新教材适用2023-2024学年高中化学专题8有机化合物的获得与应用第1单元化石燃料与有机化合物第1课时天然气的利用甲烷课件苏教版必修第二册

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自主预习·新知导学合作探究·释疑解惑课堂小结课标定位素养阐释1.了解天然气的组成,认识天然气用作燃料的优缺点。2.了解甲烷的结构、物理性质,掌握甲烷的化学性质。3.通过搭建甲烷分子模型,能从分子微观结构的角度探析有机化合物中碳原子的成键特点,进而能推知烷烃的结构模型,加深对同系物概念的理解。

自主预习·新知导学一、天然气的组成与综合利用1.煤、石油和天然气等化石燃料是人们熟悉的物质,也是提高生活水平、发展国民经济、加强国防建设的重要资源。2.天然气的主要成分是甲烷,它是最简单的有机化合物。天然气的水合物被人们称为“可燃冰”。3.甲烷的物理性质。4.甲烷的组成与结构。

结构特点:甲烷分子中碳原子最外层的4个电子分别与4个氢原子的电子形成4个C—H共价键;甲烷分子具有正四面体空间结构。【自主思考1】

如何通过实验证明甲烷中含有碳、氢两种元素?提示:点燃甲烷,将干燥、洁净的小烧杯罩在火焰的上方,小烧杯内壁有水珠凝结,证明甲烷中有氢元素;迅速将小烧杯倒转,向小烧杯中滴入少量澄清石灰水,石灰水变浑浊,证明甲烷中含有碳元素。5.甲烷的化学性质。(1)稳定性:甲烷性质稳定,不与强酸、强碱、KMnO4等物质反应。(2)燃烧。甲烷燃烧的实验。(3)取代反应。①定义: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。②甲烷与氯气的反应。【自主思考2】

甲烷能使氯水褪色吗?提示:不能。甲烷只与气态的氯气在光照条件下发生取代反应,不与氯水反应。二、烷烃的结构与命名1.烃:由碳、氢两种元素组成的有机化合物。2.烷烃。(1)含义:碳原子都以碳碳单键相连,其余的价键均用于与氢原子结合,达到“饱和”,这一系列化合物被称为烷烃。(2)通式:CnH2n+2(n代表分子中碳原子的个数)。(3)命名:3.同系物。(1)含义:结构相似、分子组成相差1个或若干个“CH2”原子团的有机化合物互称为同系物。(2)举例:如甲烷(CH4)、乙烷(CH3CH3)、丙烷(CH3CH2CH3)互为同系物。【效果自测】

1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(1)点燃甲烷气体之前必须检验其纯度。(

)(2)甲烷与氯水在光照条件下发生取代反应。(

)(3)取代反应指有机物分子中氢原子被其他原子或原子团所替代的反应。(

)(4)甲烷与氯气在光照条件下反应生成四种化合物。(

)(5)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。(

)√××××(6)戊烷的分子式为C5H12。(

)(7)CH4、C2H6、C4H10互为同系物。(

)√√2.下列反应属于取代反应的是(

)。①Mg+H2SO4══MgSO4+H2↑②NaOH+CH3COOH══CH3COONa+H2OA.②③ B.①③C.②④ D.③④答案:D解析:反应①为置换反应;反应②属于复分解反应;反应③中CH3CH3的2个H原子分别被2个Br原子替代,该反应为取代反应;反应④中CH2Cl2中的一个H原子被一个Br原子替代也为取代反应,D项符合题意。3.在一定条件下,下列物质可以与甲烷发生化学反应的是(

)。①Cl2

②浓硝酸③NaOH溶液④O2

⑤酸性KMnO4溶液A.①②

B.①④

C.①②⑤

D.①③⑤答案:B解析:甲烷与强酸、强碱、酸性KMnO4溶液均不发生反应,与Cl2在光照条件下发生取代反应,与O2在点燃条件下发生燃烧反应。4.下列有机化合物中,属于烷烃的是(

)。A.CH2═CH2 B.CH3CH2CH2CH2ClC.CH3CH2CH2OH D.答案:D解析:分子中碳原子都以单键相连,碳原子的其他价键都被氢原子所“饱和”的烃属于烷烃。5.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,片刻后发现试管内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

。

答案:CH2Cl2、CHCl3、CCl4有白色沉淀产生Ag++Cl-══AgCl↓溶液变红解析:CH4和Cl2反应的产物中,HCl极易溶于水,能电离出H+和Cl-,其他产物均为有机化合物,部分为气态,部分为油状液体。CH4与Cl2在光照条件下反应生成CH3Cl(气体)、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和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,使试管内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。

