高一化学学案：知识梳理第一单元化石燃料与有机化合物

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精第一单元化石燃料与有机化合物知识梳理一、天然气的利用甲烷1.天然气（1)天然气的主要成分：是甲烷.（2）天然气的主要用途：气体燃料、化工原料.2。甲烷(1)甲烷的存在和物理性质天然气和沼气的主要成分都是甲烷(CH4），天然气(甲烷等)的水合物易燃烧，外形似冰，被称为“可燃冰"。甲烷是一种无色、无气味的气体，难溶于水，密度比空气的一半略大。（2）甲烷的分子组成和结构①甲烷的分子结构和特点写出甲烷的分子式、电子式、结构式。分子式为CH4;电子式为；结构式。②空间构型:CH4是正四面体形。其中，碳原子位于正四面体的中心，四个氢原子分别位于正四面体的顶点。碳原子与四个氢原子形成四个完全相同的共价键（键长、键能和键角都相同)。（3)甲烷的化学性质①氧化反应Ⅰ。甲烷完全燃烧的化学方程式：CH4+2O2CO2+2H2OⅡ。不完全氧化：一定条件下被氧化成一氧化碳和氢气的化学方程式：2CH4+O22CO+4H2②取代反应Ⅰ.定义：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代替的反应叫取代反应。Ⅱ。与氯气的取代反应将盛有甲烷和氯气混合气的集气瓶瓶口倒扣在盛有饱和食盐水的水槽中,并用光照集气瓶.现象是集气瓶中气体的黄绿色越来越浅，瓶壁上有油状液滴出现,水进入集气瓶中，在水槽中有NaCl晶体析出.写出甲烷和氯气反应的方程式.CH4+Cl2CH3Cl+HCl，CH3Cl+Cl2CH2Cl2+HCl，CH2Cl2+Cl2CHCl3+HCl，CHCl3+Cl2CCl4+HCl。③甲烷的高温分解反应在1500℃以上高温下比较完全分解，生成炭黑和氢气。反应的化学方程式为：CH4C+2H2（4)甲烷的用途(根据甲烷的化学性质说出它的用途）能够燃烧放出热量，所以做气体燃料；制造甲醇；制造炭黑等。3.烷烃（1）烃：只由碳和氢两种元素组成的化合物叫碳氢化合物,也叫烃。(2)烷烃烃的分子里碳原子间都以单键互相连接成链状，碳原子的其余的价键全部跟氢原子结合，达到饱和状态.（3)烷烃的组成通式为：CnH2n+2(n≥1)（4）烷烃的简单命名碳原子数在十个以内时,用天干表示。即用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示.碳原子数在十个以上时，直接用汉字数字来表示。(5)同系物：结构相似分子组成上相差1个或若干个“CH2”二、石油炼制乙烯1.石油炼制(1)石油的组成成分元素组成：组成石油的基本元素是碳和氢，同时还有少量的硫、氧、氮等。物质组成：石油的化学成分主要是各种液态烃，同时还溶有气态和固态烃。（2)石油的炼制：主要手段有分馏、催化裂化、裂解等。①石油的分馏Ⅰ.分馏的原理：加热石油，沸点低的物质先汽化，经冷凝后收集，沸点较高的物质随后汽化、冷凝……这样不断加热和汽化冷凝能使沸点不同的成分分离出来.这一过程在石油工业中是在分馏塔内进行的，称为石油分馏。Ⅱ.石油分馏实验使用温度计的目的：从溶液中分离出沸点差别较大的馏出物（馏分)，使用温度计便于观察馏分馏出时的温度。使用温度计的方法:温度计的水银球与蒸馏烧瓶的支管口持平,从而测出馏出蒸气的温度.加入碎瓷片的作用:为了防止石油在蒸馏时发生暴沸。