第3章-第1节-最简单的有机物——甲烷

2020/6/12新余市第四中学2学习目标1、了解有机物的概念，明白有机物种类繁多的原因2、了解甲烷的结构特点，掌握甲烷的性质3、了解烷烃的组成、结构和通式，掌握烷烃的命名方法，了解烷烃的性质及递变规律4、了解同系物、同分异构现象和同分异构体等相关概念的区别和联系轮胎橡胶家用电器的外壳食物中的营养素煤油、汽油生活中常见的有机物注意：CO、CO2、H2CO3、碳酸(氢)盐、NaCN(氰化物)、KSCN(硫氰化物)、CaC2(金属碳化物)、SiC等虽含有碳元素，其性质跟无机物很相似，把它们归为无机物。什么是有机化合物呢?与我们过去所学化合物有什么区别?1.有机化合物一般把含碳元素的化合物称为有机化合物，简称为有机物。2.有机物的组成元素有机物除了含碳外，常有H、O，还含N、S、P、卤素等元素。甲烷是池沼底部产生的沼气和煤矿的坑道所产生的气体的主要成分。这些甲烷都是在隔绝空气的情况下，由植物残体经过微生物发酵的作用而生成的。沼气煤矿坑道气（瓦斯）天然气油田气甲烷在自然界的存在我们把只含碳、氢元素的有机物叫烃。甲烷是最简单的有机化合物。沼气（甲烷）的制取和利用甲烷分子式：CH4练习:写出甲烷的电子式、结构式。结构式:用短线来表示一对共用电子的图式。甲烷的结构式能否表示它的真实构型呢？比例模型球棍模型立体结构：正四面体型，C原子位于中心，四个H原子位于正四面体的四个顶点。由于4个C－H键强度相同，因此四个键长度也相同（键角是109028/）。裁一段长25cm、宽8.7cm的矩形纸板或硬纸条，按下图所示方式，裁去两头的小三角，按虚线向内折成如图３－１所示的正四面体，其顶点分别为甲烷中４个氢原子的位置，中心是碳原子。观察图３－１所示的Ｃ与Ｈ空间位置关系。试用原子结构拼插模型（或用橡皮泥、黏土、泡沫塑料、牙签、火柴棍等代用品），自制甲烷的分子模型。球棍模型１、物理性质无色、无味的气体=0.717g/L（标准状况）极难溶于水俗名：沼气、坑气，是天然气的主要成分（80-97%）2、化学性质通常情况下，甲烷稳定，如与强酸、强碱和强氧化剂等一般不发生反应。甲烷不能使酸性高锰酸钾褪色。同理：甲烷也不能使氯水、溴水等褪色CH4+2O2CO2+2H2O点燃在特定条件下甲烷能与某些物质发生化学反应，如可以燃烧和发生取代反应等。（1）氧化反应现象：安静燃烧，淡蓝色火焰，产生使澄清石灰水变浑浊的气体，放热注意：点燃甲烷与空气或氧气的混合气体会立即发生爆炸。因此，点燃甲烷之前必须验纯!!科学探究取2支硬质大试管,通过排饱和食盐水的方法先后各收集半试管甲烷和半试管氯气,分别用铁架台固定好，如图所示。其中1支试管用预先准备好的黑色纸套套上,另一支试管放在光亮处。片刻后，比较2支试管中的物质，二者是否出现了区别？1.你从实验中得到哪些信息？2.从所得的实验信息中你能得到哪些启示？（2）甲烷的取代反应室温时，混合气体无光照时，不发生反应；光照时混合气体的黄绿色变浅，试管壁上出现油滴，试管中有少量白雾，试管内的液面上升。1说明试管内的混合气体在光照的条件下发生了化学反应。2试管壁上出现液滴，说明反应中生成了新的油状物质，且不溶与水。3试管内液面上升，说明随着反应的进行，试管内的气压在减小，即气体总体积在减小。分析上述实验中所观察到的现象，从中可以得到那些结论？现象讨论结论现象与结论：注意：甲烷与氯气发生取代反应时，氯气为纯净物，不是氯水！！CH4+Cl2CH3Cl+HCl光CH3Cl+Cl2CH2Cl2+HCl光CH2Cl2+Cl2CHCl3+HCl光CHCl3+Cl2CCl4+HCl光一氯甲烷（无色气体）二氯甲烷（难溶于水的无色液体）三氯甲烷又叫氯仿（有机溶剂）四氯甲烷又叫四氯化碳（有机溶剂、灭火剂）甲烷与氯气反应的化学方程式：注意：①甲烷与氯气反应可能有五种产物（四种有机物，一种无机物），其中有两种气体产物。四种有机物都难溶于水。③多数有机物都难溶于水，易溶于有机溶剂。②有机反应很复杂，产物较多。故有机反应一般用“”而不用“”表示。