[配套K12]2018版高中化学 第3章 重要的有机化合物 3.1.1 甲烷的性质与结构学案 鲁科版必修2

第1课时甲烷的性质与结构
[学习目标定位] 1.了解有机物的性质。

2.掌握甲烷的分子式、结构式、电子式、空间构型。

3.掌握甲烷的氧化反应和取代反应。

4.掌握取代反应的概念、特点，能判断一些有机化学反应是不是取代反应。

一、甲烷的存在、用途及结构
1．有机化合物
有机化合物是指绝大多数含__________的化合物，但含碳的化合物__________是有机化合物。

多数有机物具有________的熔、沸点、______溶于水、______燃烧。

2．甲烷的存在与用途
(1)甲烷的存在
甲烷是________、________、________和____________________的主要成分。

我国的天然气主要分布在中西部地区及海底。

(2)甲烷的主要用途
甲烷易燃烧，完全燃烧生成________、________并放出大量的热，因此甲烷可用作________。

天然气和沼气都是理想的清洁能源。

甲烷还可用作____________。

3．甲烷的组成与结构
1．结构式：用短线“—”表示原子所形成的共价键进而表示物质结构的式子叫做结构式。

2．一个碳原子以4个单键与其他原子相结合时，无论这4个原子是否相同，都分别在四面体的顶点上，但不一定为正四面体，也不可能在同一平面上，并且最多有3个原子共面。

1．下列关于甲烷的说法中错误的是( ) A ．甲烷分子是由极性键构成的分子 B ．甲烷分子具有正四面体结构 C ．甲烷分子中四个C —H 键完全相同 D ．甲烷分子中含有非极性键
2．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的状况( )
二、甲烷的性质
1．甲烷的物理性质
2.甲烷的化学性质
(1)甲烷的燃烧
①将甲烷在空气中点燃观察现象，并填写下表：
②甲烷燃烧的化学方程式为____________________________________________。

以甲烷为主要成分的天然气是一种理想的清洁能源。

特别提醒点燃甲烷前必须检验纯度。

空气中的甲烷含量在 4.9%～16%(体积)范围内时，遇火花发生爆炸。

(2)甲烷的稳定性
(3)甲烷的取代反应
按要求完成下列实验，并填写下表：
________；试管内壁有__________
试管内液面________；水槽中有
时才能发生化学反应
①上述实验A 中发生反应的化学方程式为__________________________________； ________________________________________________________________________； ________________________________________________________________________。

②取代反应是指______________________________________________的反应。

CH 4和Cl 2反应的四种取代产物都____溶于水，常温下除____________是气体外，其他三种都是_________。

归纳总结
甲烷的取代反应
3．在光照条件下，将1 mol CH 4与Cl 2反应，得到等物质的量的4种取代物，则消耗Cl 2物质的量为( ) A ．1 mol B ．2 mol C ．2.5 mol
D ．10 mol
4．下列化学反应中不属于取代反应的是( ) A ．CH 2Cl 2＋Br 2――→光照CHBrCl 2＋HBr B ．CH 3OH ＋HCl ――→光照CH 3Cl ＋H 2O C ．2Na ＋2H 2O===2NaOH ＋H 2↑
D ．CH 3—CH 2—Br ＋H 2O ――→NaOH △
CH 3—CH 2—OH ＋HBr
1．有下列物质：①氯气、②硝酸、③溴水、④烧碱、⑤氧气、⑥酸性KMnO 4溶液，其中在一定条件下能与甲烷发生化学反应的是( ) A ．①②③ B ．④⑤⑥ C ．①⑤
D ．②③④⑥
2．下列关于甲烷的叙述中，错误的是( )
A ．通常情况下，甲烷跟强酸、强碱、 强氧化剂不起反应
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 3Cl 、CH 2Cl 2、CHCl 3还是CCl 4，都属于取代反应
D ．甲烷的四种取代物都难溶于水 3．下列反应不属于取代反应的是( ) A ．CH 3Cl ＋Cl 2――→光
CH 2Cl 2＋HCl B ．C 2H 5OH ＋HBr ―→C 2H 5Br ＋H 2O C ．C 2H 5Br ＋NaOH ―→C 2H 5OH ＋NaBr D ．CaCl 2＋Na 2CO 3===CaCO 3↓＋2NaCl
4．把1 mol 甲烷和4 mol 氯气组成的混合气体充入到大试管中，将此试管倒立在盛有饱和食盐水的水槽里，放在光亮处，一段时间后，推测可能观察到的现象是( ) ①黄绿色逐渐消失 ②试管上有油珠 ③试管内液面上升 ④水槽内有少量晶体析出 A ．只有①③ B ．只有①②③ C ．只有①③④
D ．①②③④
5．下列叙述中错误的是( ) A ．点燃甲烷前不必进行验纯
B ．甲烷燃烧放出大量的热，所以是一种很好的气体燃料
C ．煤矿的矿井要注意通风并严禁烟火，以防爆炸事故的发生
D ．点燃甲烷不一定会爆炸
6．在光照条件下，将1 mol 甲烷与一定量的氯气充分混合，经过一段时间，甲烷和氯气均无剩余，生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和氯化氢。

