高中化学 第三章 有机化合物 第一节 有机化合物 最简单的有机化合物—甲烷 第1课时 甲烷课件 新人教版必修2-新人教版高一必修2化学课件

1、第三章有机化合物第三章有机化合物第一节最简单的有机化合物第一节最简单的有机化合物甲烷甲烷第第1 1课时甲烷课时甲烷【新课导入新课导入】 ( (教师用书备用教师用书备用) )可燃冰可燃冰, ,学名天然气水合物学名天然气水合物, ,其化学式为其化学式为CHCH4 48H8H2 2O,O,它是未来洁净的新能源。埋它是未来洁净的新能源。埋于海底地层深处的大量有机质在缺氧环境中于海底地层深处的大量有机质在缺氧环境中, ,厌氧性细菌把有机质分解厌氧性细菌把有机质分解, ,最后形最后形成石油和天然气。其中许多天然气又被包进水分子中成石油和天然气。其中许多天然气又被包进水分子中, ,在海底的低温与压力下又在海

2、底的低温与压力下又形成形成“可燃冰可燃冰”。这是因为天然气有个特殊性能。这是因为天然气有个特殊性能, ,它和水可以在它和水可以在25 25 内结晶内结晶, ,这个结晶就是这个结晶就是“可燃冰可燃冰”。你知道它有哪些性质和用途吗。你知道它有哪些性质和用途吗? ?来认识一下元素周期表吧来认识一下元素周期表吧! !【课标要求课标要求】1.1.了解有机化合物的概念。了解有机化合物的概念。2.2.掌握甲烷的分子结构掌握甲烷的分子结构, ,了解甲烷的物理性质及存在、用途。了解甲烷的物理性质及存在、用途。3.3.掌握甲烷的化学性质掌握甲烷的化学性质, ,认识取代反应的特点。认识取代反应的特点。知识探究知识探

3、究 梳理知识梳理知识点拨方法点拨方法探究点一甲烷的空间结构及表示方法探究点一甲烷的空间结构及表示方法一、有机化合物和烃一、有机化合物和烃碳元素碳元素氧、氢氧、氢碳、氢碳、氢思考思考1 1 COCO、COCO2 2、H H2 2COCO3 3及碳酸盐中含有碳元素及碳酸盐中含有碳元素, ,它们属于有机物吗它们属于有机物吗? ?答案答案: :不属于。不属于。COCO、COCO2 2、H H2 2COCO3 3及碳酸盐中虽然含有碳元素及碳酸盐中虽然含有碳元素, ,但其组成和但其组成和性质大多具有无机物的特点性质大多具有无机物的特点, ,属于无机物。属于无机物。二、甲烷的存在和用途二、甲烷的存在和用途天

4、然气、沼气、油田气天然气、沼气、油田气三、甲烷的分子组成及结构三、甲烷的分子组成及结构CHCH4 4思考思考2 2 甲烷的球棍模型能反映甲烷分子的真实空间构型吗甲烷的球棍模型能反映甲烷分子的真实空间构型吗? ?答案答案: :不能。球棍模型反映了甲烷分子中原子间的连接方式不能。球棍模型反映了甲烷分子中原子间的连接方式, ,而不能反映甲而不能反映甲烷分子中烷分子中C C、H H原子的相对大小关系。原子的相对大小关系。正四面体正四面体C CH H名师点拨名师点拨1.1.若若CHCH4 4分子中的分子中的4 4个氢原子全部用其他相同的原子替代个氢原子全部用其他相同的原子替代, ,则该原子形成的则该原子

