1、高中化学必修二第三章高中化学必修二第三章第一节最简单的有机化合物甲烷第1课时甲烷的性质学习目标定位1.认识甲烷的结构特点并会书写甲烷的分子式、结构式、电子式。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.认识甲烷发生取代反应时的断键和成键情况。一、甲烷的存在、用途及结构1.甲烷的存在与用途(1)甲烷的存在甲烷是天然气、沼气、油田气和煤矿坑道气的主要成分。我国的天然气主要分布在中西部地区及海底。(2)甲烷的主要用途通常状况下，1 mol甲烷完全燃烧放出890 kJ能量。因此以甲烷为主要成分的天然气和沼气都是理想的清洁能源。甲烷还可用作化工原料。2.甲烷的组成与结构分子式电子式
2、结构式空间构型甲烷的分子模型CH4正四面体结构，C原子位于正四面体中心，H原子位于四个顶点上1.结构式：用一条短线来表示一对共用电子的图式叫做结构式。2.一个碳原子以4个单键与其他原子相结合时：(1)如果这4个原子相同，则分别在四面体的顶点上，构成正四面体。(2)如果这4个原子不相同，则分别在四面体的顶点上，但不是正四面体。(3)无论这4个原子是否相同，都不可能在同一平面上，并且最多有3个原子共面。1.下列各图均能表示甲烷的分子结构，其中更能反映其真实存在状况的是()2.能够证明甲烷分子的空间结构为正四面体的事实是()A.甲烷的4个碳氢键的键能相等B.甲烷的4个碳氢键的键长相等C.甲烷的一氯代
3、物只有1种D.甲烷的二氯代物只有1种二、甲烷的性质1.甲烷的物理性质甲烷是一种 、 、 溶于水、密度比空气 的气体。2.甲烷的化学性质(1)氧化反应将甲烷在空气中点燃观察现象：燃烧现象检验产物方法现象结论淡蓝色火焰在火焰上方罩一个干燥的烧杯烧杯内壁有水珠产生生成了水在火焰上方罩一个涂有澄清石灰水的烧杯烧杯内壁变浑浊生成了二氧化碳甲烷燃烧的化学方程式为CH42O2CO22H2O。甲烷是优良的气体燃料，通常状况下，1 mol甲烷在空气中完全燃烧，生成二氧化碳和水，放出890 kJ热量。因此以甲烷为主要成分的天然气、沼气是理想的清洁能源。特别提醒点燃甲烷前必须检验纯度。空气中的甲烷含量在5%15.4
4、%(体积)范围内时，遇火花将发生爆炸；煤矿中的瓦斯爆炸多数是甲烷气体爆炸引发的。将CH4通入酸性KMnO4溶液中，观察现象，试解释其原因。答案现象：酸性KMnO4溶液的紫红色不发生变化；原因：CH4分子为正四面体结构，结构对称，化学键不易断裂，通常情况下化学性质比较稳定。(2)取代反应按要求完成下列实验，并填写下表：实验操作实验现象A装置：试管内气体黄绿色逐渐变浅，试管内壁有油状液滴出现，试管中有少量白雾生成，试管内液面上升，水槽中有固体析出；B装置：无明显现象实验结论CH4与Cl2在光照时才能发生化学反应上述实验A中发生反应的化学方程式为CH4Cl2CH3ClHCl；CH3ClCl2CH2C
5、l2HCl；CH2Cl2Cl2CHCl3HCl；CHCl3Cl2CCl4HCl。取代反应是指 的反应。CH4和Cl2反应的四种取代产物都不溶于水，除 常温下是气体外，其他三种都是油状液体。问题讨论a.若把甲烷分子中的一个氢原子换成氯原子变成一氯甲烷，还是正四面体结构吗？b.CH4与Cl2发生取代反应时，有机取代产物的总物质的量与CH4的物质的量有何关系？c.CH3Cl、CCl4只有一种结构，能说明CH4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吗？d.CH2Cl2只有一种结构，能说明CH4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吗？甲烷的化学性质(1)CH4的特征
