2020人教版化学必修2 第3章 第1节 第1课时 甲烷的性质

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：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比例模型：．甲烷空间结构的拓展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．CH4C．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＋2H2O 。

(2)取代反应①实验探究(甲烷与Cl 2的取代反应)②甲烷四种氯代产物的性质：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。

[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)CH4与Cl2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KMnO4溶液褪色？提示：甲烷不能被酸性KMnO4溶液氧化，故不能使酸性KMnO4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CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl；取代反应。

3．能否用CH4和Cl2按1∶1的体积比混合来制取纯净的CH3Cl?提示：CH4和Cl2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CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4四种有机物与氯化氢形成的混合物，CH3Cl的产率低，因此不能用CH4和Cl2按1∶1的体积比混合来制取纯净的CH3Cl。

甲烷与氯气的取代反应归纳1．下列物质中，在一定条件下，可与甲烷发生化学反应的是( )A．氯气B．溴水C．四氯化碳 D．酸性KMnO4溶液解析：选A A项，氯气与甲烷可以发生取代反应，正确；B项，甲烷不与溴水发生反应，错误；C项，甲烷不与四氯化碳发生反应，错误；D项，甲烷不能与酸性KMnO4溶液发生氧化还原反应而褪色，错误。

2．在标准状况下，22.4 L CH4与氯气在光照下发生取代反应，待反应完全后，测得四种有机取代物的物质的量相等，则消耗的氯气为( )A．0.5 mol B．2 molC．2.5 mol D．4 mol解析：选C 1 mol CH4与氯气发生取代反应，生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各0.25 mol，该四种取代物中 n(Cl)＝0.25 mol×(1＋2＋3＋4)＝2.5 mol，根据取代反应特点，1/2的氯原子进入氯化氢，所以n(HCl)＝2.5 mol，故生成物中所含氯原子共2.5 mol＋2.5 mol＝5 mol，参加反应的氯气为n(Cl2)＝2.5 mol。

[三级训练·节节过关]1．下列有关甲烷的叙述中不正确的是( )A．甲烷燃烧火焰呈淡蓝色B．甲烷的密度比空气的小C．甲烷极难溶解于水D．甲烷性质稳定，不与任何其他物质反应解析：选D 甲烷的性质稳定，但在特定条件下也可以与其他物质(如O2)反应。

2．要验证甲烷中含有C、H元素，可将其完全燃烧产物依次通过( )①浓硫酸②无水硫酸铜③澄清石灰水A．①②③B．②③C．②③① D．③②解析：选B 要验证甲烷中含有C、H元素，可检验燃烧产物中含有水和二氧化碳，其中水遇无水硫酸铜粉末变蓝色，二氧化碳使澄清石灰水变浑浊，故将燃烧产物依次通过无水硫酸铜和澄清石灰水即可。

3．下图是CH4、CCl4、CH3Cl的分子球棍模型图。

下列说法正确的是( )A．CH4、CCl4和CH3Cl都是正四面体结构B ．CH 4、CCl 4都是正四面体结构C ．CH 4和CCl 4中的化学键完全相同D ．CH 4、CCl 4的结构相同，性质也相同解析：选B CH 3Cl 是四面体结构而不是正四面体，A 错误；CH 4和CCl 4中的C —H 键和C —Cl 键不同，C 错误；CH 4和CCl 4的结构性质不同，D 错误。

4．将等物质的量的甲烷和氯气混合后，在漫射光的照射下充分反应，生成物中物质的量最大的是( )A ．HClB ．CH 3ClC ．CH 2Cl 2D ．CCl 4解析：选A 若CH 4和Cl 2均为1 mol ，二者反应后生成CH 3Cl 、CH 2Cl 2、CHCl 3、CCl 4和HCl ，根据反应原理和碳、氯原子守恒可知，前四种物质与剩余CH 4的物质的量之和为1 mol ，HCl 为1 mol 。

5.如图所示，U 形管的左端被水和胶塞封闭有甲烷和氯气(体积比为1∶4)的混合气体，假定氯气在水中的溶解度可以忽略。

将封闭有甲烷和氯气混合气体的装置放置在有光亮的地方，让混合气体缓慢地反应一段时间。

(1)假设甲烷与氯气反应充分，且只产生一种有机物，请写出化学方程式：________________________________________________________________________。

(2)若题目中甲烷与氯气的体积之比为1∶1，则得到的产物为________(填字母)。

A ．CH 3Cl HCl B ．CCl 4 HCl C ．CH 3Cl CH 2Cl 2D ．CH 3Cl CH 2Cl 2 CHCl 3 CCl 4 HCl(3)经过几个小时的反应后，U 形管右端的水柱变化是________(填字母)。

A ．升高 B ．降低 C ．不变D ．无法确定(4)若水中含有Na 2SiO 3，则在U 形管左端会观察到_______________________。

(5)右端玻璃管的作用是____________。

解析：(1)因Cl 2足量，若充分反应，则CH 4中的四个H 原子可完全被取代，生成CCl 4和HCl ，CH 4＋4Cl 2――→光CCl 4＋4HCl 。

(2)甲烷与氯气的取代反应，是四步反应同时发生，故得到四种氯代产物和HCl 。

(3)甲烷和氯气在光照的条件下发生取代反应，U 形管左侧生成的氯化氢气体易溶于水，压强减小，U 形管右侧液面下降，左侧液面上升。

(4)因左侧生成HCl 溶于水后发生反应2HCl ＋Na 2SiO 3===H 2SiO 3↓＋2NaCl ，所以观察到有白色胶状沉淀生成。

(5)为了平衡气压，在U 形管右侧插有一个玻璃管。

答案：(1)CH 4＋4Cl 2――→光 CCl 4＋4HCl (2)D (3)B(4)有白色胶状沉淀生成(5)平衡气压。