高中化学 3.1.1 甲烷的性质课件 新人教版必修2.ppt

第三章第一节最简单的有机化合物 甲烷 第1课时甲烷的性质 1 了解有机化合物的概念及碳原子的成键特点 2 了解甲烷的来源和主要用途 3 了解甲烷的分子结构 掌握甲烷的性质 4 理解取代反应的概念 目标导航 基础知识导学 重点难点探究 随堂达标检测 栏目索引 分层训练 一 甲烷的存在 结构及物理性质 基础知识导学 答案 1 存在甲烷是 沼气 油田气和煤矿坑道气的主要成分 2 分子结构甲烷的分子式是 电子式是 结构式是 天然气 CH4 实验证明 甲烷分子具有结构 其中四个C H键长度和强度 夹角 正四面体 相同 相等 相关视频 答案 3 物理性质 提醒有机化合物必须含有碳元素 但含有碳元素的化合物不一定是有机化合物 如CO CO2 碳酸及其盐等 无 无 小 答案 议一议 1 CH4是正四面体结构 CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4也都是正四面体结构吗 答案CH4是正四面体结构 碳原子处于正四面体的中心 四个氢原子处于正四面体的四个顶点上 根据甲烷是正四面体结构推理 有机物分子中碳原子以4个单键与其他原子或原子团相结合 如 若a b c d相同 则构成正四面体结构 如CCl4 若a b c d不相同 则构成四面体 但不是正四面体 如CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 2 如果甲烷是平面结构 则CH2Cl2有几种结构 实际上有几种结构 答案 如果甲烷是平面结构 则CH2Cl2有2种结构 分别是 实际为空间四面体结构 所以二氯甲烷只有一种结构 答案 二 甲烷的化学性质 答案 通常状况下 甲烷比较稳定 与高锰酸钾等强氧化剂不反应 与强酸 强碱也不反应 但在特定的条件下 甲烷也会发生某些反应 1 氧化反应 燃烧 1 化学方程式 2 现象 甲烷在空气中安静地燃烧 火焰呈 2 取代反应 1 取代反应有机物分子里的某些被其他所替代的反应 CH4 2O2CO2 2H2O 淡蓝色 原子或原子团 原子或原子团 相关视频 2 甲烷与氯气的取代反应 实验探究 答案 逐渐变浅 油状液滴 白雾 上升 固体 无明显现象 答案 CH4 Cl2CH3Cl HCl CH3Cl Cl2CH2Cl2 HCl CH2Cl2 Cl2CHCl3 HCl CHCl3 Cl2CCl4 HCl 产物性质 点拨无论CH4和Cl2的比例如何 发生取代反应的产物都是CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4和HCl的混合物 气体 液体 难溶 答案 相关视频 议一议1 判断正误 正确的打 错误的打 1 在点燃甲烷气体之前必须检验其纯度 2 甲烷与Cl2的反应是置换反应 答案 2 1 甲烷与溴水能发生反应吗 与溴蒸气呢 答案甲烷除了能与氯气在光照时反应外 与其他的卤素单质的气体也能发生反应 但必须是纯卤素如溴蒸气 与溴水不反应 2 假设1mol甲烷中的氢原子完全被取代 最多能与多少氯气反应 答案发生取代反应时1mol氯气只能取代1mol氢原子 1mol甲烷中的氢原子完全被取代 最多能与4mol氯气反应 答案 返回 一 有机物组成和结构的表示方法 重点难点探究 例1下列各图均能表示甲烷的分子结构 按要求回答下列问题 1 甲烷的球棍模型是 甲烷的电子式是 填序号 解析答案 解析这几种形式都可以表示甲烷这种物质 其中分子结构示意图 A 球棍模型 C 及比例模型 D 均能反映甲烷分子的空间构型 但其中比例模型更能形象地表达出H C的相对位置及所占比例 电子式 B 只反映原子最外层电子的成键情况 答案CB 2 如果甲烷是平面结构 则CH2Cl2应该有 种结构 实际CH2Cl2有 种结构 证明甲烷不是平面结构 而是 结构 上述中的 更能反映其真实存在状况 解析答案 解析甲烷的结构式为 其分子空间构型若为平面正方形结构 则二氯甲烷有2种结构 实际上甲烷为空间正四面体结构 所以二氯甲烷只有1种结构 答案21正四面体D 常见有机物结构的表示方法 以甲烷为例 归纳总结 变式训练1下图是CH4 CCl4 CH3Cl的分子球棍模型图 下列说法正确的是 A CH4 CCl4和CH3Cl都是正四面体结构B CH4 CCl4都是正四面体结构C CH4和CCl4中的化学键均为非极性键D CH4 CCl4的结构相同 性质也相同 答案 B 二 