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【金版学案】2015-2016高中化学 3.1最简单的有机化合物-甲烷(第1课时)甲烷的性质学案 新人教版必修2


甲烷的性质

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及存在、用途。 3.掌握甲烷的化学性质,认识取代反应的特点。

要点 有机化合物的组成 一、有机化合物和烃 概念 有机化合物 烃 大部分含有碳元素的化合物 组成元素 一定含有 C,常含有 H、O,有的还 含有 N、S、P、Cl 等(写元素符号, 下同)。

仅含有 C、H 元素的有机物

有机化合物都含有 C 元素,但含有 C 元素的物质不一定都是有机物,如 CO、CO2、碳酸 盐、碳酸氢盐都属于无机物。2·1·c·n·j·y 二、甲烷 1.存在和用途。 (1)存在:甲烷是天然气、沼气、油田气和煤矿坑道气的主要成分。 (2)用途:天然气是一种高效、低耗、污染小的清洁能源,还是一种重要的化工原料。 2.组成与结构。 (1)表示方法。

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(2)结构特点。 甲烷分子是以碳原子为中心,氢原子为顶点的正四面体结构,其中 C—H 键的键长和键 角相同。 3.物理性质。 颜色 无色 状态 气态 气味 无味 密度(与空气相比) 小 水溶性 极难溶

4.化学性质。 通常状况下,甲烷比较稳定,与 KMnO4 等强氧化剂不反应,与强酸、强碱也不反应。但 在特定的条件下,甲烷也能发生某些反应。21cnjy.com (1)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 点燃 CH4+2O2― ― →CO2+2H2O。21·世纪*教育网 (2)取代反应。 ①定义:有机化合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。 ② 甲烷与氯气的取代反应。

实验操作

实验现象

a.气体颜色变浅,最后消失 b.试管内壁有油状液滴出现 c.试管内液面逐渐上升 d.试管中有少量白雾 光照 CH4+Cl2― ― →CH3Cl+HCl;

有关化学方程式 光照 CH3Cl+Cl2― ― →CH2Cl2+HCl;

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光照 CH2Cl2+Cl2― ― →CHCl3+HCl; 光照 CHCl3+Cl2― ― →CCl4+HCl ③ 取代产物。 水溶性:甲烷的四种氯代产物均不溶于水。 状态:常温下除一氯甲烷是气体,其余三种均为液体。

【应用思考】 1.含碳元素的化合物一定是有机物吗? 提示:不一定,以是否含有碳元素为标准来划分有机物和无机物,有一定的局限性。如 CO、CO2、Na2CO3 等物质虽然含有碳元素,但它们的组成和性质跟无机物很相近,一般将它们 称作无机物。因此,有机物一定含碳元素,含碳元素的物质不一定都是有机物。 2.若把甲烷分子中的一个氢原子换成氯原子,还是正四面体结构吗? 提示:因 C—H 键与 C—Cl 键的长度不同,故 CH3Cl 是四面体结构,但不是正四面体结 构。 3.点燃甲烷气体前为什么必须检验其纯度?如何检验? 提示: 空气中的甲烷含量在 5%~15.4%(体积分数)范围内时, 遇火花会发生爆炸。 因此, 在进行甲烷燃烧实验时,必须先检验其纯度。用排水法收集满一小试管甲烷气体,用大拇指 堵住管口,移近酒精灯火焰,移开大拇指,若产生轻微的爆鸣声,则甲烷是纯净的,否则是 不纯净的。21 教育网 4. CH4 与 Cl2 发生取代反应时, 有机取代产物的总物质的量与 CH4 的物质的量有何关系? 提示:根据碳元素守恒,四种有机取代产物的总物质的量等于反应物 CH4 的物质的量。

1.烃类物质是指(C) A.含有碳元素的有机物 B.含有碳、氢元素的有机物 C.只含碳、氢两种元素的有机物 D.完全燃烧,只生成二氧化碳和水的有机物 2.与甲烷的分子结构相同的物质是(B) A.CH3Cl B.CCl4 C.CH2Cl2 D.CHCl3 解析:CH3Cl、CH2Cl2,CHCl3 是四面体形分子;CCl4 和 CH4 分子结构相同,都是正四面体 形的分子。21 世纪教育网版权所有

