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第一单元 化石燃料与有机化合物
天然气的利用 甲烷
西气东输是我国目前一项巨大工程,输送的气体就是天然气,天然气的主要成分是甲烷,目前,农村普遍使用的沼气的主要成分也是甲烷,而且,科学家从海底发现了一种新能源—“可燃冰”,实际上是甲烷的水合物,据估计,可燃冰的贮存量能提供人类社会1000年的能源使用.所以,为了合理开发并利用这些能源,我们今天要来研究天然气的利用以及它的主要成分甲烷的性质。
已知甲烷的密度在标准状况下是0.717g/L，含碳75%，含氢25%。利用这些数据怎样确定甲烷的分子式？
22.4L/molx0.717g/L=16g/mol
摩尔质量：
16gx75℅
12g/mol
=1mol
16gx25℅
1g/mol
=4mol
1mol该烃中C的物质的量:
1mol该烃中H的物质的量:
CH4
分子式：
[解题过程]
一、甲烷的分子组成与结构结构
一、甲烷的分子组成与结构
分子式
CH4
电子式
H
H C H
H
··
··
··
··
结构式
H
H C H
H
空间结构
球棍摸型
比例模型
正四面体
二、甲烷的性质
天然气、坑气、沼气等的主要成分均为甲烷。
物理性质：
甲烷是无色、无味的气体，密度是0.717g/L（标准状况），极难溶于水。
1 mol甲烷在通常状况下完全燃烧后放出890 kJ热量，试写出甲烷燃烧的热化学方程式。想一想甲烷燃烧有什么现象？
观察与思考
甲烷
天然气
化学性质：
现象：明亮的淡蓝色火焰，放出大量的热。
(1)甲烷的燃烧
注意
甲烷在点燃之前要验纯，否则可能发生爆炸。
CH4爆炸极限：5%~15.4%
1、甲烷的氧化反应
你能设计一个实验验证CH4燃烧的产物是什么吗？
动动脑:
用一只冷而且干燥的烧杯罩在火焰上方，烧杯内壁有水珠出现，证明有水生成。把烧杯迅速倒转过来，立即向杯内注入少量澄清石灰水振荡，石灰水变浑浊，证明有二氧化碳生成。
家用燃气灶原来用液化石油气（主要成分为C3H8），现要改烧天然气，应如何改造？
高锰酸钾溶液
甲烷通入酸性高锰酸钾溶液，溶液不褪色，说明甲烷在常温下性质如何？
观察与思考
通常情况下，甲烷稳定，如与强酸、强碱和强氧化剂等一般不发生化学反应。
化学性质：
现象：量筒内黄绿色气体褪去，瓶壁上有油状液体，水面上升。
2、甲烷的取代反应
有机物分子里的某些原子或原子团被其他原子或原子团所代替的反应叫做取代反应
2、甲烷的取代反应
Cl—Cl
+
光
C
H
H
H
Cl
Cl
H
+
(一氯甲烷)
一氯甲烷的形成
CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl
光
一氯甲烷:无色气体
(二氯甲烷)
Cl—Cl
+
光
C
H
H
H
Cl
Cl
H
+
C
Cl
H
H
Cl
二氯甲烷的形成
CH3Cl + Cl2 CH2Cl2 + HCl
光
二氯甲烷：难溶于水、比水重的无色液体
(三氯甲烷)
Cl—Cl
+
光
Cl
H
+
C
Cl
H
H
Cl
C
H
Cl
Cl
Cl
三氯甲烷的形成
CH2Cl2 + Cl2 CHCl3 + HCl
光
三氯甲烷又叫氯仿：无色不溶于水、密度比水大的液体，常用作有机溶剂
(四氯甲烷)
Cl—Cl
+
光
Cl
H
+
C
H
Cl
Cl
Cl
C
Cl
Cl
Cl
Cl
四氯甲烷的形成
CHCl3 + Cl2 CCl4 + HCl
光
四氯甲烷又叫四氯化碳：无色不溶于水密度比水的液体，常用作有机溶剂、灭火剂
取代反应 置换反应
实例
定义
反应物
生成物
电子转移
反应特点
Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑
有机物分子里的某些原子或原子团被其他原子或原子团所代替的反应。
一种单质跟一种化合物反应，生成另一种化合物和另一种单质的反应。
一种化合物和一种单质或化合物（反应物中至少有一种是有机物）
一种单质和一种化合物
一般生成两种化合物
另一种化合物和另一种单质
不一定发生电子转移，因此不一定是氧化还原反应
一定发生电子的转移
很多反应是可逆反应，副反应较多，用“→” 连接
一般是不可逆反应，用“==”连接
取代反应与置换反应的比较：
CH4+Cl2 CH3Cl+HCl
光
在隔绝空气的情况下，加热至15000C，甲烷分解生成炭黑和氢气。
CH4
C + 2H2
3、甲烷的分解反应
稳定性：甲烷不能使溴水或酸性高锰酸钾溶液褪色。
物理性质
化学性质
氧化反应
分解反应
取代反应
甲烷的分子结构
(正四面体)
决 定
反应
无色无味的气体，
极难溶于水，
密度比空气小。
甲烷的用途
④甲烷在一定条件下氧化生成一氧化碳、氢气的混合物，用它们可以合成甲醇。
①除了做气体燃料——西气东输。
②甲烷热分解的产物炭黑是橡胶工业的重要原料，也可用于制造颜料、油墨和油漆等。
③从甲烷可以制得氯仿和氟利昂。
CHCl3 + HF CHFCl2 + HCl
乙烷
从石油炼制的产品中可以获得一系列和甲烷
结构相似的化合物，如：
丙烷
丁烷
戊 烷
己烷
以上分子结构有什么特点？
观察思考
1、均由碳、氢两种元素组成
2、碳原子之间均以单键结合
C
烃
tīng
H
三、烃：
碳
氢
仅含碳和氢两种元素的有机物称为碳氢化合物，也称为烃
t
an
q
ing
烷烃
在烃的分子里，碳原子之间都以碳碳单键结合成链状，碳原子剩余的价鍵全部跟氢原子相结合，使每个碳原子的化合价都已充分利用，都达到“饱和”。这样的烃叫做饱和烃，又叫烷烃。
2、结构特点
饱和（碳周围有四个原子）
1、定义
所有碳原子不在一条直线上,是锯齿形的
链烃（不是环状）
有机物的表示方法——结构简式
省略C—H键
把同一C上的H合并
省略横线上C—C键
CH3-CH-CH2-CH2-CH3
CH3
CH3CHCH2CH2CH3
CH3
或者：CH3CH(CH3)CH2CH2CH3
例：C6H14
H H H H H
| | | | |
H— C — C — C — C— C—H
| | | | |
H H—C— H H H H
|
H
它们对应的结构式和结构简式：
[CH3CH3]
[CH3CH2CH3]
[CH3CH2CH2CH3]
[CH3CH(CH3 )CH3]
乙烷： H H 丙烷： H H H
| | | | |
H－C－C－H H－C－C－C－H
| | | | |
H H H H H
丁烷： H H H H 异丁烷： H
| | | | |
H－C－C－C－C－H H--C--H
| | | | H H
H H H H | |
H－C——C——C－H
| | |
H H H
2、烷烃的通式
CnH2n+2(n≥1)
同系物：
结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质互称为同系物。
烷烃的结构相似是指：
①通式_____
②是____一类物质:碳、碳以单键形成链状
③化学式量相差14n；
④化学性质相似。
相同
同
1、下列分子中呈正四面体结构的是[ ]
A．甲烷 B．二氯甲烷
C．三氯甲烷 D．四氯化碳
2、物质的量相同的甲烷和氯气的混合气体，光照后生成物质的量最多的是 [ ]
A． 一氯甲烷 B．二氯甲烷 C．三氯甲烷
D．四氯化碳 E．氯化氢
3、在下列反应中，光照对反应几乎没有影响的是[ ]。
A．氯气与氢气反应 B．氯气与甲烷反应 C．次氯酸分解 D．甲烷与氧气反应