5、形成的分子结构仍为正四面体分子结构仍为正四面体, ,如如CClCCl4 4、CFCF4 4等。等。2.2.若若CHCH4 4分子中的分子中的4 4个氢原子被其他原子部分替代或全部被其他不同的原个氢原子被其他原子部分替代或全部被其他不同的原子替代子替代, ,则该原子形成的分子结构为四面体则该原子形成的分子结构为四面体, ,但不属于正四面体但不属于正四面体, ,如如CHCH3 3ClCl、CHCH2 2ClCl2 2、CClCCl3 3F F等。等。3.3.在以碳原子为中心形成的四面体结构中在以碳原子为中心形成的四面体结构中, ,任意的任意的3 3个原子一定共平面。个原子一定共平面。 有机物分子中

6、紧邻碳原子的四个原子的空间构型规律有机物分子中紧邻碳原子的四个原子的空间构型规律过关演练过关演练 巩固知识巩固知识提升能力提升能力1.1.如图所示均能表示甲烷的分子结构如图所示均能表示甲烷的分子结构, ,哪一种更能反映其真实存在状况哪一种更能反映其真实存在状况( ( ) )A.A. B. B. C. C. D. D.D D解析解析: :在这几种形式中在这几种形式中, ,分子结构示意图、球棍模型及比例模型均能反映分子结构示意图、球棍模型及比例模型均能反映甲烷分子的空间构型甲烷分子的空间构型, ,但比例模型更能形象地表达出但比例模型更能形象地表达出H H、C C的位置及所占的位置及所占比例比例;

7、;电子式只反映原子的最外层电子的成键情况。电子式只反映原子的最外层电子的成键情况。2.2.下列关于甲烷结构的说法错误的是下列关于甲烷结构的说法错误的是( ( ) )A.A.甲烷分子中的化学键都是共价键甲烷分子中的化学键都是共价键B.B.甲烷分子为正四面体结构甲烷分子为正四面体结构C.C.甲烷分子为正四边形结构甲烷分子为正四边形结构D.CHD.CH2 2ClCl2 2为四面体形结构为四面体形结构C C解析解析: :甲烷分子中四个化学键完全相同甲烷分子中四个化学键完全相同, ,均为共价键均为共价键, ,分子为正四面体结构分子为正四面体结构, ,而不是正四边形结构而不是正四边形结构;CH;CH2 2

8、ClCl2 2呈四面体形呈四面体形, ,但不是正四面体。但不是正四面体。3.3.甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构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而不是正方形的平面结构, ,理由是理由是( ( ) )A.CHA.CH3 3ClCl只有一种结构只有一种结构B.CHB.CH2 2ClCl2 2只有一种结构只有一种结构C.CHClC.CHCl3 3只有一种结构只有一种结构D.CHD.CH4 4中含有中含有4 4个个CHCH极性键极性键B B解析解析: :甲烷无论是正四面体结构甲烷无论是正四面体结构, ,还是正方形的平面结构还是正方形的平面结构,A,A、C C、D

9、 D三项都三项都是成立的。是成立的。CHCH2 2ClCl2 2若是正方形的平面结构若是正方形的平面结构, ,则其结构应有两种则其结构应有两种, ,即即 和和 ; ;若是正四面体结构若是正四面体结构, ,则其结构只有一种。则其结构只有一种。探究点二甲烷的取代反应探究点二甲烷的取代反应知识探究知识探究 梳理知识梳理知识点拨方法点拨方法一、物理性质一、物理性质甲烷是一种无色、无味、甲烷是一种无色、无味、 溶于水、密度比空气小的气体。溶于水、密度比空气小的气体。二、化学性质二、化学性质1.1.稳定性稳定性: :性质稳定性质稳定, ,与强酸、强碱、与强酸、强碱、 等不发生反应。等不发生反应。2.2.氧

