第三章第一节最简单的有机化合物甲烷.doc

第三章 第一节 最简单的有机化合物 甲烷 (1)
主备人：覃小芳 审核人：贺杰
【学习目标】
1、了解甲烷在自然界的存在和用途，初步认识甲烷分子的空间结构。
2、掌握甲烷电子式、结构式的正确写法。
3、了解甲烷的化学性质，通过实验探究理解并掌握甲烷的取代反应原理。
【学习重难点】甲烷的结构特点和取代反应
【学习过程】
第一部分 预习案
组成有机物的元素除 外，常有 、_____，还含有 、 、 、_ 等。其中仅含 和 两种元素的有机物称为 ，也可称为 ，该类物质中组成最简单的是 。有机物种类繁多，迄今已发现 种。
第二部分 探究案
一、甲烷的结构与性质
探究活动一：甲烷的存在
1、甲烷的存在： 。
探究活动二：甲烷的分子结构与组成
2、甲烷的分子式： ，电子式： ，
结构式： ，空间构型： 。
甲烷分子的结构特点为： ，
对应的CH2Cl2有几种结构？
常用的分子模型有 两种。
探究活动三：甲烷的物理性质
3、物理性质: 甲烷是 色、 味、 溶于水的气体，密度比空气密度 （大或小）。用 或 收集甲烷。
探究活动四：甲烷的化学性质
4、化学性质
在通常情况下，甲烷 稳定，与 不反应，与 也不反应。因为有机反应比较复杂，常伴有副反应发生，所以在书写有机反应方程式时一般用箭头而不用等号。

（1）甲烷的氧化反应
写出甲烷与氧气反应的化学反应式： 。
有机方程式与无机方程式写法的区别： 。

（2）甲烷的取代反应
（教材实验3-3）将一瓶甲烷与一瓶氯气混合，
倒立在盛有饱和食盐水，高压汞灯照射，
观察到什么现象？
化学反应现象：光照时，氯气的黄绿色
逐渐 ，瓶壁上有
生成，液面 ，试管中有少量 。
化学反应方程式为：
①常如何验证HCl的生成呢？
②常温下，除了CH3Cl是气体外，其他三种都是无色液体，为什么我们看到黄色油珠呢？
。
其实，在该反应中，生成的有机产物除一氯甲烷外，还有
。

[课堂练习] 请写出一氯甲烷与氯气进一步反应的化学反应方程式：

③取代反应的定义：

[思考与交流]
1． 取代反应和置换反应是不是相同的呢？它们之间的差别为：

2．历史上，科学家们在测定了甲烷分子组成为CH4后，对甲烷的分子结构曾提出了两种猜想：正四面体型与平面正方形，科学家如何判断出甲烷分子是哪种空间构型的？

[归纳小结]：甲烷取代反应
条件：
特点：

【疑点反馈】：（通过本课学习、作业后你还有哪些没有搞懂的知识，请记录下来）

第三部分 训练案
1．下列气体的主要成分不是甲烷的是(　　)
A．沼气 B．煤气 C．天然气 D．坑道气
2．以下关于甲烷的说法中错误的是(　　)
A．甲烷分子是由极性键构成的分子
B．甲烷分子具有正四面体结构
C．甲烷分子中四个C—H键是完全等价的键
D．甲烷分子中具有非极性键
3．有机物中的烃是________的化合物(　　)
A．含有碳元素 B．含有碳元素和氢元素
C．仅含有碳元素和氢元素 D．燃烧后生成二氧化碳和水
4．用于制造隐形飞机的物质具有吸收微波的功能，其主要成分的结构如下图，
它属于 (　　)

A．无机物 B．烃
C．高分子化合物 D．有机物
5．下列反应属于取代反应的是(　　)
A．CH4C＋2H2
B．2HI＋Cl2===2HCl＋I2
C．CH4＋2O2CO2＋2H2O
D．CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl
第四部分 课后作业
1.如下图所示，集气瓶内充满某混合气体，置于光亮处，将滴管内的水挤入集气瓶后，烧杯中的水会进入集气瓶，集气瓶内气体可能是(　　)

