2013-2014学年高一化学人教版必修二辅导与检测课件 第3章 第1节 第1课时 甲烷的性质.ppt

第一节最简单的有机化合物 甲烷第1课时甲烷的性质 有机化合物 第1课时甲烷的性质 低碳社会来临 全球能源结构待变 清洁 环保的能源成为时代新宠 与全球地质学家一样 我国专家将目标指向一种储量巨大 清洁环保 前景广阔的 特殊天然气 它就是 可燃冰 又称天然气水合物 其主要成分是甲烷 我国经 过十几年艰苦的努力 于2007年5月1日 2009年9月25日先后宣布在南海海域和青海陆域冻土带钻获 可燃冰 实物样品 我国台湾的 可燃冰 研究也处于国际领先水平 甲烷的分子结构有什么特点 具备什么样的性质 它作为新生代能源又有什么优势呢 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 有机化合物的组成 1 组成元素 主要为 元素 常有 元素 还含有氮 硫 卤素 磷等元素 2 烃 仅含有 两种元素的有机物称为碳氢化合物 也称为烃 是最简单的烃 碳氢氧 碳氢 甲烷 甲烷的存在及其结构特点 1 存在 甲烷是 油田气和煤矿坑道气的主要成分 2 结构特点甲烷的分子式和结构简式都是CH4 在甲烷分子中以 原子为中心 原子为顶点形成 4个C H键的长度和强度 夹角 具体见下表 相同相等 天然气沼气 碳四个氢正四面体结构 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 甲烷的性质 1 甲烷的物理性质 无无气体小极难 2 化学性质 1 稳定性 通常状况下 CH4性质稳定 与强酸 强碱 强氧化剂均 2 氧化反应 点燃条件下 CH4能在空气中燃烧 化学方程式为 不反应 CH4 2O2CO2 2H2O 特别关注 燃烧时火焰呈淡蓝色的物质有 CO CH4 H2 H2S等气体 还有固态硫 液态酒精等 淡蓝色燃烧 水珠 H2O 浑浊 CO2 3 取代反应 实验探究 甲烷与Cl2的取代反应 变浅 无色油状液体白雾 上升固体析出无变化 取代反应的概念 有机物分子里的某些 或 被其他 或 所替代的反应叫取代反应 光照 原子团原子原子团 原子 CH4 Cl2CH3Cl HClCH3Cl Cl2CH2Cl2 HClCH2Cl2 Cl2CHCl3 HClCHCl3 Cl2CCl4 HCl 应用思考 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 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 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 综合拓展 一 有机物与无机物的比较 二 甲烷分子的正四面体结构1 CH4分子的空间构型为正四面体 4个C H键的长度 强度和夹角完全相同 因此CH4分子中的4个氢原子性质完全相同 1 若将CH4分子中的4个氢原子全部用其他的相同的原子或原子团替代 则该原子形成的分子结构仍为正四面体 如CCl4 2 若CH4分子中的4个氢原子被其他的不同原子或原子团替代 则该原子形成的分子结构仍为四面体 但不属于正四面体 如CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 2 中学化学中常见的具有正四面体结构的物质有CH4 CCl4 P4 金刚石 晶体硅 等 特别关注 CH4分子属于10电子分子 CH4分子中的化学键均为共价单键 三 甲烷取代反应的注意事项1 反应条件为光照 在室温暗处不发生反应 但不能用强光直接照射 否则会发生爆炸 2 反应物中卤素为纯卤素 如甲烷通入溴水中不反应 3 甲烷的取代反应是一种连锁反应 即第一步反应一旦开始 后续反应立即进行 4 与Cl2相似 其他卤素单质在光照条件下 也能与CH4发生取代反应 5 光照CH4与Cl2的混合物 生成物中各物质均含有 其中HCl的物质的量最多 6 1mol有机物CxHy与Cl2发生完全取代反应时 消耗Cl2的最大物质的量为ymol 四 置换反应与取代反应的辨析 类型 实例 续上表 尝试应用 1 烃是 A 含有碳 氢元素的有机物B 含有碳元素的化合物C 仅由碳 氢两种元素组成的有机物D 完全燃烧只生成二氧化碳和水的化合物 C 2 下列物质 CO2 CHCl3 CH4 CCl4 其中结构具有正四面体构型的是 A B C D 解析 CH4和CCl4是以C原子为中心的正四面体结构 CHCl3分子中由于C原子周围的四个原子不同 其分布不均匀 故不是正四面体 CO2是直线型分子 答案 B 3 双选题 下列物质在一定条件下 可与CH4发生化学反应的是 A 氯气B 溴水C 氧气D KMnO4溶液 解析 CH4与Cl2在光照条件下可以发生反应 CH4在氧气中可以燃烧 CH4和溴水 KMnO4溶液均不反应 答案 AC 一 甲烷的结构 2011年临沂检测 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不存在同分异构体B CH2Cl2不存在同分异构体C CHCl3不存在同分异构体D CCl4不存在同分异构体 解析 解本题可用假设法 先假设甲烷是正方形的平面结构 再逐项判断 即使在平面上 CH3C1 CHCl3 CCl4也只有一种结构 A C D三项均不可选 不能重合 是两种物质 即同分异构体 与B项矛盾 答案 B 