8.1.1天然气的利用甲烷-2024学年高一化学同步课堂（苏教版2019必修第二册）

第一节化石燃料与有机化合物

课时1

天然气的利用甲烷

专题八

有机化合物的获得与应用授课人：学习目标1．认识有机化合物的组成和结构特点。2．能运用化学符号正确表示甲烷的组成和反应。3．能运用结构模型描述或解释甲烷的性质，培养“证据推理与模型认知”的化学学科核心素养。一、甲烷可燃冰的燃烧甲烷的存在天然气可燃冰沼气我国的天然气主要分布在西部地区及南海和东海的海底。一、甲烷以甲烷为主的天然气和沼气都是理想的清洁能源甲烷还可用作化工原料一、甲烷甲烷的物理性质无色、无味、难溶于水的气体熔点为-182.5℃沸点为-164℃密度比空气小一、甲烷甲烷发现史一、甲烷小球表示原子，棍表示共价键用不同体积的小球表示不同大小的原子，更能反映分子的结构。一、甲烷正四面体碳原子为中心，氢原子为顶点，其中4个C—H共价键的长度和强度相同，键角是109。28’注意：CH4中的四个H是等效的，四个碳氢键完全相同，键长短，键能大（413KJ/mol），所以碳氢共价键很牢固，不易破坏。一、甲烷从能量最低的角度推断甲烷结构一、甲烷从球棍模型的角度推断甲烷结构实验证明：组成为CH2Cl2的结构，只有一种结构。一、甲烷从球棍模型的角度推断甲烷结构实验证明：组成为CH2Cl2的结构，只有一种结构。一、甲烷一、甲烷CH4+2O2CO2+2H2O点燃（1）氧化反应（可燃性）实验现象：淡蓝色火焰,放出大量热，生成水和能使澄清石灰水浑浊的气体。有机反应方程式中用“→”不用“＝”点燃甲烷和空气，可能会发生爆炸（空气中爆炸极限5%~15%），因此，在点燃甲烷之前，必须进行的操作是检验纯度。甲烷化学性质一、甲烷（2）取代反应一、甲烷A装置：试管内气体颜色逐渐变浅；试管内壁有油状液滴出现，试管中有少量白雾，且试管内液面上升，水槽中有固体析出。B装置：无现象实验现象：甲烷和氯气在光照条件下发生了化学反应。实验结论：一、甲烷从微观结构认识甲烷与氯气反应的历程一、甲烷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。取代反应ClHClHCHH特点：“有上有下、有进有出”一、甲烷请写出甲烷与氯气的相关化学反应方程式HH

C

Cl

H光照+HCl一氯甲烷(g)HH

C

HHClCl+HCHHCl+Cl

Cl光照HCCl

HCl+HCl

二氯甲烷(l)一、甲烷

ClH

C

Cl

Cl光照+HCl三氯甲烷(l)俗名：氯仿

ClCl

C

HHCl

Cl+ClCHClCl+Cl

Cl光照ClCCl

ClCl+HCl四氯化碳(l)取代反应与置换反应的区别一、甲烷取代反应置换反应实例甲烷与氯气反应Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑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)所取代的反应一种单质跟一种化合物反应，生成另一种单质和另一种化合物的反应参与物质反应物和生成物中不一定有单质反应物、生成物中一定有单质反应条件反应受催化剂、温度、光照等条件的影响水溶液中置换反应遵循“强制弱”(活泼性)的原则反应中电子转移情况不一定有电子的转移一定有电子的转移一、甲烷甲烷发生取代反应的有关规律光照，其光照为漫射光，强光直射易发生爆炸。反应条件与卤素单质反应，如氯气、溴蒸气。甲烷与氯水、溴水不反应。反应物生成四种有机物CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和无机物HCl，其中HCl量最多。数量关系：每取代1mol氢原子，消耗1molCl2，生成1molHCl生成物一、甲烷应用：在光照条件下，将1molCH4与Cl2反应，得到四种有机产物CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4物质的量之比为1∶2∶3∶4，则消耗Cl2物质的量为(

)A．0.5mol B．1.25molC．2.5mol D．3mol

CH4与Cl2发生取代反应时，每有1molH被取代，则消耗1molCl2，同时生成1molHCl，即n(Cl2)＝n(H)＝n(HCl)。1molCH4与Cl2发生取代反应，最多消耗4molCl2。D一、甲烷自由基型链反应连锁反应：甲烷分子中的氢原子被氯原子逐步取代，第一步反应一旦开始，后续反应立即进行，且各步反应可同时进行。反应特点一、甲烷一、甲烷在隔绝空气并加热至1000℃的高温下，甲烷分解CH4C+2H2高温合成氨、汽油的原料橡胶工业的原料可以用于制造颜料、油墨、油漆等（3）受热分解典例解析例1．下列说法正确的是(

)A．CHCl3只有一种结构，说明甲烷是以碳原子为中心的正四面体结构B．1mol甲烷生成CCl4最多消耗2mol氯气C．标准状况下，11.2LCCl4中含有C—Cl键的数目为2NAD．在点燃甲烷气体之前必须检验其纯度D二、烷烃以上三种物质结构有什么共同特点？二、烷烃CnH2n＋2CH4C2H6C3H8C4H10烷烃的分子通式是什么？二、烷烃烷烃都是立体结构碳原子不在一条直线上，直链烷烃的空间构型是折线形或锯齿形。且碳碳单键可以旋转。二、烷烃烷烃怎么命名？碳原子数(n)及表示n≤1012345678910甲烷乙烷丙烷丁烷戊烷己烷庚烷辛烷壬烷癸烷n>10相应数字＋烷碳原子数相同而结构不同的烷烃，一般在烷烃命名之前加上“正、异、新”加以区别。正戊烷异戊烷新戊烷二、烷烃随着烷烃中碳原子数的递增，物质的熔沸点、密度逐渐增大。对于碳原子数相同的烷烃，支链越多，熔沸点越低。二、烷烃同系物(1)概念：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，如CH4和CH3CH3。(2)特点：通式相同，结构相似，化学性质相似，物理性质一般随碳原子数的增多而呈规律性变化。二、烷烃同系物判断的三个关键点(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)。二、烷烃同系物判断的几个“一定”和“不一定”同系物在分子组成上一定相差1个或若干个“CH2”原子团；但在分子组成上相差1个或若干个“CH2”原子团的有机化合物不一定是同系物。同系物具有同一通式，但具有同一通式的有机化合物不一定是同系物。同系物的化学性质一定相似，但化学性质相似的物质不一定是同系物。同系物的相对分子质量一定不相同。典例解析例2．如图表示4个碳原子相互结合的方式。小球表示碳原子，小棍表示化学键，假如碳原子上其余的化学键都是与氢原子结合。(1)图中与甲烷互为同系物的是________(填编号，下同)。(2)图中互为同分异构体的是A与________；B与________；D与________。A

B

C

DEFGHA、CCE、F、HG课堂小结甲烷烷烃不良反应甲烷物理性质甲烷结构甲烷化学性质烷烃结构烷烃性质同系物随堂练习1．下列叙述错误的是(

)A．通常情况下，甲烷跟强酸、强碱和强氧化剂都不反应B．甲烷化学性质稳定，不能被任何氧化剂氧化C．甲烷与Cl2反应无论生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3还是