8.1 课题1 天然气的利用 甲烷 同步学案（含答案）2024-2025学年高一化学苏教版（2019）必修2

课题1　天然气的利用　甲烷
1. 认识甲烷在解决能源危机和环境污染中的作用。
2. 了解甲烷的分子结构和主要性质。
3. 认识取代反应。
4. 认识有机化合物中碳的成键特征。
5. 认识烷烃的结构特征和特征反应，了解同系物概念。
2017年，中国用“蓝鲸一号”钻井平台在南海试采“可燃冰”，创下了产气时长和总量两项世界纪录，“可燃冰”试采成功对我国的能源生产和消费革命具有深远的影响。
1. 天然气的主要成分是什么？“可燃冰”的主要成分是什么？
2. 写出甲烷的电子式、结构式。
3. 观察甲烷分子球棍模型，分析甲烷分子的空间结构。(注意原子半径的相对大小与空间位置)
4. 甲烷分子中的四个氢原子所处的化学环境完全相同，有人推测其结构有平面正方形和正四面体形两种可能，如下图所示。
平面正方形　 正四面体形　
下列事实中，哪一项可以确定甲烷分子为正四面体结构？
①甲烷分子中四个C—H键长均相等。
②CH3Cl只有一种结构。
③CH2Cl2只有一种结构。
④CHCl3只有一种结构。
1. 阅读教材，了解甲烷的物理性质。
2. 了解甲烷的化学性质。
甲烷性质稳定，不与强酸、强碱、酸性高锰酸钾溶液等物质反应。
(1) 甲烷具有可燃性。
点燃甲烷气体，观察燃烧现象，设计实验检验甲烷的燃烧产物。
燃烧现象 检验产物
方法 现象 结论
(2) 甲烷的取代反应。
用一只集气瓶作反应容器，用排饱和食盐水法在集气瓶中先后收集体积的氯气和体积的甲烷气体，用灯光照射瓶中的混合气体。
请描述现象：_______________________________________________________。
这些现象说明了什么？______________________________________________。
甲烷分子中的H原子逐步被Cl原子取代，发生了下列反应：
CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl　CH3Cl＋Cl2CH2Cl2＋HCl
CH2Cl2＋Cl2CHCl3＋HCl　CHCl3＋Cl2CCl4＋HCl
阅读教材，了解生成的有机产物中哪些物质是气体，哪些物质是液体，产物中哪种物质最多？有什么用途？
3. 什么是取代反应？
从石油炼制的产品中可以获得一系列与甲烷结构很相似的化合物，如乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)等，它们的结构简式分别为CH3CH3、CH3CH2CH3，结构式如下图所示。
乙烷　　 丙烷
1. 上述物质的元素组成有什么共同特点？阅读教材，了解烃、烷烃的概念。
2. 讨论烷烃结构上有什么共同特点？烷烃分子是直线形吗？
3. 烷烃分子的通式是什么？
4. 烷烃是怎样命名的？
5. 甲烷、乙烷、丙烷之间是什么关系？什么是同系物？
1. 下列有机物分子中碳原子的结合方式错误的是(　　)
A B C D
2. (教材习题)烷烃分子中的碳原子与其他原子的结合方式是(　　)
A. 形成4对共用电子对 B. 通过非极性键
C. 通过两个共价键 D. 通过离子键和共价键
3. 如图所示均能表示甲烷的分子结构，下列说法错误的是(　　)
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
A. Ⅰ将各原子看成了质点，为立体结构示意图
B. Ⅱ为电子式，表示甲烷分子中有8个电子
C. Ⅲ为球棍模型，棍代表甲烷分子内含有的共价键
D. Ⅳ为空间填充模型，能表示出甲烷的空间结构及各原子的相对大小
4. (2023张家界民族中学月考)下列关于烷烃的叙述不正确的是(　　)
A. 甲烷是最简单的烷烃，是沼气、天然气的主要成分
B. 等物质的量的甲烷和氯气在光照条件下发生取代反应只生成CH3Cl和HCl
C. 烷烃的分子通式为CnH2n＋2
D. 丙烷分子中的碳原子不在一条直线上
5. 下列说法不正确的是(　　)
A. H、D互为同位素 B. 正丁烷和异戊烷互为同分异构体
C. CH4和CH3CH2CH3互为同系物 D. O2和O3互为同素异形体
6. (2023常州高级中学期末)如图所示，室温下用排饱和食盐水法在集气瓶中先后收集体积的Cl2和体积的CH4，用强光照射瓶中的混合气体。下列说法正确的是(　　)
A. 可用水代替饱和食盐水收集Cl2
B. 反应生成的有机物均为液态
C. 反应结束后集气瓶中充满液体
D. 反应生成的有机物都不存在同分异构体
7. 下列有关烷烃的叙述正确的是(　　)
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分子通式为CnH2n＋2的烃不一定是烷烃
④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. ①③⑤ B. ②③ C. ①④ D. ①②④
