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

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[目标导学]1．掌握甲烷的结构式、甲烷的电子式和甲烷分子的正四面体结构。2．掌握甲烷的化学性质，了解取代反应。3．了解甲烷的存在和用途。4．认识烷烃及其性质，以及同系物、同分异构体。[背诵经典导学]1．甲烷分子是正四面体结构，碳原子位于正四面体的中心，四个氢原子位于四个顶点。烷烃中与碳原子相连的四个原子构成四面体结构。2．甲烷的特征性质——取代反应：(1)生成一氯甲烷的反应：CH4＋Cl2――→光CH3Cl＋HCl；(2)量的关系：1molH被取代，消耗1molCl2，生成1molHCl。3．烷烃的分子通式是CnH2n＋2，在烷烃分子中，碳原子间以碳碳单键相连，其余价键均与氢原子相连，并达到饱和。扬帆起航温习双基课前学习空间1．石油、煤和天然气的组成(1)石油组成元素主要是_______和__________，还含有少量的_________、________、_________等。化学成分主要是各种液态的_____________，其中溶有________和_________的碳氢化合物。碳氢硫氧氮碳氢化合物气态固态(2)煤组成元素主要是__________，其次是________和_________，还含有少量的__________、_________、_________等，是由___________和____________组成的复杂的混合物。(3)天然气和沼气的主要成分是______________。2．甲烷(1)甲烷的物理性质：甲烷通常为__________、_________的气体，难溶于水，密度比空气______________。碳氢氧硫磷氮有机化合物无机化合物CH4无色无味小(2)甲烷燃烧的化学方程式为_________________________。(3)甲烷与氯气在光照条件下发生反应的化学方程式为__________________________；______________________________________；______________________________________；______________________________________。CH4＋Cl2――→光照CH3Cl＋HClCH3Cl＋Cl2――→光照CH2Cl2＋HClCH2Cl2＋Cl2――→光照CHCl3＋HClCHCl3＋Cl2――→光照CCl4＋HClCH4＋2O2――→点燃CO2＋2H2O(4)取代反应是_________________________________________________________________________。(5)甲烷的利用①曾被广泛使用的制冷剂——氟利昂可以由甲烷制得。甲烷与氯气发生取代反应的生成物______________和HF气体反应，就能生成______________。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CHCl3CHFCl2②甲烷在一定条件下可被氧化，生成CO和H2的混合物，生成的混合气体在催化剂和一定压力、温度下能合成______________。③甲烷在1500℃以上高温下能比较完全地分解，生成炭黑和H2。反应方程式为__________________________。CH3OHCH4――→高温C＋2H23．烃和烷烃(1)仅含______和_______两种元素的有机物称为______________，又称____________。(2)烷烃①概念：烃分子里碳原子都以______________相连，其余的价键均与______________结合，使每个碳原子的化合价都充分利用，达到__________，这样的烃叫做饱和烃，又称为烷烃。碳氢碳氢化合物烃碳碳单键氢原子饱和②通式：______________。③命名：分子中含1～10个碳原子的烷烃，按照分子中碳原子数目依次用_______________________________________命名，如C5H12称为______________。分子中碳原子数超过10个的，直接根据______________称为某烷，如C16H34称为______________。CnH2n＋2甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸戊烷碳原子数十六烷4．同系物______________相似，分子组成相差一个或若干个___________原子团的有机化合物互称为______________。结构CH2同系物——小试身手考查：11．下列关于天然气、石油和煤的说法中正确的是()A．三者都是有机物B．三者含有的元素种类相同C．三者都是化石燃料D．三者都是清洁能源解析：天然气、石油的主要成分是有机物，煤是由有机物和无机物组成的混合物，A项错误；天然气中含有的主要元素是C、H，而石油中除含有C、H外，还含有S、O、N等，煤中主要含有C、H、O，还含有少量的S、P、N等，B项错误；天然气、石油和煤为三大化石燃料，C项正确；三者中只有天然气为清洁能源，D项错误。答案：C考查：22．什么是取代反应？1mol甲烷与1molCl2在光照条件下充分反应，所得的产物只有一氯甲烷吗？答案：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)所取代的反应叫做取代反应。1molCH4与1molCl2光照条件下发生取代反应得到一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和氯化氢的混合物。考查：1，2，3，43．思考辨析(1)天然气的主要成分是甲烷，其属于可再生能源。()(2)甲烷与足量Cl2在光照下反应生成CCl4和HCl两种产物。()(3)含有碳、氢元素的有机化合物称为烃。()(4)结构相似，分子式不同的有机物互称同系物。()解析：(1)天然气的主要成分是甲烷，属于化石燃料，是不可再生能源。