试一试：你能写出甲烷与溴蒸气发生取代反应的化学方程式吗？取代反应：有机物分子里的某些原子或原子团被其它原子或原子团所替代的反应叫做取代反应。甲烷与溴蒸气反应的化学方程式：CH4+Br2CH3Br+HBr光照CH3Br+Br2光照CH2Br2+HBrCH2Br2+Br2光照CHBr3+HBrCHBr3+Br2光照CBr4+HBr（3）甲烷的受热分解CH4C+2H2高温在隔绝空气并加热至1000℃的高温下，甲烷分解。合成氨、汽油的原料橡胶工业的原料1、甲烷是一种—————、————的气体，标准状况下的密度_______，其分子呈——————结构，化学性质比较——————。2、与甲烷的分子结构相同的物质是（）A.NH3B.CCl4C.CH2Cl2D.H2O3、将下列气体通入酸性高锰酸钾，酸性高锰酸钾褪色的是（）A.CH4B.CO2C.SO2D.H2无色无味0.717g/L正四面体稳定BC4、下列物质中属于有机物的是（）（双选）A.二氧化碳B.尿素C.蔗糖D.碳酸氢铵5、下列气体在氧气中充分燃烧后，其产物既可使无水硫酸铜变蓝色，又可使澄清石灰水变浑浊的是（）A.HClB.CH4C.H2D.COBCB6、光照下，甲烷与氯气发生取代反应后，共得产物（）A.5种B.2种C.3种D.4种7、下列物质中，不能与氯气发生取代反应的是（）A.CH3ClB.CH2Cl2C.CHCl3D.CCl4AD8、将1mol甲烷和4mol的氯气发生取代反应，待反应完全后，测得四种有机取代物的物质的量相等，则消耗氯气为()A.0.5molB.2molC.2.5molD.4mol9、下列事实能说明甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构的是（）A.CH3Cl只代表一种物质B.CH2Cl2只代表一种物质C.CHCl3只代表一种物质D.CCl4只代表一种物质CB10、某气体的燃烧产物是CO2和H2O，且CO2和H2O的质量比是11：9，此气体是（)A.CH4B.C2H2C.C2H4D.C3H611、有4mL甲烷和一氧化碳的混合气体，完全燃烧时恰好用去了3mL的氧气，则此混合气体中甲烷和一氧化碳的体积比为（）A.１:１B.１:５C.５:１D.任意比ＡＢ补充：甲烷的制备（1）工业制备（由天然气除去杂质获得）（2）实验室制备①药品：无水CH3COONa和碱石灰②反应原理：③气体发生装置：同于O2、NH3三、甲烷的化学性质①氧化反应②取代反应③分解反应二、甲烷的物理性质第一节最简单的有机化合物-甲烷一、甲烷分子的构成和空间结构小结：与甲烷结构相似的有机物还有很多，请你观察下列有机物的结构，试归纳出它们在结构上的特点。几种烷烃的球棍模型及对应的结构式HHHHH|||||H－C－C－HH－C－C－C－H|||||HHHHH乙烷丙烷丁烷异丁烷HHHHH|||||H－C－C－C－C－HH--C--H||||HHHHHH||H－C——C——C－H|||HHH丁烷：异丁烷：几种烷烃的球棍模型及对应的结构式2020/6/1231只含C、H两种元素，每个碳以四个单键与其它原子相结合。相同点C、H原子数不同不同点2020/6/1232在烃的分子里，碳原子之间都以碳碳单键结合成链状，碳原子剩余的价鍵全部跟氢原子相结合，使每个碳原子的化合价都已充分利用，都达到“饱和”。这样的烃叫做饱和烃，又叫烷烃。1、定义：例：HHHHH|||||H—C—C—C—C—C—H||||HHHHH—C—H|H2、结构简式：或者：CH3CH（CH3）CH2CH2CH3CH3—CH—CH2—CH2—CH3CH3CH3CHCH2CH2CH3CH3省略横线上C—C键省略C—H键把同一C上的H合并乙烷：HH丙烷：HHH|||||H－C－C－HH－C－C－C－H|||||HHHHH丁烷：HHHH异丁烷：H|||||H－C－C－C－C－HH--C--H||||HHHHHH||H－C——C——C－H|||HHH例如：下列结构式对应的结构简式CH3CH3CH3CH2CH3CH3CH2CH2CH3CH3CH(CH3)CH3烷烃的通式:CnH2n+2(n≥1)烷烃的共价键数:3n+1[C-H键为2n+2,C-C数为n-1（n＞1）]◆以碳原子个数为基础命名◆称“某烷”或“环某烷”◆十个以下用“天干地支”命名：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸。