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高中化學(xué) 專題3 有機化合物的獲得與應(yīng)用 第1單元 化石燃料與有機化合物 第1課時 天然氣的利用 甲烷學(xué)案 蘇教版必修2

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1、 第1課時 天然氣的利用 甲烷 學(xué)習(xí)目標:1.認識甲烷的結(jié)構(gòu)特點并會書寫甲烷的分子式、結(jié)構(gòu)式和電子式。2.知道甲烷能發(fā)生氧化反應(yīng)和取代反應(yīng),會書寫相應(yīng)的化學(xué)方程式。(重點)3.理解取代反應(yīng)的概念并能進行判斷。(重點)4.掌握同系物、同分異構(gòu)體的概念并會判斷是否為同分異構(gòu)體或同系物。 [自 主 預(yù) 習(xí)探 新 知] 一、化石燃料 化石燃料 二、甲烷的組成、結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 1.甲烷的組成和結(jié)構(gòu) 分子式:CH4,電子式:,結(jié)構(gòu)式:。 甲烷分子的空間結(jié)構(gòu)是正四面體構(gòu)型。碳原子位于四面體的中心,四個氫原子分別位于四面體的4個頂點。 2.物理性質(zhì) 顏色 狀態(tài) 氣味 密度 水溶性

2、無色 氣態(tài) 無味 ρ(CH4)<ρ(空氣) 難溶 3.化學(xué)性質(zhì) (1)穩(wěn)定性 在通常情況下,甲烷是比較穩(wěn)定的,跟強酸、強堿或強氧化劑等一般不起反應(yīng)。甲烷不能使酸性KMnO4溶液褪色,也不能使溴的四氯化碳溶液褪色。 (2)氧化反應(yīng) 純凈的甲烷在空氣中安靜的燃燒,火焰呈淡藍色,放出大量的熱,反應(yīng)的化學(xué)方程式為CH4+2O2CO2+2H2O。 (3)取代反應(yīng) ①甲烷與Cl2在光照下的反應(yīng)實驗探究 實驗操作 實驗現(xiàn)象 (ⅰ)瓶內(nèi)黃綠色逐漸消失,最后變?yōu)闊o色; (ⅱ)集氣瓶內(nèi)壁有油狀液滴出現(xiàn); (ⅲ)集氣瓶內(nèi)液面上升,水槽中有晶體。 反應(yīng)原理 CH4+Cl2CH3

3、Cl+HCl CH3Cl+Cl2CH2Cl2+HCl CH2Cl2+Cl2CHCl3+HCl CHCl3+Cl2CCl4+HCl ②取代反應(yīng):有機化合物分子中的某種原子(或原子團)被另一種原子(或原子團)所取代的反應(yīng)。 4.甲烷的利用 (1)利用甲烷與氯氣發(fā)生取代反應(yīng)的生成物三氯甲烷制備制冷劑—氟利昂,其過程反應(yīng)方程式為CHCl3+HF―→CHFCl2+HCl。 (2)合成甲醇,其過程為CH4(CO+H2)CH3OH。 (3)高溫分解生成炭黑,其反應(yīng)方程式為CH4C+2H2。 三、烷烴 同系物 1.烷烴 (1)烴:只由碳、氫兩種元素組成的化合物叫碳氫化合物,也叫烴。 (

4、2)烷烴:烴的分子里碳原子間都以碳碳單鍵互相連接成鏈狀,碳原子的其余的價鍵全部跟氫原子結(jié)合,達到飽和狀態(tài)。其通式為CnH2n+2。 (3)命名 n≤10:依次稱為甲烷、乙烷、丙烷、丁烷…… n≥11:直接根據(jù)碳原子數(shù)稱某烷,如C16H34稱為十六烷。 2.同系物 分子結(jié)構(gòu)相似,組成上相差1個或若干個“CH2”原子團的有機化合物互稱為同系物。如甲烷(CH4)、乙烷(CH3CH3)、丙烷CH3CH2CH3互為同系物。 [基礎(chǔ)自測] 1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“”) (1)煤主要含有碳元素,煤是純凈物。(  ) (2)點燃甲烷氣體之前必須檢驗其純度。(  ) (3)甲

5、烷與氯水在光照條件下發(fā)生取代反應(yīng)。(  ) (4)烷烴的通式是CnH2n+2(n≥1),但符合通式CnH2n+2(n≥1)的不一定是烷烴。(  ) 【答案】 (1) (2)√ (3) (4) 2.下列敘述不正確的是(  ) A.甲烷與氯氣發(fā)生取代反應(yīng)后的產(chǎn)物中,常溫下只有一種有機氣體 B.甲烷化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定,一定不會發(fā)生氧化反應(yīng) C.甲烷跟氯氣反應(yīng)無論生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3還是CCl4,都屬于取代反應(yīng) D.甲烷與氯氣反應(yīng)后得到的所有有機物都難溶于水 B [甲烷與氯氣發(fā)生取代反應(yīng)后的五種產(chǎn)物中,常溫下CH3Cl和HCl為氣體,其余為液體,只有HCl能溶于水,其

