8.1.1天然气的利用 甲烷 课件 高一下学期化学苏教版(2019)必修第二册

一、甲烷
取代反应 特点：“有上有下、有进有出”
有机化合物分子中的某种原子(或原子团)被另一种原子(或原子团)所取代 的反应。
H H C H Cl Cl
H
一、甲烷
请写出甲烷与氯气的相关化学反应方程式
H
H
H C H+ Cl Cl 光照 H C Cl + H Cl
H
H 一氯甲烷(g)
Cl
Cl
H C H+ Cl Cl光照 H C Cl + H Cl
随堂练习
1．下列叙述错误的是( B ) A．通常情况下，甲烷跟强酸、强碱和强氧化剂都不反应 B．甲烷化学性质稳定，不能被任何氧化剂氧化 C．甲烷与Cl2反应无论生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3还是CCl4， 都属于取代反应 D．甲烷的四种有机取代产物中有一种为气态，其余三种为液态， 且都不溶于水
通常情况下， 甲烷性质比较稳定，与高锰酸钾溶液等强氧化剂、强酸、强碱不反应。
甲烷分子中最多几个原子共平面？
一、甲烷
从球棍模型的角度推断甲烷结构 实验证明：组成为CH2Cl2的结构，只有一种结构。
一、甲烷
从球棍模型的角度推断甲烷结构 实验证明：组成为CH2Cl2的结构，只有一种结构。
一、甲烷
一、甲烷
一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳的结构有几种？ 因为CH4是一个正四面体结构，C原子处于正四面体的中心，H原子 位于四个角上，位置是等效的。所以，一氯甲烷，二氯甲烷，三氯甲 烷、四氯化碳都是一种。 甲烷的四种氯代烷唯有二氯甲烷只有一种结构能证明甲烷是正四面体。
一、甲烷
甲烷微观结构
小球表示原子， 棍表示共价键
§8.1.1 天然气的利用 甲烷
一、甲烷
沼气
甲烷的存在
天然气
可燃冰的燃烧
煤矿
可燃冰
坑气
我国的天然气主要分布在西部地区及南海和东海的海底。
中国可燃冰第二轮试采成功，创两项世界纪录
一、甲烷
以甲烷为主的天然气和沼气都是 理想的清洁能源
甲烷还可用作化工原料
一、甲烷
甲烷的物理性质
无色、无味、难溶于水的气体 熔点为-182.5 ℃ 沸点为-164 ℃ 密度比空气小
一、甲烷
甲烷发现史
一、甲烷
一、甲烷
H
H
C
H
H
平面正方形
甲烷可能的空间构型?
H
C
C H
H
H
正四面体
H
H
HH
正四棱锥
哪一种模型最合理？为什么？
• 各原子间形成的共价键时，彼此离的越远，则斥力越小， 结构越稳定。
• 正四面体中各原子间价键离的最远。
一、甲烷
甲烷微观结构
甲烷是以碳原子为中心， 四个氢原子为顶 键角：109°28′ 点的正四面体的空间结构 ，四个碳氢键完 全相同，键长短，键能大（413KJ/mol）， 所以碳氢共价键很牢固，不易破坏。
二、烷烃
以上三种物质结构有什么共同特点？
二、烷烃
CH4 C2H6 C3H8 C4H10
烷烃的分子通式是什么？
CnH2n＋2
二、烷烃
烷烃都是立体结构 碳原子不在一条直线上，直链烷烃的空间构型是折线形或锯齿形。 且碳碳单键可以旋转。
二、烷烃
烷烃怎么命名？
n≤10
碳原子数(n)及表示
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Cl2物质的量为( D )
A．0.5 mol B．1.25 mol
C．2.5 mol
D．3 mol
一、甲烷
取代反应与置换反应的区别
取代反应
置换反应
实例
甲烷与氯气反应
Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑
有机化合物分子中的某种原子(或 一种单质跟一种化合物反应，生
定义 原子团)被另一种原子(或原子团) 成另一种单质和另一种化合物的
合成氨、汽油的原料
橡胶工业的原料
可以用于制造颜料、油墨、油漆等
典例解析
例1．下列说法正确的是( D)
A．CHCl3只有一种结构，说明甲烷是以碳原子为中心的正四面体结 构 B．1 mol甲烷生成CCl4最多消耗2 mol氯气
C．标准状况下，11.2 L CCl4中含有C—Cl键的数目为2NA
D．在点燃甲烷气体之前必须检验其纯度
甲烷 乙烷 丙烷 丁烷 戊烷 己烷 庚烷 辛烷 壬烷 癸烷
n>10
相应数字＋烷
碳原子数相同而结构不同的烷烃，一般在烷烃命名之前加上“正、异、新”加以区别。
正戊烷
异戊烷
新戊烷
二、烷烃
烷烃的物理性质
• 状态：C1-4 气态(新戊烷为气态)；C5-16 液态；C17- 固态 • 密度：ρ烷烃 < ρ水，但随着碳原子的增多而逐渐增大 • 溶解性：烷烃不溶于水
用不同体积的小球表 示不同大小的原子， 更能反映分子的结构。
一、甲烷
甲烷化学性质
CH4 + 2O2 点燃
有机反应方程式中 用“ → ”不用“＝”
CO2 + 2H2O
实验现象：
淡蓝色火焰,放出大量热，生成水和能使澄清石灰水浑
浊的气体。
