甲烷的结构和性质

1、第三章第三章 有机化合物有机化合物第一节 最简单的有机化合物课前预习区课前预习区1、有机化合物；来源、结构、性质、合成、应用、有机化合物；来源、结构、性质、合成、应用2、（、（1）有机化学；有机化合物有机化学；有机化合物尿素尿素定量分析方法定量分析方法碳的价键、碳原子的空间结构；碳的价键、碳原子的空间结构；官能团官能团（2）关于化学结构理论；有机反应机理关于化学结构理论；有机反应机理 红外光谱、核磁共振谱图、质谱、红外光谱、核磁共振谱图、质谱、X射线衍射射线衍射 逆推法合成路线设计逆推法合成路线设计概概 念念: 含碳的化合物叫有机物。含碳的化合物叫有机物。注意注意 少数含碳元素的物质，其组成和

2、性质与少数含碳元素的物质，其组成和性质与无机物相似无机物相似,常被看作无机物常被看作无机物,如如CO、CO2、H2CO3及所有碳酸盐等及所有碳酸盐等有机物组成元素组成元素:除碳外除碳外，常常含有氢、常常含有氢、氧氧，还含有氮、硫、卤还含有氮、硫、卤素素、磷等。磷等。例如：汽油例如：汽油 煤油煤油 塑料塑料 糖类糖类 蛋白质等蛋白质等仅含碳和氢两种元素的有机物称为碳氢化合物，也仅含碳和氢两种元素的有机物称为碳氢化合物，也称为烃。甲烷是最简单的烃。称为烃。甲烷是最简单的烃。 其中其中 仅仅含含碳碳和和氢氢两种元素的有机两种元素的有机物称为碳氢化合物，也称为烃。物称为碳氢化合物，也称为烃。最简单的烃

3、是甲烷最简单的烃是甲烷下列物质属于有机物的是下列物质属于有机物的是( )A.HA.H2 2S B.CS B.C2 2H H2 2 C.CHC.CH3 3Cl D.CCl D.C2 2H H5 5OH E.CHOH E.CH4 4，F.HF.H2 2 G.G.金刚石金刚石 H.CO I.H H.CO I.H2 2COCO3 3 J.NaJ.Na2 2COCO3 3B C D E有机物的性质有机物的性质溶解性溶解性熔沸点熔沸点可燃性可燃性导电性导电性化学反应化学反应多数不溶于水，易溶于有机溶剂多数不溶于水，易溶于有机溶剂熔沸点较低，一般在熔沸点较低，一般在400以下以下多数可以燃烧多数可以燃烧多数

4、是非电解质，不导电多数是非电解质，不导电一般比较复杂；副反应多，产物复杂、一般比较复杂；副反应多，产物复杂、产率低；反应速率较慢，用箭头表示产率低；反应速率较慢，用箭头表示甲烷俗称甲烷俗称沼气沼气，是在隔绝空气情况下，主要，是在隔绝空气情况下，主要由植物残体分解而成的。是由植物残体分解而成的。是天然气、油田气天然气、油田气的主要成分，的主要成分，煤矿坑道煤矿坑道中也含有大量甲烷气中也含有大量甲烷气体（坑气、瓦斯）体（坑气、瓦斯） 在标准状况下，甲烷相对空气在标准状况下，甲烷相对空气的密度是的密度是0.717g/L0.717g/L。其中，。其中， 碳占25%，氢占25%。求分子式分子式：分子式：

5、CH4电子式：电子式：HHHCH结构式：结构式：CHHHH+1-4一、甲烷的分子结构一、甲烷的分子结构（平面）（平面） 思考思考 上述结构式是否说明上述结构式是否说明甲烷分子的真实构型是以碳甲烷分子的真实构型是以碳原子为中心，四个氢原子为原子为中心，四个氢原子为顶点的平面正方形？顶点的平面正方形？ 裁一段长裁一段长25cm25cm、宽、宽8.7cm8.7cm的矩形纸板或的矩形纸板或硬纸条，按下图所示方式，裁去两头的小硬纸条，按下图所示方式，裁去两头的小三角，按虚线向内折成如图所示的正四面三角，按虚线向内折成如图所示的正四面体，其顶点分别为甲烷中个氢原子的位体，其顶点分别为甲烷中个氢原子的位置，

