高中化學 專題3 有機化合物的獲得與應用 第1單元 化石燃料與有機化合物 第1課時 天然氣的利用 甲烷學案 蘇教版必修2

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1、 第1課時　天然氣的利用　甲烷 學習目標：1.認識甲烷的結(jié)構(gòu)特點并會書寫甲烷的分子式、結(jié)構(gòu)式和電子式。2.知道甲烷能發(fā)生氧化反應和取代反應，會書寫相應的化學方程式。(重點)3.理解取代反應的概念并能進行判斷。(重點)4.掌握同系物、同分異構(gòu)體的概念并會判斷是否為同分異構(gòu)體或同系物。 [自 主 預 習探 新 知] 一、化石燃料 化石燃料 二、甲烷的組成、結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 1．甲烷的組成和結(jié)構(gòu) 分子式：CH4，電子式：，結(jié)構(gòu)式：。 甲烷分子的空間結(jié)構(gòu)是正四面體構(gòu)型。碳原子位于四面體的中心，四個氫原子分別位于四面體的4個頂點。 2．物理性質(zhì) 顏色 狀態(tài) 氣味 密度 水溶性

2、無色 氣態(tài) 無味 ρ(CH4)＜ρ(空氣) 難溶 3.化學性質(zhì) (1)穩(wěn)定性 在通常情況下，甲烷是比較穩(wěn)定的，跟強酸、強堿或強氧化劑等一般不起反應。甲烷不能使酸性KMnO4溶液褪色，也不能使溴的四氯化碳溶液褪色。 (2)氧化反應 純凈的甲烷在空氣中安靜的燃燒，火焰呈淡藍色，放出大量的熱，反應的化學方程式為CH4＋2O2CO2＋2H2O。 (3)取代反應 ①甲烷與Cl2在光照下的反應實驗探究 實驗操作 實驗現(xiàn)象 (ⅰ)瓶內(nèi)黃綠色逐漸消失，最后變?yōu)闊o色； (ⅱ)集氣瓶內(nèi)壁有油狀液滴出現(xiàn)； (ⅲ)集氣瓶內(nèi)液面上升，水槽中有晶體。 反應原理 CH4＋Cl2CH3

3、Cl＋HCl CH3Cl＋Cl2CH2Cl2＋HCl CH2Cl2＋Cl2CHCl3＋HCl CHCl3＋Cl2CCl4＋HCl ②取代反應：有機化合物分子中的某種原子(或原子團)被另一種原子(或原子團)所取代的反應。 4．甲烷的利用 (1)利用甲烷與氯氣發(fā)生取代反應的生成物三氯甲烷制備制冷劑—氟利昂，其過程反應方程式為CHCl3＋HF―→CHFCl2＋HCl。 (2)合成甲醇，其過程為CH4(CO＋H2)CH3OH。 (3)高溫分解生成炭黑，其反應方程式為CH4C＋2H2。 三、烷烴　同系物 1．烷烴 (1)烴：只由碳、氫兩種元素組成的化合物叫碳氫化合物，也叫烴。 (

4、2)烷烴：烴的分子里碳原子間都以碳碳單鍵互相連接成鏈狀，碳原子的其余的價鍵全部跟氫原子結(jié)合，達到飽和狀態(tài)。其通式為CnH2n＋2。 (3)命名 n≤10：依次稱為甲烷、乙烷、丙烷、丁烷…… n≥11：直接根據(jù)碳原子數(shù)稱某烷，如C16H34稱為十六烷。 2．同系物 分子結(jié)構(gòu)相似，組成上相差1個或若干個“CH2”原子團的有機化合物互稱為同系物。如甲烷(CH4)、乙烷(CH3CH3)、丙烷CH3CH2CH3互為同系物。 [基礎自測] 1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“”) (1)煤主要含有碳元素，煤是純凈物。(　　) (2)點燃甲烷氣體之前必須檢驗其純度。(　　) (3)甲

5、烷與氯水在光照條件下發(fā)生取代反應。(　　) (4)烷烴的通式是CnH2n＋2(n≥1)，但符合通式CnH2n＋2(n≥1)的不一定是烷烴。(　　) 【答案】　(1)　(2)√　(3)　(4) 2．下列敘述不正確的是(　　) A．甲烷與氯氣發(fā)生取代反應后的產(chǎn)物中，常溫下只有一種有機氣體 B．甲烷化學性質(zhì)比較穩(wěn)定，一定不會發(fā)生氧化反應 C．甲烷跟氯氣反應無論生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3還是CCl4，都屬于取代反應 D．甲烷與氯氣反應后得到的所有有機物都難溶于水 B　[甲烷與氯氣發(fā)生取代反應后的五種產(chǎn)物中，常溫下CH3Cl和HCl為氣體，其余為液體，只有HCl能溶于水，其