6、余的產(chǎn)物都難溶于水,A、D正確;CH4的性質(zhì)比較穩(wěn)定,通常情況下,不與強酸、強堿、強氧化劑反應(yīng),但可以在氧氣中燃燒,B錯誤;甲烷與氯氣反應(yīng)生成四種有機物的反應(yīng)都屬于取代反應(yīng),C正確。] 3.下列關(guān)于同系物的說法中,錯誤的是(  ) A.同系物具有相同的最簡式 B.同系物之間相對分子質(zhì)量相差14或14的整數(shù)倍 C.同系物符合同一通式 D.同系物的化學(xué)性質(zhì)基本相似 A [合 作 探 究攻 重 難] 分析烷烴結(jié)構(gòu),推導(dǎo)烷烴化學(xué)性質(zhì) [背景材料] 甲烷、乙烷、丙烷和正丁烷結(jié)構(gòu)式分別如下: [思考交流] (1)觀察上述結(jié)構(gòu)式,總結(jié)烷烴在組成、結(jié)構(gòu)上的相似之處。 【

7、提示】 組成元素均只含有C、H兩種元素;化學(xué)鍵均只含有C—C、C—H(CH4無C—C);均為鏈狀。 (2)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì),根據(jù)甲烷的性質(zhì)推測其它烷烴的化學(xué)性質(zhì)。 【提示】 穩(wěn)定性、氧化反應(yīng)(燃燒)、取代反應(yīng)。 烷烴的化學(xué)性質(zhì) 烷烴的化學(xué)性質(zhì)和甲烷相似,通常情況下不與強酸、強堿以及強氧化劑發(fā)生反應(yīng),都不能夠使酸性高錳酸鉀溶液以及溴水褪色。 (1)在光照條件下與鹵素單質(zhì)發(fā)生取代反應(yīng) CnH2n+2+X2CnH2n+1X+HX。 (2)燃燒反應(yīng) CnH2n+2+O2nCO2+(n+1)H2O。 識別、判斷同系物 [背景材料] [思考交流] (1)上述三種烷烴

8、互為同系物嗎?為什么? 【提示】 互為同系物,因為這三種烴結(jié)構(gòu)相似且分子組成上相差了n個CH2。 (2)CH2==CH2與相差1個CH2,二者互為同系物嗎? 【提示】 不是。二者結(jié)構(gòu)不相似,一種含有碳碳雙鍵屬于烯烴,一種是環(huán)烷烴。 (3)CH3CH2CH2CH3與是否屬于同系物?為什么? 【提示】 不是。因為同系物在分子組成上必須相差1個或若干個CH2原子團,一定具有不同的分子式。而CH3CH2CH2CH3與分子式相同,屬于同分異構(gòu)體。 (4)同系物具有同一通式,具有同一通式的有機物一定是同系物嗎? 【提示】 不一定。如CH2==H2和通式相同,均為CnH2n,但它們均不為同系物

9、,所以具有同一通式的有機物不一定是同系物。 1.同系物判斷的兩個標準 (1)分子結(jié)構(gòu)相似即屬于同一類物質(zhì)。 (2)分子組成上僅相差一個或若干個CH2原子團。 2.同系物判斷的三個關(guān)鍵點 (1)“同”——互為同系物的物質(zhì)必須屬于同一類物質(zhì)。 (2)“似”——結(jié)構(gòu)相似,是指化學(xué)鍵類型相似,分子中各原子的結(jié)合方式相似。 (3)“差”——組成上相差n個CH2原子團(n≥1)。 ①同系物一定具有不同的碳原子數(shù)(或分子式)。 ②同系物一定具有不同的相對分子質(zhì)量(相差14n)。 3.判斷同系物時應(yīng)注意的兩個問題 (1)互為同系物的分子中各元素的質(zhì)量分數(shù)可能相同,也可能不同。 (2

10、)同系物和同分異構(gòu)體的區(qū)別,同系物結(jié)構(gòu)相似,組成不同,分子式不同;同分異構(gòu)體分子式相同,結(jié)構(gòu)可能相似也可能不相似。 [當 堂 達 標固 雙 基] 題組1 甲烷的組成、結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 1.下列關(guān)于甲烷的說法不正確的是(  ) A.甲烷分子具有正四面體結(jié)構(gòu) B.甲烷分子中的四個C—H鍵相同 C.甲烷分子是平面正方形結(jié)構(gòu) D.甲烷分子的結(jié)構(gòu)式是 C 2.下列有關(guān)甲烷的說法中錯誤的是(  ) A.采煤礦井中的甲烷氣體是植物殘體經(jīng)微生物發(fā)酵而來的 B.天然氣的主要成分是甲烷 C.甲烷是沒有顏色、沒有氣味的氣體,極易溶于水 D.甲烷與氯氣發(fā)生取代反應(yīng)所生成的產(chǎn)物四氯甲烷是一種效率

