2019-2020学年高中化学 专题3 有机化合物的获得与应用 第一单元 化石燃料与有机化合物 第1

专题3有机化合物的获得与应用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专题3有机化合物的获得与应用1.知道化石燃料的主要成分。2.认识甲烷的分子组成、结构特征、主要化学性质及其应用。3．了解取代反应的特征。4.了解烃、烷烃及其同系物的概念。一、化石燃料化石燃料天然气石油煤组成元素主要有C、H主要有C、H，还含有少量S、O、N等主要有___________，还有少量S、P、N等主要成分________________________有机化合物和无机物组成的复杂混合物甲烷甲烷碳氢化合物C、H、O二、甲烷1.结构(1)甲烷分子的电子式和结构式电子式结构式(2)甲烷分子的空间构型——正四面体甲烷分子的空间结构为正四面体形，碳原子位于正四面体的中心，四个氢原子位于正四面体的四个顶点。2．物理性质颜色：无色；气味：无味；状态：气体；溶解性：难溶于水；密度：比空气_____。3．化学性质(1)稳定性：通常情况下CH4性质稳定，与强氧化剂(如酸性KMnO4溶液)、强酸、强碱均不反应。(2)燃烧①甲烷燃烧的实验小实验操作燃烧现象安静燃烧，产生淡蓝色火焰产物检验方法罩一只干燥的烧杯罩一只内壁用澄清石灰水润洗过的烧杯现象烧杯内壁有水珠生成______________________结论_____________________________②燃烧方程式：CH4＋2O2――→点燃CO2＋2H2O。有H2O生成澄清石灰水变浑浊有CO2生成(1)可燃性气体在点燃前都必须验纯。(2)在空气中燃烧时火焰呈淡蓝色的物质除甲烷外还有H2、硫、酒精、CO、H2S等。原子(或原子团)原子(或原子团)(3)取代反应①定义有机化合物分子中的某种___________________被另一种_________________所取代的反应。②甲烷与氯气的反应实验操作实验现象a.黄绿色逐渐消失，最后变为无色；b．集气瓶内壁有______________出现；c．集气瓶内液面上升，水槽内有少量固体析出反应原理CH4＋Cl2――→光照CH3Cl＋HClCH3Cl＋Cl2――→光照CH2Cl2＋HClCH2Cl2＋Cl2――→光照CHCl3＋HClCHCl3＋Cl2――→光照CCl4＋HCl油状液滴1．判断正误(1)甲烷属于四元酸，故属于电解质。()(2)沼气就是纯净的甲烷气体。()(3)热稳定性：CH4NH3。()(4)甲烷属于共价化合物。()(5)甲烷与氯气在光照条件下反应生成四种化合物。()××√√×2．下列叙述错误的是()A．点燃甲烷不必进行事先验纯B．甲烷燃烧能放出大量的热，所以是一种很好的气体燃料C．煤矿的矿井要注意通风和严禁烟火，以防爆炸事故的发生D．一般情况下甲烷不与强酸、强碱、强氧化剂等反应解析：选A。甲烷是很好的燃料，空气中的甲烷含量在5%～15.4%(体积分数)范围内时，遇火爆炸，因而点燃甲烷前要事先验纯。煤矿的矿井中坑道气的主要成分是甲烷，所以要注意通风和严禁烟火。甲烷性质稳定，一般不与强酸、强碱、强氧化剂反应。3．连连看(1)取代反应A．CH4＋2O2――→点燃CO2＋2H2O(2)氧化反应B．CH4＋Cl2――→光CH3Cl＋HCl(3)分解反应C．CH4――――→1000℃隔绝空气C＋2H2(4)置换反应D．CHCl3＋HF―→CHFCl2＋HCl答案：(1)—BD(2)—A(3)—C甲烷的取代反应(1)甲烷与氯气的反应条件为光照，该光照只能是日光漫射，若是强光直射则会发生爆炸。(2)该反应为一连锁反应，不会停留在某一步，因此CH4与Cl2反应的取代产物为混合物，其中HCl的物质的量最多，四种有机产物CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4都难溶于水，常温下CH3Cl是气体、其他都是液体，其中CHCl3、CCl4是重要的有机溶剂，CCl4是常用的灭火剂。