变式应用 1 下列关于甲烷的结构 说法错误的是 A 甲烷的四个碳氢键相同B 甲烷分子为正四面体结构C 甲烷分子为正面四边形结构D 甲烷分子中的化学键都是共价键 解析 甲烷的结构式为 是正四面体结构 共有四个碳氢共价键 这四个键是完全相同的 答案 C 二 甲烷的取代反应 把1体积CH4和4体积Cl2组成的混合气体充入大试管中 将此试管倒立在盛有AgNO3溶液的水槽中 放在光亮处 片刻后发现试管内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溶液可观察到 原因是 解析 CH4和Cl2在光照条件下生成CH3C1 气体 CH2Cl2 CHCl3 CCl4和HCl 随着反应的进行 Cl2不断消耗 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 故试管内壁上有油状液滴生成 因生成的HCl易溶于水 反应后试管内气体压强减小 试管内液面上升 且HCl溶于水后 与AgNO3反应生成AgCl白色沉淀 溶液中含有H 故加入紫色石蕊溶液后溶液变红 答案 CH2Cl2 CHCl3 CCl4有白色沉淀产生 Ag Cl AgCl 溶液变红反应生成的HCl溶于水 使溶液显酸性名师点睛 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5种物质的混合物 不会得到纯净的产物 变式应用 2 在光照条件下 将等物质的量的甲烷和氯气充分反应 所得产物中物质的量最多的是 A CH3ClB CH2Cl2C CHCl3D HCl D 水平测试 1 下列叙述中不正确的是 A 点燃甲烷不必事先进行验纯B 甲烷燃烧能放出大量的热 所以是一种很好的气体燃料C 煤矿的矿井要注意通风和严禁烟火 以防爆炸事故的发生D 1mol甲烷完全燃烧需要2mol氧气 解析 虽然甲烷在通常情况下性质比较稳定 但甲烷属可燃性气体 可燃性气体在点燃前需验纯 当空气中甲烷含量在5 15 4 体积分数 范围内时 遇明火将发生爆炸 故A项错误 其他选项都正确 答案 A 2 目前 英国工程师开发出了一款新型环保汽车 这辆车的 加气站 是污水处理厂 因为它使用的燃料是压缩甲烷气体 下列有关甲烷的叙述正确的是 A 甲烷是绿色能源B 甲烷在光照下与氯气反应 其产物中二氯甲烷是正四面体结构 C 表示甲烷完全燃烧的化学方程式为2CH4 3O22CO 4H2OD 甲烷与氯气在点燃条件下发生取代反应 A 3 双选题 把纯净的甲烷与氯气混合放入集气瓶中 用玻璃片盖好瓶口 放在光亮的地方 片刻后 下列说法正确的是 A 气体发生爆炸反应B 瓶内气体的颜色变浅C 用一根蘸有浓氨水的玻璃棒伸入瓶内时有白烟产生D 集气瓶中充满了油状液体 解析 CH4与Cl2若放在强光下会发生爆炸 但在光亮的地方 会缓慢反应 瓶内气体颜色变浅 生成HCl气体和CH3Cl气体 另外三种取代物为液体 故瓶壁上有油珠 但并不充满气瓶 答案 BC 4 下列物质中不能和氯气发生取代反应的是 A CH3ClB CCl4C CH4D CH2Cl2 B 5 下列气体既可以用碱石灰干燥又可以用浓硫酸干燥的是 A Cl2B CH4C NH3D SO2 B 6 如右图所示 U型管的左端被水和胶塞封闭有甲烷和氯气 体积比为1 4 的混合气体 忽略氯气在水中的溶解 让混合气体在光照的条件下缓慢地反应一段时间 1 假设甲烷与氯气充分反应 最终只产生一种有机物 请写出化学方程式 塞 2 经过几个小时的反应后 U型管右端的玻璃管中水柱变化是 A 升高B 降低C 不变D 无法确定 3 试解释U型管右端的玻璃管中水柱变化的原因 解析 CH4与Cl2发生取代反应是一个连续的取代反应 生成四种有机产物 当限定只产生一种产物时 可认为CH4中的氢原子完全被取代 答案 1 CH4 4Cl2CCl4 4HCl 2 B 3 由上述反应的方程式可知 此反应中气体的物质的量减少 且生成的HCl易溶于水 所以左端压强减小至零 故右端玻璃管中的水柱降低 左端气柱消失 能力提升 7 为验证甲烷分子中含有碳 氢两种元素 可将其燃烧产物通过 浓H2SO4 澄清石灰水 无水硫酸铜 正确的顺序是 A B C D 解析 甲烷的燃烧产物为CO2和H2O 验证CO2用澄清的石灰水 验证H2O用无水硫酸铜 若先验证CO2时会带出水蒸气 干扰H2O的检验 因此应先验证H2O再验证CO2 答案 D 8 1mol甲烷和氯气在光照条件下反应生成物质的量相同的4种取代物 则消耗氯气的物质的量是 A 5molB 2 5molC 1molD 2mol 解析 审明题意 反应的甲烷为1mol 生成的CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4各0 25mol 由取代反应的特点可知 每取代一个H原子 即有一分子Cl2反应 故共消耗Cl2 0 25mol 1 0 25mol 2 0 25mol 3 0 25mol 4 2 5mol 答案 B 9 如右图所示 某气体X可能由H2 CO CH4中的一种或几种组成 将气体X点燃 然后将燃烧后生成的气体通过A B两个洗气瓶 试完成下列问题 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 解析 浓硫酸能吸收水蒸气 澄清石灰水能吸收CO2 1 A洗气瓶质量增加 说明燃烧产物有H2O B洗气瓶质量不变 说明燃烧产物无C