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2019学年化学苏教版必修2同步课件:专题3 第1单元 第1课时 天然气的利用 甲烷

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专题3

有机化合物的获得与应用

第一单元 化石燃料与有机化合物 第1课时 天然气的利用 甲烷

1.认识甲烷的结构特点并会书写甲烷的分子式、 学*目标: 结构式和电子 式。2.知道甲烷能发生氧化反应和取代反应,会书写相应的化学方程式。 (重 点)3.理解取代反应的概念并能进行判断。(重点)4.掌握同系物、同分异构体的 概念并会判断是否为同分异构体或同系物。

[自 主 预 *· 探 新 知]
一、化石燃料
?天然气:主要成分为 甲烷 ,最简单的有机物。 ? 碳和氢 ,同时含少量的 组成元素:主要是 ? ? ? ? 硫、氧、氮 等 ? ? ? 石油 ? ?化学成分: 液态的碳氢化合物 及其溶有 ? 化石燃料? 气态和固态的碳氢化合物 ? ? ? 组成物质:有机物和无机物组成的复杂混合物 ? ? ? ?煤?组成元素:含量最高的为碳、其次是氢、氧及 ? ? 少量的硫、磷、氮等 ? ?

二、甲烷的组成、结构与性质 1.甲烷的组成和结构 分子式: CH4 ,电子式:

,结构式:



甲烷分子的空间结构是 正四面体 构型。碳原子位于四面体的中心 ,四个 氢原子分别位于 四面体的4个顶点 。

2.物理性质 颜色 状态 气味
无色 气态 无味

密度 ρ(CH4)<ρ(空气)

水溶性
难溶

3.化学性质 (1)稳定性 在通常情况下,甲烷是比较稳定的,跟强酸、强碱或强氧化剂等一般不 起反应。 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)氧化反应 纯净的甲烷在空气中安静的燃烧,火焰呈淡蓝色,放出大量的热,反应

点燃 的化学方程式为 CH4+2O2――→ CO2+2H2O
(3)取代反应 ①甲烷与 Cl2 在光照下的反应实验探究 实验操 作



实验现 象

(ⅰ)瓶内黄绿色逐渐消失,最后变为无色; (ⅱ)集气瓶内壁有 油状液滴出现; (ⅲ)集气瓶内液面 上升,水槽中有 晶体。 光照 CH4+Cl2――→
CH3Cl+HCl

光照 反应原 CH3Cl+Cl2――→ CH2Cl2+HCl 理 光照 CH2Cl2+Cl2――→ 光照 CHCl3+Cl2――→
CHCl3+HCl CCl4+HCl

②取代反应:有机化合物分子中的 某种原子(或原子团) 被另一种
原子(或原子团) 所取代的反应。

4.甲烷的利用 (1) 利用甲烷与氯气发生取代反应的生成物三氯甲烷制备制冷剂 — 氟利 昂,其过程反应方程式为 CHCl3+HF―→CHFCl2+HCl 。 被氧化 一定条件 (2)合成甲醇,其过程为 CH4――――→(CO+H2)――――→CH3OH。 一定条件 高温 CH4――→C+2H2 (3)高温分解生成炭黑,其反应方程式为 。

三、烷烃 1.烷烃

同系物

(1)烃:只由碳、氢 两种元素组成的化合物叫碳氢化合物,也叫烃。 (2)烷烃:烃的分子里碳原子间都以碳碳单键互相连接成链状,碳原子的 其余的价键全部跟 氢原子结合,达到 饱和状态。其通式为 CnH2n+2 (3)命名 n≤10:依次称为 甲烷、 乙烷、 丙烷 、丁烷 ?? n≥11:直接根据碳原子数称某烷,如 C16H34 称为十六烷 。 。

2.同系物 分子结构相似 ,组成上相差 1 个或若干个“ CH2 ”原子团的有机化合

物互称为同系物。如甲烷(CH4)、乙烷(CH3CH3)、丙烷 CH3CH2CH3 互为同系 物。

[基础自测] 1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”) (1)煤主要含有碳元素,煤是纯净物。( (2)点燃甲烷气体之前必须检验其纯度。( (3)甲烷与氯水在光照条件下发生取代反应。( ) ) )

(4)烷烃的通式是 CnH2n+2(n≥1),但符合通式 CnH2n+2(n≥1)的不一定是烷 烃。( )

【答案】 (1)× (2)√ (3)× (4)×

2.下列叙述不正确的是(

)