6、反应是能与卤素单质在光照条件下发生取代反应，但有机产物一般有多种。(2)CH4能发生的氧化反应就是燃烧，但其化学性质稳定，不能与强氧化剂如酸性KMnO4溶液反应，也不能与强酸、强碱反应。3.下列叙述中错误的是()A.点燃甲烷不一定会爆炸B.甲烷燃烧放出大量的热，所以是一种很好的气体燃料C.煤矿的矿井要注意通风并严禁烟火，以防爆炸事故的发生D.点燃甲烷前不必进行验纯4.在光照条件下，将等物质的量的甲烷和氯气充分反应，所得产物中物质的量最多的是()A.CH3Cl B.CH2Cl2C.CHCl3 D.HCl1.若甲烷与氯气以物质的量之比13混合，在光照下得到的产物可能是CH3ClCH2Cl2CHCl
7、3CCl4，其中正确的是()A.只有 B.只有C.的混合物 D.的混合物2.已知正四面体形分子E和直线形分子 G 反应，生成四面体形分子 L 和直线形分子 M(组成 E 分子的元素原子序数小于10，组成 G 分子的元素为第三周期的元素)。如下图所示，则下列判断中正确的是()A.常温常压下，L 是一种液态有机物B.E 是一种含有非极性键的分子C.干燥的 G 能漂白有色物质D.上述反应的类型是取代反应3.为验证甲烷分子中含有碳、氢两种元素，可将其燃烧产物通过浓硫酸澄清石灰水无水硫酸铜。正确的顺序是()A. B.C. D.4.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替代的反应叫取代反应。下
8、列化学反应中不属于取代反应的是()A.CH2Cl2Br2CHBrCl2HBrB.CH3OHHClCH3ClH2OC.2Na2H2O=2NaOHH2D.CH3CH2BrH2OCH3CH2OHHBr5.将含O2和CH4的混合气体充入有23.4 g Na2O2的密闭容器中，电火花点燃，反应结束后，容器内于150 时压强约为0，将残留物溶于水，无气体逸出。(1)原混合气体中O2和CH4体积比为_。(2)残留固体成分为_。基础过关题组一甲烷的分子组成与结构1.以下关于甲烷的说法中错误的是()A.甲烷分子是由极性键构成的分子B.甲烷分子具有正四面体结构C.甲烷分子中四个CH键是完全等价的键D.甲烷分子中具
9、有非极性键2.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，性质也相同题组二甲烷的性质及应用3.在光照条件下，下列物质中能与甲烷反应的是()A.盐酸 B.Cl2C.NaOH溶液 D.酸性KMnO4溶液4.在标准状况下，11.2 L甲烷和22.4 L氧气混合后点燃，恢复到原状况时，气体的体积共()A.11.2 L B.22.4 LC.33.6 L D.44.8 L5.公元前一世纪，我国已使用天然气，天然气的主要成分
10、为甲烷。下列关于甲烷的叙述中，错误的是()A.通常情况下，甲烷跟强酸、强碱、 强氧化剂不起反应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.甲烷的四种取代物都难溶于水6.有一种无色的混合气体可能由CH4、NH3、H2、CO、CO2和HCl组成。为确定其组成，进行了以下实验：将此混合气体通过浓硫酸，气体总体积基本不变；再通过过量的澄清石灰水，未见浑浊，但气体体积减少；把剩余气体在供氧的情况下燃烧，燃烧产物不能使无水硫酸铜变色。原混合气体含有()A.CO和HCl B.CH4和NH3C.CH4和HCl D.