①CO、O2　②Cl2、CH4　③NO2、O2④N2、H2
A．①② B．②④ C．③④ D．②③
2．常温下把体积相同的甲烷和氯气充入一个无色的集气瓶中，光照一段时间后，发现气体的黄绿色变浅，集气瓶上有淡黄绿色液滴，此时集气瓶中最多含有气体物质的种数是(　　)
A．5种 B．6种 C．4种 D．3种
练方法技巧——燃烧法确定有机物分子组成
3．某有机物在O2中充分燃烧生成CO2和H2O的物质的量之比为1∶1，由此可得出的
结论是(　　)
A．该有机物分子中C、H、O原子个数比为1∶2∶3
B．该有机物分子中C、H原子个数比为1∶2
C．该有机物中必定含有氧元素
D．该有机物化学式为C2H4
3.如下图所示，某气体X可能由H2、CO、CH4中的一种或几种组成，将X气体点燃，将燃烧后的气体通过A、B两个洗气瓶。试根据实验现象回答下列问题：

(1)若A洗气瓶的质量增加，B洗气瓶的质量不变，则X气体是________。
(2)若A洗气瓶的质量不变，B洗气瓶的质量增加，则X气体是________。
(3)若A、B两个洗气瓶的质量都增加，则X气体可能是_________________。
10.如下图所示，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的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比为1∶1，则得到的产物为________。
A．CH3Cl　HCl
B．CCl4　HCl
C．CH3Cl　CH2Cl2
D．CH3Cl　CH2Cl2　CHCl3　CCl4　HCl
(3)经过几个小时的反应后，U形管右端的水柱变化是（ ）
A．升高 B．降低 C．不变 D．无法确定
(4)若水中含有Na2SiO3，则在U形管左端会观察到
_______________________________________________________________________
(5)右端玻璃管的作用是______________________________________。
第三章 第一节 最简单的有机化合物 甲烷（2）
【学习目标】
1． 了解烷烃的初步概念及性质上的一些共同特点。
2． 掌握同系物、同分异构体的涵义。
【学习重点】同系物、同分异构体
【学习难点】同分异构体的书写
【学习过程】
第一部分 预习案
1、甲烷是 色、 味、 溶于水的气体，密度比空气密度 （大或小）。用 或 收集甲烷。
2、化学性质
在通常情况下，甲烷 稳定，与 不反应，与 也不反应。
（1）甲烷的氧化反应
写出甲烷与氧气反应的化学反应式： 。
（2）甲烷的取代反应
写出甲烷与氯气反应的化学反应式： ；
；
；
。
第二部分 探究案
二、烷烃
探究活动一：烷烃的概念及结构
1．烷烃的概念：烷烃又叫_____________。结构特点是碳原子间都以______键结合成_______，碳原子上剩余价键全部跟___________相结合．
探究活动二：烷烃的通式
2．烷烃的通式：______________(n≥1)
探究活动三：烷烃的性质
3．烷烃的性质
物理性质：烷烃的物理性质随着分子里碳原子数的增多，呈规律性的变化．如常温下其状态由 　变到 　又变到_______沸点逐渐________相对密度__________。
烷烃的化学性质：通常 　，空气中能________，光照下能与____________反应．
探究活动四：烷烃的命名
4．烷烃的命名
碳原子在十以内时，以_____________________依次代表碳原子数，其后加“烷”字，碳数在十以上，以 代表，如________________。
系统命名法的命名步骤：① C原子个数数最多；② 支链最多的碳链，离最简单支链最近的一端编号，且支链位次之和最小；③写名称： 。
探究活动五：同系物和同分异构体
三、同系物和同分异构体
(1)我们把结构___________，在分子组成上相差_______________原子团的物质互称同系物．
(2)化合物具有相同的_____________，但具有不同的____________现象，叫做同分异构现象．
具有同分异构现象的化合物互称为_________________________。
一般情况下，分子相同时，支链越多，溶沸点越 ，密度越 。
(3)烷烃同分异构体的书写方法
     同分异构现象作为高考命题的热点之一，考查方式非常灵活，但都离不开同分异构体的书写，如何做到快速、不重复、不漏写则是一个难点。现就烷烃同分异构体的书写归纳如下，供大家参考。
    ①. 力求顺序性
    按一定的顺序进行书写，可有效避免遗漏、重复现象的发生，顺序为：无支链→有一个支链(先甲基后乙基)→有两个支链……；支链的位置：由中到边但不到端。当支链不止一个时，彼此的相对位置应是先同位再到邻位后到间位……
    ②. 采用对称性
    在同分异构体的书写中若将原子在空间的排列看作是几何图形的话，则可利用几何中的对称性知识，以解决重复书写同分异构体的问题，使书写过程得到简化。
    ③. 做到简约性
    所谓简约性是指在书写同分异构体的最初阶段，只写出有关碳原子间的排列情况(即碳骨架)，氢原子开始时均不写出，待碳原子间的排列顺序确定后，再依据碳为四价用氢原子补齐碳的剩余价键。
    例题、写出分子式为C6H14的所有同分异构体的结构简式。
解析：按照上述步骤先写出只有碳原子的结构(称为碳骨架)。
（1）无支链：C—C—C—C—C—C
（2）有一个支链：