合作探究·释疑解惑探究任务1探究任务2探究任务1甲烷的取代反应问题引领某学习小组设计了如图装置探究甲烷与氯气在光照条件下的反应:请回答下列问题。1.充分反应后,打开止水夹会有什么现象?提示:由于反应生成的氯化氢易溶于水,遇紫色石蕊试液变红,且产物中的CH2Cl2、CHCl3、CCl4均为液体,使试管内压强减小,打开止水夹,滴有紫色石蕊试液的蒸馏水会迅速进入上面的试管内,形成红色喷泉。2.能否用CH4和Cl2反应制取纯净的CH3Cl?如果CH4和Cl2按体积比1∶1混合反应,能否只得到CH3Cl?提示:都不能。CH4与Cl2的取代反应是逐步进行的,无论两者的物质的量之比是多少,反应一旦引发,就不会只停留在某一步上,所以四种取代产物都会生成,得不到纯净的CH3Cl。归纳提升甲烷与氯气的取代反应。反应产物无论如何控制反应物的用量,反应产物都是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4与HCl共5种物质形成的混合物,其中HCl最多产物状态常温下,HCl、CH3Cl是气体,CH2Cl2、CHCl3、CCl4是液体物质的量的关系参加反应的n(Cl2)=n(HCl)=n(CH3Cl)+2n(CH2Cl2)+3n(CHCl3)+4n(CCl4)典型例题【例题1】

实验室中用如图所示的装置进行甲烷与氯气在光照下反应的实验。光照条件下反应一段时间后,下列装置示意图中能正确反映实验现象的是(

)。答案:D解析:甲烷与氯气在光照条件下反应,生成CH3Cl(气体)、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl,HCl易溶于水,试管内压强减小,外压大于内压,试管内液面升高,且试管内出现白雾和油状液滴,D项正确。【例题2】

标准状况下,44.8LCH4与一定量Cl2在光照条件下发生取代反应,待反应完全后,测得四种取代产物的物质的量相等,则消耗的Cl2为(

)。A.1mol B.2mol C.4mol D.5mol答案:D解析:标准状况下44.8

L

CH4的物质的量为2

mol,与Cl2发生取代反应,生成四种取代产物的物质的量相等,均为0.5

mol,根据取代反应的特点,反应中消耗Cl2的物质的量为0.5

mol×(1+2+3+4)=5

mol。探究任务2同系物的判断方法问题引领分析四种烷烃的结构特点,并回答下列问题。1.上述四种烷烃互为同系物吗?为什么?提示:互为同系物,因为这四种烃结构相似且分子组成上相差了n个“CH2”。2.由烷烃的分子通式计算烷烃分子中能形成多少个共价键?提示:烷烃的通式为CnH2n+2(n代表分子中的碳原子数),碳、氢原子提供的成键电子数之和为4n+2n+2=6n+2,电子对数也就是共价键数为

(6n+2)=3n+1,即能形成3n+1个共价键。3.同系物一定具有不同的分子式,而同分异构体为分子式相同、结构不同的化合物。有机物中同分异构现象非常普遍。请分别写出丁烷和戊烷的同分异构体的名称和结构简式。提示:归纳提升1.同系物的“相似”与“不同”。2.表示有机化合物组成和结构的化学用语。

3.烷烃的化学性质。(1)氧化反应。通常情况下烷烃性质稳定,不能使酸性KMnO4溶液和溴水褪色,不与强酸、强碱反应。②现象:在相同情况下,随着烷烃分子里的碳原子数的增加,燃烧越来越不充分,且火焰明亮,并伴有黑烟。(2)取代反应。烷烃的取代反应与甲烷的取代反应相同,在光照条件下可与Cl2发生取代反应,其通式为CnH2n+2+Cl2CnH2n+1Cl+HCl(第一步)。典型例题【例题3】

下列有关同系物的说法中错误的是(

)。①丙烷和丁烷互为同系物②分子组成相差1个或若干个“CH2”原子团的有机化合物是同系物③互为同系物的两者中碳、氢元素的物质的量之比一定相同④互为同系物的两种有机化合物的物理性质有差别,但化学性质相似A.①②③④

B.②③C.③④

D.①②④答案:B解析:丙烷和丁烷的结构相似,分子组成上相差1个“CH2”,两者互为同系物,①正确;互为同系物的有机化合物结构首先相似,②错误;甲烷与乙烷互为同系物,两者中碳、氢元素的物质的量之比不同,③错误;同系物之间化学性质相似,物理性质不同,④正确。

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)。【例题4】

一定质量的链状烷烃X完全燃烧后生成17.6gCO2和9.0gH2O,下列说法不正确的是(

)。A.X的分子式为C4H10B.X可能的结构简式为CH3CH2CH2CH3或C.将X通入酸性KMnO4溶液中,溶液褪色D.X与Cl2在光照条件下发生取代反应,可能生成2种一氯代物答案:C解析:17.6

g

CO2和9.0

g

H2O的物质的量分别为0.4

mol、0.5

mol,据此可得C∶H=0.4

mol∶1

mol=4∶10,结合烷烃的通式CnH2n+2,可知该链状烷烃X的分子式只能为C4H10,A项正确;丁烷有两种同分异构体,B项正确;烷烃不与酸性KMnO4溶液反应,故溶液不褪色,C项错误;正丁