◆十以上用中文数字表示：十一烷、二十烷、三十五烷等。3、烷烃的简单命名：4、性质（1）物理性质名称结构简式常温时的状态熔点/℃沸点/℃相对密度水溶性甲烷CH4气-182-1640.466不溶乙烷CH3CH3气-183.3-88.60.572不溶丙烷CH3CH2CH3气-189.7-42.10.585不溶丁烷CH3(CH2)2CH3气-138.4-0.50.5788不溶戊烷CH3(CH2)3CH3液-13036.10.6262不溶十七烷CH3(CH2)15CH3固22301.80.7780不溶状态：气(1～4)液固；熔沸点依次升高密度：相对密度依次增大且小于1水溶性：均不溶于水（2）化学性质（与CH4相似）①氧化反应OHnnCOOCnHnn22222)1(213点燃②取代反应A、具有可燃性燃烧通式：CnH2n+2+(3n+1)/2O2→nCO2+(n+1)H2OB、均不能使酸性KMnO4或溴水褪色，不与强酸，强碱反应。在光照条件下进行，产物更复杂名称结构简式常温时的状态熔点/℃沸点/℃相对密度水溶性甲烷CH4气-182-1640.466不溶乙烷CH3CH3气-183.3-88.60.572不溶丙烷CH3CH2CH3气-189.7-42.10.585不溶丁烷CH3(CH2)2CH3气-138.4-0.50.5788不溶戊烷CH3(CH2)3CH3液-13036.10.6262不溶十七烷CH3(CH2)15CH3固22301.80.7780不溶分析表3-1烷烃的结构简式，写出对应的分子式。相邻两个烷烃结构和分子组成上有什么联系？表3-1几种烷烃的物理性质相差一个“CH2”原子团5、同系物结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质互称为同系物。碳碳原子间都以单键结合；碳原子均饱合；链状。碳原子数不同，即碳链的长短不同。烷烃同系物结构相似：分子组成：｛1、下列哪组是同系物（）A.CH3CH2CH2CH3CH3CH(CH3)CH3B.CH3CH3CH3CH(CH3)CH3CH2C.CH3－CH＝CH2CH2CH2B2、1mol乙烷在光照条件下，最多可以与多少摩尔Cl2发生取代？（）A.4molB.8molC.2molD.6mol3、写出下列烷烃的分子式：（1）含有38个碳原子的烷烃的分子式（2）含有38个氢原子的烷烃的分子式（3）相对分子量为128的烷烃的分子式D1、是否属于同类物质？2、通式相同吗？3、碳原子数目相同吗？4、相对分子质量相差多少？5、性质相同吗？结论：属于同类物质通式相同碳原子数目不同相对分子质量相差14n物性不同，化性相似同系物间的关系乙烷C2H6丙烷C3H8甲烷CH4练习：请看图写出分子式和结构简式。CH4CH3CH3CH3CH2CH3丁烷C4H10异丁烷C4H10练习：请看图写出结构简式和分子式。CH3CH2CH2CH3CH3CHCH3|CH3名称熔点/℃沸点/℃相对密度正丁烷－138.4－0.50.5788异丁烷－159.6－11.70.557两种丁烷（C4H10）分子组成和相对分子质量完全相同，但性质却有差异。三、同分异构现象、同分异构体：定义：化合物具有相同的分子式，但具有不同结构式的现象叫同分异构现象。具有同分异构现象的化合物互称为同分异构体。对于C数相同的同分异构体，支链越多熔沸点就越低。请看图写出结构简式和分子式：C5H12C5H12C5H12熔沸点大小关系：正戊烷＞异戊烷＞新戊烷2.同位素、同素异形体、同系物、同分异构体四概念的比较概念内涵比较对象实例同位素同素异形体同系物同分异构体质子数等，中子数不等，原子之间原子氕、氘、氚同一元素形