1molCH4与Cl2发生取代反应，待反应完成后测得四种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]因为CH4与Cl2发生取代反应生成的四种取代物中的碳原子均来自CH4，由碳原子守恒可知，其生成1mol取代物，且每一种取代物的物质的量均为0.25mol。由于CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4分子中的氯原子均来自Cl2，由氯元素守恒得消耗的Cl2的物质的量n(Cl2)＝(0.25＋0.25×2＋0.25×3＋0.25×4)mol＝2.5mol。[答案]C(1)例题中反应过程产生HCl的物质的量为________。(2)将CH4和Cl2按体积比1∶1混合光照，充分反应后，甲烷与氯气都无剩余，生成物的种数为________种。答案：(1)2.5mol(2)5(1)与氯气相似，其他的卤素单质在气态和光照条件下，也可以和甲烷发生取代反应。(2)有机化合物的结构决定了有机化合物的性质，由于甲烷分子中碳原子的四个价键都与氢原子结合了，因此碳原子不可能再结合其他原子或原子团，而只能用其他原子或原子团代替与碳原子相结合的氢原子，发生取代反应。甲烷的结构与性质1．以下关于甲烷的说法中错误的是()A．甲烷分子是由极性键构成的分子B．甲烷分子具有正四面体结构C．甲烷分子中四个C—H键是完全相同的键D．甲烷分子中具有非极性键解析：选D。甲烷分子中含有四个完全相同的C—H极性共价键，构成了空间正四面体结构，故选D。2．下列关于甲烷化学性质的叙述正确的是()A．甲烷微溶于水，其密度小于空气的密度B．甲烷能使溴的四氯化碳溶液褪色，发生取代反应C．甲烷在氧气中燃烧，发生氧化反应D．甲烷能使酸性高锰酸钾溶液褪色，发生氧化反应解析：选C。甲烷不溶于水，其密度小于空气的密度，是对甲烷物理性质的描述，A错误；甲烷不能使溴的四氯化碳溶液褪色，B错误；甲烷在氧气中燃烧生成二氧化碳和水，发生氧化反应，C正确；甲烷不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，D错误。取代反应的判断与理解3．下列物质之间的反应，属于取代反应的是()A．甲烷和氧气B．甲烷和氯气C．金属钠和水D．碘化钾和氯水解析：选B。甲烷和氧气的反应是氧化反应，A错误；甲烷和氯气在光照条件下发生取代反应，B正确；金属钠和水的反应是置换反应，C错误；碘化钾和氯水的反应是置换反应，D错误。4．下列物质中，不能和氯气发生取代反应的是()A．CH3ClB．CCl4C．CH2Cl2D．CH4解析：选B。CCl4中没有可以被氯原子取代的氢原子，不能发生取代反应。甲烷的燃烧及相关计算5．为验证甲烷分子中含碳、氢两种元素，可将其燃烧产物依次通过①浓H2SO4、②澄清石灰水、③无水硫酸铜，正确的顺序是()A．①②③B．②③C．②③①D．③②解析：选D。甲烷燃烧的产物为CO2和H2O，用澄清石灰水检验CO2，用无水CuSO4检验H2O，为防止澄清石灰水中的水产生干扰，应先检验H2O再检验CO2。6．一定量的甲烷燃烧后得到的产物是CO、CO2和H2O(g)，此混合气体的质量为49.6g，当其缓慢通过足量的无水氯化钙时，质量减少25.2g，则此混合物中CO的质量为()A．24.4gB．13.2gC．12.5gD．11.2g解析：选D。通过足量的无水氯化钙，气体质量减少的是25.2gH2O(g)，则生成的CO、CO2的质量和为49.6g－25.2g＝24.4g。由氢元素守恒可求得：n(CH4)＝25.2g18g·mol－1×2×14＝0.7mol。设生成CO、CO2的物质的量分别为x、y，则有x＋y＝0.7mol，28g·mol－1×x＋44g·mol－1×y＝24.4g。解得：x＝0.4mol，y＝0.3mol。所以CO的质量为0.4mol×28g·mol－1＝11.2g。1．烃仅含___________两种元素的有机化合物，又叫碳氢化合物。2．烷烃(1)结构：碳原子间都以碳碳单键相连成链状，其余的价键全部与___________结合，达到“饱和”。