10、化反应氧化反应( (可燃性可燃性):): ( (点燃前应点燃前应 ) )。极难极难KMnOKMnO4 4溶液溶液验纯验纯4222CH +2OCO +2HO 点燃3.3.取代反应取代反应(1)(1)甲烷与甲烷与ClCl2 2的取代反应实验的取代反应实验CHCH4 4+Cl+Cl2 2 CHCH3 3Cl+HClCl+HClCHCH3 3Cl+ClCl+Cl2 2 CHCH2 2ClCl2 2+HCl+HClCHCH2 2ClCl2 2+Cl+Cl2 2 CHClCHCl2 2+HCl+HClCHClCHCl3 3+Cl+Cl2 2 CClCCl4 4+HCl+HCl变浅变浅油状液滴油状液滴少量白

11、雾少量白雾上升上升无明显现象无明显现象(2)(2)取代反应取代反应: :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 的反应。即取代反应从形式上看是的反应。即取代反应从形式上看是“一上一下一上一下”。替代替代思考思考 能用甲烷与能用甲烷与ClCl2 2制取纯净的制取纯净的CHCH3 3ClCl吗吗? ?答案答案: :不能。甲烷与不能。甲烷与ClCl2 2的取代反应一旦引发的取代反应一旦引发, ,反应不会停留在第一步上反应不会停留在第一步上, ,四种有机产物都有。四种有机产物都有。名师点拨名师点拨1.1.甲烷发生取代反应的有关规律甲烷发生取

12、代反应的有关规律反应物反应物甲烷与氯气甲烷与氯气( (不能用氯水不能用氯水) )反应条件反应条件光照光照生成物生成物甲烷与氯气生成四种有机产物甲烷与氯气生成四种有机产物:CH:CH3 3ClCl、CHCH2 2ClCl2 2、CHClCHCl3 3、CClCCl4 4和和无机物无机物HCl,HCl,其中其中HClHCl的产量最多的产量最多 2222_:molmol Clmol HClmol C HClClmol, (Cl )(H)(HCl)xyynnn连锁反应 甲烷中的氢原子被氯原子逐步取代，各步 反应同时进行，即第一步反应一旦开始，后续 反应立即进行反应特点数量关系:每取代1 氢原子，消耗1

13、 ，同时 生成1 。即1 与发生完全取代， 消耗最多为 。 _2.2.取代反应与置换反应的区别取代反应与置换反应的区别CHCH4 4+Cl+Cl2 2Zn+HZn+H2 2SOSO4 4过关演练过关演练 巩固知识巩固知识提升能力提升能力1.(1.(20172017四川新津中学月考四川新津中学月考) )若甲烷与氯气以物质的量之比若甲烷与氯气以物质的量之比 1313混合混合, ,在光照下得到的有机产物在光照下得到的有机产物: :CHCH3 3Cl,Cl,CHCH2 2ClCl2 2, ,CHClCHCl3 3, ,CClCCl4 4, ,其中正确的其中正确的是是( ( ) )A.A.只有只有 B.

14、B.只有只有C.C.的混合物的混合物 D.D.的混合物的混合物D D解析解析: :甲烷与氯气的反应是连锁反应甲烷与氯气的反应是连锁反应, ,得到的一氯代物得到的一氯代物(CH(CH3 3Cl)Cl)再进一步转再进一步转化为二氯代物、三氯代物、四氯代物。所以无论甲烷与氯气的物质的量化为二氯代物、三氯代物、四氯代物。所以无论甲烷与氯气的物质的量之比是多少之比是多少, ,都会得到各种氯代物及都会得到各种氯代物及HClHCl的混合物。的混合物。2.(2.(20172017山西怀仁一中月考山西怀仁一中月考) )光照对下列反应几乎无影响的是光照对下列反应几乎无影响的是( ( ) )A.A.氢气与氯气氢气与

