1、第一单元化石燃料与第一单元化石燃料与有机化合物有机化合物第第1课时天然气的利用甲烷课时天然气的利用甲烷自主自主预习预习新知新知导学导学合作探究合作探究释疑释疑解惑解惑课课 堂堂 小小 结结课标定位课标定位素养阐释素养阐释1.了解天然气的组成了解天然气的组成,认识天然气用作燃料的优认识天然气用作燃料的优缺点。缺点。2.了解甲烷的结构、物理性质了解甲烷的结构、物理性质,掌握甲烷的化学掌握甲烷的化学性质。性质。3.通过搭建甲烷分子模型通过搭建甲烷分子模型,能从分子微观结构的能从分子微观结构的角度探析有机化合物中碳原子的成键特点角度探析有机化合物中碳原子的成键特点,进而进而能推知烷烃的结构模型能推知烷
2、烃的结构模型,加深对同系物概念的理加深对同系物概念的理解。解。一、天然气的组成与综合利用一、天然气的组成与综合利用1.煤煤、石油石油和和天然气天然气等化石燃料是人们熟悉的物质等化石燃料是人们熟悉的物质,也是提也是提高生活水平、发展国民经济、加强国防建设的重要资源。高生活水平、发展国民经济、加强国防建设的重要资源。2.天然气的主要成分是天然气的主要成分是甲烷甲烷,它是它是最简单最简单的有机化合物。天的有机化合物。天然气的水合物被人们称为然气的水合物被人们称为“可燃冰可燃冰”。3.甲烷的物理性质。甲烷的物理性质。4.甲烷的组成与结构甲烷的组成与结构。 结构特点结构特点:甲烷分子中碳原子最外层的甲烷
3、分子中碳原子最外层的4个电子分别与个电子分别与4个氢个氢原子的电子形成原子的电子形成4个个CH共价键共价键;甲烷分子具有甲烷分子具有正四面体正四面体空空间结构。间结构。【自主思考【自主思考1】 如何通过实验证明甲烷中含有碳、氢两种如何通过实验证明甲烷中含有碳、氢两种元素元素?提示提示:点燃甲烷点燃甲烷,将干燥、洁净的小烧杯罩在火焰的上方将干燥、洁净的小烧杯罩在火焰的上方,小小烧杯内壁有水珠凝结烧杯内壁有水珠凝结,证明甲烷中有氢元素证明甲烷中有氢元素;迅速将小烧杯倒迅速将小烧杯倒转转,向小烧杯中滴入少量澄清石灰水向小烧杯中滴入少量澄清石灰水,石灰水变浑浊石灰水变浑浊,证明甲烷证明甲烷中含有碳元素
4、。中含有碳元素。5.甲烷的化学性质。甲烷的化学性质。(1)稳定性稳定性:CH4性质性质稳定稳定,不与不与强酸、强碱、强酸、强碱、KMnO4等物质等物质反应。反应。(2)燃烧。燃烧。甲烷燃烧的实验甲烷燃烧的实验:(3)取代反应。取代反应。定义定义:有机化合物分子中的某种有机化合物分子中的某种原子原子(或原子团或原子团)被另一种被另一种原子原子(或原子团或原子团)所取代的反应。所取代的反应。甲烷与氯气的反应甲烷与氯气的反应:【自主思考【自主思考2】 甲烷能使氯水褪色吗甲烷能使氯水褪色吗?提示提示:不能。甲烷只与气态的氯气在光照条件下发生取代反不能。甲烷只与气态的氯气在光照条件下发生取代反应应,不与
5、氯水反应。不与氯水反应。二、烷烃的结构与命名二、烷烃的结构与命名1.烃烃:由由碳、氢碳、氢两种元素组成的有机化合物。两种元素组成的有机化合物。2.烷烃。烷烃。(1)含义含义:碳原子都以碳碳单键相连碳原子都以碳碳单键相连,其余的价键均用于其余的价键均用于与与氢原子氢原子结合结合,达到达到“饱和饱和”,这一系列化合物被称为烷烃。这一系列化合物被称为烷烃。(2)通式通式:CnH2n+2(n代表分子中碳原子的个数代表分子中碳原子的个数)。(3)命名命名: 3.同系物。同系物。(1)含义含义:结构相似、分子组成相差结构相似、分子组成相差1个或若干个个或若干个“CH2”原子原子团的有机化合物互称为同系物。
6、团的有机化合物互称为同系物。(2)举例举例:如甲烷如甲烷(CH4)、乙烷、乙烷(CH3CH3)、丙烷、丙烷(CH3CH2CH3)互为同系物。互为同系物。【效果自测】【效果自测】 1.判断正误判断正误,正确的画正确的画“ ”,错误的画错误的画“”。(1)点燃甲烷气体之前必须检验其纯度。点燃甲烷气体之前必须检验其纯度。()(2)甲烷与氯水在光照条件下发生取代反应。甲烷与氯水在光照条件下发生取代反应。()(3)热稳定性热稳定性:H2OCH4。()(4)甲烷与氯气在光照条件下反应生成四种化合物。甲烷与氯气在光照条件下反应生成四种化合物。()(5)烷烃的通式是烷烃的通式是CnH2n+2(n1),但符合通
