人教版高一化学必修2第三章第一节甲烷,(学案+教案+典型例题+巩固练习)高品质版

人教版高一化学必修2第三章第一节甲烷,(学案+教案+典型例题+巩固练习)高品质版
本节主要学习甲烷的结构、性质，烷烃的概念、性质，同系物、同分异构体的概念，用2 课时完成。

甲烷是最简单的有机物，利用甲烷的球棍模型和比例模型认识甲烷的分子结构，通过实验了解甲烷的取代反应，并进一步了解甲烷的物理性质和化学性质。

通过观察乙烷、丙烷、丁烷等的球棍模型，分析它们的结构特点，从而得出烷烃的结构特点和概念；通过对正丁烷与异丁烷的结构与性质的比较，了解有机物的同分异构现象。

第第1 课时
甲烷【学习目标】
知识目标1. 了解甲烷的存在和用途。

2. 了解甲烷分子的立体结构。

3. 掌握甲烷的化学性质。

能力目标1. 认识甲烷的空间结构。

2. 理解取代反应的概念和特点。

重点：甲烷的结构和性质难点：甲烷的空间结构，取代反应的概念课前自主预案
【空格点击】
一、有机化合物组成有机物的元素除碳外，常有氢、氧，还含有氮、硫、卤素、磷等，其中仅含碳和氢两种元素的有机物称为碳氢化
合物，也称为烃，最简单的有机物是甲烷。

二、甲烷1. 甲烷的分子式为CH 4 ，电子式为，结构式为。

甲烷的分子是一种对称的正四面体结构，四个C-H 键的长度和强度相同，夹角相等。

2. 甲烷是一种没有颜色没有气味的气体，密度比空气小，极难溶于水。

3. 通常情况下，甲烷比较稳定，与高锰酸钾等强氧化剂不反应，与强酸、强碱也不反应。

但在一定条件下，甲烷也会发生某些反应。

4. 请写出甲烷完全燃烧时的化学反应方程式CH 4 +2O 2 CO 2 +2H 2 O 。

5. 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替代的反应叫取代反应。

甲烷与氯气反应的第一步反应的化学方程式为：CH 4 +Cl 2 CH 3 Cl+HCl 。

【思考交流】
1. 甲烷比较稳定，不能被任何氧化剂氧化，这种说法是否正确？提示：不正确。

通常情况下，甲烷比较稳定，不能被高锰酸钾等强氧化剂，但在点燃条件下，
甲烷能在空气或氧气中燃烧，即甲烷能氧气氧化。

2. 根据实验，完成下表：
序号操作实验现象有关方程式（1）
将甲烷依次通入酸性高锰酸钾溶液、浓硫酸和溴水。

（2）
点燃纯净甲烷，在火焰上罩一干燥烧杯，然后倒转烧杯并入少量澄清石灰水。

（3）
用试管收集一定量甲烷与氯气，放在漫射光下照射。

（4）根据上述操作和现象，归纳总结甲烷的组成和性质。

：
提示：（1）酸性高锰酸钾溶液、浓硫酸和溴水均无明显变化
不反应；（2）甲烷燃烧发出淡蓝色火焰，烧杯内壁有水珠，澄清石灰水变浑浊CH 4 +2O 2 CO 2 +2H 2 O
Ca(OH) 2 +CO 2
CaCO3 ↓+H 2 O
（3）
气体颜色变浅，试管壁上有油珠生成
CH 4 +Cl 2
HCl+CH 3 Cl（再写下几步亦可）
（4）甲烷的组成元素中肯定有碳和氢，在通常情况下，甲烷的性质比较稳定，一般不与硫酸等强酸、高锰酸钾等强氧化剂反应，也不与溴水反应，在点燃条件下甲烷可以在氧气中燃烧，在光照条件下甲烷可以与氯气发生取代反应。