(2)甲烷和Cl2反应，不管是否过量，二者反应一定生成4种有机物和HCl共5种产物。(3)只含有碳、氢两种元素的有机化合物称为烃。(4)结构相似，分子式不同，但分子组成上相差1个或若干个“CH2”原子团的有机物互称同系物。答案：(1)×(2)×(3)×(4)×核心要点突破定位重点深化理解知识点一甲烷分子组成及结构1．甲烷的分子组成为CH4，分子的结构情况如下图所示：2．甲烷分子结构的特殊性CH4分子的空间构型为正四面体，4条C—H键的长度、强度和夹角完全相同，因此CH4分子中的4个氢原子性质完全相同。(1)若将CH4分子中的4个氢原子全部用其他相同的原子替代，则该原子形成的分子结构仍为正四面体，如CCl4；(2)若CH4分子中的4个氢原子被其他不同的原子替代，则该原子形成的分子结构仍为四面体，但不属于正四面体，如CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3。【名师提示】如果有机物结构中存在—CH3、—CH2—、，则不能所有原子共平面。知识点二甲烷的化学性质1．氧化反应(1)CH4的完全燃烧：CH4＋2O2――→点燃CO2＋2H2O。现象：安静燃烧，产生淡蓝色火焰。(2)不完全燃烧：CH4＋O2―→CO＋CO2＋H2O(未配平)注意：①点燃甲烷之前必须检验其纯度，以防止发生爆炸。②CH4在燃烧时，发生氧化反应，但通入酸性KMnO4溶液，溶液不褪色，说明甲烷不能被酸性KMnO4溶液氧化。2．取代反应——对点训练考查：知识点一【例1】能说明CH4的空间构型是正四面体而不是平面正方形的是()A．4个H与C的距离相等B．CH4没有同分异构体C．CH4分子中的键角相等D．CH2Cl2没有同分异构体【解析】甲烷无论是正四面体结构，还是正方形，4个碳氢键的键长都相等，无法判断甲烷的结构，A错误；甲烷无论是正四面体结构，还是正方形，均没有同分异构体，B错误；甲烷无论是正四面体结构，还是正方形，分子中的键角都相等，C错误；若为平面正方形结构，二氯甲烷有两种同分异构体，若为正四面体结构，二氯甲烷不存在同分异构体，D正确。答案选D。【答案】D考查：知识点一【例2】以下关于甲烷的说法中，错误的是()A．甲烷是最简单的有机化合物B．甲烷分子具有正四面体结构C．甲烷分子中的4个C—H键完全相同D．甲烷分子中具有非极性键【解析】甲烷是最简单的有机化合物，故A正确；甲烷的空间构型是正四面体，故B正确；甲烷分子中4个碳氢键完全相同，故C正确；甲烷分子中只有碳原子和氢原子形成的极性共价键，故D错误。故选D。【答案】D考查：知识点二【例3】在标准状况下，22.4LCH4与氯气在光照下发生取代反应，待反应完全后，测得四种有机取代物的物质的量相等，则消耗的氯气为()A．0.5molB．2molC．2.5molD．4mol【解析】在标准状况下，22.4LCH4为1mol与氯气发生取代反应，生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4，四种有机物的物质的量相等，由碳原子守恒可知，四种有机物各为0.25mol，则该四种取代物中n(Cl)＝0.25mol×(1＋2＋3＋4)＝2.5mol，根据取代反应特点，12的氯原子进入氯化氢，所以n(HCl)＝2.5mol，故参加反应的氯气为n(Cl2)＝12×(2.5mol＋2.5mol)＝2.5mol。【答案】C考查：知识点二【例4】甲烷和氯气按物质的量比1∶1混合，在光照条件下，得到的有机产物是()①CH3Cl②CH2Cl2③CHCl3④CCl4A．只有①B．①和③的混合物C．①②③④的混合物D．只有②【解析】Cl2与CH4发生取代反应，无论按何种体积比混合，都有两种气体接触不均匀的现象，将会发生各步取代反应，因此得到产物有CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl。【答案】C3.分解反应CH4――→高温C＋2H2将甲烷隔绝空气加热到1500℃以上，甲烷会发生分解反应。甲烷分解要求温度很高，说明甲烷的热稳定性很强。知识点三烷烃的结构与性质1．烷烃的结构与性质(1)烷烃的结构特点①烷烃分子里碳原子间都以单键相连接，每个碳原子最多能以4个共价单键与其他碳(或氢)原子相连接。②烷烃的空间结构中，碳原子(大于等于3时)不在一条直线上。直链烷烃空间构型是折线形或锯齿状。③烷烃的通式为CnH2n＋2(n≥1)。(2)烷烃的化学性质①通常较稳定，不能被酸性高锰酸钾溶液等强氧化剂氧化，也不能与强酸、强碱发生反应。②烷烃完全燃烧的通式为CnH2n＋2＋3n＋12O2――→点燃nCO2＋(n＋1)H2O。③在光照条件下，烷烃与Cl2、Br2等卤素单质的气体发生取代反应，生成多种卤代产物和相应的卤化氢气体。CnH2n＋2＋X2――→光照CnH2n＋1X＋HX，CnH2n＋1X可与X2继续发生取代反应。2．同系物(1)判断标准①分子结构相似属于同一类物质。②分子组成相差一个或若干个CH2原子团，二者缺一不可。(2)同系物的“相似”与“不同”,考查：知识点三1【例5】下列有关烷烃的叙述中，正确的是()①在烷烃分子中，所有的化学键都是单键②烷烃中除甲烷外，很多都能使酸性KMnO4溶液的紫色褪去③烷烃的通式是CnH2n＋2④所有的烷烃在光照条件下都能与氯气发生取代反应⑤光照条件下，乙烷通入溴水中，可使溴水褪色A．①③⑤B．②③C．①③④D．①②④【解析】①在烷烃分子中，所有的化学键都是单键，正确；②烷烃都不能使酸性KMnO4溶液的紫色褪去，错误；③饱和烷烃的通式是CnH2n＋2，正确；④所有的烷烃在光照条件下都能与氯气发生取代反应，正确；⑤乙烷通入溴水中不反应，不能使溴水褪色，错误，答案选C。【答案】C考查：知识点三2【例6】关于CH4和的叙述不正确的是()A．均能用CnH2n＋2组成通式来表示B．与所有烷烃互为同分异构体C．因为它们结构相似，所以它们的化学性质相似D．它们互为同系物【解析】它们结构相似，化学性质相似，与其他烷烃互为同系物，碳原子数不同的烷烃分子式不同，同分异构体指分子式相同，结构式不同的化合物，因此并不是与所有烷烃互为同分异构体。【答案】B随堂基础演练现学现用小试身手1．下列关于甲烷性质的叙述，不正确的是()A．甲烷是一种无色无味的气体B．甲烷