(2)通式：_______________。烷烃的结构与性质碳和氢氢原子CnH2n＋2(n≥1)(3)命名①n≤10：依次称为甲烷、乙烷、丙烷、丁烷……②n≥11：直接根据碳原子数称为某烷，如C16H34称为___________。(4)性质：和甲烷相似。①可与O2发生燃烧反应，其化学方程式为CnH2n＋2＋3n＋12O2――→点燃nCO2＋(n＋1)H2O。②可与Cl2在光照下发生___________反应。十六烷取代3．同系物分子结构相似，组成上相差1个或若干个“_________”原子团的有机化合物互称为同系物，如甲烷(CH4)、乙烷(___________)、丙烷(CH3CH2CH3)互为同系物。CH2CH3CH31．判断正误(1)CH2Cl2在空间有两种结构：和。()(2)CH3CH2CH2CH3是直线形。()(3)烷烃分子中一定含有C—C键。()(4)烷烃的通式为CnH2n＋2(n≥1)，其化学性质和CH4相似。()×××√2．下列属于烷烃特有性质的是()A．在空气中完全燃烧的产物为二氧化碳和水B．它们几乎不溶于水C．可与氯气在光照下发生取代反应D．可与溴水中的溴发生取代反应，可使酸性高锰酸钾溶液褪色解析：选C。烃类完全燃烧的产物均为二氧化碳和水，故A不正确；烃类几乎都不溶于水，故B不正确；烷烃与溴水、酸性高锰酸钾均不反应，故D不正确。1．烷烃的结构(1)烷烃又叫饱和链烃，其结构特点是碳原子之间都以碳碳单键结合成链状，碳原子剩余的价键全部跟氢原子相结合而达到“饱和”。简言之，烷烃具有“单”“链”“饱”的结构特点，如乙烷(CH3CH3)、丙烷(CH3CH2CH3)等。(2)烷烃的分子通式为CnH2n＋2(n≥1，n∈N)。(3)烷基：烃失去1个氢原子所剩余的原子团叫烃基(—R)。若失去氢原子的烃为烷烃，剩余的原子团叫烷基，如甲基(—CH3)、乙基(—CH2CH3)等。(4)烷烃之间互为同系物。2．烷烃的性质(1)物理性质递变性碳原子数小于5的烷烃在常温常压下是气体(新戊烷在常温常压下也为气体)，其他烷烃在常温常压下是液体或固体；烷烃的密度都较小，且随碳原子数的增加，烷烃的密度逐渐增大；烷烃的熔、沸点较低，且随碳原子数的增加，烷烃的熔、沸点一般逐渐升高相似性烷烃难溶于水而易溶于有机溶剂，液态烷烃的密度均小于1g·cm－3(2)化学性质①氧化反应通常情况下性质稳定，不能使酸性KMnO4溶液和溴水褪色，不能与强酸、强碱反应。烷烃的氧化反应一般指燃烧反应，其通式为CnH2n＋2＋3n＋12O2――→点燃nCO2＋(n＋1)H2O。在相同情况下，随着烷烃分子里的碳原子数的增加，燃烧往往越来越不充分，火焰明亮，并伴有黑烟。烃均易燃烧：CxHy＋(x＋y4)O2――→点燃xCO2＋y2H2O。可见等物质的量的烃相比，(x＋y4)越大，对应的烃耗氧量越多。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＋Cl2――→光照CnH2n＋1Cl＋HCl(第一步)。③分解反应C16H34――→催化剂△C8H18＋C8H16C4H10――→催化剂△C2H6＋C2H4下列有关烷烃的叙述中，不正确的是()A．在烷烃分子中，所有的化学键都为单键B．所有烷烃在光照的情况下，都能与氯气发生取代反应C．烷烃的分子通式为CnH2n＋2(n≥1)，符合该通式的不一定是烷烃D．烷烃都可以在空气中燃烧[解析]烷烃分子中的碳碳键、碳氢键均为单键，A项正确；烷烃在光照的情况下，都能与氯气发生取代反应，这是烷烃的主要性质之一，B项正确；符合CnH2n＋2(n≥1)的有机物只可能是烷烃，C项不正确；烷烃都可以在空气中燃烧生成CO2和H2O，D项正确。[答案]C烷烃的结构与性质1．下列关于烷烃的说法不正确的是()A．分子式符合CnH2n＋2的烃一定是烷烃B．烷烃均能与氯水发生取代反应C．正戊烷的熔、沸点比乙烷的高D．烷烃不能被酸性高锰酸钾溶液等强氧化剂氧化解析：选B。CnH2n＋2是烷烃的通式，故A项说法正确；烷烃和氯气在光照条件下发生取代反应，与氯水不反