甲烷--知识点.doc

甲 烷
一、有机化合物
1、定义：大多数含碳元素的化合物（碳单质、碳的氧化物、碳酸、碳酸盐、氰化物除外）称为有机化合物，简称有机物。
2、组成元素：除含碳元素外，常含有氢元素、氧元素、有些有机物还含有氮、硫、卤素、磷等。
3、有机化合物的特点
有机化合物与无机化合物的区别如下表：

比较
物质

有机物
无机物
类型
多数为共价化合物，
多数为非电解质
有离子化合物，也有共价
化合物，多数是电解质
结构
多数物质中只含有共价键
有些物质中含有离子键，有些
物质中含有共价键，有些物质
中既含有共价键，又含有离子键
溶解性
多数难溶于水，易溶于汽
油、酒精、苯等有机溶剂
多数能溶于水而难溶于有机溶剂
可燃性
多数能燃烧
多数不能燃烧
反应类型
一般比较复杂，副反应多，反应速率慢，方程式用“→”表示
一般比较简单，副反应少，反应速率快，方程式用“=”表示
二、烃
1、定义：仅由碳和氢两种元素组成的有机物称为碳氢化合物，也称为烃，通式CxHy。
2、典型代表物：最简单的烃是甲烷（CH4）。
三、甲烷
1、存在
甲烷是天然气、沼气、油田气和煤矿坑道气的主要成分，是由沼泽地区的植物残体经微生物作用而形成的。
2、用途
天然气是一种高效、低耗、污染小的清洁能源，同时还是一种重要的化工原料，可用于生产种类繁多的化工产品如制氟利昂作制冷剂，氧化制甲醇，裂解制炭黑等。
3、、甲烷的分子结构
表示方法
含义
分子式
CH4
用元素符号表示物质分子组成的式子，可以反映一个分子中原子的种类和数目
最简式（实验式）
CH4
表示物质组成的各元素
原子最简整数比的式子
电子式

用小黑点等符号代替电子，表示
原子最外层电子成键情况的式子
结构式

（1）具有分子式所能表示的意义，能反映物质的结构；（2）表示分子中原子的结合或排列顺序的式子，但不表示空间结构
结构简式
CH4
结构式的简便写法，着重突出结构特点
空间结构
正四面体构型
表示分子的空间结构
球棍模型

小球表示原子，短棍表示化学键，展示了空间结构
比例模型

表明了原子的相对大小和空间的相对位置
说明：
（1）甲烷的分子式为CH4，碳原子以最外层的4个电子分别与4个氢原子的电子形成4个C—H共价键。
（2）甲烷分子具有正四面体结构，碳原子位于正四面体的体心，4个氢原子分别位于正四面体的4个顶点。4个C—H键的长度和强度相同，夹角相同（都为109°28'）。
4、甲烷的物理性质
甲烷是无色无味的气体，密度是0.717g/L（标准状况），极难溶于水。
5、 甲烷的化学性质
在通常情况下，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，但在特定的条件下也能发生某些反应。
（1） 氧化反应
甲烷在空气中燃烧发出淡蓝色火焰，同时放出大量的热，化学方程式为：
CH4＋2O2点燃

CO2＋2H2O
说明：
①甲烷燃烧产物的证明：用一只冷而干燥的烧杯罩在火焰的上方，烧杯内壁上有水珠出现，证明有水生成。把烧杯迅速倒转过来，立即向烧杯内注入少量澄清石灰水振荡，石灰水变浑浊，证明有二氧化碳生成。
②点燃甲烷和空气的混合气体，可能会发生爆炸（空气中爆炸极限为5% ~ 15%），因此，在点燃甲烷之前必须先检验其纯度。
CH4和Cl2
③煤矿坑道内瓦斯的主要成分为甲烷，当含量达到爆炸极限时，瓦斯遇明火即能发生爆炸。预防瓦斯爆炸的措施：严禁烟火、严禁产生火花的碰撞和摩擦；加强通风设施，及时排出瓦斯；研制并安装甲烷预警系统。
（2） 取代反应
①CH4与Cl2的反应的实验探究
饱和食盐水

