2020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 第一课时 天然气的

-1-EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Docfor.NET.第一课时天然气的利用甲烷[学习目标]1.会书写甲烷的分子式、结构式、电子式，知道甲烷分子的结构特点。2.知道甲烷能发生氧化反应和取代反应，会书写相应的化学方程式。3.知道取代反应的概念。知识点甲烷的性质[学生预习区]1．三大化石燃料2．甲烷的物理性质甲烷通常为□03无色、□04无味的气体，□05难溶于水，密度比空气□06小。3．甲烷的化学性质(1)氧化反应甲烷在空气中安静地燃烧，火焰呈淡蓝色，无烟，化学方程式为CH4＋2O2――→点燃CO2＋2H2O。(2)取代反应有机物化合物分子中的某些□07原子(或原子团)被□08另一种原子(或原子团)所取代的反应。甲烷与氯气发生取代反应，可认为是分步进行的，反应方程式为：第一步：□09CH4＋Cl2――→光照CH3Cl＋HCl；第二步：□10CH3Cl＋Cl2――→光照CH2Cl2＋HCl；第三步：□11CH2Cl2＋Cl2――→光照CHCl3＋HCl；第四步：□12CHCl3＋Cl2――→光照CCl4＋HCl。4．甲烷的利用-2-(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□13CHCl3和HF气体反应，就能生成□14CHFCl2。(2)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强、温度下能合成□15CH3OH。(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□16CH4――→高温C＋2H2。1．能否用CH4和Cl2按1∶1的体积比混合来制取纯净的CH3Cl?提示：CH4和Cl2的反应是连锁反应，不可能只发生第一步取代反应，生成物为混合物，即CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4四种有机物与HCl形成的混合物，CH3Cl的产率低，因此不能用CH4和Cl2按1∶1的体积比混合来制取纯净的CH3Cl。[教师点拨区]1．甲烷分子的结构在甲烷分子中，碳原子与氢原子之间以单键相连，分子的空间构型为正四面体结构，碳原子位于正四面体的中心，四个氢原子位于正四面体的四个顶点。2．甲烷发生取代反应的有关规律(1)反应条件和反应物反应条件为光照(不能用太阳光直射，以防爆炸)，反应物为甲烷与卤素单质。如甲烷与氯水、溴水不反应，但可以与氯气发生取代反应。(2)反应产物甲烷与氯气反应生成的产物是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4四种有机物与HCl形成的混合物，虽然反应物的比例、反应的时间长短等因素会造成各种产物的比例不同，但很难出现全部是某一种产物的情况。(3)反应特点①连锁反应甲烷的取代反应是一种连锁反应，即第一步反应一旦开始，后续反应立即进行。生成物中各物质均含有，其中HCl的物质的量最多。②数量关系CH4与Cl2发生取代反应时，每1molH被取代，消耗1molCl2，同时生成1molHCl。-3-即1molCH4与Cl2发生完全取代，消耗Cl2最多为4mol。n(Cl2)＝n(H)＝n(HCl)。[对点即时练]1．甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构，而不是正方形的平面结构，理由是()A．CH3Cl只有一种结构B．CH2Cl2只有一种结构C．CHCl3只有一种结构D．CH4中含有4个C—H共价键答案B解析甲烷分子无论是正四面体结构，还是正方形的平面结构，A、C、D三项都是成立的；CH2Cl2若是正方形的平面结构，则其结构应有两种，即，若是正四面体结构，则其结构只有一种。2．