人教版高中化学必修二：甲烷的性质 讲义及习题

甲烷的性质

[知 识 梳 理]

一、有机化合物和烃

【1．CO 、CO 2、H 2CO 3及碳酸盐属于有机物吗？

提示 CO 、CO 2、H 2CO 3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、甲烷

1．分子结构

(1)分子组成：

(2)空间结构：

【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？

提示 因C —H 键与C —Cl 键的长度不同，故CH 3Cl 是四面体结构，但不是正四面体。

2．物理性质

3.通常状况下，甲烷性质比较稳定，与强酸、强碱、强氧化剂都不反应。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CH 4＋2O 2――→点燃

CO 2＋2H 2O ； 现象为安静地燃烧，火焰呈淡蓝色。

(2)取代反应

①实验探究：甲烷与Cl 2的取代反应。

a．水溶性：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4均难溶于水。

b．状态：常温下除CH3Cl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。

4．存在与用途

甲烷是天然气、沼气、油田气和煤矿坑道气的主要成分，是一种高效、低耗、污染小的清洁能源，也是一种重要的化工原料。

[效果自测]

1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。

(1)有机物都含有碳元素，则含有碳元素的化合物都是有机物()

(2)有机物都易燃烧()

(3)烃是含有碳元素和氢元素的化合物()

(4)烃在氧气中充分燃烧后只生成二氧化碳和水()

(5)天然气的主要成分是甲烷，其属于可再生能源()

(6)在点燃甲烷气体之前必须检验其纯度()

(7)甲烷与Cl2的反应是置换反应()

答案(1)×(2)×(3)×(4)√(5)×(6)√(7)×

2．瓦斯爆炸往往与矿坑中的甲烷有关，下列叙述中错误的是()

A．点燃甲烷不必事先进行验纯

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．点燃混有空气的甲烷不一定会爆炸

答案 A

探究一、有机物组成和结构的表示方法

【合作交流】

1．从碳的原子结构分析，有机物成键有什么特点？

提示碳的原子结构示意图，其最外层有4个电子，不易失电子，也不易得电子，一般通过共价键与氢、氧、卤素、硫、氮等元素的原子相结合，也可以与碳原子形成多种形式的共价键。

2．根据甲烷的正四面体结构推测CH2Cl2结构应该有几种？

提示甲烷的立体结构为，因此CH2Cl2中2个Cl在空间一定处于相邻位置，

CH2Cl2只有一种结构。

【点拨提升】

1．甲烷空间结构的三点拓展应用

(1)若CH4分子中的4个氢原子全部被其他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结构。

(2)若CH4分子中的4个氢原子被其他不同的原子或原子团替代，则形成的分子结构仍为四面体，但不属于正四面体，如CH3Cl、CH2Cl2等。

(3)由CH4的空间结构可推知CH3CH2CH3等有机物中的碳原子并不在一条直线上。2．常见有机物结构的表示方法(以甲烷为例)

球棍模型：

【下列各图均能表示甲烷的分子结构，按要求回答下列问题。

(1)甲烷的球棍模型是

________________，甲烷的电子式是________________(填序号)。 (2)如果甲烷是平面结构，则CH 2Cl 2应该有________种结构，实际CH 2Cl 2有________种结构，证明甲烷不是平面结构，而是________结构，上述中的________更能反映其真实存在状况。

解析 (1)这几种形式都可以表示甲烷这种物质，其中分子结构示意图(A)、球棍模型(C)及比例模型(D)均能反映甲烷分子的空间构型，但其中比例模型更能形象地表达出H 、C 的相对位置及所占比例；电子式(B)只反映原子最外层电子的成键情况。

(2)甲烷的结构式为，其分子空间构型若为平面正方形结构，则二氯甲烷有2种结构：、；实际上甲烷为空间正四面体结构，所以二氯

甲烷只有1种结构。

答案 (1)C B (2)2 1 正四面体 D

【学以致用1】 下列说法正确的是( )

A ．甲烷分子的比例模型为，其二氯取代物有2种结构

B ．甲烷分子的球棍模型为

C ．天然气不属于可再生能源

D ．标准状况下，11.2 L CCl 4中含有C —Cl 键的数目为2N A

解析 甲烷分子的比例模型为，其二氯取代物有1种结构，所以A 项和B 项均错误。天然气为化石燃料，属于不可再生能源，C 项正确。标准状况下，CCl 4是液态不是气态，所以11.2 L CCl 4的物质的量不是0.5 mol ，D 错误。

答案 C

探究二、甲烷的取代反应

【合作交流】

1．取代反应是有机反应的基本类型之一。甲烷与氯气光照条件下的反应属于取代反应，CH 4与Br 2(g)能否发生类似的反应，如何用化学方程式表示？

提示 能；CH 4＋Br 2(g)――→光CH 3Br ＋HBr 。

2．CH 4和Cl 2取代反应的产物中物质的量最多的是什么？它与Cl 2在物质的量上有什么关系？

提示 因为在CH 4和Cl 2的取代反应中，每一步都有HCl 生成，故产物中物质的量最多的是HCl 。根据化学方程式可知，每生成1 mol HCl 则消耗1 mol Cl 2，故反应生成的HCl 与反应消耗的Cl 2的物质的量相等。

3．CH 4与Cl 2反应共有几种产物？根据取代反应的原理，思考能否用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 。