最简单的有机化合物-甲烷、烷烃

最简单的有机化合物——甲烷(冯国宏)

一、1.有机物定义：含碳化合物叫做有机化合物，简称有机物。

(除CO、CO2、碳酸盐、碳化物、硫氰化物、氰化物等外)

它们虽然含碳，但性质和组成与无机物很相近，所以把它们看作为无机物。也就是说，有机物一定含碳元素，但含碳元素的物质不一定是有机物。而且有机物都是化合物，没有单质。CO(NH2)2（有机物）与NH4CNO(无机物)。

2.有机化合物与无机化合物的区别

化合物一般分为无机化合物和有机化合物两大类。有机化合物是含碳的化合物，但含碳的化合物不一定是有机化合物。

有机化合物和无机化合物在性质和反应上的区别如下表所示：

3.有机物的组成

C、H、O、N、S、P、卤素等元素。

构成有机物的元素只有少数几种，但有机物的种类确达三千多种why？？？

有机物种类之所以繁多主要有以下几个原因：

①碳原子最外电子层上有4个电子，可形成4个共价键；

②有机化合物中，碳原子不仅可以与其他原子成键，而且碳碳原子之间也可以成键；

③碳与碳原子之间结合方式多种多样，可形成单键、双键或叁键，

可以形成链状化合物，也可形成环状化合物；

④相同组成的分子，结构可能多种多样。

有机物和无机物在性质上及反应上的区别只是相对的、有条件的，不同有机物有其特殊的性质，如乙醇、乙酸、乙醛、丙酮能跟水以任意比互溶，四氯化碳(CCl4)、二氟二溴甲烷(CF2Br2)等有机物不但不能燃烧而且能灭火，乙酸及其金属盐在水溶液中能电离，三氯乙酸

(CCl3COOH)是强酸，有些化学反应如烷烃的热裂，三硝基甲苯(TNT)的爆炸都是瞬间完成的，等等。

4．有机物的分类（标准不一样，所得结果不同）

5．有机物的表示方法：（分子式、结构简式、结构式、电子式、球棍模型、比例模型等）

6．有机物的密度：

（1）小于水的密度，且与水（溶液）分层的有：各类烃、一氯代烃、氟代烃、酯（包括油脂）

（2）大于水的密度，且与水（溶液）分层的有：多氯代烃、溴代烃

（溴苯等）、碘代烃、硝基苯

[本节学习目标]

1．烃类物质的组成。

2．甲烷的分子组成和结构；甲烷在自然界的存在；甲烷的物理性质和化学性质；甲烷的实验室制法。

3．认识烷烃的性质 结构 命名

4．了解同分异构体现象

重点：甲烷的分子结构、化学性质和取代反应

难点：烷烃的分子通式、通过分异构体的书写

[知识要点梳理]

二、知识点一：烃的概念

要点诠释：有机物里有一大类物质是仅由碳和氢两种元素组成的，总称为烃，也称为碳氢化合物。

烃类物质里组成最简单的化合物是甲烷。

知识点二：甲烷的物理性质和在自然界里的存在

1、物理性质：

甲烷是无色无味的气体，比空气轻（标准状况下密度为0.717g/L），极难溶于水。

2、存在：

沼气——池沼底部；坑气——煤矿坑道；天然气——地底深处

知识点三：甲烷分子的组成和结构

1．甲烷分子式的确定

方法（1）：先根据甲烷气体在标准状况下的密度计算出其相对分子质量为16,M=0.717g/L×22.4L/mol=16g/mol，再根据甲烷燃烧时只生成二氧化碳和水，知其分子中至少含有碳和氢两种元素，又因为其相对分子质量为16，则可确定碳原子数只能为1，氢原子数为4。

方法（2）：先根据一定质量的甲烷燃烧反应所得二氧化碳和水的质量，计算出甲烷中碳和氢的质量分数分别为75﹪和25﹪，进一步得出

碳、氢原子数之比为1∶4（即甲烷的最简式为CH4）,再根据标准状况下的密度确定其分子量为16，（CH4）n=16, 得 n=1,即甲烷的分子式为CH4。

[特别需要指出的是：不通过密度求出甲烷的摩尔质量，而直接由碳、氢元素的质量分数求出的原子个数比得出的是最简式而不是分子式。在计算中要特别注意这一点。]

∴甲烷的分子式为：CH4，电子式为：

，结构式为：

（用短线来表示共用电子对）。

2．甲烷分子空间的构型

在甲烷分子里，1个碳原子和4个氢原子形成共价键，键长为

，键角为

，键能为413kJ/mol。甲烷分子的空间构型为正四面体形结构，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。空间结构示意图：

知识点四：　甲烷的实验室制法

（1）实验药品：无水醋酸钠和碱石灰（NaOH与CaO的混合物）（2）反应条件：加热

（3）反应原理：

（4）反应装置：固+固

（与制O2、NH3装置相同），用大试管

（5）收集装置：排水集气法或向下排空气法。

（6）注意事项：

a）药品必须干燥，否则制不出CH4；

b)加热不宜过猛，否则将有副反应发生。

c)制备甲烷时，碱石灰中的生石灰并不参加反应，但生石灰可稀释混合物的浓度，使混合物中NaOH在高温时跟玻璃的作用减少，防止试管被NaOH腐蚀而破裂，同时生石灰的存在能使固体混合物变得疏松，使生成的甲烷易于外逸。

知识点五：甲烷的化学性质和用途

1、甲烷的化学性质

（1）稳定性：

通常情况下，甲烷的性质比较稳定，跟强酸、强碱或强氧化剂等一般不起反应，不能使酸性KMnO4溶液和溴水褪色。

（2）取代反应：

有机物分子里的某些原子或原子团被其它原子或原子团所代替的反应。在光照条件下，甲烷可以跟氯气发生取代反应：

对甲烷发生的取代反应需注意以下几点：

①反应必须在光照条件下进行，参加反应的必须是氯气，不能是氯水。

②反应后的产物有CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4，因此一般得到的是混合物，不宜用于制备。

③反应产物中，常温时只有CH3Cl是气体，其余三种均为液体；只有CCl4是非极性分子，其余三种均为极性分子。四种产物均不溶于水。

∴甲烷与氯气在光照条件下发生的反应方程式为：

CH4+Cl2

CH3Cl+HCl CH3Cl+Cl2

CH2Cl2+HCl

CH2Cl2+Cl2