第一单元化石燃料与有机化合物 (2)

第一单元化石燃料与有机化合物,第1课时天然气的利用甲烷,专题3有机化合物的获得与应用,1.会写甲烷的分子式、结构式、电子式，知道甲烷的结构特点。2.知道甲烷能发生氧化反应和取代反应，会写化学方程式。3.理解取代反应的概念并能进行判断。,一、甲烷的存在、用途及结构,导学探究,1.化石燃料的组成与成分,C、H,C、H,H、O,C,有机化合物,无机物,千年的希望“可燃冰”,可燃冰是天然气（甲烷等）的水合物，它易燃烧，外形似冰，被称为“可燃冰”。“可燃冰”储量较大，可燃冰将成为最理想的替代能源。,西气东输是我国目前一项巨大工程,输送的气体就是天然气,天然气的主要成份是甲烷,目前,农村普遍使用的沼气的主要成分也是甲烷,而且,科学家从海底发现了一种新能源“可燃冰”,实际上是甲烷的水合物。据估计,可燃冰的贮存量能提供人类社会1000年的能源使用。所以,为了合理开发并利用这些能源,我们今天要来研究天然气的利用以及它的主要成分甲烷的性质。,2、甲烷的存在与用途,(1)甲烷的存在甲烷是我们日常生活中接触到的最简单的有机物，是动植物残体在隔绝空气情况下分解而产生的。,甲烷在自然界中的存在：池沼的底部(沼气)，油田气和煤矿坑道(坑气、瓦斯)，天然气(一般含CH48097)，可燃冰等。,(2)甲烷的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。,已知甲烷的密度在标准状况下是0.717g/L，含碳75%，含氢25%。利用这些数据怎样确定甲烷的分子式？,22.4L/mol0.717g/L=16g/mol,摩尔质量：,1mol该烃中C的物质的量:,1mol该烃中H的物质的量:,CH4,分子式：,解题过程,3、甲烷的组成与结构,CH4,_,_,甲烷的分子结构,科学实验证明：甲烷分子呈正四面体结构，碳原子位于正四面体的中心，四个氢原子位于正四面体的顶点上。,【归纳总结】1.结构式：用短线来表示一对共用电子的图式叫做结构式。2.一个碳原子以4个单键与其他原子相结合时，无论这4个原子是否相同，都分别在四面体的顶点上，但不一定为正四面体，也不可能在同一平面上，并且最多有3个原子共面。,【即时巩固】1.以下关于甲烷的说法中错误的是()A.甲烷分子是由共价键构成的分子B.甲烷分子具有正四面体结构C.甲烷分子中四个CH键是完全等价的键D.甲烷分子中氢原子之间形成共价键,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的状况(),无色,无味,气体,小,难溶,二、甲烷的性质【导学探究】1、甲烷的物理性质,2、甲烷的化学性质,现象：明亮的淡蓝色火焰，放出大量的热。,1.甲烷的燃烧,注意:甲烷在点燃之前要验纯，否则可能发生爆炸。,检验甲烷燃烧产物的简单方法是：,答案甲烷燃烧时，将冷而且干燥、洁净的小烧杯罩在火焰的上方，小烧杯内壁有水珠凝结，证明甲烷中有氢元素；迅速将小烧杯倒转，向小烧杯中加入少量澄清石灰水，石灰水变浑浊，证明甲烷中含有碳元素。,3.甲烷、氢气等可燃性气体点燃之前应注意什么？如何检验CH4的纯度？,答案点燃CH4、H2等可燃性气体前必须检验气体的纯度。用排水法收集一试管甲烷气体，用拇指堵紧试管口，移向火焰，当试管口靠近火焰时松开拇指，若仅听到很小的声音，说明此纯度的甲烷点燃时不会爆炸；若听到尖锐的爆鸣声，说明甲烷的纯度不符合在空气中点燃的要求。,实验：把甲烷通入盛有酸性高锰酸钾溶液的试管里，观察紫色溶液是否有变化？,实验现象：溶液颜色没有变化。,实验结论：甲烷不与酸性高锰酸钾溶液反应,结论：通常情况下，甲烷不仅不与高锰酸钾等强氧化剂反应，与强酸、强碱也不发生反应，说明通常情况下甲烷的化学性质是比较稳定的。,2.甲烷的稳定性,高锰酸钾溶液,(3)甲烷的取代反应实验探究按要求完成下列实验，并填写下表：,变浅,油状液滴,上升,少量固体析出,无明显现象,光照,2、甲烷的取代反应,(一氯甲烷),一氯甲烷的形成,CH3Cl,气态（g）,(二氯甲烷),ClCl,+,光,+,二氯甲烷的形成,CH2Cl2,液态（l）,(三氯甲烷),ClCl,+,光,+,三氯甲烷的形成,CHCl3,液态（l）,氯仿,(四氯甲烷),ClCl,+,光,+,四氯甲烷的形成,CCl4,液态（l）,四氯化碳,甲烷取代反应机理,取代反应的概念：有机化合物分子中的某种被另一种_所的反应叫取代反应。