高二化学第一节　甲烷

高二化学第一节　甲烷

【教学目标】

1、理解有机物的概念和有机物的特点

2、掌握烃的概念、甲烷的组成和分子结构

3、掌握甲烷的物理性质和化学性质

4、掌握取代反应的概念

【知识讲解】

一、有机物

1、有机物的概念：

　 含碳元素的化合物称有机化合物，简称有机物。而一氧化碳、二氧化碳、碳酸、碳酸盐等少数含碳物质，虽然含有碳元素，但它们的组成和性质跟无机物相近，一般把它们作为无机物。

2、有机物的特点：

（1）组成元素的特点：除碳元素外，通常还含有H、O、N、P、S，及卤素等非金属元素。

（2）结构特点：

 ①碳原子间能以共价键形成碳链，这是有机物结构的基础。

 ②有机物分子间通过范德力结合成分子晶体。

（3）数量特点：

　 有机物种类繁多，达上千万种。原因是：

 ①碳原子有4个价电子，能与其它原子形成4个共价键。

 ②碳链的长度可以不同，同时碳原子间的结合方式不同，可以以单键、双键、参键结合，

也可以有长链或环状结合。

 ③普遍存在同分异构现象。

（4）性质特点：

 ①溶解性：大多数有机物难溶于水，易溶于有机溶剂（如汽油、酒精、苯等）。

 ②可燃性：绝大多数有机物易燃烧。

 ③耐热性：多数有机物熔点沸点较低，受热易分解。

 ④导电性：多为非电解质，不易导电。

 ⑤化学反应：化学反应繁杂，一般反应速率较慢，多数需要催化剂，常伴有副反应发生。

二、甲烷的分子结构和物理性质：

1、甲烷的物理性质：

通常情况下，无色无气味的气体，密度比空气小，难溶于水。

甲烷存在于沼气、坑气、天然气。

2、

.. ..

甲烷的分子结构：　　　  H　　　　　　  　 H

分子式：CH₄， 电子式：H:C:H　　 结构式H－C－H

　　　　　　　　　　　  H　　　　　　　 　H

正四面体结构　键角109⁰28

3、确定有机物分子式和结构式的基本方法

（1）各元素的质量

（2）各元素的质量比　　　　　  最简式　　　　　　　　  通式计算

（3）各元素的质量分数　　　　　　　　　　　　　　　　　　  讨论

（4）燃烧产物的物质的量或质量

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 分子式　 ^性质 　 结构式

（1）M=22.4d

（2）M=DMr(D为相对密度, M　　 相对分子　　　　　　　  根据化学方程式

　　 r为气体相对分子质量)　　　　　  质量　　　　　　　　　  计算、讨论

（3）M=M₁a%+ M₂a₂%+……

　　例1：在标准状况下，5.6L某气态烃的质量为4g，又知该烃中碳与氢的质量比为3:1。求该烃的分子式。

解析：该气态烃的摩尔质量为：

　　  

　　 1mol该气态烃中碳的物质的量为：

　　 1mol该气态烃中氢的物质的量为：

即1mol该气态烃中，含1mol C和4mol H，所以分子式为CH₄。

  三、甲烷的实验室制法

（1）药品：无水醋酸钠（CH₃COONa）和碱石灰

（2）原理：CH₃^-COONa+NaO -H^△　Na₂CO₃+CH₄↑

　　　　　　　　　　　　　　 ^CaO

（3）发生和收集装置：该反应为“固+固^△　气”应与制备O₂、NH₃发生装置相同。使用排水法收集。

（4）说明：（1）实验室制甲烷时不能用醋酸钠晶体（CH₃COONa·3H₂O），而必须用无水醋酸钠，因为有水存在时，CH₃COONa和NaOH都是离子化合物发生电离，不能使CH₃COONa中C－C和NaOH中O－H键的断裂，因而不能制得甲烷。（2）碱石灰的作用：制备甲烷时，碱石灰中的生石灰并不参加反应，但生石灰起如下作用：①稀释混合物的浓度，使混合物疏松，使生成的甲烷易于外逸；②减少了固体NaOH在高温时跟玻璃的作用，防止试管破裂；③生石灰吸水性强，可以减少水对制备甲烷反应的不利影响。