15、氯气B.B.甲烷与氯气甲烷与氯气C.C.甲烷与氧气甲烷与氧气D.D.次氯酸分解次氯酸分解C C解析解析: :氢气和氯气在光照条件下可发生爆炸氢气和氯气在光照条件下可发生爆炸, ,氯气和甲烷可发生取代反氯气和甲烷可发生取代反应应, ,次氯酸见光易分解次氯酸见光易分解, ,氧气和甲烷只有在点燃的条件下才能燃烧氧气和甲烷只有在点燃的条件下才能燃烧, ,光照光照不反应。不反应。3.3.将甲烷与氯气按将甲烷与氯气按1212的体积比混合于一试管中的体积比混合于一试管中, ,倒立于盛有饱和食盐水的倒立于盛有饱和食盐水的水槽水槽, ,置于光亮处置于光亮处, ,下列有关此实验的现象和结论的叙述不正确的是下列有关

16、此实验的现象和结论的叙述不正确的是( ( ) )A.A.试管中气体的黄绿色逐渐变浅试管中气体的黄绿色逐渐变浅, ,水面上升水面上升B.B.生成物只有二氯甲烷和氯化氢生成物只有二氯甲烷和氯化氢C.C.试管内壁有油状液滴形成试管内壁有油状液滴形成D.D.试管内有少量白雾试管内有少量白雾解析解析: :氯气是黄绿色气体氯气是黄绿色气体, ,光照条件下光照条件下, ,甲烷和氯气发生取代反应生成氯代甲烷和氯气发生取代反应生成氯代烃和氯化氢烃和氯化氢, ,所以气体颜色变浅所以气体颜色变浅, ,氯化氢溶于水后导致试管内液面上升氯化氢溶于水后导致试管内液面上升, ,故故A A正确正确; ;甲烷和氯气反应的生成物

17、有一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四甲烷和氯气反应的生成物有一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和氯化氢氯化碳和氯化氢, ,故故B B不正确不正确; ;二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳都是液态有二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳都是液态有机物机物, ,所以试管内壁有油状液滴形成所以试管内壁有油状液滴形成, ,故故C C正确正确; ;该反应中有氯化氢生成该反应中有氯化氢生成, ,氯氯化氢与空气中的水蒸气形成白雾化氢与空气中的水蒸气形成白雾, ,故故D D正确。正确。B B课堂检测课堂检测 即学即测即学即测查漏补缺查漏补缺1.1.如图是如图是CHCH4 4、CClCCl4 4、CHCH3 3ClCl的分子球

18、棍模型图。下列说法正确的是的分子球棍模型图。下列说法正确的是( ( ) )A.CHA.CH4 4、CClCCl4 4和和CHCH3 3ClCl都是正四面体结构都是正四面体结构B.CHB.CH4 4、CClCCl4 4都是正四面体结构都是正四面体结构C.CHC.CH4 4和和CClCCl4 4中的化学键完全相同中的化学键完全相同D.CHD.CH4 4、CClCCl4 4的结构相同的结构相同, ,性质也相同性质也相同解析解析: :一氯甲烷分子中含有的化学键是一氯甲烷分子中含有的化学键是CHCH键和键和CClCCl键键, ,不是正四面体结不是正四面体结构构, ,故故A A错误错误;CH;CH4 4、

19、CClCCl4 4分子都是正四面体结构分子都是正四面体结构, ,故故B B正确正确;CH;CH4 4、CClCCl4 4分子中分子中含有的化学键分别为含有的化学键分别为CHCH键、键、CClCCl键键, ,故故C C错误错误; ;结构决定性质结构决定性质,CH,CH4 4、CClCCl4 4分子中含有的化学键不同分子中含有的化学键不同, ,结构即不同结构即不同, ,故故D D错误。错误。B B解析解析: :取代反应是有机物分子内的原子或原子团被其他原子或原子团所取代反应是有机物分子内的原子或原子团被其他原子或原子团所代替代替, ,只有只有D D项符合。项符合。D D3.(3.(20172017