,原子(或原子团),原子(或原子团）,代替,甲烷与Cl2取代产物的性质一氯甲烷:无色气体二氯甲烷：难溶于水、密度比水大的无色液体三氯甲烷：又叫氯仿无色不溶于水、密度比水大的液体，常用作有机溶剂四氯甲烷：又叫四氯化碳无色不溶于水、密度比水大的液体，常用作有机溶剂、灭火剂,问题讨论,a、若把甲烷分子中的一个氢原子换成氯原子变成一氯甲烷，还是正四面体结构吗？,答案因CH键与CCl键的长度不同，故CH3Cl是四面体结构，但不是正四面体结构。,b.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？,c.CH3Cl、CCl4只有一种结构，能说明CH4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吗？,e.能否用CH4和Cl2反应制取纯净的CH3Cl？如果CH4和Cl2按体积比11混合反应，能否只得到CH3Cl?,答案都不能，不只得到CH3Cl。CH4与Cl2的取代反应是逐步进行的，无论二者的物质的量之比是多少，反应一旦引发，反应不会停留在哪一步上，所以四种取代产物都会生成，得不到纯净的CH3Cl。,d、二氯甲烷可以写成和两种形式，它们是同分异构体吗？,答案不是，甲烷是正四面体结构，所以这两种形式表示的为同一种物质。,f、假设1molCH4中的H原子完全被取代，最多需要摩尔Cl2。最多能生成摩尔HCl?,4,4,产物用途：H2是合成氨及合成汽油等工业的原料。C是橡胶工业的原料，可以用于制造颜料、油墨、油漆等。,甲烷常温时很稳定，但在高温时可分解；,(4)甲烷的分解反应,甲烷的高温分解反应方程式：,Zn+H2SO4=ZnSO4+H2,有机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,一种单质跟一种化合物反应，生成另一种化合物和另一种单质的反应。,一种化合物和一种单质或化合物（反应物中至少有一种是有机物）,一种单质和一种化合物,一般生成两种化合物,另一种化合物和另一种单质,不一定发生电子转移，因此不一定是氧化还原反应,一定发生电子的转移,很多反应是可逆反应，副反应较多，用“”连接,一般是不可逆反应，用“=”连接,【归纳总结】取代反应与置换反应的比较：,化学键不变，原子(团)位置交换。表示为AACDACAD,单质1化合物1=单质2化合物2,甲烷的用途,4.甲烷在一定条件下氧化生成一氧化碳和氢气的混合物，用它们可以合成甲醇。,1.作气体燃料西气东输。,2.甲烷热分解的产物炭黑是橡胶工业的重要原料，也可用于制造颜料、油墨和油漆等。,3.甲烷可以制得氯仿和氟利昂。,4、在光照条件下，将1molCH4与Cl2反应，得到等物质的量的4种取代物，则消耗Cl2的物质的量为()A.1molB.2molC.2.5molD.10mol,【即时巩固】3.下列叙述中错误的是()A.点燃甲烷前不必进行验纯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.点燃甲烷不一定会爆炸,解析因为CH4与Cl2发生取代反应生成的四种取代物中的碳原子均来自于CH4，由碳原子守恒可知，1molCH4与Cl2发生取代反应共生成1mol取代物，且每一种取代物的物质的量均为0.25mol。由于CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4分子中的Cl原子均来自Cl2，由Cl原子守恒得消耗Cl2的物质的量n(Cl2)(0.250.2520.2530.254)mol2.5mol。答案C,甲烷与氯气发生取代反应，每1mol氢原子被取代需消耗1mol氯气；甲烷与氯气发生取代反应时，即使n(CH4)n(Cl2)11，得到的有机物也不只是CH3Cl，而是四种有机取代产物的混合物。,易错警示,变式训练1有机化合物分子中的某些原子(或原子团)被其他原子(或原子团)所取代的反应叫取代反应。下列化学反应中不属于取代反应的是(),解析取代反应是有机化合物分子中的某些原子(或原子团)被其他原子(或原子团)所取代的反应。