6、余的產(chǎn)物都難溶于水，A、D正確；CH4的性質(zhì)比較穩(wěn)定，通常情況下，不與強酸、強堿、強氧化劑反應，但可以在氧氣中燃燒，B錯誤；甲烷與氯氣反應生成四種有機物的反應都屬于取代反應，C正確。] 3．下列關于同系物的說法中，錯誤的是(　　) A．同系物具有相同的最簡式 B．同系物之間相對分子質(zhì)量相差14或14的整數(shù)倍 C．同系物符合同一通式 D．同系物的化學性質(zhì)基本相似 A [合 作 探 究攻 重 難] 分析烷烴結(jié)構(gòu)，推導烷烴化學性質(zhì) [背景材料] 甲烷、乙烷、丙烷和正丁烷結(jié)構(gòu)式分別如下： [思考交流] (1)觀察上述結(jié)構(gòu)式，總結(jié)烷烴在組成、結(jié)構(gòu)上的相似之處。 【

7、提示】　組成元素均只含有C、H兩種元素；化學鍵均只含有C—C、C—H(CH4無C—C)；均為鏈狀。 (2)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，根據(jù)甲烷的性質(zhì)推測其它烷烴的化學性質(zhì)。 【提示】　穩(wěn)定性、氧化反應(燃燒)、取代反應。 烷烴的化學性質(zhì) 烷烴的化學性質(zhì)和甲烷相似，通常情況下不與強酸、強堿以及強氧化劑發(fā)生反應，都不能夠使酸性高錳酸鉀溶液以及溴水褪色。 (1)在光照條件下與鹵素單質(zhì)發(fā)生取代反應 CnH2n＋2＋X2CnH2n＋1X＋HX。 (2)燃燒反應 CnH2n＋2＋O2nCO2＋(n＋1)H2O。 識別、判斷同系物 [背景材料] [思考交流] (1)上述三種烷烴

8、互為同系物嗎？為什么？ 【提示】　互為同系物，因為這三種烴結(jié)構(gòu)相似且分子組成上相差了n個CH2。 (2)CH2==CH2與相差1個CH2，二者互為同系物嗎？ 【提示】　不是。二者結(jié)構(gòu)不相似，一種含有碳碳雙鍵屬于烯烴，一種是環(huán)烷烴。 (3)CH3CH2CH2CH3與是否屬于同系物？為什么？ 【提示】　不是。因為同系物在分子組成上必須相差1個或若干個CH2原子團，一定具有不同的分子式。而CH3CH2CH2CH3與分子式相同，屬于同分異構(gòu)體。 (4)同系物具有同一通式，具有同一通式的有機物一定是同系物嗎？ 【提示】　不一定。如CH2==H2和通式相同，均為CnH2n，但它們均不為同系物

9、，所以具有同一通式的有機物不一定是同系物。 1．同系物判斷的兩個標準 (1)分子結(jié)構(gòu)相似即屬于同一類物質(zhì)。 (2)分子組成上僅相差一個或若干個CH2原子團。 2．同系物判斷的三個關鍵點 (1)“同”——互為同系物的物質(zhì)必須屬于同一類物質(zhì)。 (2)“似”——結(jié)構(gòu)相似，是指化學鍵類型相似，分子中各原子的結(jié)合方式相似。 (3)“差”——組成上相差n個CH2原子團(n≥1)。 ①同系物一定具有不同的碳原子數(shù)(或分子式)。 ②同系物一定具有不同的相對分子質(zhì)量(相差14n)。 3．判斷同系物時應注意的兩個問題 (1)互為同系物的分子中各元素的質(zhì)量分數(shù)可能相同，也可能不同。 (2

10、)同系物和同分異構(gòu)體的區(qū)別，同系物結(jié)構(gòu)相似，組成不同，分子式不同；同分異構(gòu)體分子式相同，結(jié)構(gòu)可能相似也可能不相似。 [當 堂 達 標固 雙 基] 題組1　甲烷的組成、結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 1．下列關于甲烷的說法不正確的是(　　) A．甲烷分子具有正四面體結(jié)構(gòu) B．甲烷分子中的四個C—H鍵相同 C．甲烷分子是平面正方形結(jié)構(gòu) D．甲烷分子的結(jié)構(gòu)式是 C 2．下列有關甲烷的說法中錯誤的是(　　) A．采煤礦井中的甲烷氣體是植物殘體經(jīng)微生物發(fā)酵而來的 B．天然氣的主要成分是甲烷 C．甲烷是沒有顏色、沒有氣味的氣體，極易溶于水 D．甲烷與氯氣發(fā)生取代反應所生成的產(chǎn)物四氯甲烷是一種效率