20、黑龙江哈尔滨六中期中黑龙江哈尔滨六中期中) )下列对的叙述中正确的是下列对的叙述中正确的是( ( ) ) A.A.有两种结构有两种结构 B.B.只有一种结构只有一种结构C.C.含有非极性键含有非极性键 D.D.有四种结构有四种结构B B解析解析: :由于甲烷是正四面体结构由于甲烷是正四面体结构, ,调整其中任何调整其中任何ClCl或或F F的位置的位置, ,两者可以两者可以重合重合, ,故故 的结构只有一种。的结构只有一种。4.4.将将1 mol CH1 mol CH4 4和一定物质的量的和一定物质的量的ClCl2 2混合均匀混合均匀, ,用光照射使用光照射使CHCH4 4与与ClCl2 2发

21、生取代发生取代反应。反应后反应。反应后CHCH4 4与与ClCl2 2均无剩余均无剩余, ,且生成了等物质的量的四种有机取代物且生成了等物质的量的四种有机取代物, ,则则参加反应的参加反应的ClCl2 2的物质的量是的物质的量是( ( ) )A.1.5 molA.1.5 mol B.2 mol B.2 molC.2.5 molC.2.5 mol D.4 mol D.4 molC C解析解析: :根据碳原子守恒知根据碳原子守恒知,CH,CH3 3ClCl、CHCH2 2ClCl2 2、CHClCHCl3 3、CClCCl4 4都是都是0.25 mol,0.25 mol,故故n(Cln(Cl2 2

22、)=0.25 mol)=0.25 mol1+0.25 mol1+0.25 mol2+0.25 mol2+0.25 mol3+0.25 mol3+0.25 mol4=2.5 mol4=2.5 mol。5.5.某研究小组为了探究甲烷和氯气反应的情况某研究小组为了探究甲烷和氯气反应的情况, ,设计了几个实验。请填写下设计了几个实验。请填写下列空白列空白: :【实验一实验一】 用如图所示装置用如图所示装置, ,收集一量筒甲烷和氯气的混合气体收集一量筒甲烷和氯气的混合气体, ,光照后观光照后观察到量筒内形成一段水柱察到量筒内形成一段水柱, ,认为有氯化氢生成。认为有氯化氢生成。(1)(1)该反应的反应类

23、型为该反应的反应类型为。(2)(2)该反应的化学方程式为该反应的化学方程式为 ( (只写第一步只写第一步) )。解析解析: :(1)(1)甲烷与氯气的反应属于取代反应。甲烷与氯气的反应属于取代反应。(2)(2)甲烷中一个氢原子被氯原子取代的反应方程式甲烷中一个氢原子被氯原子取代的反应方程式CHCH4 4+Cl+Cl2 2 CHCH3 3Cl+HClCl+HCl。答案答案: :(1)(1)取代反应取代反应(2)CH(2)CH4 4+Cl+Cl2 2 CHCH3 3Cl+HClCl+HCl(3)(3)水槽中盛放的液体应为水槽中盛放的液体应为( (填字母代号填字母代号) )。A.A.水水 B.B.饱

24、和石灰水饱和石灰水C.C.饱和食盐水饱和食盐水 D.D.饱和饱和NaHCONaHCO3 3溶液溶液【实验二实验二】 收集一试管甲烷和氯气的混合气体收集一试管甲烷和氯气的混合气体, ,光照反应后光照反应后, ,滴加滴加AgNOAgNO3 3溶液溶液, ,看到有白色沉淀生成看到有白色沉淀生成, ,认为有氯化氢生成。认为有氯化氢生成。(4)(4)该实验设计的错误原因是该实验设计的错误原因是 。解析解析: :(3)(3)由于氯气在水中溶解度较大由于氯气在水中溶解度较大, ,氯水能够与饱和石灰水、饱和碳酸氯水能够与饱和石灰水、饱和碳酸氢钠溶液反应氢钠溶液反应, ,干扰实验结果干扰实验结果, ,而不能使用