冷凝器的用法：冷凝器使用时一般是冷凝水的流向和气体的流向相反.冷凝水的流向是下口进上口出，这样可以达到充分冷凝的目的。Ⅲ.馏分的成分：仍是混合物，石油的分馏属于物理变化。Ⅳ.石油分馏产品及主要用途②石油的裂化Ⅰ.裂化的目的：为了提高汽油等轻质油的产量和质量.Ⅱ.裂化的原理：以石油分馏产品为原料，在加压、加热和催化剂存在下使相对分子质量较大、沸点较高的烃断裂成相对分子质量小、沸点低的烃的过程就是石油的裂化。以C16H34为例表示出裂化的反应原理：C16H34C8H18+C8H16十六烷辛烷辛烯③石油的裂解Ⅰ。裂解的目的:为了获得乙烯、丙烯等烯烃.Ⅱ.裂解的原理：以比裂化更高的温度（700—800℃，有时甚至高达1000℃以上），使长链烃断裂成气态短链烃的加工过程.2。乙烯(1)乙烯的分子组成和结构①组成写出乙烯的分子式、电子式、结构式、结构简式：分子式：C2H4;结构式:；电子式：;结构简式：CH2==CH2②结构：乙烯是平面结构分子,而且双键不能转动。③结构特点：分子里含有一个碳碳双键，碳碳双键不稳定，其中有一个容易断裂而发生氧化反应和加成反应.（2）乙烯的化学性质①氧化反应Ⅰ。与氧气反应燃烧（写出乙烯燃烧的热化学方程式)：C2H4（g)+3O2(g)2CO2（g)+2H2O（l)ΔH=1411kJ·mol—1；Ⅱ.与高锰酸钾溶液反应现象：使高锰酸钾溶液褪色.②加成反应加成反应：有机物分子里不饱和的碳原子跟其他原子或原子团直接结合生成别的物质的反应叫做加成反应。如乙烯使溴的四氯化碳溶液褪色的反应方程式为：1,2—二溴乙烷3.烯烃(1)定义：分子里含有一个碳碳双键，碳原子剩余的价键全部被氢原子所饱和的链烃叫单烯烃.（2)单烯烃的通式：CnH2n（n≥2）。(3）结构特点和化学性质：由于分子里都含有一个碳碳双键，而碳碳双键能被高锰酸钾酸性溶液所氧化而使之紫色褪去；又能和溴等发生加成反应而使溴的四氯化碳溶液或溴水褪色。4。乙炔和炔烃(1)乙炔的分子组成：写出乙炔的分子式、电子式、结构式、结构简式C2H2、、H—C≡C—H、C≡H(2)乙炔的分子结构：乙炔分子是直线型分子。（3)结构特点：碳碳之间有叁键,其中有两个不稳定，容易断裂。（4）化学性质①氧化反应Ⅰ。燃烧方程式为：2C2H2+5O24CO2+2H2OⅡ。高锰酸钾酸性溶液:乙炔气体通入高锰酸钾酸性溶液，现象是高锰酸钾溶液褪色.②加成反应Ⅰ.乙炔通入溴的四氯化碳溶液，溴的四氯化碳溶液褪色。化学反应方程式为H—C≡C-1，2-二溴乙烯1，1，2，2—四溴乙烷Ⅱ。乙炔可以与氯化氢发生加成反应，得到氯乙烯。化学反应方程式为：HC≡CH+HClCH2==CHCl三、煤的综合利用苯1.煤的综合利用(1)煤的组成煤是由有机物和无机物组成的复杂的混合物，除含有C、H元素外，还含有N、S、O等元素。(2)煤的气化煤的气化就是把煤转化为气体,作为燃料或化工原料气。(3）煤的液化煤的液化是把煤转化成液体燃料的过程。把煤与适当的溶剂混合后，在高温、高压及催化剂存在下，使煤气化成一氧化碳和氢气，然后再合成液体燃料。煤液化可获得洁净的燃料油、化工原料、液态烃、甲醇等含氧有机物。（4)煤的干馏煤干馏得到的固体、液体和气体产物分别是焦炭、煤焦油和焦炉煤气,其中从液体产物煤焦油中可以分离得到苯、甲苯、二甲苯等有机化合物。利用苯、甲苯、二甲苯等有机物可以制备染料、化肥、农药、溶剂和多种合成材料.2。