2019-2020学年高中化学 第3章 第1节 最简单的有机化合物-甲烷(第1课时)学案(新人教版)必修2

2019-2020学年高中化学第3章第1节最简单的有机化合物-甲烷
(第1课时)学案(新人教版)必修2
【学习目标】
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。

3．掌握甲烷的化学性质，认识取代反应的特点。

【学习过程】
有机化合物与人类的生活有密切的关系，在衣、食、住、行、医疗、能源、材料、科学技术及工农业生产等领域中都起着重要作用，迄令为止已经超过2000万种。

有机物不仅数量很多，而且分布极广。

例如常见燃料汽油、煤油、柴油；建材中的木材、黏合剂、涂料、油漆；日用品中的塑料、橡胶、纤维、清洁剂；食物中的糖类、油脂、蛋白质等都是有机化合物。

1.有机化合物和烃
（1）有机化合物：绝大多数含碳的化合物都是有机化合物。

有机物与无机物的主要区别如下：
碳、一氧化碳、碳酸盐及碳酸氢盐外，绝大多数含碳的化合物都是有机化合物。

有机物和含碳化合物的正确关系是：有机物一定含碳元素，但含碳元素的物质不一定是有机物。

（2）烃：仅含碳和氢两种元素的有机物称为烃。

人们熟悉的甲烷就是最简单的烃，也是最简单的有机物。

2.甲烷的物理性质：甲烷存在于天然气田、煤矿坑道、池沼等，甲烷是一种无色、无味的气体，密度比空气小，极难溶于水。

3.甲烷的结构：
因为碳原子有四个价电子，欲形成八个电子的稳定结构，需要形成四对共用电子对才能达到八个电子的稳定结构；氢原子核外有一个电子，欲形成两个电子的稳定结构，需要形成一对共用电子对才能达到两个电子的稳定结构。

所以甲烷的化学式为：CH4。

经过科学实验证明甲烷分子的结构是对称的正四面体结构，碳原子位于正四面体的中心，4个氢原子分别位于正四面体的4个顶点上，四个C—H键强度相同。

①电子式：②结构式：③比例模型：④球棍模型：
在甲烷分子里，虽然C—H键都是极性键，但CH4分子是一种高度对称的正四面体结构，四个C—H 键的极性相互抵消，整个分子没有极性，所以甲烷是非极性分子。

4.甲烷的化学性质：
通常情况下，甲烷稳定，如与强酸、强碱和强氧化剂等一般不发生化学反应。

但任何物质的稳定性都是相对的，而它的变化是绝对的，内因是变化的根据，外因是变化的条件，一旦外部条件发生变化，甲烷也能发生反应比如在特定条件下甲烷能与某些物质发生化学反应，如可以燃烧和发生取代反应等。

(1)氧化反应：甲烷在空气中燃烧发出淡蓝色火焰，同时放出大量的热，化学方程式为CH4(g)＋2O2(g) CO2(g)＋2H2O(l)。

温馨提示：点燃甲烷前应该验纯，燃烧产物是二氧化碳和水，可以通过将干燥烧杯罩在甲烷的火焰上，之后倒转烧杯迅速倒入澄清石灰水来检验。

甲烷是一种很好的气体燃料。

但是必须注意，如点燃甲烷跟氧气或空气的混合物，会立即发生爆炸。

在煤矿的矿井里，如果空气中甲烷的含量达到一定比例时，遇到火花就会发生爆炸，所以必须采取安全措施，如严禁烟火、注意通风等，以防止爆炸事故发生。

通常情况下，甲烷很稳定，不能使KMnO4溶液和溴水褪色。

即不能与强氧化剂反应，而且也不能与强酸或强碱反应。

(2)取代反应：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叫取代反应。

①实验探究：
②实验现象：
③原理探究：光是反应发生的主要原因；黄绿色逐渐褪去，瓶壁出现油状液滴，说明产生了不溶于水的物质；瓶口有白雾，使试纸变红，推断有氯化氢生成。

④化学反应过程：在反应中CH4分子里的一个H原子被氯气分子里的1个氯原子所代替，但是反应并没有停止，生成的一氯甲烷仍继续跟氯气作用，依次生成二氯甲烷、三氯甲烷(氯仿)、和四氯甲烷。

