2020版高中化学 专题3 有机化合物的获得与应用 第一单元 第1课时 天然气的利用 甲烷课件 苏教

第1课时天然气的利用甲烷1．了解化石燃料的组成。2．了解甲烷的组成结构和主要性质，进一步掌握结构与性质的关系。(重点)3．理解取代反应。(重点)4．了解烷烃、同系物的概念。化石燃料组成元素主要成分天然气C和H石油主要是，还有少量S、O、N等煤主要是，还有少量S、P、N等组成的复杂混合物知识点一化石燃料的组成CH4C、H碳氢化合物C、H、O有机物和无机物[自我诊断]1．在西部大开发中，国家投巨资兴建“西气东输”工程，将西部蕴藏的丰富资源通过管道输送到东部地区。这里所指的“西气”的主要成分是()A．COB．CH4C．H2D．NH3答案：B名称化学式电子式结构式空间构型球棍模型比例模型甲烷CH4知识点二甲烷1．分子结构2.物理性质颜色状态气味密度(与空气相比)水溶性无色气体无味比空气小溶于水3.化学性质(1)氧化反应：CH4在空气中燃烧，火焰并呈，生成CO2和H2O，同时放出大量的热，反应的化学方程式为。难明亮淡蓝色CH4＋2O2――→点燃CO2＋2H2O(2)取代反应：①定义：有机化合物分子中的被所取代的反应。②甲烷可以和卤素(Cl2、Br2、I2)发生取代反应，以与Cl2反应为例：第一步：CH4＋Cl2――→光照CH3Cl＋HCl；第二步：CH3Cl＋Cl2――→光照CH2Cl2＋HCl；第三步：CH2Cl2＋Cl2――→光照CHCl3＋HCl；第四步：CHCl3＋Cl2――→光照CCl4＋HCl。某种原子(或原子团)另一种原子(或原子团)CH3ClCH2Cl2CHCl3CCl4状态液体液体液体溶解性均难溶于水俗名四种反应产物的比较：气体氯仿四氯化碳[自我诊断]2．下列物质能和甲烷发生取代反应的是()A．氯化氢B．水C．氯水D．溴蒸气答案：D知识点三烷烃1．两个概念2．烷烃(1)分子通式：。(2)简单烷烃的命名①n≤10：依次为、、、……②n≥11：直接根据碳原子数称某烷。如C16H34称为。3．同系物相似，在分子组成上的有机化合物互称为同系物。例如：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等互为同系物。CnH2n＋2(n≥1)甲烷乙烷丙烷丁烷十六烷结构相差1个或若干个“CH2”原子团[自我诊断]3．下列有关简单烷烃的叙述中正确的是()①都是易燃物②特征反应是取代反应③相邻两个烷烃在分子组成上相差一个—CH3原子团A．①③B．②③C．①D．①②答案：D要点一烷烃的性质[典例1]液化石油气中含有丙烷，且丙烷中C原子成键特点与CH4中碳原子相似，性质相似。下列有关丙烷的叙述中不正确的是()A．分子中碳原子不在一条直线上B．光照下能够发生取代反应C．丙烷与甲烷不是同系物D．丙烷的一氯代物有2种[解析]A项，结合CH4中C原子成键特点知丙烷分子中C原子不在同一直线上；B项，光照下与卤素发生取代反应是烷烃的主要性质；C项，丙烷与甲烷均为烷烃，互为同系物；D项，丙烷分子中有两种氢原子，其一氯代物有2种。[答案]C1．烷烃的分子结构烷烃分子中，与每一个碳原子相连的4个原子构成四面体结构，整个碳链呈折线形排列，如C3H8分子中3个碳原子并不在一条直线上，而是呈折线排列。2．烷烃的状态常温下，甲烷、乙烷、丙烷、丁烷(包括新戊烷)为气体，其余烷烃随碳原子数递增，呈液态、固态变化。3．烷烃的化学性质(1)燃烧；(2)取代反应。1．(1)①甲烷②乙烷③丙烷④丁烷的沸点由高到低的顺序为_____(用序号表示)。(2)写出丙烷与Cl2反应生成CH3CH2CH2Cl的化学反应方程式：____________________。(3)CH3CH2CH2CH3的一氯代物有________种。答案：(1)④③②①(2)CH3CH2CH3＋Cl2――→光CH3CH2CH2Cl＋HCl(3)2要点二取代反应[典例2]将1molCH4与Cl2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Cl2的物质的量为()A．0.5molB．2molC．2.5molD．4mol[解析]将1molCH4与Cl2发生取代反应，得到四种取代物的物质的量相等，则生成的CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各为0.25mol，该四种取代物中n(Cl)＝0.25mol×(1＋2＋3＋4)＝2.5mol，根据取代反应的特点知，n(HCl)＝2.5mol，故反应物中含氯原子的物质的量为5mol，则消耗氯气的物质的量n(Cl2)＝2.5mol。[答案]C1．反应条件烷烃只能与纯净的卤素单质在光照条件下发生取代反应，不能与卤素单质的水溶液发生取代反应。2．反应产物甲烷和氯气按体积比1∶1混合光照发生取代反应得到的不只是一氯甲烷。因为甲烷分子中的四个氢原子都可被氯原子取代，同时生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4四种有机物和无机物HCl。