11、較高的滅火劑 C [甲烷是由古代生物發(fā)酵而來的,故說法A正確;天然氣的主要成分是CH4,故說法B正確;甲烷是無色無味的氣體,難溶于水,故說法C錯誤;四氯化碳不支持燃燒,可以滅火,故說法D正確。] 3.把1體積CH4和4體積Cl2組成的混合氣體充入試管中,將此試管倒立在盛有AgNO3溶液的水槽中,放在光亮處,片刻后發(fā)現(xiàn)試管壁上有油狀液滴出現(xiàn),該油狀液滴可能是________,水槽中還觀察到________,原因是_______________(用離子方程式解釋)。若向水槽中再滴入幾滴紫色石蕊試液又觀察到_____________________。 【解析】 CH4和Cl2反應(yīng)的產(chǎn)物中,

12、HCl極易溶于水,能電離出H+和Cl-,其他產(chǎn)物均為有機物,部分呈氣態(tài),部分為油狀液體。CH4和Cl2在光照條件下反應(yīng)生成CH3Cl(氣體)、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl,隨著反應(yīng)進行,Cl2不斷消耗,試管中黃綠色逐漸消失,又由于生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4常溫下均為無色液體,使試管壁上有油狀液滴出現(xiàn);因生成的HCl易溶于水,反應(yīng)后,試管內(nèi)氣體壓強減小,試管內(nèi)水位上升,HCl溶于水后,與AgNO3反應(yīng)生成AgCl白色沉淀,同時溶液顯酸性,故加入紫色石蕊試液后溶液變紅。 【答案】 CH2Cl2、CHCl3、CCl4 有白色沉淀產(chǎn)生 Ag++Cl-===AgCl↓ 溶液

13、變紅 烷烴取代反應(yīng)的易錯點小結(jié) 題組2 烷烴的結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 4.下列說法不正確的是(  ) A.烷烴中每個碳原子都形成四個共價單鍵 B.正丁烷的四個碳原子可以在同一條直線上 C.甲烷、乙烷、丙烷的結(jié)構(gòu)都只有一種 D.任何烷烴分子不可能為平面結(jié)構(gòu) B [C原子的最外層有四個電子,故能與其他原子形成四個共價鍵,在烷烴中原子之間都是單鍵,A正確;由碳原子的四個共價鍵在空間排列成四面體結(jié)構(gòu)推知,丁烷的四個碳原子一定不在同一條直線上,B錯誤;烷烴從丁烷開始才有同分異構(gòu)體,C正確;烷烴中C原子形成四個共價鍵,這四個鍵在空間排列成四面體型,故不可能為平面結(jié)構(gòu),D正確。] 5.下列

14、有關(guān)烷烴性質(zhì)的敘述中不正確的是(  ) A.所有烷烴性質(zhì)都很穩(wěn)定,常溫下很難被強氧化劑氧化 B.分子式的通式為CnH2n+2,均能與氯氣發(fā)生取代反應(yīng) C.所有烷烴的結(jié)構(gòu)都與甲烷類似,故常溫下都是氣體 D.隨著碳原子數(shù)的增加,烷烴的熔沸點逐漸升高 C [烷烴的化學(xué)性質(zhì)與甲烷類似,常溫下難與酸、堿、強氧化劑反應(yīng),A正確;烷烴的典型化學(xué)性質(zhì)就是取代反應(yīng),B正確;烷烴的結(jié)構(gòu)與甲烷類似,但其熔沸點隨碳原子數(shù)的增加而增大,碳原子數(shù)多于4個時為液體,碳原子數(shù)多于17個時呈固態(tài),C錯,D正確。] 題組3 同系物 6.下列有關(guān)同系物的說法中錯誤的是(  ) ①丙烷和異丁烷互為同系物 ②分子組成相

15、差一個或若干個CH2原子團的有機物是同系物?、刍橥滴锏膬烧咧刑肌湓氐奈镔|(zhì)的量之比一定相同?、芑橥滴锏膬煞N有機物的物理性質(zhì)有差別,但化學(xué)性質(zhì)相似 A.①②③④      B.只有②③ C.只有③④ D.只有①②③ B [丙烷和異丁烷的結(jié)構(gòu)相似,分子組成上相差一個“CH2”,兩者互為同系物,①正確;同系物的結(jié)構(gòu)首先相似,②錯;甲烷與乙烷互為同系物,兩者中碳、氫元素的物質(zhì)的量之比可能不同,③錯;根據(jù)烷烴物理性質(zhì)的遞變性可知,同系物之間化學(xué)性質(zhì)相似,物理性質(zhì)不同,④正確。] 7.下列物質(zhì)互為同系物的是(  ) B [A項為同種物質(zhì);B項互為同系物;C項所含氯原子數(shù)不同,分子組成不是相差一個CH2原子團或其倍數(shù);D項不是同一類別的物質(zhì),故不屬于同系物。] 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375

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