点燃甲烷和空气，可能会发生爆炸（空气中爆炸极限5% ~15%） ，
CH4 + 2O2 点燃 CO2 + 2H2O C3H8 + 5O2点燃 3CO2 + 4H2O
烷烃燃烧ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ式为： 点燃
二、烷烃
(3)取代反应
（1）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。
调虎离山、取而代之
A－B ＋ C－D → A－D ＋ C－B
（2）在光照条件下，烷烃可与卤素单质发生取代反应：
随堂练习
2．下列关于同系物的说法中错误的是( A ) A．同系物具有相同的最简式 B．同系物能符合同一通式 C．同系物中，相邻的同系物彼此在组成上相差1个“CH2”原子团 D．同系物的化学性质基本相似，物理性质随碳原子数增加而呈规律 性变化
谢谢观看
THANKS
H
H
二氯甲烷(l)
一、甲烷
Cl Cl C H + Cl
H
Cl Cl 光照 H C Cl + H Cl
Cl 三氯甲烷(l) 俗名：氯仿
Cl
Cl
Cl C H+ Cl Cl光照 Cl C Cl + H Cl
Cl
Cl
四氯化碳(l)
一、甲烷
反应物
与卤素单质反应 如甲烷与氯水、溴水不反应， 但可以与氯气、溴蒸气发生取 代反应。
连锁 反应
生成物
生成四种有机物CH3Cl、CH2Cl2 、CHCl3、CCl4 和无机物HCl，其 中HCl量最多
自由基型链反应
反应条件 光照，其光照为漫射光， 强光直射易发生爆炸
反应特点
甲烷分子中的氢原子被氯原子 逐步取代，第一步反应一旦开 始，后续反应立即进行，且各 步反应可同时进行。
一、甲烷
CnH2n+2 + X2 光 CnH2n+1X + HX
二、烷烃
(4)分解反应
石油化工和天然气化工生产 烷烃 → 化工基本原料和燃料
烷烃在较高温度下会发生分解。
CH4 高温
C + 2H2
高温
C4H10
CH2== CH2 + CH3CH3 （乙烯）
二、烷烃
同系物 (1)概念：结构相似、分子组成相差1个或若干个“CH2”原 子团的有机化合物互称为同系物，如CH4和CH3CH3。 (2)特点：通式相同，结构相似，化学性质相似，物理性质 一般随碳原子数的增多而呈规律性变化。
所取代的反应
反应
参与物质 反应物和生成物中不一定有单质 反应物、生成物中一定有单质
反应受催化剂、温度、光照等条 水溶液中置换反应遵循“强制弱
反应条件
件的影响
”(活泼性)的原则
反应中电子 转移情况
不一定有电子的转移
一定有电子的转移
一、甲烷
在隔绝空气并加热至1000℃的高温下，甲烷分解
CH4 高温
C + 2H2
因此，在点燃甲烷之前，必须进行的操作是检验纯度。
一、甲烷
一、甲烷
实验现象：
A装置：试管内气体颜色逐渐变浅；试管内壁有油状液滴出现，试管中 有少量白雾，且试管内液面上升，水槽中有固体析出。B装置：无现象 实验结论： 甲烷和氯气在光照条件下发生了化学反应。
一、甲烷
从微观结构认识甲烷与氯气反应的历程
二、烷烃
熔沸点： 随着烷烃中碳原子数的递增，物质的熔沸点、密度逐渐增大。 对于碳原子数相同的烷烃，支链越多，熔沸点越低。
二、烷烃
烷烃的化学性质
(1) 稳定性 通常情况下，烷烃比较稳定，与强酸、强碱或酸性高锰酸钾等强 氧化剂都不发生反应。
二、烷烃
烷烃的化学性质
(2) 氧化反应：烷烃都具有可燃性，可用作燃料。
二、烷烃
同系物判断的三个关键点
(1)同系物一定具有不同的碳原子数(或分子式)。(2)同系物一
定具有不同的相对分子质量(相差14n)。
二、烷烃
同系物判断的几个“一定”和“不一定” 同系物在分子组成上一定相差1个或若干个“CH2”原子团；但在分子
组成上相差1个或若干个“CH2”原子团的有机化合物不一定是同系物。 同系物具有同一通式，但具有同一通式的有机化合物不一定是同系物。 同系物的化学性质一定相似，但化学性质相似的物质不一定是同系物。 同系物的相对分子质量一定不相同。
典例解析
例2．如图表示4个碳原子相互结合的方式。小球表示碳原子，小棍表 示化学键，假如碳原子上其余的化学键都是与氢原子结合。
A
B
C
D
E
F
G
H
(1)图中与甲烷互为同系物的是__A_、___C__(填编号，下同)。(2)图中互为同 分异构体的是A与__C______；B与__E__、__F_、_；HD与______G__。
一、甲烷
CH4与Cl2发生取代反应时，每有1 mol H被取代，则消耗1 mol
Cl2，同时生成1 mol HCl，即n(Cl2)＝n(H)＝n(HCl)。1 mol
CH4与Cl2发生取代反应，最多消耗4 mol Cl2。
应用：在光照条件下，将1 mol CH4与Cl2反应，得到四种有机产物
CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4物质的量之比为1∶2∶3∶4，则消耗