课堂互动学案
考点一甲烷的分子结构【知识归纳】
1. 甲烷的分子结构实验证明，甲烷分子里4 个氢原子并不在同一
个平面上，整个分子是一种对称的正四面体结构，4 个氢原子分别位于正四面体的 4 个顶点上，4 个C—H 键强度相同，夹角（109°28′）相同。

下图分别为甲烷的球棍模型、比例模型和分子结构示意图：
2. 有机物与无机物的区别
有机物无机物结构大多数有机物只含共价键有些含离子键，有些含共价键或同时含离子键和共价键溶解性多数不溶于水，易溶于汽油、酒精、多数溶于水，而难溶于有机溶剂
苯等有机溶剂耐热性多数不耐热，熔点较低（一般低于400℃）多数耐热，熔点较高可燃性多数能燃烧多数不能燃烧电离性多数为共价化合物，多数是非电解质有离子化合物，也有共价化合物，多数（如酸、碱、盐等）是电解质反应特点一般比较复杂，副反应多，反应速率慢，方程式一般用“→”连接一般比较简单，副反应少，反应速率快，方程式用“===” 连接
【典例解析】
例例1、、（2009 江苏学业水平测试）下列关于甲烷的叙述错误．．的是（
）
A．天然气的主要成分B．最简单的有机物C．含碳质量分数最大的有机物
D．与氯气在光照条件下能发生取代反应审题导读：根据甲烷的组成、结构及性质分析。

思路解析：甲烷是含碳质量分数最小、含氢质量分数最大的有机物，
C 项错误。

参考答案：C 规律总结：甲烷是天然气、沼气、煤矿坑道气等的主要成分，也是最简单的有机物，同时也是含碳质量分数最小、含氢质量分数最大的有机物，其主要性质是燃烧和光照条件下发生取代反应。

【跟踪训练】
1. 下列说法中正确的是
（
）
A. 有机物都是从有机体中分离出来的物质
B. 有机物都是共价化合物
C. 有机物不一定都不溶于水
D. 有机物不具备无机物的性质解析：从无机体中也能提取有机化合物，A 项不正确；有机物分子里各原子大都以共价键结合为共价化合物，但也有形成离子键的离子化合物，如CH 3 COONa，CH 3 COONH 4 ：B 项不正确；有机化合物大多数不溶于水，但也有溶于水的，如乙醇、乙酸、葡萄糖等，C 项正确；有机化合物与无机化合物性质差别较大，但有些有机化合物也具有某些无机化合物的性质，如乙酸(CH 3 COOH) 具有酸性等，D 项不正确。

答案：C 2. 2010 年6 月5 日是第39 个世界环境日，联合国环境规划署确定今年“六·五”世界环境日主题是：“多样的物种·惟一的星球·共同的未来”，呼吁保护生物多样性和呵护地球家园；我国确定今年世界环境日的主题为：“低碳减排·绿色生活”，号召公众从我做起，推进污染减排，践行绿色生活，为建设生态文明、构建环境友好型社会贡献力量。

为了减
少大气污染，许多城市推广汽车使用清洁燃料。

目前使用的清洁燃料主要有两类，一类是压缩天然气（CNG），另一类是液化石油气（LPG）。

这两类燃料的主要成分都是（
）
A. 碳水化合物
B. 烃类
C. 氢气
D. 醇类解析：天然气的主要成分是甲烷，液化石油气的主要成分是丙烷、丁烷等混合物，它们都仅含碳和氢两种元素，都属于碳氢化合物，即属于烃。

答案：B 考点二取代反应与置换反应比较
【知识归纳】
取代反应置换反应定义有机物分子里的某些原子或原子团被一种单质和一种化合物反应生成另一
其他原子或原子团所替代的反应。

种单质和另一种化合物的反应。

反应特点反应物：有机化合物与单质或化合物；生成物：不一定有单质；很多反应进行不完全，速度慢反应物和生成物中都一定有单质一般能反应完全，速度较快本质反应中无电子转移反应中有电子转移反应条件反应的进行受温度、光照和催化剂等外界条件影响反应的进行受金属活动性顺序或非金属活动性顺序的限定，水溶液中置换遵循“以强制弱”的原则【典例解析】
例例2 、将1 mol CH 4 与Cl 2 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Cl 2 的物质的量为（）
A. 0.5 mol
B. 2 mol
C. 2.5 mol
D. 4 mol 审题导读：根据CH 4 与Cl 2 的各步取代反应及物质的量关系进行计算。

