2017-2018学年高中化学-第三章-有机化合物-第1节-最简单的有机化合物——甲烷-第1课时学案1(新人教版)必修2

第一节最简单的有机化合物——甲烷第一课时甲烷的性质—————————————————————————————————————— [课标要求]

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。

1．甲烷分子具有正四面体结构，其中碳原子位于正四面体的中心，4个氢原子位于正四面体的四个顶点上。

2．甲烷结构与性质的记忆口诀：

性质稳定是甲烷，光照氯代四连环；

立体构型四面体，易燃防爆分解难。

3．甲烷与氯气的取代反应是分步进行的，每有1 mol氢原子被取代，需消耗1 mol 氯气。

4．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替代的反应。

甲烷的分子结构

1．有机化合物和烃

(1)有机化合物

①概念：含有碳元素的化合物，简称有机物。

②组成：一定含有碳元素，常含有氢、氧元素，某些有机物还含有氮、硫、卤素、磷等元素。

(2)烃

①概念：仅含碳和氢两种元素的有机物。

②典型代表物：最简单的烃是甲烷。

2．甲烷的分子结构

(1)存在与用途

①存在：是天然气、沼气、油田气和煤矿坑道气的主要成分。

②用途：是一种高效、低耗、污染小的清洁能源，还是一种重要的化工原料。

(2)分子结构

①分子结构：

分子式 电子式

结构式 分子模型

球棍模型 比例模型

CH 4

②空间结构

分子结构示意图 结构特点及空间构型

4个C —H 键的长度和强度相同，夹角相等，具有正四面体结构

[特别提醒]

甲烷分子不是平面结构，即5个原子不在同一平面内，而是呈正四面体结构。

1．已知甲烷的密度在标准状况下是0.717 g·L －1，含碳75%，含氢25%，利用这些数据

怎样确定它的分子式？

提示：甲烷的摩尔质量为0.717 g·L －1×22.4 L·mol －1≈16 g·mol －1，相对分子质量

为16，分子中含碳原子数：16×75%12＝1，含氢原子数：16×25%1

＝4，故甲烷的分子式为CH 4。 2．若甲烷分子中的一个氢原子被氯原子取代，得到的CH 3Cl 还是正四面体结构吗？

提示：不是正四面体而是四面体结构，其中CH 3Cl 中3个H 原子和1个Cl 原子仍位于

四面体的4个顶点，但不是正四面体。

3．根据甲烷的正四面体结构推测CH 2Cl 2的结构应该有几种？

提示：甲烷的立体结构为 ，因此CH 2Cl 2中的2个Cl 在空间一定处于相邻

的位置，CH 2Cl 2只有一种结构。

1．有机化合物组成和结构的表示方法

表示方法(以甲烷为例) 含义

分子式：CH4

用元素符号表示物质分子组成的式子，可反映一个分子

中原子的种类和数目

最简式(实验式)：CH4表示物质组成的各元素原子最简整数比的式子

用小黑点等符号代替电子，表示原子最外层电子成键情

况的式子

①用短线表示成键的共用电子对

②具有分子式所能表示的意义，能反映分子的结构

③表示分子中原子的结合或排列顺序的式子，但不表示

空间结构

结构简式：CH4结构式的简便写法，着重突出结构特点

球棍模型：

小球表示原子，短棍表示化学键，展示了空间结构比例模型：

表明了原子的相对大小和空间相对位置

根据甲烷的正四面体结构推知，有机物分子中碳原子以4个单键与其他原子相连。

若CH4分子中的4个氢原子全部用其他相同的原子代替，即a、b、c、d相同，

则形成的分子为正四面体结构，如CCl4；若CH4分子中的4个氢原子被其他不同

的原子代替，即a、b、c、d不完全相同，则形成的分子为四面体，但不属于正四

面体，如CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等。

1．在西部大开发中，国家投巨资兴建“西气东输”工程，将西部蕴藏的丰富资源通过管道输送到东部地区。这里所指的“西气”的主要成分是( )

A．CO B．CH4

C．H2 D．NH3

解析：选B “西气”中的气指天然气，主要成分是CH4。

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( )

解析：选D 这几种形式中，分子结构示意图、球棍模型及比例模型均能反映甲烷分子

的空间结构，但其中比例模型更能形象的表达出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。

甲烷的性质

1．物理性质 颜色 状态 气味 密度 水溶性 无色

气体 无味 比空气小 难溶于水

2.化学性质通常状况下，甲烷比较稳定，与高锰酸钾等强氧化剂不反应，与强酸、强碱也不反应。

(1)氧化反应(燃烧)

①现象：甲烷在空气中完全燃烧，火焰呈淡蓝色。

②化学方程式：CH 4＋2O 2――→点燃CO 2＋2H 2O 。

(2)取代反应

①实验探究(甲烷与Cl 2的取代反应) 实验装置

实验现象 A 装置：试管内气体颜色逐渐变浅；试管内壁有油状液体出现，试

管中有少量白雾，且试管内液面上升，有固体析出

B 装置：无明显现象

实验

结论 CH 4与Cl 2需在光照时才能发生化学反应，有关化学方程式：

CH 4＋Cl 2――→光CH 3Cl ＋HCl(一氯代物)，

CH 3Cl ＋Cl 2――→光CH 2Cl 2＋HCl(二氯代物)，

CH 2Cl 2＋Cl 2――→光CHCl 3＋HCl(三氯代物)，

CHCl 3＋Cl 2――→光CCl 4＋HCl(四氯代物)。

②甲烷四种氯代产物的性质：

a ．水溶性：CH 3Cl 、CH 2Cl 2、CHCl 3、CCl 4均难溶于水。

b ．状态：常温下除CH 3Cl 是气体，其余三种均为液体。

③取代反应概念：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。

[特别提醒]

(1)有机反应比较复杂，常有很多副反应发生，因此有机反应化学方程式常用“―→”，

而不用“===”。

(2)CH 4与Cl 2的反应是逐步进行的，书写化学方程式时应分步书写。

1．甲烷能否使酸性KMnO 4溶液褪色？

提示：甲烷不能被酸性KMnO 4溶液氧化，故不能使酸性KMnO 4溶液褪色。

2．甲烷和氯气发生反应时，所得的产物有几种？其反应类型是什么？

提示：产物有5种，分别为CH 3Cl 、CH 2Cl 2、CHCl 3、CCl 4、HCl ；取代反应。

3．能否用CH 4和Cl 2按1∶1的体积比混合来制取纯净的CH 3Cl?

提示：CH 4和Cl 2的反应是连锁反应，不可能只发生第一步取代反应，生成物为混合物，

即CH 3Cl 、CH 2Cl 2、CHCl 3和CCl 4四种有机物与氯化氢形成的混合物，CH 3Cl 的产率低，因此

不能用CH 4和Cl 2按1∶1的体积比混合来制取纯净的CH 3Cl 。

甲烷与氯气的取代反应归纳

反应物

甲烷与氯气(不能用氯水) 反应条件

漫散光照射(不用太阳光直射，以防爆炸) 生成物 甲烷与氯气反应生成四种有机产物：CH 3Cl 、CH 2Cl 2、CHCl 3、CCl 4和无机物HCl ，

其中HCl 的产量最多