第一节 有机化合物的概念和特点、CH4

第十二章烃——有机物、甲烷

【教学内容】

1．有机化合物的概念和特点

2．甲烷的结构和性质

【教学目标】

1．理解有机物的概念和有机物的特点

2．掌握烃的概念、甲烷的组成和分子结构

3．掌握甲烷的物理性质和化学性质

4．掌握取代反应的概念

【知识讲解】

一、有机物

1．有机物的概念：

含碳元素的化合物称有机化合物，简称有机物。而一氧化碳、二氧化碳、碳酸、碳酸盐等少数含碳物质，虽然含有碳元素，但它们的组成和性质跟无机物相近，一般把它们作为无机物。

2．有机物的特点：

（1）组成元素的特点：除碳元素外，通常还含有H、O、N、P、S，及卤素等非金属元素。

（2）结构特点：

①碳原子间能以共价键形成碳链，这是有机物结构的基础。

②有机物分子间通过范德力结合成分子晶体。

（3）数量特点：

有机物种类繁多，达上千万种。原因是：

①碳原子有4个价电子，能与其它原子形成4个共价键。

②碳链的长度可以不同，同时碳原子间的结合方式不同，可以以单键、双键、参键结合，也可以有长链或环状结合。

③普遍存在同分异构现象。

（4）性质特点：

①溶解性：大多数有机物难溶于水，易溶于有机溶剂（如汽油、酒精、苯等）。

②可燃性：绝大多数有机物易燃烧。

③耐热性：多数有机物熔点沸点较低，受热易分解。

④导电性：多为非电解质，不易导电。

⑤化学反应：化学反应繁杂，一般反应速率较慢，多数需要催化剂，常伴有副反应发生。

二、甲烷的分子结构和物理性质：

1．甲烷的物理性质：

通常情况下，无色无气味的气体，密度比空气小，难溶于水。 甲烷存在于沼气、坑气、天然气。 2．甲烷的分子结构： H 分子式：CH 4， 结构式H －C －H 正四面体结构 键角109028' 3．确定有机物分子式和结构式的基本方法

例1：在标准状况下，5.6L 某气态烃的质量为4g ，又知该烃中碳与氢的质量比为3:1。求该烃的分子式。

解析：该气态烃的摩尔质量为：mol g mol L L

g

/16/4.226.54=⨯

1mol 该气态烃中碳的物质的量为：

mol 112164

3=⨯ 1mol 该气态烃中氢的物质的量为：mol 41

164

1=⨯ 即1mol 该气态烃中，含1mol C 和4mol H ，所以分子式为CH 4。 三、甲烷的实验室制法 （13COONa ）和碱石灰

（2）原理：COONa+NaO -H △

Na 2CO 3+CH 4↑ CaO

（3）发生和收集装置：该反应为“固+固 △

气”应与制备O 2、NH 3发生装置相同。使用排水法收集。 （4）注意事项：（1）实验室制甲烷时不能用醋酸钠晶体（CH 3COONa ·3H 2O ），而必须用无水醋酸钠，因为有水存在时，CH 3COONa 和NaOH 都是离子化合物发生电离，不能使CH 3COONa 中C －C 和NaOH 中O －H 键的断裂，因而不能制得甲烷。（2）碱石灰的作用：制备甲烷时，碱石灰中的生石灰并不参加反应，但生石灰起如下作用：①稀释混合物的浓度，使混合物疏松，使生成的甲烷易于外逸；②减少了固体NaOH 在高温时跟玻璃的作用，防止

试管破裂；③生石灰吸水性强，可以减少水对制备甲烷反应的不利影响。 四、甲烷的化学性质 甲烷分子结构稳定，通常不与强酸、强碱或强氧化剂反应，不能使溴水和KMnO 4溶液褪色。 （1）取代反应：

CH 4+Cl 2

光

CH 3Cl+HCl

CH 3Cl 能逐步被Cl 2取代生成CH 2Cl 2、CHCl 3和CCl 4。 注意：（1）反应条件：光照（在室温暗处不发生反应）；（2）反应物：纯卤素，如甲烷通入溴水中不反应；（3）产物：一般是混合物。