思路解析：1 mol CH 4 生成四种有机取代物的物质的量各为
0.25mol，根据取代反应的特点可知，每取代1molH，即有1molCl 2 参加反应，共消耗Cl 2 的物质的量：0.25mol ×(1+2+3+4)=2.5 mol。

故 C 项正确。

参考答案：C 规律总结：CH 4 与Cl 2 发生取代反应时，由于各步取代反应可同时发生，得到的产物一般均为混合物，最多可以有氯化氢、一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷（氯仿）、四氯甲烷（四氯化碳）等五种产物。

【跟踪训练】
3. 1 mol CH 4 和1 mol Cl 2 在光照条件下反应，下列叙述正确的是（
）
A. 化合物与单质间的置换反应
B. 取代反应
C. 既是置换反应，又是取代反应
D. 只生成一氯甲烷和氯化氢解析：CH 4 与Cl 2 在光照条件下反应中没有单质生成，不属于置换反应而属于取代反应，A项和 C 项不正确，B 项正确；产物除一氯甲烷和氯化氢外还可能有二氯甲烷、三氯甲烷等生成，D 项不正确。

答案：B 4. 将漫射日光照射到装有氯气和甲烷混合气体（体积比为4:1）的装置上（如下图）。

现列出如下现象，其中正确的是（）
①试管内黄绿色逐渐消失
②试管内黄绿色加深
③无任何现象
④试管内液面上升
⑤试管内壁上有油状物生成A. ①
B. ①④和⑤
C. ①和⑤
D. ②和⑤ 解析：氯气和甲烷在光照条件下能发生取代反应，生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳等有机物和氯化氢，其中只有氯气为黄绿色，其他均为无色，随着反应进行，氯气被消耗，黄绿色逐渐消失，则①正确，②和③不正确；生成物中二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳都是油状液体，且氯化氢溶于饱和食盐水，试管内压强减小，液面上升，④和⑤也正确。

故正确的为①④和⑤，答案为B 项。

答案：B 课后巩固练案
1. 下列物质在一定条件下，可与甲烷发生取代反应的是（
）
A. 氧气
B. 氯气
C. 高锰酸钾溶液
D. 浓硫酸解析：通常情况下，甲烷的性质比较稳定，一般不与硫酸等强酸、高锰酸钾等强氧化剂反应，在点燃条件下甲烷可以在氧气中燃烧，在光照条件下甲烷可以与氯气发生取代反应。

故答案为 B 项。

答案：B 2. 下列反应中，光照对反应几乎没有影响的是（
）
A. 氯气与氢气的反应
B. 氯气与甲烷的反应
C. 氧气与甲烷的反应
D. 次氯酸的分解解析：氯气与氢气的混合气在光照条件下能发生爆炸；氯气与甲烷在光照条件下发生取代反应；次氯酸在光照条件下加速分解；只有氧气与甲烷的反应光照几乎没有影响。

故答案为C项。

答案：C 3. 下列叙述错误的是（
）
A. 通常情况下，甲烷跟强酸、强碱、强氧化剂不反应
B. 甲烷化学性质比较稳定，不能被任何氧化剂氧化
C. 甲烷跟氯气反应无论生成CH 3 Cl、CH 2 Cl 2 、CHCl 3 还是CCl 4 ，都属于取代反应
D. 通常状况下CH 3 Cl 为气体解析：在点燃条件下甲烷可以燃烧，即被氧气氧化，B 项不正确。