甲烷的取代反应例2下列有关甲烷的取代反应的叙述正确的是 A 甲烷与氯气的物质的量之比为1 1 混合发生取代反应只生成CH3ClB 甲烷与氯气的取代反应 生成的产物中CH3Cl最多C 甲烷与氯气的取代反应生成的产物为混合物D 1mol甲烷生成CCl4最多消耗2mol氯气 解析答案 解析甲烷与氯气一旦发生取代反应就不会停止在某一步 四种有机物都会产生 故得不到纯净的CH3Cl A错误 C正确 甲烷与氯气的反应中每取代1mol氢原子 消耗1mol氯气 生成1molHCl 故产物中HCl最多 B错误 1mol甲烷生成CCl4最多消耗4mol氯气 D错误 答案C 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 反应物为卤素单质 例如甲烷与氯水 溴水不反应 但可以与氯气 溴蒸气发生取代反应 2 反应产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 但反应的产物都是CH3Cl CH2Cl2 CHCl3和CCl4四种有机物与HCl形成的混合物 规律总结 3 物质的量的关系CH4与Cl2发生取代反应时 每1molH原子被取代 消耗1molCl2分子 同时生成1mol的HCl分子 4 注意 有机反应比较复杂 常伴随很多副反应发生 因此有机反应的化学方程式常用 CH4与Cl2的反应逐步进行 应分步书写 当n CH4 n Cl2 1 1时 反应并不只发生CH4 Cl2CH3Cl HCl 其他反应仍发生 特别提醒 1 甲烷的卤代反应的产物是混合物 2 甲烷等有机物与氯气发生取代反应时 取代的位置和个数是难以控制的 因此制备卤代烃一般不采用取代反应 变式训练2在标准状况下 22 4LCH4与Cl2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Cl2为 A 0 5molB 2molC 2 5molD 4mol 解析答案 返回 解析方法一守恒法1molCH4与Cl2发生取代反应 生成CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4各0 25mol 这四种取代物中n Cl 0 25mol 1 2 3 4 2 5mol 根据取代反应特点 n HCl 2 5mol 故生成物中所含氯原子共2 5mol 2 5mol 5mol 参加反应的Cl2为n Cl2 2 5mol 方法二根据化学方程式进行计算设四种有机取代物的物质的量均为1mol 写出取代反应总的化学方程式 4CH4 10Cl2CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 10HCl 由此可知 4molCH4正好与10molCl2反应 当1molCH4反应时 消耗Cl22 5mol 答案C 返回 1 近年来 科学家在海底发现了一种冰状物质 可燃冰 其有效成分为甲烷 下列说法正确的是 甲烷属于烃类 在相同条件下 甲烷的密度大于空气 甲烷难溶于水 可燃冰是一种极具潜力的能源A B C D C 随堂达标检测 1 2 3 4 5 答案 2 能够证明甲烷分子的空间结构为正四面体的事实是 A 甲烷分子中4个C H键的强度相同B 甲烷分子中4个C H键的长度相同C 甲烷的一氯代物只有1种D 甲烷的二氯代物只有1种 1 2 3 4 5 解析若甲烷为平面正方形结构 则甲烷分子中4个C H键的长度和强度也可以相同 A B错误 若甲烷为平面正方形结构 则二氯甲烷应有2个氯原子分别在邻位和对位两种结构 而实际上二氯甲烷只有1种结构 所以甲烷不是平面正方形结构 而是正四面体结构 D项正确 D 解析答案 3 将1molCH4和适量的氧气在密闭容器中点燃 充分反应后 甲烷和氧气均无剩余 且产物均为气体 101kPa 120 其总质量为72g 下列有关叙述不正确的是 A 产物的平均摩尔质量为24g mol 1B 若将产物通过浓硫酸充分吸收后恢复至 101kPa 120 则压强变为原来的C 反应中消耗的氧气为56gD 若将产物通过碱石灰 则可全被吸收 若通过浓硫酸 则不能被完全吸收 解析答案 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 解析1molCH4质量为16g 而产物总质量为72g 根据化学式可知 产物中有2molH2O 质量为36g 则CO与CO2总质量是36g 设有xmolCO和 