6、中心是碳原子。置，中心是碳原子。实践活动（模型制作）实践活动（模型制作）二、甲烷分子的立体结构：二、甲烷分子的立体结构： 以碳原子为中心，以碳原子为中心， 四个氢原子四个氢原子为顶点的为顶点的正四面体正四面体。键角：。键角：109109。2828， (1)(1) 色色 味的味的 体，体，(2)(2)密度密度 ，(3)(3) 溶于水溶于水三、甲烷的性质三、甲烷的性质1.1.甲烷的物理性质甲烷的物理性质（收集（收集向下排气法）向下排气法）（收集（收集排水法）排水法）极难极难比空气小比空气小气气无无无无 通常情况下，甲烷的结构比较稳定，不易与其通常情况下，甲烷的结构比较稳定，不易与其它物质反应。它物

7、质反应。与与强酸强酸、强碱强碱、强氧化剂如强氧化剂如高锰酸钾、高锰酸钾、溴水等溴水等都不起反应。都不起反应。在标准状况下，是在标准状况下，是0.717g/L0.717g/L。用“”不用“”1、氧化反应（、氧化反应（可燃性）可燃性）CHCH4 4爆炸爆炸极限极限：5%15.4%CH4+2O2 CO2+2H2O点燃点燃瓦斯爆炸瓦斯爆炸点燃甲烷前必须验纯点燃甲烷前必须验纯, ,否则会爆炸否则会爆炸注意注意:现象现象：明亮的明亮的淡蓝色淡蓝色火焰，火焰，放出大量的热。放出大量的热。四、化学性质四、化学性质 瓦斯爆炸是一定浓度的甲烷和空气中氧气作用下发瓦斯爆炸是一定浓度的甲烷和空气中氧气作用下发生的激烈

8、氧化还原反应。煤矿必须通风、严禁烟火等。生的激烈氧化还原反应。煤矿必须通风、严禁烟火等。 2.取代反应科学探究科学探究 你从实验中得到哪些信你从实验中得到哪些信息？息？ 从所得的实验信息中你从所得的实验信息中你能得到哪些启示？能得到哪些启示？HCHHH+ClCl光光CHHHCl+ HCl 试管内水面上升试管内水面上升，说明气体总体积在缩小说明气体总体积在缩小 试管内试管内ClCl2 2的黄绿色逐渐消失的黄绿色逐渐消失 试管内壁出现油状液滴试管内壁出现油状液滴(4)(4)水槽中有晶体析出水槽中有晶体析出甲烷的取代反应甲烷的取代反应 现象：现象：化学方程式：化学方程式：取代反应取代反应: : 有机

9、物分子里的某些原子或原子团被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其他原子或原子团所替代的反应 有机物分子里有机物分子里的某些原子或原子团被其他的某些原子或原子团被其他原子或原子团所代替的反应原子或原子团所代替的反应,叫取代反应叫取代反应。CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl光光CH3Cl + Cl2 CH2Cl2 + HCl光光CH2Cl2 + Cl2 CHCl3 + HCl光光CHCl3 + Cl2 CCl4 + HCl光光一氯甲烷一氯甲烷（无色气体）（无色气体）二氯甲烷二氯甲烷（难溶于水的无色液体）（难溶于水的无色液体）三氯甲烷又叫氯仿三氯甲烷又叫氯仿 （有