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3.关于取代反应和置换反应的下列说法中,正确的是(C) A.取代反应和置换反应中一定都有单质生成 B.取代反应和置换反应一定都属于氧化还原反应 C.取代反应大多是可逆的,反应速率慢,而置换反应一般是单向进行的,反应速率快 D.取代反应和置换反应的产物都是唯一的,不会有多种产物并存的现象 光 解析:CH4+Cl2― ― →CH3Cl+HCl 就没有单质生成,A 项错;CH3COOC2H5+H2O― →CH3COOH +C2H5OH 就不是氧化还原反应,B 项错;CH4 与 Cl2 的取代反应,产物有 5 种,D 项错。

基 础 训 练 1.下列说法不正确的是(B) A.有机物中一定含有碳元素 B.完全燃烧只生成 CO2 和 H2O 的化合物都是烃 C.大多数有机物分子中碳原子与碳原子之间或碳原子与其他原子之间相结合的化学键 是非极性共价键和极性共价键 2-1-c-n-j-y D.有机物可以人工合成 解析:有机物通常是指含碳元素的化合物,但 CO、CO2、Na2CO3 等少数物质,虽含有碳 元素,但其性质却跟无机物相似,故一般把它们归为无机物,A 项正确;完全燃烧只生成 CO2 和 H2O,仅说明该化合物中含有 C、H 两种元素,但不一定说明只由 C、H 两种元素组成,B 项错误;有机物中碳与碳之间不论是单键、双键、三键,都是非极性共价键,而碳与其他原 子间多为极性共价键,C 项正确;D 项显然正确;答案为 B。 21*cnjy*com 2.煤矿容易发生瓦斯爆炸,瓦斯爆炸往往与矿坑中的甲烷有关,下列相关的叙述中, 错误的是(A) A.点燃甲烷不必事先进行验纯 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.点燃混有空气的甲烷不一定会爆炸 解析:甲烷的爆炸极限为 5%~15.4%(即甲烷体积在空气中含量为 5%~15.4%)。如果甲 烷中混有空气,点燃时可能会发生爆炸,因此点燃之前必须验纯,A 错;其他选项明显正确, 答案为 A。【来源:21cnj*y.co*m】

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3.下图分别是 CH4、CCl4、CH3Cl 的分子球棍模型图,下列说法正确的是(B)

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 解析:CCl4 分子的空间结构同 CH4 相似,为正四面体结构,CH3Cl 中的 C—H 键和 C—Cl 键不同,不是正四面体结构。【出处:21 教育名师】 4.下列反应中,属于取代反应的是(D) 高温 A.CH4― ― →C+2H2 光 B.H2+Cl2― ― →2HCl 点燃 C.CH4+2O2― ― →CO2+2H2O 光 D.CH4+Cl2― ― →CH3Cl+HCl 解析:A.甲烷分解为碳和氢气,属于分解反应,错误;B.属于化合反应,错误;C.甲烷 的燃烧反应属于氧化还原反应,错误;D.甲烷与氯气在光照条件下的反应属于取代反应,正 确;答案选 D。21·cn·jy·com 5.下列物质在一定条件下可跟 CH4 发生化学反应的是(D) A.酸性高锰酸钾溶液 B.溴水 C.氢氧化钠溶液 D.溴蒸气 解析:在通常情况下,CH4 的化学性质比较稳定,不与强酸、强碱、强氧化剂发生反应, 不能使酸性高锰酸钾溶液、溴水褪色,但在光照条件下能与溴蒸气发生取代反应。 6.下列事实、事件、事故中与甲烷无关的是(B) A.天然气的主要成分 B.石油催化裂化及裂解后的主要产物 C.“西气东输”中气体 D.煤矿中的瓦斯爆炸 解析:A.天然气的主要成分为甲烷,A 正确;B.石油的裂化就是在一定的条件下,将石 油从相对分子质量较大、沸点较高的烃断裂为相对分子质量较小、沸点较低的烃的过程。产 物主要有乙烯,还有丙烯、异丁烯及甲烷、乙烷、丁烷、炔烃、硫化氢和碳的氧化物等,故

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B 错误;“西气东输”中气体主要指天然气,即甲烷,故 C 正确;D.煤矿中的瓦斯指甲烷, 故 D 正确,此题选 B。www-2-1-cnjy-com