例2：甲烷与F 2光照时因剧烈反应易发生爆炸。为了制取CH 3F ，常用BrF 与CH 4在光照条件下反应，请写出制取CH 3F 的化学方程式。

解：CH 4+BrF 光照

CH 3F+HBr

2．氧化反应：

CH 4+2O 2 点燃

CO 2+2H 2O 注意：（1）点燃甲烷之前须检验甲烷的纯度。（2）燃烧前后气体体积变化，当温度高 于1000C ，反应前后气体体积不变化；低于1000C ，每1体积CH 4完全燃烧，气体体积缩小2体积。

3．高温分解：

CH 4 高温

C+2H 2（制取炭黑）

例3：甲烷在空气中的爆炸极限是含甲烷5%－15%，如果在相同状况下，1L 甲烷与空气中氧气混合点燃使之恰好完全反应，则此时（ ） A ．会引起爆炸 B ．不会引起爆炸 C ．加热时才能爆炸 D ．加压时才能爆炸

解析：甲烷与O 2完全反应：CH 4+2O 2 点燃

CO 2+2H 2O

1LCH 4燃烧需2L O 2，即需空气V 空气=

%212L

=9.5L 。 所以甲烷占混合气体的体积分数为

5

.911

⨯+正好在5%－15%例4：把1体积CH 4和4体积Cl 2放在光亮处，试推测可观察到的现象是：

（1）___________________（2）

（3）___________________（4）__________________

解析：CH4和Cl2光照生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl

等物质，随着Cl2不断消耗，黄绿色逐渐消失，又由于CH2Cl2、CHCl3、CCl4常温下为无色液体，Cl2易溶于有机溶剂，试管壁上有黄色油珠。因生成的HCl易溶于水，反应后试管内气体压强减小，水位在试管内上升。HCl溶于水后，饱和食盐水中Cl－浓度增大，使结晶速率>溶解速率。故水槽内有少量晶体析出。

答：（1）黄绿色逐渐消失；（2）试管壁上有黄色油珠；（3）水位在试管内上升；（4）水槽内有少量晶体析出。

【能力训练】

一、选择题（每小题有1－2个选项符合题意）

1．下列物质具有导电性的是（）A．汽油B．稀硫酸C．苯D．四氯化碳

2．某有机物在氧气里充分燃烧，生成的CO2和H2O的物质的量之比为1:1，由此可以得出该有机物（）A．分子中C．H、O的原子个数比为1:2:3

B．分子中C和H的原子个数比为1:2

C．分子中肯定含有氧原子

D．分子中可能含有氧原子

3．化学工作者从反应C2H6+Cl2光C2H5Cl+HCl，受到启示，提出在农药和有机工业上可获得副产品盐酸，这一设想已成为现实。试指出上述反应体系中，得到的盐酸可采用分离方法是（）A．蒸馏法B．水洗法C．分液法D．过滤法

4．将醋酸钠晶体（CH3COONa·3H2O）与干燥的碱石灰按一定的质量比混合后加热，几乎没有得到甲烷气体。此次实验失败的原因是（）A．用了醋酸钠晶体，应该用无水醋酸钠

B．加热的温度不够高

C．不能按质量比将反应物混合

D．碱石灰过于干燥，实验效果反而不好

5．下列反应属于取代反应的是（）A．甲烷的燃烧B．由甲烷制取氯仿

C．甲烷的制取D．由甲烷制取炭黑

6．有3mL CH4和CO的混合气体，完全燃烧恰好用去3mL O2，则此混合物体中CH4和CO 的体积比是（）A．1:1 B．1:2 C．2:1 D．任意比

7．一定质量的甲烷燃烧后得到的CO、CO2和水蒸气，此混合气质量为49.6g，当其缓慢经过无水CaCl2时，CaCl2增重25.2g。原混合气体中CO2的质量为（）A．12.5g B．13.2g C．19.7g D．24.4g

8．甲烷与过量氧气混合，用电火花引爆后，测得爆炸后的气体密度为同温同压下氢气密度