实验操作：取两只硬质大试管，通过排饱和食盐水的方法先后各收集半试管甲烷和半试管氯气，分别用铁架台固定好。其中一只试管用预先准备好的黑色纸套套上，另一只试管放在光亮处（不要放在日光直射的地方，以免引起爆炸）。片刻后，比较两支试管中的现象。
实验现象：用黑色纸套套住的试管中，甲烷与氯气的混合气体无明显变化；用光照射的试管中，混合气体的颜色逐渐变浅，试管内壁出现油滴，试管中有少量白雾。
实验结论：CH4与Cl2的混合气体在黑暗处不能反应，在光照下能缓慢反应，反应中Cl2被逐渐消耗，生成HCl气体和不溶于水的有机物。
②甲烷与Cl2反应的原理
在光照条件下，甲烷与Cl2发生反应：
CH4＋Cl2 光照

CH3Cl＋HCl
生成的一氯甲烷可与Cl2进一步反应，生成二氯甲烷、三氯甲烷(氯仿)和四氯甲烷(四氯化碳)。其反应方程式分别为：
CH3Cl＋Cl2 光照

CH2Cl2＋HCl
CH2Cl2＋Cl2光照

CHCl3＋HCl
CHCl3＋Cl2光照

CCl4＋HCl
说明：
A、甲烷与卤素单质在光照条件下发生取代反应，与氯水、溴水等不反应。
B、CH4与Cl2的反应是逐步进行的，反应方程式要分步写，一般不写成CH4＋4Cl2光照

CCl4＋4HCl之类的总反应式。应注意到用“→”，不用等号，但方程式两边原子个数仍要守恒。
C、当n(CH4)：n(Cl2)=1：1时，反应不只是CH4＋Cl2 光照

CH3Cl＋HCl，其他反应也发生。
D、甲烷的四种氯代产物都不溶于水。常温下，一氯甲烷是气体，其他三种都是油状液体。
E、甲烷与氯气的反应特点：
a、甲烷逐步发生取代反应，各步反应同时进行；
b、生成物中HCl最多；
c、每取代1mol氢原子，消耗1mol氯气，生成1molHCl。
③取代反应的概念及通式
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。通式如下：
A—B + C—D → A—D + B—C
A、取代反应是有机反应中基本的反应类型。反应物的特点看，取代反应中至少有一种是有机物，另一种反应物既可以是有机物也可是无机物；从分子组成的变化形式上说，有机物分子里被替代的既可以是原子也可以是原子团，如：
CH4＋Cl2 光照

CH3Cl＋HCl
CH3－CH2－O－H＋HO－CH2－CH3浓硫酸
140℃
CH3－CH2－O－CH2－CH3＋H2O
B、取代反应的实质是参加反应的两物质都断裂分子中的一个化学键，一分为二，然后两两交换重新组合成两种新物质。反应的特点可概括为八个字“上一下一，取而代之”取代反应与置换反应有本质的区别，二者比较如下表：
区
别

实 例
类

别
取代反应
置换反应
CH4＋Cl2 光照

CH3Cl＋HCl
Zn＋H2SO4=ZnSO4＋H2↑
概念
有机物分子里的原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反应
一种单质跟一种化合物反应，生成另一种单质和另一种化合物的反应
反应物
一种化合物和另一种化合物或单质
一种单质和一种化合物
生成物
两种新的化合物
另一种单质和另一种化合物
反应中电子得失
不一定发生电子转移，不一定是氧化还原反应
一定发生电子转移，
一定是氧化还原反应
反应是否可逆
大多数是可逆反应
一般是不可逆反应

（3）受热分解制炭黑
CH4 高温

C＋2H2（15000℃以上能比较完全的分解）
炭黑：橡胶工业的重要原料，也可用于制造颜料、油墨、油漆等。