A.甲烷与氯气发生取代反应后的产物中,常温下只有一种有机气体 B.甲烷化学性质比较稳定,一定不会发生氧化反应 C.甲烷跟氯气反应无论生成 CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3 还是 CCl4,都属于 取代反应 D.甲烷与氯气反应后得到的所有有机物都难溶于水

B [甲烷与氯气发生取代反应后的五种产物中,常温下 CH3Cl 和 HCl 为 气体,其余为液体,只有 HCl 能溶于水,其余的产物都难溶于水,A、D 正 确;CH4 的性质比较稳定,通常情况下,不与强酸、强碱、强氧化剂反应, 但可以在氧气中燃烧,B 错误;甲烷与氯气反应生成四种有机物的反应都属 于取代反应,C 正确。]

3.下列关于同系物的说法中,错误的是( A.同系物具有相同的最简式

)

B.同系物之间相对分子质量相差 14 或 14 的整数倍 C.同系物符合同一通式 D.同系物的化学性质基本相似

A

[合 作 探 究· 攻 重 难]
分析烷烃结构,推导烷烃化学性质

[背景材料] 甲烷、乙烷、丙烷和正丁烷结构式分别如下:

[思考交流] (1)观察上述结构式,总结烷烃在组成、结构上的相似之处。 【提示】 组成元素均只含有 C、H 两种元素;化学键均只含有 C—C、 C—H(CH4 无 C—C);均为链状。
(2)结构决定性质,根据甲烷的性质推测其它烷烃的化学性质。 【提示】 稳定性、氧化反应(燃烧)、取代反应。

烷烃的化学性质 烷烃的化学性质和甲烷相似,通常情况下不与强酸、强碱以及强氧化剂 发生反应,都不能够使酸性高锰酸钾溶液以及溴水褪色。 (1)在光照条件下与卤素单质发生取代反应 光照 CnH2n+2+X2――→CnH2n+1X+HX。 (2)燃烧反应 3n+1 点燃 CnH2n+2+ 2 O2――→nCO2+(n+1)H2O。

识别、判断同系物

[背景材料]

[思考交流] (1)上述三种烷烃互为同系物吗?为什么? 【提示】 个 CH2。
(2)CH2==CH2 与 相差 1 个 CH2,二者互为同系物吗?

互为同系物,因为这三种烃结构相似且分子组成上相差了 n

【提示】 是环烷烃。

不是。二者结构不相似,一种含有碳碳双键属于烯烃,一种

(3)CH3CH2CH2CH3 与

是否属于同系物?为什么?

【提示】 不是。因为同系物在分子组成上必须相差 1 个或若干个 CH2

原子团,一定具有不同的分子式。而 CH3CH2CH2CH3 与

分子

式相同,属于同分异构体。

(4)同系物具有同一通式,具有同一通式的有机物一定是同系物吗?

【提示】 不一定。如 CH2==H2 和

通式相同,均为 CnH2n,

但它们均不为同系物,所以具有同一通式的有机物不一定是同系物。

1.同系物判断的两个标准 (1)分子结构相似即属于同一类物质。 (2)分子组成上仅相差一个或若干个 CH2 原子团。 2.同系物判断的三个关键点 (1)“同”——互为同系物的物质必须属于同一类物质。 (2)“似”——结构相似,是指化学键类型相似,分子中各原子的结合方 式相似。

(3)“差”——组成上相差 n 个 CH2 原子团(n≥1)。 ①同系物一定具有不同的碳原子数(或分子式)。 ②同系物一定具有不同的相对分子质量(相差 14n)。 3.判断同系物时应注意的两个问题 (1)互为同系物的分子中各元素的质量分数可能相同,也可能不同。 (2)同系物和同分异构体的区别,同系物结构相似,组成不同,分子式不 同;同分异构体分子式相同,结构可能相似也可能不相似。

[当 堂 达 标· 固 双 基]
题组 1 甲烷的组成、结构与性质 ) 1.下列关于甲烷的说法不正确的是( A.甲烷分子具有正四面体结构 B.甲烷分子中的四个 C—H 键相同 C.甲烷分子是*面正方形结构

D.甲烷分子的结构式是

C

2.下列有关甲烷的说法中错误的是(

)