1 x molCO2 28x 44 44x 36 x 0 5 所以产物中有2molH2O0 5molCO 0 5molCO2平均摩尔质量 总质量 总物质的量 72 2 0 5 0 5 24g mol 1 A正确 根据上述分析 产物中有2molH2O 0 5molCO 0 5molCO2 将产物通过浓硫酸后 水被吸收 剩余气体为CO和CO2 物质的量的和为0 5 0 5 1mol 则压强变为原来的 B正确 解析答案 1 2 3 4 5 1molCH4质量为16g 而产物总质量为72g 根据质量守恒定律 反应中消耗的氧气为56g C正确 根据上述分析 产物为CO CO2和水 通过碱石灰后 CO不能被吸收 通过浓硫酸后 CO CO2不能被吸收 D错误 答案D 4 下列叙述错误的是 A 在通常情况下 甲烷跟强酸 强碱 强氧化剂都不反应B 甲烷化学性质比较稳定 不能被任何氧化剂氧化C 甲烷跟氯气反应无论生成CH3Cl CH2Cl2 CHCl3还是CCl4 都属于取代反应D 甲烷的四种有机取代物都不溶于水 解析答案 1 2 3 4 5 解析甲烷的性质比较稳定 在通常情况下 不与强酸 强碱 强氧化剂反应 但甲烷能在空气中燃烧 A正确 B错误 甲烷在光照条件下与氯气发生取代反应 生成四种有机产物 分别是CH3Cl CH2Cl2 CHCl3和CCl4 且均不溶于水 故C D均正确 B 5 如图是某同学利用日常用品注射器设计的简易实验装置 甲管中注入10mLCH4 同温同压下乙管中注入50mLCl2 将乙管气体推入甲管中 气体在甲管中反应 试管放在光亮处一段时间 解析答案 1 2 3 4 5 1 下列是某同学预测的实验现象 气体最终变为无色 实验过程中 甲管活塞向内移动 甲管内壁有油珠 产生火花 其中正确的是 解析在光照条件下 甲烷与氯气发生反应 CH4 Cl2CH3Cl HCl CH3Cl Cl2CH2Cl2 HCl CH2Cl2 Cl2CHCl3 HCl CHCl3 Cl2CCl4 HCl 理论上 甲烷与氯气体积比为1 4时 二者恰好完全反应 而甲中甲烷与氯气体积比为1 5 说明氯气过量 反应后仍有氯气剩余 该反应进行缓慢 不会产生火花 产物中只有氯化氢和一氯甲烷为气体 所以气体的总物质的量减小 内部压强减小 甲管活塞向内移动 1 2 3 4 5 答案 2 甲管中发生化学反应的类型为 解析答案 1 2 3 4 5 解析甲烷分子中的四个氢原子可被氯原子逐一取代 故甲管中发生的是取代反应 取代反应 解析答案 1 2 3 4 5 3 反应后 甲管中剩余气体能用下列试剂吸收的是 A 水B NaOH溶液C AgNO3溶液D 饱和食盐水 解析剩余气体中含有氯气和氯化氢 可用氢氧化钠溶液吸收剩余气体 B 4 反应后 若将甲中的物质全部推入盛有适量AgNO3溶液的小试管中会观察到 若再向其中滴入几滴石蕊溶液 又观察到 解析答案 返回 1 2 3 4 5 解析生成的HCl会与AgNO3溶液反应生成AgCl白色沉淀 同时因CH2Cl2 CHCl3 CCl4难溶于水而看到液体分为两层 因Cl2有剩余 若加入几滴石蕊 溶液会先变红后褪色 液体分为两层 产生白色沉淀 溶液先变红后褪色 基础过关 分层训练 题组1有机物及其结构判断 1 下列关于有机物的说法正确的是 A 有机物只能存在于动植物体内 不能通过人工的方法合成B 有机物只含有碳 氢两种元素C 含碳元素的化合物不一定属于有机物D 烃是指燃烧后只生成CO2和H2O的有机物 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 C 答案 2 下列物质分子中 属于正四面体结构的是 A CCl4B CHCl3C CH2Cl2D CH3Cl 解析只有CCl4是正四面体 另外三种物质都只是四面体 但不是正四面体 A 解析答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 对的叙述正确的是 A 有两种结构B 只有一种结构C 含有非极性键D 有四种结构 解析答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 处在相邻的位置 故只有一种结构 如图所示 C Cl C F均为极性键 若换成结构式 仍为一种而不是两种 CH2Cl2只有一种结构 可证明CH4是正四面体结构 而不是平面正方形结构 解析甲烷分子的空间结构是正四面体 若氢原子分别被两个氯原子 两个氟原子代替 