(1)若已知生成的二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳的物质的量分别为a mol 、b mol 、c mol ，
生成的混合物经水洗后所得气体在标准状况下的体积为______________________________。

(2)该反应中消耗的氯气的物质的量是___________________________________。

答案精析
新知导学 一、
1．碳元素 不一定 较低 难 易
2．(1)天然气 沼气 石油气 煤矿坑道气(或瓦斯) (2)CO 2 H 2O 燃料 化工原料
3．CH 4 正四面体 C H
活学活用
1．D [甲烷分子含4个C —H 极性键，键的强度和键与键之间的夹角完全相同，甲烷分子为正四面体结构。

]
2．D [甲烷的分子结构示意图、球棍模型及填充模型均能反映甲烷分子的空间构型，填充模型更能形象地表达出H 、C 的位置及所占比例；电子式只反映原子的最外层电子的成键情况。

] 二、
1．无 气体 无 小 难
2．(1)①淡蓝色火焰 烧杯内壁有水珠产生 生成了水 烧杯内壁变浑浊 生成了二氧化碳 ②CH 4＋2O 2――→点燃CO 2＋2H 2O
(2)退色 酸性KMnO 4 H 2O 2 强酸 强碱
(3)变浅 油状液滴 少量白雾 上升 固体析出 无明显现象 光照
①C H 4＋Cl 2――→光CH 3Cl ＋HCl CH 3Cl ＋Cl 2――→光CH 2Cl 2＋HCl CH 2Cl 2＋Cl 2――→光CHCl 3＋HCl CHCl 3＋Cl 2――→光CCl 4＋HCl
②有机物分子中的某些原子或原子团被其他原子或原子团代替 难 一氯甲烷 油状液体 活学活用
3．C [由于CH 4＋Cl 2――→光CH 3Cl ＋HCl ，CH 4＋2Cl 2――→光CH 2Cl 2＋2HCl ，CH 4＋3Cl 2――→光CHCl 3＋3HCl ，CH 4＋4Cl 2――→光CCl 4＋4HCl 。

1 mol CH 4生成CH 3Cl 、CH 2Cl 2、CHCl 3、CCl 4各为0.25 mol ，
则消耗Cl2为0.25 mol＋0.25 mol×2＋0.25 mol×3＋0.25 mol×4＝2.5 mol。

]
4．C [取代反应是指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。

C项中的反应为置换反应，不是有机物参与的反应，更不是取代反应。

]
达标检测
1．C 2.B
3．D [A、B、C三项反应均为取代反应，D项反应为复分解反应。

]
4．D [氯气被消耗后，黄绿色消失；生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4均为油状液体，又因为氯气被消耗，气体的体积减小，试管内液面上升；生成的HCl溶于水降低了NaCl的溶解度，故有NaCl析出。

]
5．A [甲烷与氧气混合达到一定比例范围时，点燃会发生爆炸，因此，甲烷点燃前要进行验纯。

]
6．(1)22.4×(1－a－b－c) L
(2)(1＋a＋2b＋3c) mol
解析(1)水洗后所得的气体为CH3Cl，由碳原子守恒可知其物质的量为(1－a－b－c) mol，标准状况下的体积为22.4×(1－a－b－c) L。

(2)CH4与Cl2的取代反应中取代1个氢原子需要1个Cl2分子，由原子守恒可得出四种取代产物对应的氯气的量。

总共取代氢的物质的量为[(1－a－b－c)＋2a＋3b＋4c] mol，即为所需Cl2的物质的量。