2020高中化学 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 第一课时 天然气的利用 甲烷教案 苏教版必修2.doc

第一课时天然气的利用甲烷学习目标1.会书写甲烷的分子式、结构式、电子式，知道甲烷分子的结构特点。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。3.知道取代反应的概念。知识点甲烷的性质 学生预习区1三大化石燃料2甲烷的物理性质甲烷通常为无色、无味的气体，难溶于水，密度比空气小。3甲烷的化学性质(1)氧化反应甲烷在空气中安静地燃烧，火焰呈淡蓝色，无烟，化学方程式为CH42O2CO22H2O。(2)取代反应有机物化合物分子中的某些原子(或原子团)被另一种原子(或原子团)所取代的反应。甲烷与氯气发生取代反应，可认为是分步进行的，反应方程式为：第一步：CH4Cl2CH3ClHCl；第二步：CH3ClCl2CH2Cl2HCl；第三步：CH2Cl2Cl2CHCl3HCl；第四步：CHCl3Cl2CCl4HCl。4甲烷的利用(1)曾被广泛使用的制冷剂氟利昂可以由甲烷制得。甲烷与氯气发生取代反应的生成物CHCl3和HF气体反应，就能生成CHFCl2。(2)甲烷在一定条件下可被氧化，生成CO和H2的混合物，生成的混合气体在催化剂和一定压强、温度下能合成CH3OH。(3)甲烷在1500 以上高温下能比较完全地分解，生成炭黑和H2。反应方程式为CH4C2H2。1能否用CH4和Cl2按11的体积比混合来制取纯净的CH3Cl?提示：CH4和Cl2的反应是连锁反应，不可能只发生第一步取代反应，生成物为混合物，即CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4四种有机物与HCl形成的混合物，CH3Cl的产率低，因此不能用CH4和Cl2按11的体积比混合来制取纯净的CH3Cl。教师点拨区1甲烷分子的结构在甲烷分子中，碳原子与氢原子之间以单键相连，分子的空间构型为正四面体结构，碳原子位于正四面体的中心，四个氢原子位于正四面体的四个顶点。2甲烷发生取代反应的有关规律(1)反应条件和反应物反应条件为光照(不能用太阳光直射，以防爆炸)，反应物为甲烷与卤素单质。如甲烷与氯水、溴水不反应，但可以与氯气发生取代反应。(2)反应产物甲烷与氯气反应生成的产物是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4四种有机物与HCl形成的混合物，虽然反应物的比例、反应的时间长短等因素会造成各种产物的比例不同，但很难出现全部是某一种产物的情况。(3)反应特点连锁反应甲烷的取代反应是一种连锁反应，即第一步反应一旦开始，后续反应立即进行。生成物中各物质均含有，其中HCl的物质的量最多。数量关系CH4与Cl2发生取代反应时，每1 mol H被取代，消耗1 mol Cl2，同时生成1 mol HCl。即1 mol CH4与Cl2发生完全取代，消耗Cl2最多为4 mol。n(Cl2)n(H)n(HCl)。对点即时练1甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构，而不是正方形的平面结构，理由是()ACH3Cl只有一种结构BCH2Cl2只有一种结构CCHCl3只有一种结构DCH4中含有4个CH共价键答案B解析甲烷分子无论是正四面体结构，还是正方形的平面结构，A、C、D三项都是成立的；CH2Cl2若是正方形的平面结构，则其结构应有两种，即，若是正四面体结构，则其结构只有一种。2在标准状况下，22.4 L CH4与氯气在光照下发生取代反应，待反应完全后，测得四种有机取代物的物质的量相等，则消耗的氯气为()A0.5 mol B2 mol C2.5 mol D4 mol答案C解析1 mol CH4与氯气发生取代反应，生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各0.25 mol，该四种取代物中n(Cl)0.25 mol(1234)2.5 mol，即1 mol CH4中被取代的氢原子为2.5 mol，每取代1 mol氢原子，消耗1 mol Cl2，故消耗的氯气为2.5 mol。答案为C。规律方法甲烷空间构型的探究甲烷分子中有4个等同的CH键，在空间可能有2种对称分布正四面体结构和平面正方形结构。假设甲烷具有平面正方形结构，则CH2Cl2分子中的5个原子必在同一平面上，应有2种结构：若CH2Cl2有2种结构，则应有熔沸点等物理性质不同的2种物质，而科学研究发现，CH2Cl2只有1组熔沸点数据。故甲烷为正四面体结构。知识点烷烃 学生预习区1烃仅含碳和氢两种元素的有机物称为碳氢化合物，又称烃。2. 烷烃(1)概念：烃分子里碳原子都以碳碳单键相连，其余的价键均与氢原子结合，使每个碳原子的化合价都充分利用，达到“饱和”，这样的烃叫做饱和烃，又称为烷烃。(2)通式：CnH2n2。(3)命名：分子中含110个碳原子的烷烃，按照分子中碳原子数目依次称为甲烷、乙烷、丙烷、丁烷。分子中碳原子数超过10个的，直接根据碳原子数称为某烷，如C16H34称为十六烷。(4)同系物：结构相似，分子组成相差一个或若干个“CH2”原子团的有机化合物互称为同系物。2多碳原子烷烃(如：CH3CH2CH2CH2CH3)分子中，碳原子是直线形吗？提示：不是。烷烃分子中的碳原子以单键与其他原子相连，因此与之成键的4个原子构成四面体结构。碳原子一定不在同一直线上，直链烷烃中碳原子的排列呈锯齿状。教师点拨区1烷烃的结构特点碳碳结合成链状，链状不是“直线状”，而是呈锯齿状，链上还可分出支链，如图所示。2烷烃的物理性质(1)烷烃难溶于水，易溶于有机溶剂。(2)常温下，碳原子数小于或等于4的烷烃为气态(新戊烷常温下也为气态)。(3)碳原子数相同的烷烃，支链越多，沸点越低。如沸点：正戊烷异戊烷新戊烷。3烷烃的化学性质烷烃的化学性质与甲烷类似，不能被KMnO4等强氧化剂氧化，也不能与强酸、强碱发生反应。(1)具有可燃性，完全燃烧的化学方程式为CnH2n2O2nCO2(n1)H2O。(2)可发生取代反应，化学方程式为CnH2n2Cl2CnH2n1ClHCl，CnH2n1ClCl2CnH2nCl2HCl4判断同系物的三个关键(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(n1)同系物一定具有不同的碳原子数(或分子式)；同系物一定具有不同的相对分子质量(相差14n，n1)。对点即时练3下列关于烷烃的叙述，不正确的是()A在烷烃分子中，只有单键B烷烃的通式为CnH2n2，符合该通式的烃不一定是烷烃C烷烃在一定条件下都能与Cl2发生取代反应D随着碳原子数的增加，烷烃的熔、沸点逐渐升高答案B解析A项，所有的烷烃分子中只存在单键，A正确；B项，烷烃的通式为CnH2n2，符合该通式的烃一定是烷烃，B错误；C项，烷烃的特征反应是与卤素单质发生取代反应，C正确；D项，随着碳原子个数的增加，烷烃的熔、沸点逐渐升高，D正确。4下列各组物质中互为同系物的是()答案A解析A项，结构相似，分子组成相差1个“CH2”原子团，二者互为同系物；B项，结构不相似，二者不互为同系物；C项，由同种元素形成的不同单质互为同素异形体