其结构变为四面体 碳原子位于四面体的中心位置 两个氯原子 两个氟原子不管从哪个方向与碳原子相连 它们都分别 答案B 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 题组2正确理解取代反应4 下列物质中 不能和氯气发生取代反应的是 A CH3ClB CCl4C CH2Cl2D CH4 B 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 5 下列反应属于取代反应的是 A C2H4 3O22CO2 2H2OB Zn CuSO4 ZnSO4 CuC NaCl AgNO3 AgCl NaNO3D CH2Cl2 Cl2CHCl3 HCl 解析取代反应是有机物分子中的某些原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反应 A项C2H4的燃烧不是取代反应 B项为置换反应 C项为复分解反应 D项中Cl原子取代了CH2Cl2中的一个H原子 故属于取代反应 D 解析答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 题组3甲烷性质及其燃烧计算6 在常温和光照条件下 可与甲烷发生反应的是 A 氧气B 氯气C 酸性高锰酸钾溶液D 浓硫酸 解析常温下甲烷性质稳定 与浓硫酸 酸性高锰酸钾溶液不发生反应 在常温和光照条件下 氧气不能与甲烷发生反应 但氯气能与甲烷发生取代反应 B 解析答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 7 瓦斯爆炸是空气中含甲烷5 15 体积分数 时遇火所产生的 发生爆炸最剧烈时 甲烷在空气中的体积分数大约为 A 10 5 B 9 5 C 8 D 5 B 解析答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 8 一定量的甲烷在O2不足的情况下燃烧 得到CO CO2和H2O的总质量为14 4g 若其中水的质量为7 2g 则CO的质量是 A 2 8gB 4 4gC 5 6gD 在2 8g 5 6g之间 解析答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 解析甲烷燃烧时 当O2少量时生成CO和H2O 当O2足量时生成CO2和H2O 所以在不足量的O2中燃烧生成CO CO2和H2O 由氢原子守恒知CH4的物质的量为0 2mol 设CO和CO2的质量分别为x y 解得x 2 8g 答案A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 9 验证某有机物属于烃 应完成的实验内容是 A 只测定它的碳 氢原子个数比B 只要证明它完全燃烧后的产物只有H2O和CO2C 只测定其燃烧产物中H2O和CO2的物质的量的比值D 测定该试样的质量及试样完全燃烧后生成H2O和CO2的质量 解析烃仅含碳和氢两种元素 完全燃烧的产物为CO2和H2O 但燃烧产物只有CO2和H2O的有机物不一定是烃 它可能含有碳 氢 氧三种元素 D 解析答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 10 某研究性学习小组为了验证CH4是否具有还原性 设计了如下实验 能力提升 1 学习小组的同学查阅资料得知 用无水醋酸钠与碱石灰混合加热可得到甲烷 反应原理为CH3COONa NaOHCH4 X 已配平 则X的成分是 解析由质量守恒原理知X是Na2CO3 Na2CO3 解析答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 2 实验过程中观察到无水CuSO4逐渐变蓝 澄清石灰水出现浑浊现象 则CH4与CuO反应的化学方程式 解析五水硫酸铜为蓝色 说明有水生成 澄清石灰水出现浑浊 说明有二氧化碳生成 根据原子守恒 CH4与CuO反应的化学方程式为CH4 4CuOCO2 4Cu 2H2O CH4 4CuOCO2 4Cu 2H2O 解析答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 研究小组将CH4通入溴水时 发现溴水逐渐褪色 你认为原因可能是 请设计一个实验方案证明你的结论 用文字表示 不必画实验装置图 