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答案C解析1molCH4与氯气发生取代反应，生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各0.25mol，该四种取代物中n(Cl)＝0.25mol×(1＋2＋3＋4)＝2.5mol，即1molCH4中被取代的氢原子为2.5mol，每取代1mol氢原子，消耗1molCl2，故消耗的氯气为2.5mol。答案为C。规律方法甲烷空间构型的探究甲烷分子中有4个等同的C—H键，在空间可能有2种对称分布——正四面体结构和平面正方形结构。假设甲烷具有平面正方形结构，则CH2Cl2分子中的5个原子必在同一平面上，应有2种结构：若CH2Cl2有2种结构，则应有熔沸点等物理性质不同的2种物质，而科学研究发现，CH2Cl2只有1组熔沸点数据。故甲烷为正四面体结构。知识点烷烃-4-[学生预习区]1．烃仅含碳和氢两种元素的有机物称为□01碳氢化合物，又称□02烃。2.烷烃(1)概念：烃分子里碳原子都以□03碳碳单键相连，其余的价键均与□04氢原子结合，使每个碳原子的化合价都充分利用，达到□05“饱和”，这样的烃叫做饱和烃，又称为□06烷烃。(2)通式：□07CnH2n＋2。(3)命名：分子中含1～10个碳原子的烷烃，按照分子中□08碳原子数目依次称为□09甲烷、乙烷、丙烷、丁烷……。分子中碳原子数超过10个的，直接根据□10碳原子数称为某烷，如C16H34称为□11十六烷。(4)同系物：□12结构相似，分子□13组成相差一个或若干个□14“CH2”原子团的有机化合物互称为同系物。2．多碳原子烷烃(如：CH3CH2CH2CH2CH3)分子中，碳原子是直线形吗？提示：不是。烷烃分子中的碳原子以单键与其他原子相连，因此与之成键的4个原子构成四面体结构。碳原子一定不在同一直线上，直链烷烃中碳原子的排列呈锯齿状。[教师点拨区]1．烷烃的结构特点碳碳结合成链状，链状不是“直线状”，而是呈锯齿状，链上还可分出支链，如图所示。2．烷烃的物理性质(1)烷烃难溶于水，易溶于有机溶剂。(2)常温下，碳原子数小于或等于4的烷烃为气态(新戊烷常温下也为气态)。(3)碳原子数相同的烷烃，支链越多，沸点越低。如沸点：正戊烷异戊烷新戊烷。3．烷烃的化学性质烷烃的化学性质与甲烷类似，不能被KMnO4等强氧化剂氧化，也不能与强酸、强碱发生反应。-5-(1)具有可燃性，完全燃烧的化学方程式为CnH2n＋2＋3n＋12O2――→点燃nCO2＋(n＋1)H2O。(2)可发生取代反应，化学方程式为CnH2n＋2＋Cl2――→光CnH2n＋1Cl＋HCl，CnH2n＋1Cl＋Cl2――→光CnH2nCl2＋HCl……4．判断同系物的三个关键(1)“同”——互为同系物的物质必须属于同一类物质。(2)“似”——结构相似，是指化学键类型相似，分子中各原子的结合方式相似。(3)“差”——组成上相差n个CH2原子团(n≥1)①同系物一定具有不同的碳原子数(或分子式)；②同系物一定具有不同的相对分子质量(相差14n，n≥1)。[对点即时练]3．下列关于烷烃的叙述，不正确的是()A．在烷烃分子中，只有单键B．烷烃的通式为CnH2n＋2，符合该通式的烃不一定是烷烃C．烷烃在一定条件下都能与Cl2发生取代反应D．随着碳原子数的增加，烷烃的熔、沸点逐渐升高答案B解析A项，所有的烷烃分子中只存在单键，A正确；B项，烷烃的通式为CnH2n＋2，符合该通式的烃一定是烷烃，B错误；C项，烷烃的特征反应是与卤素单质发生取代反应，C正确；D项，随着碳原子个数的增加，烷烃的熔、沸点逐渐升高，D正确。4．下列各组物质中互为同系物的是()答案A解析A项，结构相似，分子组成相差1个“CH2”原子团，二者互为同系物；B项，结构不相似，二者不互为同系物；C项，由同种元素形成的不同单质互为同素异形体；D项，分子式相同，结构相同，为同一种物质。规律方法-6-(1)互为同系物的物质必是有机化合物。(2)有机物互为同系物的必备条件：①同通式、同类物；②结构相似；③分子组成上相差一个或若干个“CH2”原子团。(3)碳原子数不同的烷烃一定互为同系物。(4)除烷烃外，其他具有相同通式的有机物不一定互为同系物。