能 力 提 升 7.将 1 mol 甲烷和适量的 Cl2 混合后光照,充分反应后生成的 CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、 CCl4 四种有机产物的物质的量依次增大 0.1 mol,则参加反应的 Cl2 的物质的量为(B) A.1.5 mol B.3 mol C.4.5 mol D.6 mol 解析:解答此题宜用原子守恒法。CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4 中的碳原子都是从 CH4 中 来的, 故这四种取代物共 1 mol, 设 CH3Cl 的物质的量为 x, 则 x+(x+0.1 mol)+(x+0.2 mol) +(x+0.3 mol)=1 mol,得 x=0.1 mol,即 CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4 四种有机产物的物 质的量依次为 0.1 mol、0.2 mol、0.3 mol、0.4 mol,含 Cl 原子的物质的量共为 0.1 mol×1 +0.2 mol×2+0.3 mol×3+0.4 mol×4=3 mol。而一个 Cl2 分子中只有一个 Cl 原子参加 取代反应,因此消耗的 Cl2 也为 3 mol。【版权所有:21 教育】 8.下列叙述不正确的是(A) A.一氯甲烷分子呈正四面体结构 B.在甲烷的四种氯的取代物中,只有一氯甲烷常温下是气体 C.由甲烷(CH4)的氯代物有 4 种,可推知乙烷的氯代物有 9 种 D.由于 CH4 是易燃易爆的气体,所以点燃 CH4 前一定要检验其纯度 解析: CH4 是正四面体结构, 但 CH3Cl 中因 C—Cl 键不同于 C—H 键, 所以是四面体结构, 而不是正四面体结构,故 A 项错误;B 项明显正确;由乙烷的结构式 CHHHCHHH 可知,其一 氯取代物有 1 种,二氯取代物有 2 种[CHHClCHClH、CHHHCHClCl],三氯取代物有 2 种,四氯 取代物有 2 种,五氯取代物和六氯取代物各有 1 种,这样,C2H6 的氯代物共有 9 种,故 C 项 正确;点燃 H2、CO、CH4 等易燃易爆的气体前,一定要验纯,这是实验的基本常识,D 项正 确;答案为 A。www.21-cn-jy.com 9.个体小煤矿经常发生瓦斯爆炸事故,造成多人伤亡,因此在矿井里,必须采取安全 措施,如通风、严禁烟火等,而且要随时检查瓦斯的体积分数,如果空气中含甲烷 5%~15%, 遇到明火会发生爆炸。发生最强烈爆炸时空气中甲烷所占的体积分数是(B) A.5% B.9.1% C.10.5% D.15% 解析: 爆炸极限是指可燃性气体与空气的混合物点燃能发生爆炸的浓度范围。 事实上在 这个浓度范围内爆炸强弱程度不同,其中有一个爆炸最强点,它所要满足的条件是:在混合 气体中,可燃性气体与助燃性气体的体积比恰好是完全反应时的比值。根据反应 CH4 + 点燃 2O2― ― →CO2+2H2O,恰好完全反应时 V(CH4)∶V(O2)=1∶2,空气中氧气所占的体积比约为 1/5,甲烷占混合气体的体积分数约为 1/(1+10)×100%=9.1%。【来源:21·世纪·教育·网】 10.如图,某气体 X 可能由 H2、CO、CH4 中的一种或几种组成,将 X 气体燃烧,把燃烧 后生成的气体通过 A、B 两个洗气瓶。试回答下列问题。21 教育名师原创作品

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(1)若 A 洗气瓶的质量增加,B 洗气瓶的质量不变,则气体 X 是________。 (2)若 A 洗气瓶的质量不变,B 洗气瓶的质量增加,则气体 X 是________。 (3)若 A、B 两个洗气瓶的质量都增加,则气体 X 可能是________。 点燃 解析: 此题主要考查根据洗气瓶中质量的变化, 确定原气体 X 的成分。 由于 2H2+O2===== 点燃 点燃 2H2O,2CO+O2=====2CO2,CH4+2O2― ― →CO2+2H2O,21*cnjy*com H2SO4 吸收水,石灰水吸收 CO2。 (1)若 A 瓶质量增加,B 瓶质量不变,说明气体 X 燃烧只生成水,故 X 为 H2。 (2)若 A 瓶质量不变,B 瓶质量增加,说明气体 X 燃烧只有 CO2 生成,故 X 为 CO。 (3)若 A、B 两瓶质量都增加,说明气体 X 燃烧产物既有 H2O 又有 CO2,故 X 气体为不确 定成分。它可以是 CH4 或以下组合:H2、CO;H2、CH4;CO、CH4;H2、CO、CH4。 答案:(1)H2 (2)CO (3)CH4 或 H2、CO 或 H2、CH4 或 CO、CH4 或 H2、CO、CH4

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