化学必修2学案：第三章第一节 最简单的有机化合物甲烷第1课时 含

化学必修2学案：第三章第一节最简单的有机化合物甲烷第1课
时含
第一节最简单的有机化合物――甲烷(第1课时)
内容标准 1.了解有机化合物中碳的成键特征。

2．了解甲烷的结构，掌握甲烷的性质。

3．理解取代反应的概念。

活动与探究建议科学探究：甲烷与氯气的反应。

2021年9月25日，在国土资源部举办的新闻发布会上，总工程师张洪涛介绍，中国在位于祁连山南缘永久冻土带的青海省天峻县发现可燃冰。

这是中国首次在陆域上发现可燃冰，使中国成为继加拿大、美国之后，在陆域上通过国家计划钻探发现可燃冰的第三个国家。

你知道这种“冰”为什么可燃吗？
提示：“可燃冰”中含有易燃气体――甲烷。

一、有机化合物 1．元素组成：组成有机物的元素除____外，常有____、____，还含有____、____、______、____等。

2．烃：仅含____和____两种元素的有机物。

自主思考1：CO、CO2、H2CO3及碳酸盐属于有机物吗？二、甲烷 1．分子结构分子式电子式结构式立体结构 ________ 自主思考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？ 2．物理性质颜色 ____色状态 ____ 气味 ____味
密度比空气____ 水溶性 ______溶于水 3．化学性质
通常状况下，甲烷性质比较稳定，与______、________、__________都不反应。

但在特定的条件下，甲烷也能发生某些反应。

(1)氧化反应
甲烷在空气中燃烧的化学方程式为__________________________________________；现象为安静地燃烧，火焰呈______色。

(2)取代反应
①实验探究：甲烷与Cl2的取代反应。

实验操作实验现象 A装置：试管内气体颜色逐渐______；试管内壁有__________出现，试管中有__________，且试管内液面______；水槽中有________ B装置：
____________ CH4与Cl2需在______时才能发生化学反应，有关化学方程式为：
________________________ ________________________ ________________________
________________________ 实验结论②甲烷的四种氯代产物的性质 a．水溶性：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4均________。

b．状态：常温下除CH3Cl是__________，其余三种均为______。

③取代反应概念：有机物分子里的______________被其他__________所替代的反应。

自主思考3：将等物质的量的甲烷与氯气的混合气体光照后，产物是否只有一氯甲烷和HCl?
答案：一、1.碳氢氧氮硫卤素磷 2．碳氢自主思考1
提示：CO、CO2、H2CO3及碳酸盐虽然含有碳元素，但其组成和性质大多具有无机物的特点，因此属于无机物。

二、1.CH4 自主思考2
正四面体
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。

2．无气体无小极难 3．强酸强碱强氧化剂
(1)CH4＋2O2�D�D→CO2＋2H2O 淡蓝
(2)①变浅油状液滴少量白雾上升固体析出无明显现象光照 CH4＋
Cl2�D�D→CH3Cl＋HCl CH3Cl＋Cl2�D�D→CH2Cl2＋HCl CH2Cl2＋Cl2�D�D→CHCl3＋HCl CHCl3＋Cl2�D�D→CCl4＋HCl
②难溶于水气体液体
③某些原子或原子团原子或原子团自主思考3
提示：不是。

甲烷与氯气的取代反应属于连锁反应，生成的一氯甲烷可继续与氯气发
生取代，最终四种取代产物都有。

一、甲烷分子的正四面体结构
1．CH4分子的立体结构为正四面体，4条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，则形成的
分子结构仍为正四面体，如CCl4；
(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、＋
NH4等。

二、甲烷与卤素单质的取代反应反应条件反应物生成物反应特点光照(强光照射
会发生爆炸) 气态卤素单质和甲烷卤化氢和各种卤代甲烷的混合物，其中卤化氢的量最
多①卤素单质不同，反应速率不同②逐步取代，各步反应同时进行③取代1 mol H原子，消耗1 mol X2，生成1 mol HX 取代反应 CH4＋Cl2�D�D→CH3Cl＋HCl 有机物分子
里的原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反应一般生成两种新化合物不一定发生
电子转移，因此不一定是氧化还原反应光光
光
光
光
点燃
三、取代反应和置换反应的比较类别实例定义反应物生成物反应中电子得失
置换反应 Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑ 一种单质与一种化合物反应，生成另一种单质和另
一种化合物的反应另一种化合物和另一种单质一定发生电子转移，一定是氧化还原反应
一种化合物和另一种化合物或单质一种单质和一种化合物
(1)有机反应比较复杂，常伴随很多副反应发生，因此有机反应方程式常用“�D→”。