25、水而不能使用水, ,更不能使用饱和石灰水、饱更不能使用饱和石灰水、饱和碳酸氢钠溶液。和碳酸氢钠溶液。(4)(4)由由ClCl2 2+H+H2 2O HO H+ +Cl+Cl- -+HClO+HClO知氯水中加入知氯水中加入 AgNOAgNO3 3 溶液时会发生反应溶液时会发生反应: :AgAg+ +Cl+Cl- - AgCl,AgCl,同样会产生白色沉淀同样会产生白色沉淀, ,干扰了氯离子的检验。干扰了氯离子的检验。答案答案: :(3)C(3)C(4)(4)氯水中加入氯水中加入AgNOAgNO3 3溶液也会产生白色沉淀溶液也会产生白色沉淀实验微专题六甲烷与氯气反应的实验探究实验微专题六甲烷与氯

26、气反应的实验探究甲烷和氯气反应实验应注意的几个问题甲烷和氯气反应实验应注意的几个问题: :1.1.反应条件为光照反应条件为光照, ,在室温暗处不发生反应在室温暗处不发生反应, ,但不能用强光直接照射但不能用强光直接照射, ,否则否则会发生爆炸。会发生爆炸。2.2.反应物为氯气反应物为氯气, ,如甲烷通入氯水中不反应。如甲烷通入氯水中不反应。3.3.甲烷的取代反应是一种连锁反应甲烷的取代反应是一种连锁反应, ,即反应不会停留在某一步即反应不会停留在某一步, ,第一步反第一步反应一旦开始应一旦开始, ,后续反应立即进行。后续反应立即进行。【典型例题】【典型例题】 如图是研究甲烷取代反应实验装置图如

27、图是研究甲烷取代反应实验装置图, ,具体的实验方法是具体的实验方法是: :取一个取一个100 mL100 mL的大量筒的大量筒, ,用排饱和食盐水的方法先后收集用排饱和食盐水的方法先后收集20 mL CH20 mL CH4 4和和80 mL Cl80 mL Cl2 2, ,进进行实验。行实验。(1)(1)若研究甲烷与氯气的取代反应若研究甲烷与氯气的取代反应, ,还需要的条件是还需要的条件是。(2)(2)若将如图所示装置放在光亮的地方若将如图所示装置放在光亮的地方, ,等待片刻等待片刻, ,观察到的现象是观察到的现象是 。(3)(3)若将如图所示装置放在强光下照射会有若将如图所示装置放在强光下照

28、射会有 ( (填可能发生的不良后填可能发生的不良后果果) )。(4)(4)若量筒中的甲烷和氯气的量比较大若量筒中的甲烷和氯气的量比较大, ,放在光亮的地方足够长的时间放在光亮的地方足够长的时间, ,除看到除看到(2)(2)的的现象外现象外, ,还能看到的现象是还能看到的现象是 。解析解析: :CHCH4 4与与ClCl2 2反应需光照条件。由于生成油状的反应需光照条件。由于生成油状的CHCH2 2ClCl2 2等等, ,故会在量筒壁上出现油故会在量筒壁上出现油状液滴状液滴, ,生成的生成的HClHCl溶于水溶于水, ,故水面会上升。故水面会上升。CHCH4 4与与ClCl2 2遇强光会发生爆炸

29、。由于遇强光会发生爆炸。由于HClHCl溶溶于饱和食盐水于饱和食盐水,c(Cl,c(Cl- -) )增大增大, ,故会产生浑浊现象故会产生浑浊现象( (即析出固体即析出固体NaCl)NaCl)。答案答案: :(1)(1)光照光照 (2)(2)量筒壁上出现油状液滴量筒壁上出现油状液滴, ,量筒内水面上升量筒内水面上升 (3)(3)爆炸爆炸(4)(4)水槽中的饱和食盐水变浑浊水槽中的饱和食盐水变浑浊【变式练习】【变式练习】 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其生产原理可在实验室中模拟如下, ,请根据要求填空请根据要求填空: :(1)(1)写出装置写出装置A