11、較高的滅火劑 C　[甲烷是由古代生物發(fā)酵而來的，故說法A正確；天然氣的主要成分是CH4，故說法B正確；甲烷是無色無味的氣體，難溶于水，故說法C錯誤；四氯化碳不支持燃燒，可以滅火，故說法D正確。] 3.把1體積CH4和4體積Cl2組成的混合氣體充入試管中，將此試管倒立在盛有AgNO3溶液的水槽中，放在光亮處，片刻后發(fā)現(xiàn)試管壁上有油狀液滴出現(xiàn)，該油狀液滴可能是________，水槽中還觀察到________，原因是_______________(用離子方程式解釋)。若向水槽中再滴入幾滴紫色石蕊試液又觀察到_____________________。 【解析】　CH4和Cl2反應的產(chǎn)物中，

12、HCl極易溶于水，能電離出H＋和Cl－，其他產(chǎn)物均為有機物，部分呈氣態(tài)，部分為油狀液體。CH4和Cl2在光照條件下反應生成CH3Cl(氣體)、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl，隨著反應進行，Cl2不斷消耗，試管中黃綠色逐漸消失，又由于生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4常溫下均為無色液體，使試管壁上有油狀液滴出現(xiàn)；因生成的HCl易溶于水，反應后，試管內(nèi)氣體壓強減小，試管內(nèi)水位上升，HCl溶于水后，與AgNO3反應生成AgCl白色沉淀，同時溶液顯酸性，故加入紫色石蕊試液后溶液變紅。 【答案】　CH2Cl2、CHCl3、CCl4　有白色沉淀產(chǎn)生　Ag＋＋Cl－===AgCl↓　溶液

13、變紅 烷烴取代反應的易錯點小結(jié) 題組2　烷烴的結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 4．下列說法不正確的是(　　) A．烷烴中每個碳原子都形成四個共價單鍵 B．正丁烷的四個碳原子可以在同一條直線上 C．甲烷、乙烷、丙烷的結(jié)構(gòu)都只有一種 D．任何烷烴分子不可能為平面結(jié)構(gòu) B　[C原子的最外層有四個電子，故能與其他原子形成四個共價鍵，在烷烴中原子之間都是單鍵，A正確；由碳原子的四個共價鍵在空間排列成四面體結(jié)構(gòu)推知，丁烷的四個碳原子一定不在同一條直線上，B錯誤；烷烴從丁烷開始才有同分異構(gòu)體，C正確；烷烴中C原子形成四個共價鍵，這四個鍵在空間排列成四面體型，故不可能為平面結(jié)構(gòu)，D正確。] 5．下列

14、有關烷烴性質(zhì)的敘述中不正確的是(　　) A．所有烷烴性質(zhì)都很穩(wěn)定，常溫下很難被強氧化劑氧化 B．分子式的通式為CnH2n＋2，均能與氯氣發(fā)生取代反應 C．所有烷烴的結(jié)構(gòu)都與甲烷類似，故常溫下都是氣體 D．隨著碳原子數(shù)的增加，烷烴的熔沸點逐漸升高 C　[烷烴的化學性質(zhì)與甲烷類似，常溫下難與酸、堿、強氧化劑反應，A正確；烷烴的典型化學性質(zhì)就是取代反應，B正確；烷烴的結(jié)構(gòu)與甲烷類似，但其熔沸點隨碳原子數(shù)的增加而增大，碳原子數(shù)多于4個時為液體，碳原子數(shù)多于17個時呈固態(tài)，C錯，D正確。] 題組3　同系物 6．下列有關同系物的說法中錯誤的是(　　) ①丙烷和異丁烷互為同系物?、诜肿咏M成相

15、差一個或若干個CH2原子團的有機物是同系物?、刍橥滴锏膬烧咧刑?、氫元素的物質(zhì)的量之比一定相同　④互為同系物的兩種有機物的物理性質(zhì)有差別，但化學性質(zhì)相似 A．①②③④　　　　　 B．只有②③ C．只有③④ D．只有①②③ B　[丙烷和異丁烷的結(jié)構(gòu)相似，分子組成上相差一個“CH2”，兩者互為同系物，①正確；同系物的結(jié)構(gòu)首先相似，②錯；甲烷與乙烷互為同系物，兩者中碳、氫元素的物質(zhì)的量之比可能不同，③錯；根據(jù)烷烴物理性質(zhì)的遞變性可知，同系物之間化學性質(zhì)相似，物理性質(zhì)不同，④正確。] 7．下列物質(zhì)互為同系物的是(　　) B　[A項為同種物質(zhì)；B項互為同系物；C項所含氯原子數(shù)不同，分子組成不是相差一個CH2原子團或其倍數(shù)；D項不是同一類別的物質(zhì)，故不屬于同系物。] 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375