苏教版必修2 专题3 第一单元 第一课时 天然气的利用　甲烷 学案.doc

第一单元化石燃料与有机化合物第一课时 天然气的利用甲烷课标要求1会书写甲烷的分子式、结构式、电子式，知道甲烷分子的结构特点。2知道甲烷能发生氧化反应和取代反应，会书写相应的化学方程式。3知道取代反应的概念。1.甲烷分子是正四面体结构，碳原子位于正四面体的中心，四个氢原子位于四个顶点。烷烃中与碳原子相连的四个原子构成四面体结构。2甲烷的氧化反应：甲烷可在空气中安静的燃烧，但不能被酸性kmno4溶液氧化。3甲烷的特征性质取代反应：(1)生成一氯甲烷的反应：ch4cl2ch3clhcl；(2)量的关系：1 mol h被取代，消耗1 mol cl2，生成1 mol hcl。4烷烃的分子通式是cnh2n2，在烷烃分子中，碳原子间以碳碳单键相连，其余价键均与氢原子相连，并达到饱和。甲烷的存在、用途及结构1甲烷的存在与用途(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。我国的天然气主要分布在中西部地区及海底。(2)主要用途甲烷易燃烧，完全燃烧生成co2、h2o并放出大量的热量，因此甲烷可用作燃料。天然气和沼气都是理想的清洁能源。甲烷还可用作化工原料。2甲烷的组成与结构分子式电子式结构式空间构型甲烷的分子模型ch4正四面体结构，c原子位于正四面体中心，h原子位于四个顶点上1已知标准状况下，甲烷的密度是0.717 gl1，你能确定甲烷的相对分子质量吗？甲烷中含碳75%、含氢25%，则甲烷的分子式是什么？提示：甲烷的相对分子质量是0.71722.416，甲烷分子中碳原子数为 1，氢原子数为4，故甲烷的分子式为ch4。2根据甲烷的正四面体结构推测ch2cl2结构应该有几种？提示：甲烷的立体结构为，因此，ch2cl2中的2个cl在空间一定处于相似位置，ch2cl2只有一种结构。1证明甲烷分子是正四面体结构的方法甲烷的正四面体结构，可以通过研究ch2cl2存在几种结构来确定。ch4有四个等同的ch键，在空间上可能有两种对称分布：正四面体结构和平面正方形结构，如图所示。若是正四面体结构，甲烷分子中任意两个氢原子被两个氯原子取代，ch2cl2的结构只有一种；若是平面正方形结构，则取代的两个氢原子分邻位和对位，ch2cl2的结构有两种。科学研究发现，ch2cl2的结构只有一种，说明甲烷是正四面体结构。2甲烷空间结构的两点拓展应用(1)若ch4分子中的4个氢原子全部用其他相同的原子替代，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。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ch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解析：选c甲烷分子的空间结构是正四面体，不是平面正方形。2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：选d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的表达出甲烷分子中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。甲烷的性质1物理性质颜色状态气味密度(与空气相比)水溶性无色气体无味比空气小极难溶于水2.化学性质(1)甲烷燃烧的现象和化学方程式现象：在空气中安静地燃烧，火焰呈淡蓝色。化学方程式：ch42o2co22h2o。(2)ch4与cl2在光照时反应的化学方程式ch4cl2ch3clhcl；ch3clcl2ch2cl2hcl；ch2cl2cl2chcl3hcl；chcl3cl2ccl4hcl。(3)甲烷的4种氯代产物的性质常温下为气体的是ch3cl，常温下为液体的是ch2cl2、chcl3和ccl4。不溶于水的是ch3cl、ch2cl2、chcl3和ccl4。特别提醒有机反应比较复杂，常有副反应发生，因此有机反应的化学方程式常用“”而不是“=”。1如何检验ch4的燃烧产物？提示：将甲烷点燃，在火焰上方罩一洁净而干燥的烧杯，若烧杯内壁有水雾生成，则证明燃烧产物中有h2o，然后迅速将烧杯倒转过来，向其中加入少量澄清石灰水，石灰水变浑浊，则说明有co2生成。21 mol甲烷与1 mol cl2在光照条件下充分反应，所得的产物只有一氯甲烷吗？提示：1 mol ch4与1 mol cl2光照条件下发生取代反应得到一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳的混合物。3ch4和cl2取代反应的产物中物质的量最多的是什么？它与cl2在量上有什么关系？提示：因为在ch4和cl2的取代反应中，每一步都有hcl生成，故产物中物质的量最多的是hcl。根据化学方程式可知，每生成1 mol hcl则消耗1 mol cl2，故反应生成的hcl与反应消耗的cl2的物质的量相等。甲烷与氯气等卤素单质反应时注意的问题(1)反应条件光照但不能用强光直接照射，否则会发生爆炸，在黑暗处不发生反应。(2)物质状态与氯气相似，其他卤素单质在光照条件下，也能与甲烷发生取代反应。反应物中的卤素为卤素单质，如甲烷通入溴水中不反应。 (3)连锁反应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)产物 光照甲烷与氯气的混合物，得到甲烷各种氯代物与hcl的混合物，生成物中hcl的物质的量最多。