（3）有两个支链：

在(2)中主链碳原子以③号碳为对称点，②、④号碳原子对称，故甲基连在②号碳原子上与连在④号碳原子上一样。（3）中以②、③号碳原子之间的键的中点为对称点。②、③号碳原子对称，两个甲基连在②号碳原子上与连在③号碳原子上一样。故共有5种碳骨架，再根据价键理论用H补齐C的剩余价键。
、、
点拨：作为基本常识，当主链碳原子数目少于5个时，烷烃分子中不可能有乙基作支链，主链碳原子数目少于3个时，烷烃分子中不可能有支链，首尾碳原子上不可能有烃基作取代基，②号（或倒数第②号）碳原子上无乙基。
[课堂练习2]请写出下列物质的结构式与结构简式及其同分异构体。
丁烷：
戊烷：
【反思交流】同系物、同位素、同分异构体、同素异形体的比较

同系物
同位素
同分异构体
同素异形体
研究对象

相似点

不同点

【疑点反馈】：（通过本课学习、作业后你还有哪些没有搞懂的知识，请记录下来）

第三部分 训练案
1、下列烷烃，常温下呈气态的是 ( )
A. 戊烷 B. 丁烷 C. 庚烷 D. 十二烷
2、下列叙述正确的是 ( )
A. 分子式相同，各元素含量也相同的物质是同种物质
B. 通式相同的不同物质一定属于同系物
C. 分子式相同的不同物质一定是同分异构体
D. 相对分子质量相同的不同物质一定是同分异构体
3、下列化学性质中，烷烃不具备的是 ( )
A. 可以在空气中燃烧 B. 可以与Cl2在光照下发生取代反应
C. 可以与溴水中的溴反应而使溴水褪色 D. 能使高锰酸钾溶液褪色
4、下列有关饱和链烃的叙述正确的是 ( )
①都是易燃物②特征反应是取代反应③相邻两个烷烃在分子组成上相差一个甲基
A. ①②③ B. 只有① C. ①② D. 只有③
5、下列说法正确的是 ( )
A. 凡是分子组成相差一个或几个CH2原子团的物质，一定是同系物关系
B. 两种化合物组成元素相同，质量分数也相同，则一定是同分异构体
C. 相对分子质量相同的几种化合物，互称为同分异构体
D. 组成元素质量分数相同，且相对分子质量也相同不同化合物，互为同分异构体
第四部分 课后作业
1、天然气、液化石油气(主要成分看作C3H8)燃烧的化学方程式分别是