3．物质间量的关系甲烷和氯气发生取代反应，参加反应的Cl2的物质的量与生成的HCl的物质的量相等；生成物中HCl最多。2．甲烷和氯气以物质的量比1∶1混合，在光照条件下，得到的有机产物是()①CH3Cl②CH2Cl2③CHCl3④CCl4⑤HClA．只有①B．①和②的混合物C．只有④D．①②③④的混合物解析：甲烷与氯气发生取代反应的特点是逐步取代，即CH4分子中的氢原子被氯原子逐步取代，且各步反应同时发生，得到多种产物的混合物，所以该反应中产物是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl，其中HCl属于无机化合物，其余四种均为有机物，D项符合题意。答案：D要点三同系物的判断与理解[典例3]下列叙述正确的是()A．分子式相同，各元素质量分数也相同的物质是同种物质B．通式相同的不同物质一定属于同系物C．分子式相同的不同物质一定是同分异构体D．同系物的性质完全相同[解析]分子式相同的物质，结构不一定相同，所以不一定是同种物质；通式相同的不同物质不一定是同系物，也可能是同分异构体或是其他关系；同系物的化学性质相似，物理性质不同。[答案]C同系物的判断技巧判断两种化合物互为同系物的要领是看是否符合“同、似、差”同时满足上述三个条件的化合物才是同系物。3．下列各组物质互为同系物的是()A．O2和O3B．CH4和C3H8C．CH3CH2CH2CH3和(CH3)3CHD.11H和21H解析：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。O2和O3互为同素异形体；11H和21H互为同位素；CH3CH2CH2CH3和(CH3)3CH分子式相同，结构不同，互为同分异构体；只有CH4和C3H8满足同系物的概念。答案：B甲烷与氯气的反应[典例]如图所示，U形管的左端被水和胶塞封闭有甲烷和氯气(体积比为1∶4)的混合气体，假定氯气在水中的溶解度可以忽略。将封闭有甲烷和氯气的混合气体的装置放置在有光亮的地方，让混合气体缓慢地反应一段时间。(1)假设甲烷与氯气反应充分，且只产生一种有机物，请写出化学方程式：_______________________________________________________________。(2)若题目中甲烷与氯气的体积比为1∶1，则得到的产物为_____(选填字母序号)。A．CH3ClHClB．CCl4HClC．CH3ClCH2Cl2D．CH3ClCH2Cl2CHCl3CCl4HCl(3)经过几个小时的反应后，U形管右端的水柱变化是________。A．升高B．降低C．不变D．无法确定(4)若水中含有Na2SiO3，则在U形管左端会观察到______________________。(5)右端玻璃管的作用是______________。[解析](1)因Cl2足量，若充分反应，则CH4中的四个H原子可完全被取代，生成CCl4和HCl。(2)甲烷与氯气的取代反应，是四步反应同时发生，故得到四种氯代产物和HCl。(3)甲烷和氯气在光照的条件下发生取代反应，U形管左侧生成的氯化氢气体易溶于水，压强减小，U形管右侧液面下降，左侧液面上升。(4)因左侧生成HCl溶于水后，发生反应2HCl＋Na2SiO3===H2SiO3↓＋2NaCl，有白色胶状沉淀生成。(5)为了平衡气压，在U形管右侧插有一个玻璃管与外界相通。[答案](1)CH4＋4Cl2――→光照CCl4＋4HCl(2)D(3)B(4)有白色胶状沉淀生成(5)平衡气压[随堂训练]1．下列分子具有正四面体结构的是()A．CHCl3B．CH3ClC．CH2Cl2D．CCl4解析：CH4是正四面体结构，当氯原子取代氢原子生成甲烷的氯代产物时，这几种氯代产物仍为四面体结构，由于氯原子与氢原子的原子半径不相等，所以其氯代产物只有CCl4是正四面体结构。答案：D2．下列物质中，属于烷烃的是()A．C8H16B．CH3CH2OHD．CH2===CH2答案：C3．下列实验能获得成功的是()①甲烷气体通入空气中点燃获得热量②甲烷气体通入氯水中制取一氯甲烷③甲烷通入酸性高锰酸钾溶液，可使紫色褪去④甲烷通入浓硝酸中分解得到碳单质和氢气A．①②B．①C．④D．①②③④解析：甲烷分子结构稳定，通常不与强酸、强碱或强氧化剂反应，不能使溴水和酸性KMnO4溶液褪色。但是在一定条件下，甲烷也会发生某些反应，如燃烧、与氯气的取代反应。答案：B4．已知某烷烃的相对分子质量为30。(1)该烷烃的分子式为________；(2)该烷烃在光照时与Cl2反应生成一氯代物的化学方程式为__________________，属于________反应。解析：设烷烃分子式为CnH2n＋2，有：12n＋(2n＋2)＝30，n＝2，即该烷烃的分子式为C2H6。答案：(1)C2H6(2)CH3CH3＋Cl2――→光CH3CH2Cl＋HCl取代