解析答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案溴单质与甲烷发生了取代反应或溴单质被甲烷气体带走用pH试纸检验反应前后溶液的pH 如果pH明显变小 则表明二者发生了取代反应 如果pH没有明显变化 则表明溴单质被甲烷气体带走 解析甲烷为饱和烃 通入溴水时 溴水逐渐褪色 则溴单质可能与甲烷发生了取代反应或溴单质被甲烷气体带走 若发生了取代反应 有溴化氢生成 反应后溶液的pH会明显变小 若溴单质被甲烷气体带走 虽溴单质溶于水也会使溶液显酸性 但pH不会有明显变化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 11 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的地方 让混合气体缓慢地反应一段时间 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 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 经过几个小时的反应后 U形管右端的玻璃管中水柱变化是 填字母序号 下同 A 升高B 降低C 不变D 无法确定 3 U形管左端的气柱变化是 A 体积增大B 体积减小C 消失D 不变 4 试解释U形管右端的玻璃管中水柱变化的原因 解析答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 解析CH4与Cl2发生取代反应是一个连续的取代过程 生成4种有机物 当限定只产生1种有机物时 可认为CH4中的氢原子完全被取代 答案 1 CH4 4Cl2CCl4 4HCl 2 B 3 BC 注意 体积消失是体积减小的极限 4 反应中气体的物质的量减小 且生成的HCl能够溶解于水中 所以左侧压强减小 故右侧玻璃管中的水柱降低 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 12 利用甲烷与氯气发生取代反应制取副产品盐酸的设想在工业上已成为现实 某化学兴趣小组通过在实验室中模拟上述过程 其设计的模拟装置如下 拓展探究 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 解析B装置的三个作用 控制气流速度从而达到合适的反应比例 均匀混合气体 便于后续实验 干燥混合气体 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 根据设计要求回答 1 B装置有三种功能 控制气流速度 均匀混合气体 解析答案 干燥混合气体 2 设V Cl2 V CH4 x 若理论上欲获得最多的氯化氢 则x值应 解析当反应 CH4 4Cl2CCl4 4HCl时生成HCl气体最多 所以要保证 x 4 大于或等于4 解析答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 D装置的石棉中均匀混有KI粉末 其作用是 解析KI能吸收多余的Cl2 反应的化学方程式为Cl2 2KI 2KCl I2 吸收过量的氯气 解析答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 4 E装置的作用是 填编号 A 收集气体B 吸收氯气C 防止倒吸D 吸收氯化氢 解析E装置既吸收反应生成的HCl气体 同时还防止倒吸 CD 解析答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 5 在C装置中 经过一段时间的强光照射 发现硬质玻璃管内壁有黑色小颗粒产生 写出置换出黑色小颗粒的化学方程式 CH4 2Cl2C 4HCl 解析据信息知黑色小颗粒应为碳粉 根据原子守恒应为 CH4 2Cl2C 4HCl 解析答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 6 E装置除生成盐酸外 还含有有机物 从E中分离出有机物的最佳方法为 该装置还有缺陷 原因是没有进行尾气处理 其尾气主要成分为 填编号 a CH4b CH3Clc CH2Cl2d CHCl3e CCl4 解析分离难溶于水的油状液体可用分液法 分液 ab 解析答案 返回 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12