A为Br原子取代H原子；B为Cl原子取代OH原子团；C为置换反应；D为Cl原子取代H原子。取代反应是有机反应类型；置换反应一般是无机物的反应类型，个别有机物能发生置换反应。答案C,1、烃：,碳,氢,（1）概念：仅含碳和氢两种元素的有机物称为碳氢化合物，也称为烃,一、烷烃【导学探究】,乙烷,从石油炼制的产品中可以获得一系列和甲烷结构相似的化合物，如：,丙烷,丁烷,烃有多种，其中与甲烷结构相似的有很多，如,(2)烷烃的结构特点：,在烃类化合物中，碳原子之间以单键结合成链状，碳原子剩余的价键全部跟氢原子相结合的烃，使每个碳原子的化合价都已充分利用，都达到“饱和”。这样的烃叫做饱和烃，又叫烷烃。,结构特点,分子里只存在单键所有碳原子不在一条直线上,是锯齿形的是空间结构不是平面形,(3)烷烃的组成通式：。,CnH2n2(n1且n为整数),物质的组成、结构决定物质的性质，这个规律在有机物中体现得尤其明显。烷烃的化学性质与甲烷相似，请写出下列反应的化学方程式(有机物写结构简式)：(1)丙烷的燃烧：。(2)光照条件下，乙烷与氯气发生取代反应(只要求写一氯取代)：。,2、烷烃的性质：,3、烷烃(CnH2n2)的习惯命名法(1)当碳原子数n10时，用表示；若n10时，用中文数字表示。如：C8H18命名为，C18H38命名为。(2)当碳原子数n相同时，用正、异、新来区别。,如：CH3CH2CH2CH2CH3称为，称为，称为。,甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸,辛烷,十八烷,正戊烷,异戊烷,新戊烷,2.烷烃的化学性质(1)通常较稳定，不能被酸性高锰酸钾溶液等强氧化剂氧化，也不能与强酸、强碱发生反应。,【归纳总结】1.烷烃的结构特点(1)烷烃分子里碳原子间都以单键相连接，每个碳原子最多能以4个共价单键与其他碳(或氢)原子相连接。(2)烷烃的空间结构中，碳原子(其数目大于等于3时)不在一条直线上。直链烷烃空间构型是折线形或锯齿状。,二、同系物1.观察比较甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷的球棍模型，你能看出它们之间在分子组成上存在什么样的关系吗？,甲烷,乙烷,丙烷,丁烷,戊烷,2、同系物：,结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质互称为同系物。,烷烃的结构相似是指：,通式_；是_一类物质:碳、碳以单键形成链状；化学式量相差14n；化学性质相似。,相同,同,烷烃中甲烷、乙烷、丁烷等等，它们互称为烷烃的同系物。,烷烃物理性质的递变性,1、C原子数目14，是气体;C原子数目516，是液体;C原子数目16以上，是固体（常温下测定）规律：CnH2n+2(n1)状态：气液固；熔沸点依次升高，相对密度依次增大且小于1，均不溶于水。2、烷烃的熔沸点随C原子数目的增加而升高。3、烷烃的密度随C原子数目的增加而升高。,交流讨论,1.如何理解同系物的概念？如何判断是否互为同系物？,答案同系物概念的内涵有两个，一是分子结构相似，二是分子组成上相差一个或若干个“CH2”原子团。两者要联系在一起，缺一不可。同系物具有相同的通式，但是通式相同的有机物不一定互为同系物，同系物的前提是同一类物质且分子组成上相差一个或若干个“CH2”原子团。同系物的组成元素相同，同系物之间相对分子质量相差14n(n1,2,3，)。判断两种化合物互为同系物的关键：同：两种化合物结构相似；差：两种物质分子组成上相差一个或若干个“CH2”原子团。,2.含有多个碳原子的烷烃(碳原子个数大于或等于3)的所有碳原子都在一条直线上吗？,答案碳原子个数大于或等于3的烷烃分子中的碳原子不在一条直线上。这是因为每两个CC之间的夹角不是180。,3.分子组成符合CnH2n2(n1且n为整数)的烃一定是烷烃吗？,答案一定是烷烃。,【归纳总结】同系物、同分异构体、同素异形体、同位素概念的比较,【即时巩固】3、运动会火炬一般使用丙烷作燃料。下列关于丙烷的说法中正确的是()A丙烷是一种清洁能源，任何情况下均不与强酸、强碱、氧化剂反应B丙烷分子中3个碳原子在一条直线上C1mol丙烷在光照条件下，最多可以与8molCl2发生取代反应