最简单的有机物-甲烷

对比：
二：甲烷的制法
1、制取甲烷；
固—固加热型 该装置制取哪些气体？ O2 NH3 CH4
怎样检验甲烷？ 淡蓝色火焰 CH4是饱和烃， 不与酸或碱溶液反应。 不能使酸性KMnO4溶液退色
生石灰作用：降低氢氧化钠固体对试 管的腐蚀；吸收可能产生的水分。
CH3 COONa + NaO
CaO H △ Na2CO3 +

小结
决定
无色无味的气体，
化学性质
物理性质
极难溶于水， 密度比空气小。
稳定性：甲烷不能使溴水或 酸性高锰酸钾溶液褪色。
反应
氧化反应 取代反应
分解反应
⑴取代反应的概念 ⑵关于四种氯代甲烷
⑶反应特点：分步取代，而生成物是多种物质的混合物。
－ 冰” “可燃
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替代能 源.
甲烷是正四面体结构的充分依据： CH2Cl2不存在同分异构体。
思考：甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构，而不是平 面正方形结构，其理由是（ B ） A、CH3Cl不存在同分异构体 B、CH2Cl2不存在同分异构体
转化率如何变化？
解（1）设N2、H2的起始物质的量分别为x、y N2+3H2 2NH3 总量 起始 x y 0 x+y 2 6 （2变化 ）若平衡后再加若干 H24 , 则平衡向右移动。 平衡 x-2 y-6 4 x+y-4 N2的转化率提高。 ∴ ( x y) /( x y 4) 13/ 8
CH4↑
1.氧化反应：
CH4＋2O2
点燃
CO2＋2H2O
说明：甲烷中如混有O2或空气，达到一定比例点火会爆炸，
CH4爆炸极限：5%~15% 甲烷在空气中含量9.5%爆炸最激烈 H2爆炸极限：4%~74.2% 氢气在空气中含量29.6%爆炸最激烈
生成的水若是气态，燃烧前后气体体积不变。若常温下，体积减少
CHCl3 + Cl2
光照
CCl4(l) + HCl
四氯化碳：良好的有机溶剂，可作灭火剂。
在所有的产物中，HCl物质的量最多 甲烷与氯气的取代反应：
CH4 + Cl2
生成的有机物中只有 CH3Cl是气体，其它三种是液体。 光照 光照 光照
CH3Cl(g) + HCl
CH3Cl + Cl2
CH2Cl2(l) + HCl
H2 的转化率降低。 x 2.4(m ol) y /( y 6 ) 4 / 1 结论：在已达到化学平衡中，增加某反应物浓 y 8(m ol) 2 （ N2 ）= ×100%=83.3% 度，可使另反应物转化率提高，但本身转化率 2 .4 6 降低。 （ H2 ）= 100 % 75%
8
•从有生命的生物体中得到的物质---有机化合物 •从无生命的物体中得到的物质------无机化合物
1828年，Gottingen大学的德国教授Friedrich wohler从已知 的无机物 NH4OCN（ 氰酸铵）合成了尿素，给生命力学说一 个有力的冲击。
KOCN + NH4Cl
氰酸钾 氯化铵
取代反应 受热分解
四.甲烷的用途
①做气体燃料——西气东输。 ②从甲烷可以制得氯仿和氟利昂。 CHCl3 + HF CHFCl2 + HCl
③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。
④甲烷在一定条件下氧化生成一氧化碳、氢气 的混合物，用它们可以合成甲醇。
千年的希望
[补充题] 在体积固定密闭容器中，加入一定量的氮气和氢
气在一定条件下合成氨达到平衡，测得体系中NH3为4mol， 起始与平衡时的压强之比为13：8， 且开始时H2的物质的 量 :平衡时H2的物质的量＝4：1. 求（1）N2和H2的转化率。 （2）若平衡后增加H2的浓度, 则平衡怎样移动？N2和H2的
Leabharlann Baidu
溶解性
耐热性
易溶于有机溶剂 多数不耐热熔点较低
可燃性 多数可以燃烧 有机物种类繁多的原因：
多数是电解质 电离性 多数是非电解质 1、碳原子有4个价电子，在化合物中易形成四 比较简单副反应少 化学反应 比较复杂副反应多