10、机溶剂、麻醉剂）（有机溶剂、麻醉剂）四氯甲烷又叫四氯化碳四氯甲烷又叫四氯化碳（有机溶剂、灭火剂）（有机溶剂、灭火剂）甲烷是与氯气发生取代反应甲烷是与氯气发生取代反应, ,与氯水不反应与氯水不反应四种氯代有机物均难溶于水，四种氯代有机物均难溶于水， 取代反应取代反应（甲烷与氯气的反应）（甲烷与氯气的反应） 置换反应置换反应 （锌与稀硫酸反应）（锌与稀硫酸反应）生成物都是化合物生成物都是化合物生成物中一定有单质生成物中一定有单质反应受温度、压强催化剂反应受温度、压强催化剂等外界条件的影响等外界条件的影响多数在水溶液中进行，遵循多数在水溶液中进行，遵循金属（或非金属）活动顺序金属（或非金属）活动顺序

11、反应逐渐进行，多数是可反应逐渐进行，多数是可逆的逆的反应多数为一步单向进行反应多数为一步单向进行取代反应与置换反应的对比取代反应与置换反应的对比甲烷与氯气反应的产物有几种？甲烷与氯气反应的产物有几种？ 甲烷与氯气反应，共得到甲烷与氯气反应，共得到5种产物种产物，其中一，其中一氯甲烷和氯化氢是氯甲烷和氯化氢是气态气态，二氯甲烷、三氯甲烷、，二氯甲烷、三氯甲烷、和四氯甲烷为和四氯甲烷为液态液态。而氯化氢易溶于水，其余难。而氯化氢易溶于水，其余难溶于水。溶于水。1.反应物质：纯卤素单质；如甲烷与氯水、溴水不反应，反应物质：纯卤素单质；如甲烷与氯水、溴水不反应，与与Cl2、溴蒸气光照条件下发生取代反应

12、。、溴蒸气光照条件下发生取代反应。 2.甲烷分子中的四个氢原子可逐一被取代，反应是连续甲烷分子中的四个氢原子可逐一被取代，反应是连续的，故甲烷的卤代物并非一种，而是几种卤代物的混合的，故甲烷的卤代物并非一种，而是几种卤代物的混合物。物。注意：注意：3.分解反应：分解反应：242HCCH 高温其产物：其产物：H H2 2是合成氨及合成汽油等工业的原料。是合成氨及合成汽油等工业的原料。C C是是橡胶工业的原料，可以用于制造颜料、油墨、油漆等橡胶工业的原料，可以用于制造颜料、油墨、油漆等注：多数有机物熔点低，受热易分解。注：多数有机物熔点低，受热易分解。甲烷常温时很稳定，高温时可断键甲烷常温时很稳定

13、，高温时可断键甲烷的高温裂解反应方程式：甲烷的高温裂解反应方程式：四、甲烷的制备：四、甲烷的制备：（1 1）工业制备）工业制备 ：天然气除杂得甲烷：天然气除杂得甲烷 （2 2）实验室制备）实验室制备药品：药品：无水无水CHCH3 3COONaCOONa和碱石灰（和碱石灰（NaOHNaOH和和CaOCaO）反应原理：反应原理：主反应方程式：主反应方程式：CHCH3 3COONa+NaOH CHCOONa+NaOH CH4 4 +Na +Na2 2COCO3 3 碱石灰中的碱石灰中的CaOCaO的作用：的作用： A.A.提供反应物提供反应物 B.B.疏松导气疏松导气气体发生装置：同于气体发生装置：同于O O2 2、NHNH3 3 课堂小结课堂小结正四面体正四面体结构稳定结构稳定通常情况下，性质通常情况下，性质稳定稳定,特定条件下，特定条件下，可发生反应可发生反应点燃条件下，燃烧点燃条件下，燃烧光照条件下，与氯光照条件下，与氯气取代气取代 甲烷的甲烷的分子结构分子结构 甲烷的甲烷的 性性 质质 甲烷的甲烷的 用用 途途做燃料做燃料重要的化重要的化工原料工原料决定决定决定决定随堂练习随堂练习CA CD 4、1mol的甲烷与一定量的的