应特点：用“―→”而不用“===”，仍遵守质量守恒定律，需要配平。【典例2】下列有关甲烷的取代反应的叙述正确的是()A．甲烷与氯气的物质的量之比为1∶1，混合发生取代反应只生成CH3ClB．甲烷与氯气的取代反应，生成的产物中CH3Cl最多C．甲烷与氯气的取代反应生成的产物为混合物D．1mol甲烷生成CCl4最多消耗2mol氯气[思路启迪]解决此题目，既要准确掌握取代反应的概念及断键机理，又要明确甲烷与氯气反应生成的产物的种类及定量关系。[解析]甲烷与氯气一旦发生取代反应就不会停止在某一步，四种有机物都会产生，故得不到纯净的CH3Cl，A错误，C正确；甲烷与氯气的反应中每取代1mol氢原子，消耗1mol氯气，生成1molHCl，故产物中HCl最多，B错误；1mol甲烷生成CCl4最多消耗4mol氯气，D错误。[答案]C1无论甲烷和氯气的比例如何，发生取代反应的产物都是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl的混合物。2甲烷与氯气发生取代反应的产物中，常温下CH3Cl为气体，CH2Cl2、CHCl3和CCl4为液体。3甲烷分子中的一个氢原子被取代，需要一个氯分子，因此如果完全取代，1molCH4需要4molCl2才能完全转化为CCl4。[针对训练2]在标准状况下，22.4LCH4与Cl2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Cl2为()A．0.5molB．2molC．2.5molD．4mol[解析]解法一：守恒法1molCH4与Cl2发生取代反应，生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各0.25mol，这四种取代物中n(Cl)＝0.25mol×(1＋2＋3＋4)＝2.5mol，根据取代反应特点，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Cl2为n(Cl2)＝2.5mol。解法二：根据化学方程式进行计算设四种有机取代物的物质的量均为1mol，写出取代反应总的化学方程式：4CH4＋10Cl2――→光CH3Cl＋CH2Cl2＋CHCl3＋CCl4＋10HCl，由此可知，4molCH4正好与10molCl2反应，当1molCH4反应时，消耗Cl22.5mol。[答案]C