现有一套以天然气为燃料的灶具，改烧液化石油气，应采取的正确措施是 ( )
A. 空气和燃气的进气量都减小
B. 两种气体的进入量都增大
C. 增大空气进入量或减少液化石油气进入量
D. 减小空气进入量或增大液化石油气进入量
2、下列说法不正确的是 ( )
A. 烷烃的同系物可用通式CnH2n+2表示 B. 同系物的化学性质相似
C. 同系物的物理性质相同 D. 同分异构体的化学性质一定不相似
3、1mol乙烷在光照条件下，最多可以与多少摩尔Cl2发生取代反应 ( )
A. 4 mol B. 8 mol C. 2 mol D. 6 mol
4、下列说法正确的是 ( )
A. 相对分子质量相同的物质是同种物质
B. 相对分子质量相同的不同有机物不一定是同分异构体
C. 具有同一通式的物质属于同系物
D. 分子中含有碳和氢的化合物是烃类
5、有一类组成最简单的有机硅化合物叫硅烷，它的分子结构与烷烃相似。下列有关说法错误的是 ( )
A. 硅烷的分子通式可表示为SinH2n+2
B. 硅甲烷燃烧生成二氧化硅和水
C. 相同条件下，甲硅烷的密度小于甲烷
D. 硅甲烷与乙硅烷的相对分子质量相差30
6、下列化学式仅代表一种物质的是 ( )
A. CH4 B. C3H8 C. C4H10 D. C5H12
7、某烷烃11 g完全燃烧时，需要28 L氧气(标准状况下)，该烷烃是( )
A. C5Hl2 B. C4H10 C. C3H8 D. C2H6

烃的燃烧小规律
有机物燃烧的规律是中学有机化学基础中的常见题型，也是高考化学中的热点内容,许多学生对这些知识点往往容易产生混淆,现将其归纳总结如下：
有机物完全燃烧的通式：
　　烃： CxHy＋(x+y/4)O2→xCO2+(y/2)H2O
1.等物质的量的烃完全燃烧耗氧量比较的规律：
对于等物质的量的任意烃(CxHy) ，完全燃烧，耗氧量的大小取决于(x+y/4) 的值的大小，该值越大，耗氧量越多。
原理：烃的燃烧通式为： CxHy + (x+y/4)O2 →xCO2 + y/2 H2O
若烃的物质的量相同，则，烃前面的系数必然相同，因此，耗氧量的大小直接决定于氧气前面的系数。
例：等物质的量的CH4 C2H4 C2H6 C3H4 C3H6完全燃烧，耗氧量最大的是哪个？
解：根据等物质的量的任意烃，完全燃烧，耗氧量的大小取决于(x+y/4) 的值的大小，该值越大，耗氧量越多。
得到C3H6中， (x+y/4)的值最大，所以， C3H6的耗氧量最多。
2.等质量的烃完全燃烧耗氧量比较的规律：
对于质量的任意烃，完全燃烧，耗氧量的大小取决于( y/x) 的值的大小，该值越大，耗氧量越多。
例：等质量的CH4 C2H4 C2H6 C3H4 C3H6完全燃烧，耗氧量最大的是哪个？
解：根据上述规律，得到结论( y/x)值越大，耗氧量越多，则对于质量的上述烃，完全燃烧CH4的耗氧量最多。
3.燃烧前后气体的体积大小变化规律
烃燃烧后，若生成的水为气态（温度高于100℃），则：
y=4时，反应前后的体积不变；
y>4时，反应后气体体积>反应前气体体积
y<4时，反应后气体体积<反应前气体体积
原理： 烃的燃烧通式为： CxHy＋(x+y/4)O2→xCO2+(y/2)H2O
反应前后气体的体积的变化量为△V=(x+y/2) – (1+x+y/4) = y/4 – 1,
显然， y=4时， △V=0
y>4时, △V>0
y<4时， △V<0
例：CH4 C2H2 C2H4 C2H6 C3H4 C3H6完全燃烧，反应后温度为120 ℃ ，则反应后，体积不变的是哪种气体？体积减小的是哪种气体？体积增大的是哪种气体？
解：根据 y=4时， △V=0 y>4时, △V>0 y<4时， △V<0
体积不变的是CH4 C2H4 C3H4 体积减小的是 C2H2 体积增大的是 C2H6 C3H6
分子式的确定
1.根据相对密度确定
例1：某烷烃，其蒸汽 的密度式相同条件下氢气密度的36倍，试确定该烷烃的分子式。
解：烷烃的通式为：CnH2n+2,根据题意和公式ρ = M/Vm,
而且，Vm在相同条件下，数值相同， 可以得到结论 M/M(H2)=36;
所以，M=72g/mol;
而该烷烃的摩尔质量M=14n+2,得到等式:14n+2=72, 解得n=5,
所以，该烷烃的分子式为：C5H12
例2：某烃，其蒸汽的密度是相同条件下一氧化碳的密度2倍，测得含碳量为85.7％，试求该烃的分子式。
解：根据题意，可以得到结论：
M/M(CO)=2 ; M=56g/mol
设该烃的分子式为CxHy;根据含碳量，得：
12x/56＝85.7％
y/56＝(1-85.7)%
解得：x=4; y=8 所以，该烃的分子式为：C4H8
【基础达标】
1、土卫六是环绕土星运行的一颗卫星，据国外媒体报道，土卫六表面的海洋中有可能存在生命，又知这些海洋的主要成份是液态甲烷、乙烷以及这两物质构成的聚合物。以下说法中，错误的是（ ）
A．土卫六表面的海洋中富含有机化合物
B．土卫六的海洋中含有正四面体结构的分子
C．甲烷分子中含4种共价键 D．土卫六的海洋中主要含两种元素

