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【精选】

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。
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？
浑浊
CO2
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。
(3)取代反应。 ①实验探究：甲烷与Cl2的取代反应。
实 验 操 作
实 验 A装置：试管内气体颜色逐渐_变__浅___，试管内壁有 现 _无__色__油__状__液__体__出现，试管中有少量_白__雾___，试管内液 象 面___上__升___，水槽中有_固__体__析__出_； B装置：_无__变__化___
D．①②③④
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。
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_碳___元素，常有_氢___、_氧___元素， 还含有氮、硫、卤素、磷等元素。
2．烃：仅含有_碳___、__氢__两种元素的有机物称为碳氢 化合物，也称为烃。_甲__烷___是最简单的烃。
甲烷的存在及其结构特点 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。
多数不能燃烧
电离性
多数是非电解质
多数是电解质
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
颜色 气味 状态
密度
溶解性
_无_色 无__味 _气__体_ 0.717 g·L－1，比空气_小___ _极__难__溶于水
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。
________
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。
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。
综合拓展
一、有机物与无机物的比较
性质和反应
有机物
无机物
溶解性
多数不溶于水，易溶于 大多数溶于水，而不溶
有机溶剂
于有机溶剂
耐热性
多数不耐热，熔点较低，多数耐热，难熔化，熔
一般在400 ℃以下
点一般比较高
可燃性
多数可以燃烧
(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、NH＋4 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。
有机物分子里的某些原 一种单质跟一种化合物
定义 子或原子团被其他原子 反应，生成另一种单质
或原子团所替代的反应 和另一种化合物的反应
反应物 化合物与单质或化合物 一种单质和一种化合物
(续上表)
生成物
一般生成两种化合物
反应条件
反应受催化剂、温度、 光的影响
反应中电子 得失
不一定有电子的转移
另一种化合物和另一 种单质 水溶液中置换遵循强 制弱的原则
答案：BC
4．下列物质中不能和氯气发生取代反应的是( B )
A．CH3Cl
B．CCl4
C．CH4
D．CH2Cl2
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( B )
A．Cl2 C．NH3
B．CH4 D．SO2
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
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( D )
A．CH3Cl
B．CH2Cl2
C．CHCl3
D．HCl
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．1 mol甲烷完全燃烧需要2 mol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( )
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。
实 CH4和Cl2在___光__照___条件下发生反应，化学方程式： 验 __C_H__4＋__C__l2_―_光―_照→__C__H_3_C_l_＋__H_C_l________； 结 __C_H__3C__l＋__C_l_2_―光_―_照→__C_H_2_C_l_2_＋__H_C_l______________； 论 __C_H__2C__l2_＋__C_l_2 _―光_―照_→__C_H__C_l3_＋__H__C_l_____________；
__C_H__C_l3_＋__C_l_2_―光_―_照→__C_C__l4_＋__H_C__l _______________
②取代反应的概念：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。
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？
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＋3O2 2CO＋4H2O
D．甲烷与氯气在点燃条件下发生取代反应
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( )
一定有电子的得失
尝试应用 1．烃是( C ) 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
2．下列物质：①CO2；②CHCl3；③CH4；④CCl4，其 中结构具有正四面体构型的是( )
A．①②③
B．③④
C．②③④
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 ___碳___原子为中心，四__个__氢__原子为顶点形成_正__四__面__体__结__构_， 4个C—H键的长度和强度__相__同____，夹角_相__等___。具体见下 表。
名 称
分子式
电子式
结构式
空间构型
甲烷的分 子模型
甲 烷 CH4 ______
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____________，
不能重合，是两种物质(即同分异构体)，与B项矛盾。
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。
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
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。
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。
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。
有机化合物
第一节 最简单的有机化合物——甲烷 第1课时 甲烷的性质
情
课
知
典
课
境
标
识
例
时
导
点
导
精
训
入
击
学
析
练
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。
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__不__反__应__。
(2)氧化反应。
点燃条件下，CH4能在空气中燃烧，化学方程式为 _____C_H_4_＋__2_O_2_―_点_―_燃→__C_O__2＋__2_H__2_O_______。
淡蓝色
燃烧
水珠 H2O
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。
6．1 mol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y mol。
四、置换反应与取代反应的辨析
类型
实 例
区别
取代反应 甲烷与氯气反应
置换反应 Zn＋H2SO4=== ZnSO4＋ H2↑