个共价键。碳原子不仅可以和其它原子形成共 速率较快 速率较慢 价键，而且碳原子和碳原子之间也可以以多种 方式形成共价键。 2、 “同分异构”现象在有机物中普遍存在。
4x= 1 ( “C”守恒 ) 消耗Cl2 =10x=2.5
X=0.25mol 生成HCl =2.5mol
探讨
混合气体重49.6g。当其缓慢经过CaCl2时，CaCl2增重 25.2g，则气体中CO2的质量为 （ ）
（课堂过关2）一定量的甲烷燃烧后得到产物CO、CO2和水蒸汽，此
CH4 1mol
O2
CHCl3 + Cl2
光照
CHCl3(l) + HCl
CCl4(l) + HCl
（课堂过关1） 1摩CH4 与 足量的Cl2反应，
CH3Cl~Cl2 x x CH2Cl2~2Cl2 x 2x CHCl3~3Cl2 x 3x
平均生成四种氯代物，则消耗Cl2多少摩？可生成HCl多少摩？ CCl4~4Cl2 x 4x
下反应，生成
新的有机物
（问）CH4 与 Cl2以物质的量比1∶1反应，有几种产物？
有5种，其中无机物1种---HCl, 在所有产物中，HCl最多 有机物4种：CH3Cl(g) CH2Cl2(l) CHCl3(l) CCl4(l)
甲烷与氯气的取代反应：
CH4 + Cl2 CH3Cl + Cl2 CH2Cl2 + Cl2
4x= 0.6 ( “C”守恒 ) 消耗Cl2 =10x=1.5
X=0.15mol 生成HCl =1.5mol
甲烷与氯气的取代反应：
在所有的产物中， HCl物质的量最多。
CH4 + Cl2
CH3Cl + Cl2
光照
光照 光照
CH3Cl(g) + HCl
CH2Cl2(l) + HCl
CH2Cl2 + Cl2
重点题再回顾：
21.将2mol H2O和2mol CO置于1L容器中，在一定条件下，加 2H2＋O2 热至高温，发生如下可逆反应： 2H2O（g） 2CO+O2 2CO2 （1）当上述系统达到平衡时，欲求其混合气体的平衡组成，则 至少还需要知道 H2O 和 H2，或 ， 两种气体的平衡浓度，但这两种气体不能同时是 CO和 CO2 。（填它们的分子式） （2）若平衡时O2和CO2的物质的量分别为 n（O2）平＝a mol， n（CO2）平＝b mol。 试求n（H2O）平＝ 。（用含a、b的代数式表示） 2H2O（g） 反应掉：2(a+b/2) 2CO+O2 b/2 反应掉：b 2H2＋O2 a +b/2 2CO2 b n（H2O）平 ＝2-2 (a+b/2) =(2－2a－b) mol
NH4OCN + KCl
氰酸铵 氯化钾
（无机物） （加热） CO (NH2)2 尿素（有机物）
Wohler的尿素合成法，一个以无机物为原料制备的有机物
1、有机物: 含有碳元素的化合物为有机物。
（ 碳的氧化物、碳酸、碳酸盐、碳的金属化合物等 看作无机物。因它们的组成和性质与无机物相似）
2、有机物组成元素：
（思考：空气中甲烷含量达到多时爆炸最激烈？）
设空气的体积为100体积，则O2为21体积 点燃
CH4＋2O2 10.5 21
CO2＋2H2O
VCH4%= 点燃
10.5 ⅹ100% = 9.5% 10.5+100
2H2＋O2 42 21
2H2O
42 42+100 ⅹ100% = 29.6%
VH2%=
三、甲烷的化性：
C、CHCl3不存在同分异构体
D、CH4中四个键的键长与键角都相等 Cl H —C — H Cl H Cl — C — H Cl
二者是同一种物质
（4） 1摩CH4 与 足量的Cl2反应，最多可生成 则可生成HCl多少摩？ 2.5摩
4 摩HCl
（5） 1摩CH4 与 足量的Cl2反应，平均生成四种氯代物， （3）燃烧等质量的下列物质，耗氧量最多的是（ A ）
CO
+ CO2
1mol
+
H2O 2mol 25.2g 1.4mol
49.6 - 25.2 = 24.4g
设混合气体中CO2 物质的量为 X X+Y=0.7 44X+28Y=24.4
0.7mol
X=0.3mol Y=0.4mol
混合气体中CO2的质量为 13.2g