A.采煤矿井中的甲烷气体是植物残体经微生物发酵而来的 B.天然气的主要成分是甲烷 C.甲烷是没有颜色、没有气味的气体,极易溶于水 D. 甲烷与氯气发生取代反应所生成的产物四氯甲烷是一种效率较高的灭 火剂

C [甲烷是由古代生物发酵而来的,故说法 A 正确;天然气的主要成分 是 CH4,故说法 B 正确;甲烷是无色无味的气体,难溶于水,故说法 C 错误; 四氯化碳不支持燃烧,可以灭火,故说法 D 正确。]

3.把 1 体积 CH4 和 4 体积 Cl2 组成的混合气体充入试管中, 将此试管倒立 在盛有 AgNO3 溶液的水槽中,放在光亮处,片刻后发现试管壁上有油状液滴 出现,该油状液滴可能是 ________ ,水槽中还观察到 ________ ,原因是 _______________(用离子方程式解释)。若向水槽中再滴入几滴紫色石蕊试液 又观察到_____________________。

【解析】

CH4 和 Cl2 反应的产物中,HCl 极易溶于水,能电离出 H+和

Cl-,其他产物均为有机物,部分呈气态,部分为油状液体。CH4 和 Cl2 在光 照条件下反应生成 CH3Cl(气体)、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl,随着反应进 行,Cl2 不断消耗,试管中黄绿色逐渐消失,又由于生成的 CH2Cl2、CHCl3、 CCl4 常温下均为无色液体,使试管壁上有油状液滴出现;因生成的 HCl 易溶 于水,反应后,试管内气体压强减小,试管内水位上升,HCl 溶于水后,与 AgNO3 反应生成 AgCl 白色沉淀,同时溶液显酸性,故加入紫色石蕊试液后 溶液变红。 CHCl3、 CCl4 有白色沉淀产生 【答案】 CH2Cl2、

Ag++Cl-===AgCl↓

溶液变红

烷烃取代反应的易错点小结

题组 2 烷烃的结构与性质 4.下列说法不正确的是( ) A.烷烃中每个碳原子都形成四个共价单键 B.正丁烷的四个碳原子可以在同一条直线上 C.甲烷、乙烷、丙烷的结构都只有一种 D.任何烷烃分子不可能为*面结构

B

[C 原子的最外层有四个电子,故能与其他原子形成四个共价键,在

烷烃中原子之间都是单键,A 正确;由碳原子的四个共价键在空间排列成四 面体结构推知,丁烷的四个碳原子一定不在同一条直线上,B 错误;烷烃从 丁烷开始才有同分异构体,C 正确;烷烃中 C 原子形成四个共价键,这四个 键在空间排列成四面体型,故不可能为*面结构,D 正确。]

5.下列有关烷烃性质的叙述中不正确的是(

)

A.所有烷烃性质都很稳定,常温下很难被强氧化剂氧化 B.分子式的通式为 CnH2n+2,均能与氯气发生取代反应 C.所有烷烃的结构都与甲烷类似,故常温下都是气体 D.随着碳原子数的增加,烷烃的熔沸点逐渐升高

C [烷烃的化学性质与甲烷类似,常温下难与酸、碱、强氧化剂反应,A 正确;烷烃的典型化学性质就是取代反应,B 正确;烷烃的结构与甲烷类似, 但其熔沸点随碳原子数的增加而增大,碳原子数多于 4 个时为液体,碳原子 数多于 17 个时呈固态,C 错,D 正确。]

题组 3

同系物 )

6.下列有关同系物的说法中错误的是( ①丙烷和异丁烷互为同系物 的有机物是同系物 相同

②分子组成相差一个或若干个 CH2 原子团

③互为同系物的两者中碳、氢元素的物质的量之比一定

④互为同系物的两种有机物的物理性质有差别,但化学性质相似 A.①②③④ C.只有③④ B.只有②③ D.只有①②③

B [丙烷和异丁烷的结构相似, 分子组成上相差一个“CH2”, 两者互为 同系物,①正确;同系物的结构首先相似,②错;甲烷与乙烷互为同系物, 两者中碳、氢元素的物质的量之比可能不同,③错;根据烷烃物理性质的递 变性可知,同系物之间化学性质相似,物理性质不同,④正确。]

7.下列物质互为同系物的是(

)

B [A 项为同种物质;B 项互为同系物;C 项所含氯原子数不同,分子 组成不是相差一个 CH2 原子团或其倍数;D 项不是同一类别的物质,故不属 于同系物。]

课时分层作业(十四)

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