7、式但符合通式CnH2n+2(n1)的的不一定是烷烃。不一定是烷烃。() (6)戊烷的分子式为戊烷的分子式为C5H12。()(7)CH4、C2H6、C4H10互为同系物。互为同系物。() 2.下列关于甲烷性质的叙述正确的是下列关于甲烷性质的叙述正确的是()。A.甲烷可溶于水甲烷可溶于水,其密度小于空气的密度其密度小于空气的密度B.甲烷能使溴的四氯化碳溶液褪色甲烷能使溴的四氯化碳溶液褪色,发生取代反应发生取代反应C.甲烷在氧气中燃烧甲烷在氧气中燃烧,发生氧化反应发生氧化反应D.甲烷能使酸性高锰酸钾溶液褪色甲烷能使酸性高锰酸钾溶液褪色,发生氧化反应发生氧化反应答案答案:C解析解析:甲烷难溶于水甲烷难
8、溶于水,其密度小于空气的密度其密度小于空气的密度,A项错误项错误;甲烷不能甲烷不能使溴的四氯化碳溶液褪色使溴的四氯化碳溶液褪色,B项错误项错误;甲烷在氧气中燃烧生成二氧甲烷在氧气中燃烧生成二氧化碳和水化碳和水,发生氧化反应发生氧化反应,C项正确项正确;甲烷不能使酸性高锰酸钾溶液甲烷不能使酸性高锰酸钾溶液褪色褪色,D项错误。项错误。3.下列有机化合物中下列有机化合物中,属于烷烃的是属于烷烃的是()。A.CH2CH2B.CH3CH2CH2CH2ClC.CH3CH2CH2OHD.答案答案:D解析解析:分子中碳原子都以单键相连分子中碳原子都以单键相连,碳原子的其他价键都被碳原子的其他价键都被氢原子所氢
9、原子所“饱和饱和”的烃属于烷烃。的烃属于烷烃。4.把把1体积体积CH4和和4体积体积Cl2组成的组成的混合气体混合气体充充入试管中入试管中,将此试管倒立在盛有将此试管倒立在盛有AgNO3溶溶液液的水槽中的水槽中,放在光亮处放在光亮处,片刻后发现试管片刻后发现试管内内壁壁上有油状液滴出现上有油状液滴出现,该油状液滴可能是该油状液滴可能是,水槽中还观察到水槽中还观察到,原因是原因是(用离子方程式解释用离子方程式解释)。若向水槽中再滴入几滴紫色石蕊溶液。若向水槽中再滴入几滴紫色石蕊溶液又观察到又观察到。 答案答案:CH2Cl2、CHCl3、CCl4有白色沉淀有白色沉淀产生产生 Ag+Cl-AgCl溶
10、液变红溶液变红解析解析:CH4和和Cl2反应的产物中反应的产物中,HCl极易溶于水极易溶于水,能电离出能电离出H+和和Cl-,其他产物均为有机化合物其他产物均为有机化合物,部分为气态部分为气态,部分为油状液体。部分为油状液体。CH4与与Cl2在光照条件下反应生成在光照条件下反应生成CH3Cl(气体气体)、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和和HCl,随着反应进行随着反应进行,Cl2不断消耗不断消耗,试管中黄绿色逐渐消失试管中黄绿色逐渐消失,又由于生成的又由于生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4常温下均为无色液体常温下均为无色液体,使试使试管内壁上有油状液滴出现管内壁上有油状液滴出现;因生成
11、的因生成的HCl易溶于水易溶于水,反应后反应后,试管内试管内气体压强减小气体压强减小,试管内水位上升试管内水位上升,HCl溶于水后溶于水后,与与AgNO3反应生成反应生成AgCl白色沉淀白色沉淀,同时溶液显酸性同时溶液显酸性,故加入紫色石蕊溶液后溶液变红。故加入紫色石蕊溶液后溶液变红。探究任务探究任务1 甲烷甲烷的取代的取代反应反应问题引领问题引领某学习小组设计了如图装置探究甲烷与氯气在光照条件下某学习小组设计了如图装置探究甲烷与氯气在光照条件下的反应的反应:请回答下列问题请回答下列问题:1.充分反应后充分反应后,打开止水夹会有什么现象打开止水夹会有什么现象?提示提示:由于反应生成的氯化氢易溶