11、H2和CO27.一定量的CH4燃烧后得到的产物是CO、CO2、H2O(g)，此混合物的质量为49.6 g，当其缓缓通过足量的无水CaCl2时气体质量减少25.2 g，则混合气中CO的质量为()A.24.4 g B.13.2 gC.12.5 g D.11.2 g题组三取代反应8.下列反应属于取代反应的是()A.C2H43O22CO22H2OB.ZnCuSO4=ZnSO4CuC.NaClAgNO3=AgClNaNO3D.CH2Cl2Cl2CHCl3HCl9.在常温下，把一个盛有一定量甲烷和氯气的密闭容器放在光亮的地方，两种气体发生反应，下列叙述中不正确的是()A.容器内原子总数不变 B.容器内分子
12、总数不变C.容器内压强不变 D.发生的反应属于取代反应10.在光照条件下，将1 mol CH4与Cl2反应，得到等物质的量的4种取代物，则消耗Cl2物质的量为()A.1 mol B.2 molC.2.5 mol D.10 mol 能力提升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14)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混合气体的装置放置在有光亮的地方，让混合气体缓慢地反应一段时间。(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)若题目中甲烷与氯气体积之比为11，则得到的产物为_(填字母，下同)。A.CH3ClHCl
13、 B.CCl4HClC.CH3ClCH2Cl2D.CH3ClCH2Cl2CHCl3CCl4HCl(3)经过几个小时的反应后，U形管右端的水柱变化是_。A.升高 B.降低 C.不变 D.无法确定12.把1 mol CH4和一定量Cl2组成的混合气体通入大试管中，将此试管倒立在盛有饱和食盐水的水槽中，放在光亮处，回答下列问题：(1)片刻后试管中的现象：试管内气体的黄绿色变浅，试管壁上出现_，试管内_。(2)在反应结束后，试管内的产物最多的是_，空间构型呈正四面体的产物为_。(3)若(2)中生成的四种有机产物的物质的量相同，则反应消耗的Cl2的物质的量为_。(4)已知CH4分子在空间呈正四面体形状，
14、1个C原子与4个H原子各共用一对电子形成4条共价键，C原子位于中心，4个H原子位于4个顶点。如图所示为一个立方体，已画出1个C原子(在立方体中心)、1个H原子(在立方体顶点)和1条共价键(实线表示)。请画出另外3个H原子的合适位置和3条共价键。13.如图所示，某气体X可能由H2、CO、CH4中的一种或几种组成，将X气体燃烧后生成的气体通过A、B两个洗气瓶。试回答下列问题：(1)若A洗气瓶的质量增加，B洗气瓶的质量不变，则气体X是_。(2)若A洗气瓶的质量不变，B洗气瓶的质量增加，则气体X是_。(3)若A、B两个洗气瓶的质量都增加，则X气体可能是(完成下表，可不填满，也可补充)：14.利用甲烷与
15、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。某化学兴趣小组在实验室中模拟上述过程，其设计的模拟装置如下：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；_。(2)设V(Cl2)/V(CH4)x，若理论上欲获得最多的氯化氢，则x值应为_。(3)D装置的石棉中均匀混有KI粉末，其作用是_。(4)E装置的作用是_(填序号)。A.收集气体 B.吸收氯气C.防止倒吸 D.吸收氯化氢(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：_。(6)E装置除生成盐酸外，还含有油状有机物，从E中分离出油状有机物的最佳方法
16、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_(填序号)。a.CH4b.CH3Clc.CH2Cl2d.CHCl3e.CCl4第2课时烷烃学习目标定位1.了解烷烃的组成、结构、通式。2.认识烷烃的物理性质和化学性质。3.掌握同系物、同分异构体的概念并会判断是否为同分异构体或同系物。一、烷烃1.下面是乙烷、丙烷、丁烷的结构式。 回答下列问题：(1)每个碳原子形成4个共价键。(2)烃分子中，碳原子之间都以碳碳单键结合成链状，碳原子的剩余价键均与氢原子结合，使每个碳原子的化合价都达到“饱和”，这样的烃叫做饱和链烃，也称烷烃。(3)烷烃的通式为CnH2n2(n1且n为整数)。烷烃的空间