（课堂过关3） CH4和过量O2混合，用电火花引燃后，测 得反应后气体的密度为同温同压下H2密度的15倍。则原混 合气体中甲烷和O2的体积比为（温度为120℃）（ C） A.1∶3 B. 1∶5 C.1∶7 D.2∶7 分析：反应后气体的密度为同温同压下H2密度的15倍,
光照 光照 光照
CH3Cl(g) + HCl CH2Cl2(l) + HCl CHCl3(l) + HCl
氯仿：良好的有机溶剂，可作麻醉剂。 CHCl3变质，2CHCl3+O2→2HCl+ 2COCl2 , 如何证明？ 光气：剧毒 用AgNO3溶液,如变浑浊，证明已变质。 AgNO3+HCl=AgCl↓+HNO3
第三章 第一节
最简单的有机化合物——甲烷
只含碳氢元素 的有机物
含1个碳原子的 最简单的烷烃
有机物
烃
烷烃
甲烷
含碳元素的化 合物
只含碳碳单 键的烃
§3~1 最简单的有机物--CH4 P60~64 烃: 仅含碳氢两种元素的有机物（又称碳氢化合物）。
一、甲烷的结构：CH4是最简单的有机物。含C%最少：75%
2.取代反应
一氯甲烷常温气体
二氯甲烷常温液体 三氯甲烷 氯仿 麻醉剂
四氯甲烷或四氯化碳
常温液体
取代反应——有机化合物的某些原子或原子团被其它原子
常温液体
灭火
萃取剂
观察·实验
实验现象
1：混合气体颜色变 浅 体积比 约1：4 2：出现油状物。 3：量筒中液面上升 4.水槽中有少量晶体 析出
结
论
氯气甲烷在光照
碳、氢、氧、氮、硫、磷、卤素等
主要元素 其他元素
3.烃: 仅含碳氢两种元素的有机物（又称碳氢化合物）
用CxHy表示。
4.可燃冰是什么？ 甲烷水合物.CH4·nH2O “21世纪能源”或“未来能源”
问:有机物与无机物有何明显区别？
性质和反应
有 机 物
多数不溶于水，
无机 物
有些溶于水，而不溶 于有机溶剂 多数耐热熔点较高 多数不可燃烧
燃烧等物质的量的下列物质，耗氧量最多的是（ B ）
A、CH4 C、CH3CH2OH B、C4H10 D、C3H6
燃烧等质量的烃，耗氧量最多的是CH4，含氢质量分数大的。 燃烧等物质的量的烃下列物质，耗氧量最多的是 x+y/4
气体状态方程：PV=nRT P代表压强；V表示体积；n表示物质的量；R 是一个常数；T代表开尔文温度。 1、如果保持P、T不变： v1 n1 则气体的体积比等于物质的量之比，即 v2 n2 1 M 1 则气体的密度比等于摩尔质量之比，即 2 M 2 2、如果保持V、T不变： 则气体的压强比等于气体物质的量之比，即 P n1 1 P2 n2
则M=2×15=30 温度为120℃ 为等体积反应 CH4 (g) + 2O2 (g) → CO2 (g) + 2H2O (g)
密度=m/V，则反应前后密度不变.平均相对分子质量不变
CH4 16 O2 32
2
30
14
原混合气体中CH4和O2的体积比=1:7
讨论
取代反应与置换反应的区别
取代反应
适用于有机反应
1、存在：是沼气、坑气（瓦斯）、天然气的主要成分。 思考： 碳原子有几个价电子？ 它与氢结合形成哪种化学键 2、结构：正四面体型分子. 4个价电子
极性共价键
充分依据： CH2Cl2不存在同分异构体。 碳原子的四个价键之间的键角都是109°28′ CH4是一个以极性键形成的非极性分子。 （因结构对称，极性抵消）
置换反应
适用于无机反应
反应物、生成物中 反应物、生成物中 不一定有单质 一定有单质 逐步取代 ，很多反 反应一般是单向进行 应是可逆的 反应能否进行受催化剂、在水溶液中进行的置 温度、光照等外界条件 换反应遵循金属或非 影响较大 金属的活动顺序
小结
总体：性质较稳定 甲烷 化学性质 具有可燃性
一定条件下
CH2Cl2 + Cl2
CHCl3 + Cl2
光照
CHCl3(l) + HCl
CCl4(l) + HCl
探讨 若要将0.6摩CH4 与 足量的Cl2反应，
CH3Cl~Cl2 x x CH2Cl2~2Cl2 x 2x
生成相同物质的量的四种氯代物，则消耗Cl2多少摩？ CHCl3~3Cl2 x 3x CCl4~4Cl2 x 4x