8. 下面是五种链状烷烃的球棍模型：
A B C D E
(1) A、B、C三者之间的关系是__________________。
(2) C、D、E三者之间的关系是__________________。
(3) B的分子式为______________，名称是______________。
9. 按要求写出下列链状烷烃的结构简式或分子式。
(1) 相对分子质量为44的烷烃的结构简式为______________。
(2) 碳、氢原子个数比为2∶5的烷烃的分子式为______________。
(3) 分子中含14个氢原子的烷烃的分子式为______________。
10. (教材习题)某种烷烃完全灼烧后生成了17.6 g CO2和9.0 g H2O。请据此推测其分子式，并写出可能的结构简式。
课题1　天然气的利用　甲烷
【活动方案】
活动一：
1. 甲烷。天然气的水合物。
2. 、。
3. 正四面体。
4. ③
活动二：
1. 甲烷是一种无色、无味、难溶于水的气体，熔点为－182.5 ℃，沸点为－164 ℃，密度比空气小。
2. (1) 甲烷在空气中燃烧火焰呈淡蓝色，放出热量　干冷烧杯罩在火焰上方　内壁产生水珠　用内壁附着澄清石灰水的烧杯罩在火焰上方　石灰水变浑浊　产物中含有水和二氧化碳
(2) 集气瓶中气体颜色变浅，液面上升，内壁有油状液体生成　氯气与甲烷在光照条件下发生了化学反应　生成的有机产物中，一氯甲烷为气体，其他有机产物为液体，产物中氯化氢的量最多，可用于制盐酸。
3. 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，叫作取代反应。
活动三：
1. 这些有机化合物都由碳、氢两种元素组成，我们称之为碳氢化合物，又叫烃。在甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等分子中，碳原子都以碳碳单键相连，其余的价键均用于与氢原子结合，达到“饱和”，这一系列化合物被称为烷烃。
2. 每个碳形成4个共价键，碳碳之间以单键相连， 其余价键与氢原子相结合。烷烃分子不是直线形，是锯齿形。
3. 烷烃分子的通式为CnH2n＋2(n代表分子中碳原子的个数)。
4. 分子中含1～10个碳原子的烷烃，按分子中碳原子的数目依次称它们为甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、庚烷、辛烷、壬烷和癸烷。如果分子中碳原子数超过10个，就直接根据碳原子数称之为某烷。例如，我们将C16H34称为十六烷。
5. 互为同系物。结构相似、分子组成相差1个或若干个“CH2”原子团的有机化合物互称为同系物。
【课堂反馈】
1. C　C项中，碳原子形成了5个共价键，违背了碳原子的4个共价键的成键特点。
2. A　碳原子最外层有4个单电子，能与其他原子形成 4根共价键，即形成4对共用电子对，A正确。
3. B　Ⅱ 表示甲烷分子的电子式，但略去了碳原子的内层电子，甲烷分子中应含有10个电子。
4. B　甲烷是最简单的烷烃，是沼气、天然气的主要成分，A正确；甲烷和氯气的取代反应是连锁反应，产物有一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和氯化氢，B错误；烷烃的分子通式为CnH2n＋2，C正确；丙烷分子中碳原子排列为折线形，不在一条直线上，D正确。
5. B　正丁烷和异戊烷的分子式不同，结构不同，不互为同分异构体，二者互为同系物，B错误。
6. D　氯气能溶于水，不能用水代替饱和食盐水收集Cl2，A错误；反应生成的一氯甲烷为气体，B错误；反应后有一氯甲烷生成，一氯甲烷是难溶于水的气体，集气瓶中不能充满液体，C错误；甲烷是正四面体结构，所以反应生成的一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳都只有一种结构，D正确。
7. C　烷烃中只含有碳碳单键(甲烷除外)、碳氢单键，①正确；烷烃均不能被酸性高锰酸钾溶液氧化，②错误；分子通式为CnH2n＋2的烃处于饱和状态，一定属于烷烃，③错误；烷烃的特征反应为取代反应，所有的烷烃在光照条件下都能与氯气发生取代反应，④正确；乙烷与溴水不能发生化学反应，⑤错误。故选C。
8. (1) 互为同系物
(2) 互为同分异构体
(3) C4H10　正丁烷
9. (1) CH3CH2CH3
(2) C4H10
(3) C6H14
10. C4H10　CH3CH2CH2CH3、
解析：n(CO2)＝＝0.4 mol，n(H2O)＝＝0.5 mol，N(C)∶N(H)＝0.4 mol∶(0.5 mol×2)＝2∶5，烷烃的通式为CnH2n＋2，则n∶(2n＋2)＝2∶5，解得n＝4，分子式为C4H10。可能的结构简式有2种：CH3CH2CH2CH3、。