苯（1）苯分子的组成和结构①写出苯的分子式、结构式和结构简式：现代价键理论②苯的分子构型：平面正六边形,其中六个碳和六个氢均在该平面内。③结构特点：苯分子中不存在碳碳双键，不存在碳碳单键和碳碳双键交替出现的结构，碳原子之间的化学键是一种介于碳碳单键和碳碳双键之间的独特的键.(2）苯的物理性质苯是一种无色、有特殊气味、挥发性很强的液体，不溶于水，密度比水小,有毒。（3)苯的化学性质①氧化反应Ⅰ.空气中的燃烧写出燃烧的化学方程式:2+15O212CO2+6H2O现象：火焰明亮，有浓烟。Ⅱ。与高锰酸钾酸性溶液混合现象：不褪色。说明：苯不能被高锰酸钾所氧化。②加成反应与溴水混合振荡，静置,现象：分层，上层油层为橙红色，下层几乎无色。说明：苯和溴不发生加成反应。③取代反应Ⅰ。苯跟硝酸的反应写出反应方程式:+HO—NO2+H2OⅡ。苯和卤素的反应写出反应方程式：在一定条件下，苯能发生多种取代反应，形成一系列重要的有机化合物,如氯苯（）、溴苯()、苯磺酸(）都是重要的化工原料。知识导学一、学习本单元之前,可以从我们身上的服饰、学习用具、常见药物、居室中的常见物品等物件开始，对它们的成分进行简单的留意查阅分析，你会发现身边的有机物太多、太有用了,并把它们与食盐、食用碱等进行对比。物质世界中的化学物质的种类，更多的还是有机化合物。本单元内容是有机化学的基础，通过对本单元知识的探究认识，一方面要了解我们身边有无数的有机物，我们需要这些有机物、离不开这些物质，因此要从这里开始，去研究它们，而且还能够学到学习有机化学的方法和规律.二、分子式只能表示分子中各元素原子的组成，不能表示原子的结合情况。结构式和结构简式不但可以表示分子的组成，还可以表示分子中原子的连接顺序和方式，但仍不能表示分子真实的空间结构。要说明分子的空间结构，需要借助于键长和键角（键和键之间的夹角），并形象地描述分子在空间是什么形状来说明。三、甲烷分子结构特点：碳原子只以单键和氢原子成四个共价键,这样的结合中，碳原子已经达到了“饱和"，分子很稳定.甲烷分子的稳定性决定了在通常情况下甲烷气体的化学性质是稳定的。(体现“分子结构决定分子的化学性质”的关系）四、“硫酸酸化的高锰酸钾溶液”有很强的氧化性,在有机化学的学习中经常通过看某有机物是否能使高锰酸钾酸性溶液的紫色褪去来判断其性质是否活泼等。五、注意甲烷气体可燃、易爆,其爆炸极限为4.9％—16%，点燃在爆炸极限内的甲烷和空气的混合物时,甲烷与氧气急剧反应，在单位时间内放出大量的热，使气体体积急剧膨胀,从而爆炸。因此，使用和运输时要注意安全,点燃前必须先检验其纯度。我国的许多煤矿都是瓦斯煤矿，容易发生瓦斯爆炸事故,造成人员伤亡和财产损失。为了防止爆炸事故的发生，必须采取通风、严禁烟火等安全措施。六、甲烷的取代反应要注意:（1）反应条件：光照(在室温暗处不发生反应,但不能够用强光直接照射，否则会发生爆炸)；（2）反应物:纯卤素，如甲烷通入溴水中不反应；（3)反应不会停留在某一步,因此产物是五种物质的混合物；（4)1molH被取代需要1molCl2。误认为1个Cl2分子能取代2个H原子是一个常见的错误。七、石油是烃的混合物，因此没有固定的沸点；直接使用的价值也不大，因此开采后要先对石油进行炼制，然后再将炼制的产品作为化工原料进行化工生产，制得新的产品。裂化和裂解都是化学变化。裂解又叫深度裂化，是目前生产乙烯的主要方法。石油裂解过程复杂,生成的裂解气是复杂的混合气体，经净化、分离,就可得到所需纯度的乙烯、丙烯等基本有机化工原料。