(5)数量关系ch4与cl2发生取代反应时，有1 mol h被取代，就有1 mol cl2被消耗，同时生成1 mol hcl。即1 mol cxhy与cl2发生取代反应时，最多可消耗y mol cl2。1在标准状况下，22.4 l ch4与氯气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，则消耗的氯气为()a0.5 molb2 molc2.5 mol d4 mol解析：选c1 mol ch4与氯气发生取代反应，生成ch3cl、ch2cl2、chcl3、ccl4各0.25 mol，该四种取代物中n(cl)0.25 mol(1234)2.5 mol，根据取代反应特点，的氯原子进入氯化氢，所以n(hcl)2.5 mol，故生成物中所含氯原子共2.5 mol2.5 mol5 mol，参加反应的氯气为n(cl2)2.5 mol。2用“短线”将甲烷与cl2在广口瓶内混合并在光照条件下发生反应的实验现象和产生这些现象的原因连接起来。广口瓶内气体 颜色变浅ach2cl2、chcl3、ccl4都 是难溶于水的油状液体广口瓶内壁有 油状液滴出现b生成的hcl极易溶于水， 导致广口瓶内气体压强减小广口瓶中有少 量白雾产生 c.cl2被消耗，产生无色物质广口瓶内液面上升d反应中产生的hcl与水蒸 气结合形成盐酸小液滴答案：cadb烷烃1两个概念2烷烃(1)分子通式：cnh2n2(n1)。(2)习惯命名n1012345678910甲烷乙烷丙烷丁烷戊烷己烷庚烷辛烷壬烷癸烷n10直接根据碳原子数称某烷c16h34：十六烷，c18h38：十八烷(3)化学性质(类似甲烷)稳定性：通常状态下烷烃性质稳定。可燃性：烷烃都能燃烧，燃烧通式为cnh2n2o2nco2(n1)h2o。取代反应：烷烃都能与卤素单质在光照下发生取代反应。写出c2h6与cl2在光照条件下生成一氯代物的化学方程式：c2h6cl2c2h5clhcl。3同系物(1)概念“相似”分子结构相似；“相差”分子组成相差1个或若干个“ch2”原子团。(2)实例ch4与ch3ch3、丙烷(ch3ch2ch3)、正丁烷(ch3ch2ch2ch3)互为同系物。1由烷烃的分子通式计算烷烃分子中能形成多少条共价键？提示：烷烃的通式为cnh2n2(n为碳原子数)，碳、氢原子提供的成键电子数之和为4n2n26n2，电子对数也就是共价键数为(6n2)3n1，即能形成3n1条共价键。2互为同系物的两种化合物的最简式一定相同吗？提示：不一定。ch4与ch3ch3互为同系物，但ch3ch3的最简式为ch3。3相对分子质量相差14的化合物是否属于同系物？提示：不一定；如乙烷(相对分子质量30)和co2(相对分子质量44)相差14，但二者不属于同系物。判断同系物的方法1判断标准“同类不同碳”2组成特点(1)同系物必须结构相似。(2)分子组成通式相同。(3)同系物相对分子质量相差14或14的整数倍。3判断方法4注意事项(1)同系物必须是“有机化合物”。(2)同系物一定具有不同的分子式。若分子式相同就可能属于同分异构体。(3)具有相同通式的有机物除烷烃外都不能确定是不是同系物。1下列有关简单烷烃的叙述中正确的是()都是易燃物特征反应是取代反应相邻两个烷烃在分子组成上相差一个ch3原子团abc d解析：选d烷烃含有碳和氢两种元素，都能燃烧生成二氧化碳和水，正确；烷烃都易发生取代反应，正确；相邻两个烷烃在分子组成上相差一个“ch2”，不正确。2下列数据是有机物的相对分子质量，可能互为同系物的一组是()a16、30、58、72 b16、28、40、52c16、32、48、54 d16、30、42、56解析：选a由于同系物在组成上相差若干个ch2原子团，因此在相对分子质量上相差14或其整数倍，只有a符合。三级训练节节过关1下列关于甲烷的说法正确的是 ()a能使溴的四氯化碳溶液褪色b是天然气的主要成分c不能发生燃烧反应d能使酸性kmno4溶液褪色解析：选ba项，甲烷不能与溴的四氯化碳溶液发生取代反应，将甲烷通入溴的四氯化碳溶液，无现象，错误；b项，天然气的主要成分是甲烷，正确；c项，甲烷是一种可燃性气体，可在空气中安静地燃烧，错误；d项，甲烷性质稳定，不能被酸性kmno4溶液氧化，错误。2下列物质中，属于烷烃的是()ac8h16bch3ch2ohc dch2ch2解析：选ca不符合烷烃通式cnh2n2；b不是烃(含o)；d项分子中碳原子间不是单键结合，不是烷烃。3下列叙述正确的是()a分子式相同，各元素质量分数也相同的物质是同种物质b通式相同的不同物质一定属于同系物c分子式相同的不同物质一定是同分异构体d同系物的性质完全相同解析：选c分子式相同的物质，结构不一定相同，可能是同分异构体；通式相同的不同物质不一定是同系物，也可能是同分异构体或是其他关系；同系物的化学性质相似，物理性质不同。4将等物质的量的甲烷和氯气混合后，在漫射光的照射下充分反应，生成物中物质的量最大的是()ahcl bch3clcch2cl2 dccl4解析：选a等物质的量的ch4和cl2混合后反应，ch3cl、ch2cl2、ccl4、chcl3都有生成，生成这四种物质的时候，都有hcl生成，即hcl的物质的量最大。5如图所示，u形管的左端被水和胶塞封闭有甲烷和氯气(体积比为14)的混合气体，假定氯气在水中溶解度可以忽略。将封闭有甲烷和氯气的混合气体的装置放置在有光亮的地方，让混合气体缓慢的反应一段时间。(1)假设甲烷与氯气反应充分，且只产生一种有机物，请写出化学方程式：_。(2)经过几个小时的反应后，u形管右端的玻璃管中水柱变化是_。a升高 b