17、结构中，碳原子(大于等于3时)不在一条直线上，直链烷烃中的碳原子空间构型是折线形或锯齿状。2.教材表31列举了部分烷烃的物理性质。阅读分析表31可知：烷烃的物理性质随着分子中碳原子数的增多，呈规律性的变化。如(1)常温下其状态由气态变到液态又变到固态，熔、沸点逐渐升高。(2)相对密度逐渐增大。(3)常温下，碳原子数小于或等于4时，均为气态(新戊烷常温下也为气态)。3.物质的组成、结构决定物质的性质，这个规律在有机物中体现得尤其明显。烷烃的化学性质与甲烷相似，请写出下列反应的化学方程式(有机物写结构简式)：(1)燃烧。如丙烷的燃烧：CH3CH2CH35O23CO24H2O。(2)取代反应。如光照
18、条件下，乙烷与氯气发生取代反应(只要求写一氯取代)：CH3CH3Cl2CH3CH2ClHCl。该反应中的化学键变化情况：断裂CH键和ClCl键，形成CCl键和HCl键。(3)用通式表示烷烃的完全燃烧及卤代反应(用X2表示)：CnH2n2O2nCO2(n1)H2O；CnH2n2X2CnH2n1XHX，CnH2n1X可与X2继续发生取代反应。1.下列说法正确的是()A.饱和烃就是烷烃B.随着碳原子数的递增，烷烃的熔、沸点逐渐降低C.取代反应中可能有单质生成D.任何烷烃分子都不可能为平面结构2.下列关于CH4和的叙述正确的是()A.均能用CnH2n2组成通式来表示B.与所有烷烃互为同素异形体C.因为
19、它们的结构相似，所以它们的化学性质相似，物理性质相同D.通常状况下，它们都是气态烷烃二、同系物同分异构体1.填表甲烷乙烷丙烷分子式CH4C2H6C3H8结构简式CH4CH3CH3CH3CH2CH3根据上表回答下列问题：(1)相邻烷烃分子在组成上均相差 原子团。(2)同系物是指 ， 上相差一个或若干个 原子团的物质，烷烃同系物的通式为 。2.对比两种物质的结构回答下列问题：CH3CH2CH2CH3正丁烷 异丁烷(1)分子式均为C4H10，它们不是同系物，二者分子式相同，但结构不相同，正丁烷无支链，异丁烷有支链。(2)具有相同的分子式而具有不同结构的现象称为同分异构现象。具有同分异构现象的化合物互
20、称同分异构体。(3)判断下列有关同分异构体的叙述是否正确同分异构体具有相同的组成元素( )组成元素相同的化合物互为同分异构体( )同分异构体具有相同的相对分子质量( )相对分子质量相同的化合物互为同分异构体( )互为同分异构体的化合物也可能互为同系物( )(4) 与是否互为同分异构体并说明理由。(5)用结构简式写出戊烷(C5H12)的同分异构体。(6)判断下列说法是否正确，据此理解同分异构现象是有机物种类繁多的又一重要原因。分子式不同的物质一定为不同物质，分子式相同的物质也可能为不同物质( )分子中含3个及3个以下碳原子的有机物一定不存在同分异构现象( )随着碳原子数增多，烷烃的同分异构体数目
21、有增多的趋势( )1.同系物的判断2.烷烃同分异构体的书写规律烷烃同分异构体的书写规律可概括为主链由长到短，支链由整到散，位置由心到边，排列对、邻到间。选择最长的碳链为主链；找出中心对称线；碳原子必须满足四个键；主链上的链端不能接甲基，主链上的第二个碳原子或倒数第二个碳原子不能接乙基，否则主链会改变，而容易出现重复结构。例如，书写戊烷(C5H12)同分异构体的方法：(1)先写出碳链最长的直链烃：CH3CH2CH2CH2CH3。(2)从主链上减少一个CH3作为取代基(支链)，在所得主链上依次移动可能的位置，得。(3)再从主链上减少一个碳原子作为所得主链的取代基，得。故C5H12的同分异构体共有三
22、种，依次称为正戊烷、异戊烷、新戊烷。3.下列叙述错误的是()A.同系物之间在化学性质上相似B.同系物不可能是同分异构体C.同系物之间的物理性质随分子里碳原子数的递增，呈规律性的变化D.分子组成相差一个或几个CH2原子团的物质互称为同系物4.有下列结构的物质：CH3(CH2)3CH3CH3CH2CH2CH2CH3CH3CH2CH2CH2CH2CH3其中，属于同系物的是_(填字母，下同)；属于同分异构体的是_；属于同种物质的是_。A. B.C. D.E. F.1.以下结构表示的物质中是烷烃的是()A.CH3OHB.CH2=CH2C. D. 2.分子式为C4H10的烃的一氯代物的同分异构体有()A.