四、甲烷的化学性质

甲烷分子结构稳定，通常不与强酸、强碱或强氧化剂反应，不能使溴水和KMnO₄溶液褪色。1、氧化反应：

CH₄+2O₂^点燃　CO₂+2H₂O

注意：（1）点燃甲烷之前须检验甲烷的纯度。（2）燃烧前后气体体积变化，当温度高

于100⁰C，反应前后气体体积不变化；低于100⁰C，每1体积CH₄完全燃烧，气体体积缩小2体积。

2、取代反应：

　　　　CH₄+Cl₂^光　 CH₃Cl+HCl

　　　CH₃Cl能逐步被Cl₂取代生成CH₂Cl₂、CHCl₃和CCl₄。

　　注意：（1）反应条件：光照（在室温暗处不发生反应）；（2）反应物：纯卤素，如甲烷通入溴水中不反应；（3）产物：一般是混合物。

例2：甲烷与F₂光照时因剧烈反应易发生爆炸。为了制取CH₃F，常用BrF与CH₄在光照条件下反应，请写出制取CH₃F的化学方程式。

解：CH₄+BrF　^光照 CH₃F+HBr

比较取代反应与置换反应：

	取 代 反 应	置 换 反 应
概　念	有机物分子里的原子或原子团被其它原子或原子团所代替的反应	一种单质和一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物的反应
反应物类别	化合物与单质或化合物	单质与化合物
生成物类别	两种化合物	一种单质和一种化合物
反应条件	大多需加热或光照或催化剂	一般在常温或加热条件下
举 例	CH4+Cl2　 光照　CH3Cl+HCl	Zn+H2SO4=ZnSO4+H↑

 

 3、高温分解：

CH₄^高温　C+2H₂（制取炭黑）

例3：甲烷在空气中的爆炸极限是含甲烷5%－15%，如果在相同状况下，1L甲烷与空气中氧气混合点燃使之恰好完全反应，则此时（　 　）

A、会引起爆炸　　　　　　　 B、不会引起爆炸

C、加热时才能爆炸　　　　　 D、加压时才能爆炸

解析：甲烷与O₂完全反应：CH₄+2O₂^点燃　CO₂+2H₂O

1LCH₄燃烧需2L O₂，即需空气V_空气==9.5L。

所以甲烷占混合气体的体积分数为。

正好在5%－15%爆炸极限内，点燃会引起爆炸，则选A。

例4：把1体积CH₄和4体积Cl₂组成的混合气体充入大试管中，将此试管倒立在盛有饱和食盐水的水槽里，放在光亮处，试推测可观察到的现象是：

（1）___________________（2）__________________

（3）___________________（4）__________________

解析：CH₄和Cl₂光照生成CH₃Cl、CH₂Cl₂、CHCl₃、CCl₄和HCl

等物质，随着Cl₂不断消耗，黄绿色逐渐消失，又由于CH₂Cl₂、CHCl₃、CCl₄常温下为无色液体，Cl₂易溶于有机溶剂，试管壁上有黄色油珠。因生成的HCl易溶于水，反应后试管内气体压强减小，水位在试管内上升。HCl溶于水后，饱和食盐水中Cl^－浓度增大，使结晶速率>溶解速率。故水槽内有少量晶体析出。

　 答：（1）黄绿色逐渐消失；（2）试管壁上有黄色油珠；（3）水位在试管内上升；（4）水槽内有少量晶体析出。

【能力训练】

一、选择题（每小题有1－2个选项符合题意）

1、下列物质具有导电性的是

 A、汽油　　　　B、稀硫酸　　　　C、苯　　　　D、四氯化碳

2、某有机物在氧气里充分燃烧，生成的CO₂和H₂O的物质的量之比为1:1，由此可以得

出该有机物

 A、分子中C、H、O的原子个数比为1:2:3

 B、分子中C和H的原子个数比为1:2

 C、分子中肯定含有氧原子

 D、分子中可能含有氧原子

3、化学工作者从反应C₂H₆+Cl₂^光　 C₂H₅Cl+HCl，受到启示，提出在农药和有机工业上

可获得副产品盐酸，这一设想已成为现实。试指出上述反应体系中，得到的盐酸可采用分离方法是

 A、蒸馏法　　　　B、水洗法　　　　C、分液法　　　 D、过滤法

4、将醋酸钠晶体（CH₃COONa·3H₂O）与干燥的碱石灰按一定的质量比混合后加热，几

乎没有得到甲烷气体。此次实验失败的原因是

  A、用了醋酸钠晶体，应该用无水醋酸钠

  B、加热的温度不够高

  C、不能按质量比将反应物混合

  D、碱石灰过于干燥，实验效果反而不好

 5、下列反应属于取代反应的是

  A、甲烷的燃烧　　　　　 B、由甲烷制取氯仿

  C、甲烷的制取　　　　　 D、由甲烷制取炭黑

 6、有3mL CH₄和CO的混合气体，完全燃烧恰好用去3mL O₂，则此混合物体中CH₄和CO的体积比是

A、1:1　　　　　  B、1:2　　　　 　C、2:1　　　　　 D、任意比

 7、一定质量的甲烷燃烧后得到的CO、CO₂和水蒸气，此混合气质量为49.6g，当其缓慢经过无水CaCl₂时，CaCl₂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