2、已知a g甲烷受热完全分解后得到m个碳原子，则下列数值中跟阿佛加德罗常数相等的是A、 B、 C、 D、
3、现有H2、CO、CH4的混合气体VL，其体积比为1∶1∶2。当aL该混合气体完全燃烧时，所需O2的体积为（ ）
A、 L B、5VL C、5a L D、 L
4、沼气是一种清洁能源，已知0.5molCH4完全燃烧生成二氧化碳和水时，放出445kJ热量，则1molCH4完全燃烧时，断裂反应物分子内的化学键所吸收的总能量与形成生成物分子内的化学键所放出的总能量之间的关系为（ ）
A、前者比后者多890kJ B、后者比前者多890kJ
C、前者比后者多445kJ D、后者比前者多445kJ
5、现有一组可能由CH4、NH3、、H2、CO、CO2 和HCl组成的无色混合气体，善思的李聪进行了以下实验：①将此混合气体通过浓硫酸，②再通过过量的澄清石灰水，③剩余气体经干燥后可在氧气中燃烧。得到的实验现象依次为：①中气体总体积基本不变，②中未见浑浊，但气体体积减少，③中燃烧产物不能使无水硫酸铜变色。据此确定原混合气体的组成为（　 ）
A、CO和HCl B、CH4和NH3 C、CH4和HCl、 D、H2和CO2
6、2008是全球经济急剧衰退的一年，在金融风暴的冲击下，提高原料利用率来提高经济效益成为人们关注的焦点。某化工厂利用甲烷与氯气反应得到的副产品来制取盐酸实现了变废为宝的梦想，其生产原理可在实验室中模拟如下，请根据要求填空：

（1）写出装置A中发生反应的化学方程式 ；
（2）B装置的三种功能是① ，② ，③ ；
（3）设 =x，若理论上欲获得最多的氯化氢，则x值

应 ；         
（4）在C装置中，经过一段时间的强光照射后，发现硬质玻璃管内壁附着有油珠，写出生成产物中密度最大的物质的化学方程式                               ；（5）D装置的作用是         （填编号）；
     A、收集气体   B、吸收氯气    C、防止倒吸    D、吸收氯化氢
（6）D装置生成盐酸外，还含有有机物，从E中分离出盐酸的最佳方法为         ；
     该装置还有缺陷，原因是没有进行尾气处理，其尾气主要成分为    （填编号）。
       ①CH4   ②CH3Cl   ③CH2Cl2   ④CHCl3   ⑤CCl4