23、3种 B.4种 C.5种 D.6种3.下列各对物质中互为同系物的是()A.CH3CH=CH2和CH3CH2CH=CH2B.CH3CH3和CH3CH=CH2C.CH3CH2CH3和CH3CH=CH2D.CH3CH2CH=CH2和CH3CH2CH34.在下列各组物质中，找出合适的序号填在对应的空格内：NO2和N2O412C和14CK和Ca异戊烷()和新戊烷()甲烷和丙烷(1)互为同位素的是_(填序号，下同)。(2)互为同分异构体的是_。(3)互为同系物的是_。(4)为同一种物质的是_。5.写出下列各烷烃的分子式。(1)烷烃A在同温同压下蒸气的密度是H2的43倍：_。(2)烷烃B的分子中含有200个
24、氢原子：_。(3)分子中含有26个电子的烷烃C：_。(4)室温下相对分子质量最大的气态直链烷烃D：_。(5)0.1 mol烷烃E完全燃烧，消耗标准状况下的O2 11.2 L：_。基础过关题组一烷烃的结构与性质1.北京奥运会“祥云”火炬使用的燃料为丙烷。下列关于丙烷的说法正确的是()A.1 mol丙烷完全燃烧需4 mol氧气B.与丁烷互为同分异构体C.能使酸性高锰酸钾溶液褪色D.分子式为C3H82.下列说法正确的是()A.碳碳间以单键结合，碳原子剩余价键全部与氢原子结合的烃一定是饱和链烃B.分子组成符合CnH2n2的烃一定是烷烃C.正戊烷分子中所有的碳原子均在同一条直线上D.碳、氢原子个数比为1
25、3的烃有两种3.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.次氯酸分解C.甲烷与氯气反应 D.甲烷与氧气反应4.下列反应中，不属于取代反应的是()A.CH3ClCl2CH2Cl2HClB.CH42O2CO22H2OC.CH3CH2BrH2OCH3CH2OHHBrD.C2H6Cl2C2H5ClHCl题组二同系物、同分异构体判断5.下列说法中正确的一组是()A.H2和D2互为同位素B. 互为同分异构体C.正丁烷和异丁烷是同系物D. 是同一种物质6.下列分子式只能表示一种物质的是()A.C2H6 B.C4H10 C.C4H8Cl2 D.C7.在烷烃的同系物中，所含碳元素的质量分
26、数最大应接近于()A.75% B.80%C.85.7% D.92.3%题组三烷烃燃烧的计算8.在常温、常压下，取下列四种气态烃各1 mol，分别在足量的氧气中燃烧，消耗氧气最多的是()A.CH4 B.C3H8 C.C4H10 D.C2H69.某气态烃在密闭容器内与氧气混合完全燃烧，如果燃烧前后容器内(温度高于100 )压强保持不变，该烃可能是()A.C2H6 B.C2H4C.C3H8 D.C3H610.A、B两种有机物的混合物，当混合物的质量一定时，无论A、B以何种比例混合，完全燃烧产生CO2的量均相等。A、B的关系可能符合下列四种情况：同分异构体；同系物；具有相同的最简式；含碳的质量分数相同，一定符合上述条件的组合有()A. B. C. D. 能力提升11.某气态烃在标准状况下密度为2.59 gL1。(1)其相对分子质量等于_。(2)该烃的含碳量为82.8%，则分子中碳、氢原子的个数比是_，分子式是_。(3)可能的结构简式及名称是_。12.观察下面几种烷烃的球棍模型：(1)与C互为同系物的是_，与C互为同分异构体的是_。(2)在烷烃的同系物中，随碳原子数增加，其熔、沸点依次_(其中碳原子数满足_条件的烷烃常温下呈气态)，液态时密度依次_。13.已知某烷烃的相对分子质量为72，则(1)该烷烃的分子式为_