答案：B 4. 鉴别甲烷、一氧化碳和氢气三种无色气体的方法，是将它们分别（
）
A. 先后通人溴水和澄清的石灰水
B. 点燃后罩上涂有澄清石灰水的烧杯
C. 点燃，先后罩上干燥的冷烧杯和涂有澄清石灰水的烧杯
D. 点燃后罩上涂有澄清石灰水的烧杯，通人溴水解析：根据甲烷、一氧化碳和氢气燃烧产物的不同，甲烷燃烧生成CO 2 和H 2 O，烧杯中有水珠，澄清石灰水变浑浊，一氧化碳燃烧生成CO 2 ，烧杯中无水珠，澄清石灰水变浑浊，氢气燃烧生成H 2 O，烧杯中有水珠，澄清石灰水不变浑浊，三者现象不同，可以鉴别。

故答案为C 项。

答案：C 5. 下列叙述中错误的是（
）
A. 点燃甲烷不必先验纯
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. 在人类已知的化合物中，品种最多的是第IVA 族元素的化合物解析：可燃性气体在点燃前都必须检验纯度，以防止因气体不纯而发生爆炸，A 项错误。

故答案为 A 项。

答案：A 6. 下列分子式不只代表一种物质的是（
）
A. CH 2 Cl 2
B. CHCl 3
C. CH 3 Cl
D. C 解析：CH 2 Cl 2 、CHCl 3 、CH 3 Cl 都以看作CH 4 分子中氢原子被氯原子取代的产物，CH 4 是正四面
体结构，4 个氢的位置完全等价，因此CH 2 Cl 2 、CHCl 3 、CH 3 Cl 都只代表一种物质；而C 有多种同素异形体如金刚石、石墨等，故答案为 D 项。

答案：D 7. 经过马拉松式的艰难谈判，联合国气候变化大会当地时间19 日下午在达成不具法律约束力的《哥本哈根协议》后闭幕。

所有在哥本哈根会议上预期要实现的目标都要在2010 年墨西哥会议上继续进行。

《哥本哈根协议》中要求：从科学角度出发，必须大幅度减少全球碳排放，并应当依照IPCC 第四次评估报告所述愿景，将全球气温升幅控制在 2 摄氏度以下。

已知天然气的主要成分CH 4 是一种会产生温室效应的气体，等物质的量的CH 4 和CO 2 产生的温室效应，前者大。

下面是有关天然气的几种叙述：①天然气与煤、石油相比是较清洁的能源；②等质量的CH 4 和CO 2 产生的温室效应也是前者大；③燃烧天然气也是酸雨的成因之一。

其中正确的是（
）
A. ①②③
B. 只有①
C. ①和②
D. 只有③ 解析：天然气的燃烧产物只有CO 2 和H 2 O，是一种比清洁的能源，不会形成酸雨，①正确，③不正确；据题意，等物质的量的
CH 4 和CO 2 产生的温室效应，前者大，则等质量时，CH 4的物质的量大，因而CH 4 温室效应更大，②正确。

故答案为 C 项。

答案：C 8. 2010 年5 月3 日据《新华网》报导，贵州省金沙县一乡镇煤矿发生瓦斯爆炸事故，事故发生在 2 日上午7 时50 分左右，当时煤矿井下工作人员共有68 人，事故发生后，有61 人安全升井，7
人死亡，1 人受伤。

如果空气中混入甲烷的体积达到总体积的 4.9%～16%，点燃时就会发生爆炸。

则发生爆炸最剧烈时，甲烷在空气中的体积分数约为（
）
A. 5%
B. 8%
C. 9.1%
D. 10.5% 解析：爆炸最剧烈时也就是甲烷与空气中的氧气恰好完全反应时，设空气中甲烷的体积为xL，根据甲烷燃烧的方程式CH 4 +2O 2 →CO 2 +H 2 O 可知，xL 甲烷完全燃烧需2xL 氧气，另外空气中还有氮气的体积约为8xL，则甲烷在空气中的体积分数约为：
x x __8 2 ×100=9.1%，故答案为C 项。

答案：C 9. 下列反应中属于置换反应的是
，属于取代反应的是。

①Zn+H 2 SO 4 ===ZnSO .。