(2)利用取代反应和置换反应的特点来判断所给的反应类型时，一要看反应物，即参加反
应的是有机物还是无机物，若反应物均为无机物，则一定不属于取代反应；二要看生成物，若生成物中有单质，一般也不属于取代反应。

知识点1 甲烷的分子结构
【例题1】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，其理由是( )。

A．CHCl3只有一种结构 B．CH2Cl2只有一种结构 C．CH4分子受热分解 D．CH4的四个价键的长度和强度都相等
解析：CH4无论是正四面体结构还是平面正方形结构时，都符合选项A、C、D的说法，故不能用选项A、C、D来确定CH4是何种结构；若CH4是平面正方形结构，则CH2Cl2有
如下两种结构：和
，而CH4为正四面体结构时，CH2Cl2就只有一
种结构。

因此可由CH2Cl2只有一种结构推知CH4为正四面体结构。

答案：B
点拨：有机物分子中，碳原子以四个单键与其他原子或原子团结合，该碳原子形成的
分子结构就是四面体结构，若这四个原子或原子团相同，则该碳原子所形成的分子结构就
是正四面体结构。

知识点2 甲烷的氧化反应
【例题2】个体小煤矿曾发生瓦斯爆炸事故，造成人员伤亡，因此在矿井里，必须采取安全措施，如通风、严禁烟火等，而且要随时检查瓦斯的体积分数，如果空气中含甲烷
的体积分数为5%～15.4%，遇到明火会发生爆炸。

发生最强烈爆炸时空气中甲烷所占的体
积分数约是( )。

A．5% B．9.1% C．10.5% D．15% 解析：爆炸极限是指可燃性气体与空
气的混合物点燃能发生爆炸的浓度范围。

事实上在这个浓度范围内爆炸强弱程度不同，其
中有一个爆炸最强点，它所要满足的条件是：在混合气体中，可燃性气体与助燃性气体的
体积比恰好是完全反应时的比值。

根据反应CH4＋2O2�D�D→CO2＋2H2O，恰好完全反应
时V(CH4)∶V(O2)＝1∶2，空气中氧气所占的体积比约为1/5，甲烷占混合气体的体积分
数约为1/(1＋10)×100%≈9.1%。

答案：B
点拨：爆炸最剧烈时为氧气和可燃物恰好完全反应时。

知识点3 取代反应的相关实验
点燃
【例题3】利用甲烷与氯气发生取代反应制取副产品盐酸的设想在工业上已成为现实。

某化学兴趣小组在实验室中模拟上述过程，其设计的模拟装置如下：
根据设计要求回答：
(1)B装置有三种功能：①控制气流速度；②均匀混合气体；③____________。

(2)设
V(Cl2)/V(CH4)＝x，若理论上欲获得最多的氯化氢，则x值应________。

(3)D装置的石
棉中均匀混有KI粉末，其作用是__________________。

(4)E装置的作用是
__________________(填序号)。

A．收集气体 B．吸收氯气 C．防止倒吸 D．吸
收氯化氢
(5)在C装置中，经过一段时间的强光照射，发现硬质玻璃管内壁有黑色小颗粒产生，写出置换出黑色小颗粒的化学方程式：__________________。

(6)E装置除生成盐酸外，还含有有机物，从E中分离出盐酸的最佳方法为
____________。

该装置还有缺陷，原因是没有进行尾气处理，其尾气主要成分为
________(填序号)。

a．CH4 b．CH3Cl c．CH2Cl2 d．CHCl3 e．CCl4
解析：(1)B装置的三个作用：①控制气流速度从而达到合适的反应比例；②均匀混合气体，便于后续实验；③干燥混合气体。

(2)当发生反应：CH4＋4Cl2�D�D→CCl4＋4HCl时生成HCl气体最多，所以要保证＝
x≥4。

(3)KI能吸收多余的Cl2，反应的化学方程式为Cl2＋2KI===2KCl＋I2。

(4)E装置既
吸收反应生成的HCl气体，同时还防止倒吸。

(5)根据信息知黑色小颗粒应为炭粉，根据原子守恒应为CH4＋2Cl2�D�D→C＋4HCl。

(6)分离难溶于水的油状液体可用分液法。

答案：(1)干燥混合气体 (2)大于或等于4 (3)吸收过量的氯气 (4)CD (5)CH4＋
2Cl2�D�D→C＋4HCl (6)分液 ab
点拨：在甲烷与氯气的反应中，生成HCl的分子数最多。

1 mol有机化合物CxHy与
Cl2
发生取代反应，最多可消耗Cl2 y mol，最多可生成HCl y mol。

强光
强光
光
V?Cl2?
V?CH4?
1．下表中四种物质的结构式或球棍模型有错误的是( )。

A B C D
感谢您的阅读，祝您生活愉快。