12、于水由于反应生成的氯化氢易溶于水,遇紫色石蕊溶液变遇紫色石蕊溶液变红红,且产物中的且产物中的CH2Cl2、CHCl3、CCl4均为液体均为液体,使试管内压使试管内压强减小强减小,打开止水夹打开止水夹,滴有紫色石蕊溶液的蒸馏水会迅速进入滴有紫色石蕊溶液的蒸馏水会迅速进入上面的试管内上面的试管内,形成红色喷泉形成红色喷泉。2.能否用能否用CH4和和Cl2反应制取纯净的反应制取纯净的CH3Cl?如果如果CH4和和Cl2按按体积比体积比1 1混合反应混合反应,能否只得到能否只得到CH3Cl?提示提示:都不能。都不能。CH4与与Cl2的取代反应是逐步进行的的取代反应是逐步进行的,无论两无论两者的物质的量
13、之比是多少者的物质的量之比是多少,反应一旦引发反应一旦引发,就不会只停留在某就不会只停留在某一步上一步上,所以四种取代产物都会生成所以四种取代产物都会生成,得不到纯净的得不到纯净的CH3Cl。归纳提升归纳提升1.甲烷与氯气的取代反应。甲烷与氯气的取代反应。2.取代反应与置换反应的比较取代反应与置换反应的比较。 典型例题典型例题【例题【例题1】 实验室中用如图所示的装置进行甲烷与氯气在实验室中用如图所示的装置进行甲烷与氯气在光照下反应的实验。光照下反应一段时间后光照下反应的实验。光照下反应一段时间后,下列装置示意下列装置示意图中能正确反映实验现象的是图中能正确反映实验现象的是()。答案答案:D解
14、析解析:甲烷与氯气在光照条件下反应甲烷与氯气在光照条件下反应,生成生成CH3Cl(气体气体)、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和和HCl,HCl易溶于水易溶于水,试管内压强减小试管内压强减小,外压大于内压外压大于内压,试管内液面升高试管内液面升高,且试管内出现白雾和油状液且试管内出现白雾和油状液滴滴,D项正确项正确。取代取代反应的判断方法。反应的判断方法。方法一方法一:依据取代反应的特点依据取代反应的特点,有上有下或断一下一上一有上有下或断一下一上一(有有机化合物断裂一个化学键机化合物断裂一个化学键,下来一个原子或原子团就上去一下来一个原子或原子团就上去一个原子或原子团个原子或原子团)。方法
15、二方法二:一看反应物一看反应物,即参加反应的反应物中至少有一种是即参加反应的反应物中至少有一种是有机化合物有机化合物;二看生成物是否都是化合物。二看生成物是否都是化合物。【变式训练【变式训练1】 下列反应中属于取代反应的是下列反应中属于取代反应的是()。 答案答案:C解析解析:A项项,反应不属于取代反应反应不属于取代反应;B项项,反应为反应为CH4的燃烧反应的燃烧反应,是氧化反应是氧化反应;D项项,反应中没有原子或原子团被取代反应中没有原子或原子团被取代,不属于取不属于取代反应。代反应。探究任务探究任务2 同系物同系物的判断的判断方法方法问题引领问题引领分析四种烷烃的结构特点分析四种烷烃的结构
16、特点,并回答下列问题并回答下列问题:1.上述四种烷烃互为同系物吗上述四种烷烃互为同系物吗?为什么为什么?提示提示:互为同系物互为同系物,因为这四种烃结构相似且分子组成上相因为这四种烃结构相似且分子组成上相差了差了n个个“CH2”。2.由烷烃的分子通式计算烷烃分子中能形成多少个共价键由烷烃的分子通式计算烷烃分子中能形成多少个共价键?提示提示:烷烃的通式为烷烃的通式为CnH2n+2(n代表分子中的碳原子数代表分子中的碳原子数),碳、碳、氢原子提供的成键电子数之和为氢原子提供的成键电子数之和为4n+2n+2=6n+2,电子对数电子对数也就是共价键数也就是共价键数为为 (6n+2)=3n+1,即能形成
17、即能形成3n+1个共价键。个共价键。3.CH3CH2CH2CH3与与 是否是否互为同系物互为同系物?为什么为什么?提示提示:不是。因为互为同系物的有机化合物结构相似不是。因为互为同系物的有机化合物结构相似,在分在分子组成上相差子组成上相差1个或若干个个或若干个“CH2”原子团原子团,故一定具有不同的故一定具有不同的分子式。题给的两种有机化合物分子式相同分子式。题给的两种有机化合物分子式相同,因此不互为同因此不互为同系物。系物。归纳提升归纳提升1.同系物的同系物的“相似相似”与与“不同不同”。2.表示有机化合物组成和结构的化学用语表示有机化合物组成和结构的化学用语。 3.烷烃的化学性质。烷烃的化