八、乙烯和乙炔使高锰酸钾溶液褪色是一般不饱和烃（烯烃、炔烃）的典型化学性质，常用于与烷烃相鉴别。可用溴水或溴的四氯化碳溶液鉴别甲烷和乙烯，也可用于除去甲烷中混有的乙烯.分子里含有碳碳双键或碳碳叁键的烃，叫不饱和烃.“不饱和”是相对于烷烃而言。九、煤煤中的硫元素燃烧时生成SO2气体，若排到大气中就会造成环境污染甚至是酸雨,因此要综合利用。只有有机物隔绝空气强热分解才叫做干馏;无机物隔绝空气受热分解不叫干馏。干馏是化学变化，要与蒸馏区分。十、苯主要理解以下几个方面1.“苯”带有草头,原意为“芳香"之意。注意：不要把“苯”写成“笨"。2.凯库勒式只是一种习惯表示方式,不能代表苯的分子的真实结构。“苯环结构”，很对称、很稳定。常用的氧化剂如KMnO4、K2Cr2O7、浓H2SO4、稀硝酸等都不能使苯氧化，这说明苯环是相当稳定的。苯不能使溴的四氯化碳溶液褪色的实验事实以及苯分子的碳碳之间的键长和键能都相等的理论事实证实了苯的独特键的存在.3.苯既具有饱和烃的性质，又具有不饱和烃的性质，而且它进行取代反应比饱和烃要容易，进行加成反应比不饱和烃要困难,苯这种特殊性质是由苯环特殊的结构决定的。要特别注意苯的硝化反应的条件.疑难突破1。取代反应与置换反应有什么异同？剖析：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代替，含义是指上去某些原子或原子团的同时，要下来一些原子或原子团，对小分子而言，自身要分成两部分，一部分参加取代,同时，另一部分和被取代下来的原子或原子团结合成新的分子，因此取代反应要形成两种产物。取代反应是有机物反应里一类普通而又重要的反应，要给以足够的重视。从反应物的类型来看，取代反应中至少有一种是有机物,另一种反应物既可以是有机物也可以是无机物；从分子组成的变化形式上看,有机物分子里被代替的既可以是原子又可以是原子团，代入到有机物分子中去的同样既可以是原子又可以是原子团。而置换反应是一种单质和一种化合物之间的反应,产物也是另一种单质和化合物。它一定是氧化还原反应。类别取代反应置换反应实例CH4+Cl2CH3Cl+HClZn+H2SO4====ZnSO4+H2↑区别定义有机物分子里的原子或原子团被其他原子或原子团所代替的反应一种单质与一种化合物反应，生成另一种单质或另一种化合物的反应反应物一种化合物和另一种化合物或单质一种单质和一种化合物生成物一般生成两种化合物另一化合物和另一种单质电子得失不一定发生电子转移，也不一定是氧化还原反应一定发生电子转移，一定是氧化还原反应是否可逆有不少是可逆反应一般是不可逆反应2.做石油的分馏实验时，应该注意那些事项？剖析：防火防爆等安全意识是中学生应具备的一种要求.汽油、柴油等对橡胶的腐蚀是中学生必须掌握的一个常识。常见实验仪器如烧瓶、温度计、冷凝管等的使用方法也是中学生应该掌握的.实验时要注意的问题:①石油及其分馏产品都易燃烧,实验中最好用隔火板将酒精灯和锥形瓶隔开，在锥形瓶的口部塞一团疏松的棉花，以防发生火灾。②一定要垫石棉网加热，防止烧瓶炸裂引起火灾。③必须在加热前加入碎瓷片，不加碎瓷片或反应过程中加入都有可能引起暴沸.④烧瓶中的原油量不要超过烧瓶容积的1/2。⑤冷凝管内的冷却水要从下口入，上口出，这样会使馏分的冷却效果最好。⑥汽油、柴油等对橡胶有较强的腐蚀性，实验中所用的橡胶塞要用锡箔包起来,防止被腐蚀.⑦温度计的最大量程要不低于300℃，温度计的水银球要置于蒸馏烧