在这些反应里甲烷分子中的H原子逐步被Cl原子所代替生成了四种取代物，像这种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叫取代反应。

取代反应是烷烃的特征反应，但反应物必须是纯卤素，条件也较特别。

CH4＋Cl 2CH3Cl＋HCl（CH3Cl，一氯甲烷，无色易液化的气体，有乙醚的气味和甜味，无腐蚀性。

主要用作致冷剂、在医药上作麻醉剂）
CH3Cl＋Cl 2CH2Cl2＋HCl（CH2Cl2，二氯甲烷，无色透明、有刺激芳香气味、易挥发的液体。

吸入有毒！脂肪和油的萃取剂、牙科局部麻醉剂、冷冻剂和灭火剂）
CH2Cl2＋Cl 2CHCl3＋HCl（CHCl3，三氯甲烷、氯仿。

无色透明易挥发液体，稍有甜味。

有机溶剂。

在医药上用作麻醉剂、防腐剂）
CHCl3＋Cl 2CCl4＋HCl（CCl4，四氯甲烷、四氯化碳。

无色液体，有愉快的气味，有毒！用作溶剂、有机物的氯化剂、香料的浸出剂、纤维的脱脂剂、灭火剂、分析试剂，并用于制氯仿和药物等）
⑤取代反应与置换反应的比较：
【归纳总结】
（1）CH4与Cl2的四个反应同时进行，五种产物同时存在，1 mol H被取代需要1 mol 氯气；（2）反应条件：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) 反应物：纯卤素；
（3）由于CH4是正四面体结构，C到H的距离相同，C—H键相同，说明四个H等效。

氯取代等效H中的任意一个几率相同，无顺序可言。

CH2Cl2无同份异构体(立体异构)可从实验事实角度证明，CH4是正四面体结构；
（4）烃中的H原子被卤素所取代的产物叫卤代烃，用RX表示，是一种烃的衍生物；
（5）书写方程式时不用等号，用箭头，不用分子式用结构式或结构简式。

【当堂检测】
1. 下列叙述中正确的是( )
A．甲烷分子中碳、氢原子间是离子键 B．甲烷分子的空间结构是正方体
C．甲烷的结构式为CH4 D．甲烷的取代产物CCl4分子中4个碳氯键完全相同2.下列有关甲烷性质的叙述中正确的是( )
A．甲烷是一种无色、有臭味的气体 B．甲烷易溶于水
C．甲烷与高锰酸钾等强氧化剂不反应 D．甲烷是一种混合物
3.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( )
A．ⅠB．Ⅱ C．Ⅲ D．Ⅳ
4. 下图是CH4、CCl4、CH3Cl的分子球棍模型图。

下列说法正确的是( )
A．CH4、CCl4和CH3Cl都是正四面体结构 B．CH4、CCl4都是正四面体结构
C．CH4和CCl4中的化学键完全相同 D．CH4、CCl4的结构相同，性质也相同
5. 如图是某同学利用日常用品注射器设计的简易实验装置。

甲管中注入10 mL CH4，同温、同压下乙管中注入50 mL Cl2，将乙管气体推入甲管中，气体在甲管中反应，针管用日光照射一段时间。

(1)下列是某同学预测的实验现象：①气体最终变为无色；②实验过程中，甲管活塞向内移动；③甲管内壁有油珠；④产生火花。

其中正确的是________。

(2)甲管中发生的化学反应类型为________。

(3)反应后，甲管中剩余气体能用下列试剂吸收的是________。

A．水B．氢氧化钠溶液 C．硝酸银溶液 D．饱和食盐水
(4)反应后，若将甲管中的物质推入盛有适量AgNO3溶液的小试管中会观察到________，若再向其中滴入几滴石蕊试液，又观察到________。

(5)如果甲烷分子是平面形，则CH2Cl2应该有________种结构，实际CH2Cl2有________种结构，证明甲烷不是平面形，而是________结构，下列图示________更能反映其真实存在状况。

CH4结构相似，
甲烷是一种无色、无味的气体，难溶于水，属于纯
净物，A、
甲烷的结构式为，子空间构型若为平面正方形结构，则二氯甲烷有
种结构：、；
为正四面体结构，所以二氯甲烷只有。