18、学性质。(1)氧化反应。氧化反应。通常情况下烷烃性质稳定通常情况下烷烃性质稳定,不能使酸性不能使酸性KMnO4溶液和溴水溶液和溴水褪色褪色,不与强酸、强碱反应。烷烃的氧化反应一般指燃烧不与强酸、强碱反应。烷烃的氧化反应一般指燃烧反反在相同情况下在相同情况下,随着烷烃分子里的碳原子数的增加随着烷烃分子里的碳原子数的增加,燃烧越燃烧越来越不充分来越不充分,且火焰明亮且火焰明亮,并伴有黑烟。并伴有黑烟。(2)取代反应。取代反应。烷烃的取代反应与甲烷的取代反应相同烷烃的取代反应与甲烷的取代反应相同,在光照条件下可与在光照条件下可与Cl2发生取代反应发生取代反应,其通式为其通式为CnH2n+2+Cl2
19、CnH2n+1Cl+HCl (第一步第一步)。典型例题典型例题【例题【例题2】 下列有关同系物的说法中错误的是下列有关同系物的说法中错误的是()。丙烷和丁烷互为同系物丙烷和丁烷互为同系物分子组成相差分子组成相差1个或若干个个或若干个“CH2”原子团的有机化合物是同系物原子团的有机化合物是同系物互为同系物的两者互为同系物的两者中碳、氢元素的物质的量之比一定相同中碳、氢元素的物质的量之比一定相同互为同系物的两互为同系物的两种有机化合物的物理性质有差别种有机化合物的物理性质有差别,但化学性质相似但化学性质相似A.B.C.D.答案答案:B解析解析:丙烷和丁烷的结构相似丙烷和丁烷的结构相似,分子组成上相
20、差分子组成上相差1个个“CH2”,两两者互为同系物者互为同系物,正确正确;互为同系物的有机化合物结构首先相互为同系物的有机化合物结构首先相似似,错误错误;甲烷与乙烷互为同系物甲烷与乙烷互为同系物,两者中碳、氢元素的物质两者中碳、氢元素的物质的量之比不同的量之比不同,错误错误;同系物之间化学性质相似同系物之间化学性质相似,物理性质不物理性质不同同,正确。正确。同系物同系物判断的三个关键点。判断的三个关键点。(1)“同同”互为同系物的物质必须属于同一类物质。互为同系物的物质必须属于同一类物质。(2)“似似”结构相似结构相似,是指化学键类型相似是指化学键类型相似,分子中各原子分子中各原子的结合方式相
21、似。的结合方式相似。(3)“差差”组成上相差组成上相差n个个“CH2”原子团原子团(n1)。互为同系物的物质一定具有不同的碳原子数互为同系物的物质一定具有不同的碳原子数(或分子式或分子式)。互为同系物的物质一定具有不同的相对分子质量互为同系物的物质一定具有不同的相对分子质量(相差相差14n)。【变式训练【变式训练2】 下列有关烷烃的叙述中下列有关烷烃的叙述中,正确的是正确的是()。在烷烃分子中在烷烃分子中,所有的化学键都是单键所有的化学键都是单键烷烃中除甲烷烷烃中除甲烷外外,很多都能使酸性很多都能使酸性KMnO4溶液的紫色褪去溶液的紫色褪去分子通式为分子通式为CnH2n+2的烃不一定是烷烃的烃
22、不一定是烷烃所有的烷烃在光照条件下都所有的烷烃在光照条件下都能与氯气发生取代反应能与氯气发生取代反应光照条件下光照条件下,乙烷通入溴水中乙烷通入溴水中,可可使溴水褪色使溴水褪色A.B.C.D.答案答案:C解析解析:烷烃分子中无论是碳碳键还是碳氢键烷烃分子中无论是碳碳键还是碳氢键,都是单键都是单键,说说法正确法正确;烷烃属于饱和链烃烷烃属于饱和链烃,其化学性质一般比较稳定其化学性质一般比较稳定,通常烷通常烷烃不与酸、碱、氧化剂烃不与酸、碱、氧化剂(如酸性如酸性KMnO4溶液溶液)反应反应,也不能使也不能使溴水褪色溴水褪色,说法不正确说法不正确;因分子通式因分子通式CnH2n+2中的氢原子已中的氢原子已达完全达完全“饱和饱和”,因此符合通式因此符合通式CnH2n+2的有机化合物一定是烷的有机化合物一定是烷烃烃,说法不正确说法不正确;烷烃在光照下都能与氯气发生取代反应烷烃在光照下都能与氯气发生取代反应,这这是烷烃的主要特性之一是烷烃的主要特性之一,说法正确。说法正确。