练习：
4.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（ ）
CH3Cl只存在一种结构
CH2Cl2只存在一种结构
CHCl3只存在一种结构
CCl4中四个价键的键角和键长都相等3．11天然气的利用 甲烷学案 班级 姓名
【目标诠释】——我来认识
1．通过对甲烷结构的认识，掌握甲烷电子式、结构式的正确写法掌握和甲烷的重要化学性质，并理解取代反应的涵义。2．理解掌握同系物、同分异构体的涵义。
【导学菜单】——我来预习
一、甲烷的分子组成和结构
1．天然气的主要成分是甲烷，已知甲烷的密度在标准状况下是0．717g/L，含碳75％，含氢25％，利用这些数据怎样确定它的分子式？
2．写出甲烷分子的电子式和结构式。讨论分子里各原子在空间的分布情况？
二、甲烷的性质
1．天然气、坑气、沼气等的主要成分均为甲烷，想一想甲烷有什么物理性质？
3.1 mol甲烷在通常状况下完全燃烧后放出890 kJ热量，试写出甲烷燃烧的热化学方程式。想一想甲烷燃烧有什么现象？讨论：为什么天然气是受欢迎的气体燃料？
2．甲烷是最简单的有机化合物，你能设计一个实验来确定它的组成中含有碳、氢二种元素？
4．探究：清查阅资料并讨论甲烷还能和那些物质发生化学反应，并写出相应的化学方程式。
5．通过你的预习与思考能否从下面几个方面比较取代反应与置换反应的区别
取代反应 置换反应
定义
反应物
生成物
反应中电子得失
反应是否可逆
三．烃
1．通过观察教材P61乙烷、丙烷、丁烷的结构式思考上述分子有什么特点？
2．烷烃的通式是什么？什么叫同系物？
【困惑扫描】——我来质疑
【感悟平台】——我来探究
I甲烷的氧化反应-可燃性
1：在空气中燃烧时火焰呈蓝色的物质除甲烷还有哪些？
2：甲烷燃烧时，若氧气不充分，可能生成哪些产物？
3：家用燃气灶若原来烧液化石油气（主要成分为C3H8）,现要改烧天然气，应如何改造？
II甲烷与氯气发生了反应
【思考】我们通过实验看到了什么现象？
【思考】1、我书写的化学方程式和以往相比有何不同？为什么？
2、甲烷与氯气反应的实质是氯原子取代了甲烷上的氢原子，同学们再仔细观察看看二氯甲烷的结构，它还能和氯气发生反应吗？试写出反应方程式？三氯甲烷呢？
【建立网络】——我来归纳
甲烷的分子结构
(正四面体)
【过关窗口】——我来练习
1、下列分子中呈正四面体结构的是[ ]
A．甲烷 B．二氯甲烷 C．三氯甲烷 D．四氯化碳
2、物质的量相同的甲烷和氯气的混合气体，光照后生成物质的量最多的是 [ ]
A． 一氯甲烷 B．二氯甲烷 C．三氯甲烷 D．四氯化碳 E．氯化氢
3、在下列反应中，光照对反应几乎没有影响的是[ ]。
A．氯气与氢气反应 B．氯气与甲烷反应
C．次氯酸分解 D．甲烷与氧气反应
5、二氟甲烷是性能优异的环保产品，它可替代某些会破坏臭氧层的“氟里昂”产品，用作空调、冰箱和冷冻库的制冷剂。试判断二氟甲烷的结构简式有[ ]
A有4种 B有3种 C有2种 D只有1种
6、若要使0.5 mol 甲烷和Cl2发生取代反应，并生成相同物质的量的四种取代物，则需要Cl2的物质的量为[ ]
A 2.5 mol B 2 mol C 1.25 mol D 0.5 mol
5、一定量的甲烷燃烧之后得到的产物为CO、CO2和水蒸气，此混合气体重49.6g，当其缓缓通过足量无水氯化钙时，CaCl2固体增重25.2g，原混合气体中CO2的质量为[ ]
A 12.5g B 13.2g C 19.7g D 24.4g
7.某气态烃在标准状况下的体积为2.8 L，其质量为2 g，该烃中氢元素的质量分数为25%，则该烃的化学式为
类
别
区
别
物理性质
化学性质