 8、甲烷与过量氧气混合，用电火花引爆后，测得爆炸后的气体密度为同温同压下氢气密度的15倍，（T>100⁰C）则原混合气体中甲烷与氧气的体积比是　　

  A、1:3　　　　  　B、1:5　　　　　 C、1:7　　　　   D、2:7

15000C

 9、在2CH₄^电弧　C₂H₂+3H₂反应中，在标准状况下，测得反应前后气体的压强之比为4:7，则CH₄的转化率为

  A、25%　　　　　 B、50%　　　　  C、75%　　　　  D、80%

 10、某容器中贮有甲烷和氧气的混合气体，测得混合气体中含碳的质量分数是10.7%，将此混合气体引燃后冷却到室温，则容器中所含气体是

 A、CO₂  B、CO₂和O₂ C、CO₂和水蒸汽　D、CO₂和CH₄

 11、若使0.5mol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，则需氯气的物质的量是

 A、0.5mol　　　　  B、1.25mol　　　 C、2mol　　　　  D、2.5mol

 12、同时符合以下要求的实验条件所能制取的气体是

  ①干燥　 ②使用药品不能带有结晶水　 ③加热　 ④使用排水法收集

 A、CO₂  B、Cl₂  C、CH₄ D、HCl

二、填空题

 13、解释：（1）CCl₄能从碘的水溶液中萃取出碘：________________________________。

（2）衣服上沾上了油渍可以用汽油洗去___________________________________________。

 14、某盐A和碱石灰反应，微热时放出一种气体B，再经强热又放出一种气体C。同温同压下，气体B和C密度接近，余下的残渣中加入硝酸，又有一种气体D放出。气体D通过一种淡黄色的固体可得到一种气体E。

（1）写出有关物质的化学式：A_____________，B___________，C______________。

（2）写出气体D转变为E的化学方程式为___________________________________。

15、已知某种气态矿物燃料含有碳和氢两种元素。为了测定这种燃料中碳和氢两种元素的质量比，可将气态燃料放入足量的氧气中燃烧，并使产生的气体全部通入如图所示的装置中，得到如下表所列的实验结果（假设产生的气体完全被吸收）。

	实验前	实验后
（干燥剂+U形管）的质量	101.1g	102.9g
（石灰水+广口瓶）的质量	312.0g	314.2g

根据实验据回答下列问题：

　　（1）实验完毕后，生成水的质量为________g，假设广口瓶里盛有足量的澄清石灰水，则生成的CO₂质量为________g.

（2）气态矿物燃料中碳元素与氢元素的质量比为____________.物质的量比__________

16、为了测定一种气态烃A的化学式，取一定量的A置于密闭容器中燃烧，定性实验表明产物是CO₂、CO和水蒸气，学生甲、乙设计了如下两个方案，均认为根据自己的方案能求出A的最简式。他们测得的有关数据如下（图中的箭头表示气体的流向，实验前系统内的空气已排尽）：

甲方案：燃烧产物^浓H2SO4　 增重^碱石灰　　增重^点燃　　生成CO₂

　　　　　　　　　　　　  2.52g　　　　 1.32g　　　　　  1.76g

乙方案：燃烧产物^碱石灰　　增重^灼热Cu2O  减轻^石灰水　　增重

　　　　　　　　　　　　　5.60g　　　　  0.64g　　　　　 4g

试回答：（1）根据两方案，你认为哪一种方案能求出A的最简式？________，A的最简式为_________。（2）若要确定A的化学式，是否还需要测定其它数据？_________如果需要，该测定哪些数据？______________________。

　三、计算题

17、在t℃（t>100℃），某气态烃与过量氧气的混合气体aL，引燃后再恢复到原来条件，体积仍为aL，然后通过浓硫酸，体积减少bL，再通过碱石灰，气体体积又减少bL，求该气态烃的化学式。

18、甲、乙两学生用加热无水醋酸钠和碱石灰的混合物制取甲烷，甲取了一定量的无水醋酸钠和5g 碱石灰（其中含NaOH的质量分数为60%），经混合装入试管内加热，待收集到所需的甲烷时，停止加热，试管冷却后，乙称得甲留下的反应混合物的质量为8.7g，并将它继续加热到醋酸钠完全反应，收集到甲烷560mL（标准状况），求甲在标准状况下收集到甲烷的体积？

【能力训练答案】

一、　　  选择题：

1、B　　 2、BD　　 3、B　　　4、A　　 5、BC　　　6、B　　　 7、B

8、C　　 9、C　　　10、B　　 11、B　  12、C

二、　　  填空题：

13、（1）CCl₄不溶于水，且碘在CCl₄中溶解性比在水中要大；

　 （2）油脂易溶于汽油中。

14、（1）CH₃COONH₄，NH₃，CH₄； （2）2CO₂+2Na₂O₂=2Na₂CO₃+O₂

15、（1）1.8g, 2.2g；　（2）3:1，1:4

16、（1）甲，CH₄； （2）不需要，该化学式就是最简式。

17、C₂H₄

18、560mL