1、第一单元第一单元化石燃料与有机化合物化石燃料与有机化合物专专题题8有机化合物的获得与应用有机化合物的获得与应用第第1 1课课时天然气的利用甲烷时天然气的利用甲烷1.能正确书写甲烷的分子式、结构式、电子式,理解甲烷分子的结构特点,逐渐形成宏观辨识与微观探析的学科核心素养。2.知道甲烷能发生氧化反应和取代反应,能正确书写相应的化学方程式。理解取代反应的定义,逐渐形成证据推理与模型认知的学科核心素养。素养目标【知识铺垫】1.生活中常见有机化合物有乙醇、乙酸、甲烷等,有机化合物中都含有碳元素。2.“西气东输”是开发大西北的一项重要工程,“西气东输”中的“气”是指天然气。3.分子式同为C4H10的有机化
2、合物有两种:正丁烷和异丁烷,二者互称为同分异构体。它们的结构式分别为素养初探【自主梳理】一、天然气的利用甲烷1.天然气(1)天然气的主要成分是甲烷,是最简单的有机化合物。(2)可燃冰:可燃冰外形似冰,其成分为天然气的水合物。2.甲烷(1)物理性质颜色气味状态密度溶解性无色无味气体比空气小难溶于水实验室收集甲烷应采用向下排空气法或排水法 (2)组成和结构 (3)化学性质CH4性质稳定,不与强酸、强碱、KMnO4等物质反应。氧化反应:甲烷可在空气中燃烧,发出淡蓝色火焰。化学方程式为CH4+2O2 CO2+2H2O。取代反应: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
3、。【微思考1】二氯甲烷的结构式可写为 或 ,是否说明二氯甲烷有两种结构? 提示 二氯甲烷只有一种结构。因为甲烷为正四面体形结构,当分子中的两个氢原子被氯原子取代后,只有一种结构。把空间结构投影到平面时,可出现两种不同形式。二、烷烃1.烃:由碳、氢两种元素组成的有机化合物,称为碳氢化合物,又叫烃。2.烷烃(1)定义:烃分子中的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”,这一系列化合物称为烷烃。(2)通式:CnH2n+2(n代表分子中碳原子个数)。 符合该通式的有机物一定是烷烃 (3)命名分子中含110个碳原子的烷烃,按分子中碳原子的数目依次称为甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷
4、、己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷。分子中碳原子数超过10个,直接根据碳原子数称为某烷,如C16H34称为十六烷。(4)烷烃的结构写出甲烷、乙烷、丙烷的结构式、结构简式和分子式。名称甲烷乙烷丙烷结构式结构简式 CH4CH3CH3CH3CH2CH3分子式CH4C2H6C3H83.同系物:结构相似、分子组成上相差1个或若干个“CH2”原子团的有机化合物互称同系物。【微思考2】在一定条件下,烷烃均可燃烧,试利用烷烃的通式书写烷烃完全燃烧的化学方程式。 【自我检测】1.判断正误(正确的打“”,错误的打“”)。(1)含碳元素的化合物都是有机化合物()(2)天然气的主要成分是甲烷,其属于可再生能源()(3)甲
5、烷与Cl2反应的条件是点燃或加热()(4)甲烷能使酸性KMnO4溶液褪色()(5)分子组成相差1个或若干个“CH2”原子团的有机化合物一定互为同系物() 2.下列物质在一定条件下,可与甲烷发生化学反应的是()A.浓硫酸B.NaOH溶液C.氯气D.酸性KMnO4溶液C3.某气态烃在标准状况下密度为0.717 gL-1,分子中碳元素的质量分数为75%。(1)试确定该烃的分子式、电子式和结构式。(2)该烃在光照条件下可与Cl2发生取代反应,可生成几种氯取代物?试写出反应生成一氯取代物时的化学方程式。答案 (1)烃的摩尔质量为0.717 gL-122.4 Lmol-1=16 gmol-1,因此该烃的相
6、对分子质量为16。新知一新知一 甲甲烷的取代反应烷的取代反应【问题探究】1.将盛有甲烷与氯气混合气体的试管倒立于水槽中,如图所示。可观察到哪些现象?提示 试管内气体颜色逐渐变浅,试管内壁有无色油状液滴出现,试管中有少量白雾,试管内液面上升,水槽中有固体析出。素养提升2.甲烷与氯气在光照条件下可发生反应,针对该反应回答下列问题。(1)甲烷与氯气的反应是否是置换反应?请阐述理由。提示 不是。反应生成的是两种化合物,该反应是取代反应。(2)甲烷和氯气发生取代反应的产物有几种?物质的量最多的是哪种物质?提示 产物有5种:CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4四种有机化合物和HCl。其中物质的量
7、最多的是HCl。(3)甲烷和氯气的取代反应中,被取代的氢原子、消耗的氯气和生成的HCl在量上有什么关系?提示 由于取代一个氢原子需要一个氯原子,同时取代下来的氢原子要与另一氯原子结合生成HCl,因此要取代一个氢原子,需消耗一分子氯气。即CH4分子中有几个氢原子被取代,就需要消耗几分子氯气,同时生成几个HCl分子,所以被取代的H数=消耗的Cl2分子数=生成的HCl分子数。【深化拓展】1.甲烷与氯气的取代反应 反应条件光照时,甲烷与氯气发生取代反应;若在强光直射下,两者则可能发生爆炸反应物甲烷能与氯气、溴蒸气、碘蒸气等纯净的卤素单质反应,但不能与氯水、溴水、碘水等反应反应特点“一上一下,取而代之”
8、,用一个卤素原子代替一个氢原子,取代下来的氢原子与卤素原子形成卤化氢反应产物该反应为连锁反应,即不论如何控制反应物的用量,反应产物都是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4四种有机化合物与HCl形成的混合物物质的量的关系参加反应的Cl2的物质的量=生成的HCl的物质的量=有机产物中Cl的物质的量2.取代反应与置换反应、复分解反应的区别 分类定义反应特点取代反应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)所取代的反应反应物中至少有一种是有机化合物。一般生成两种化合物置换反应一种单质与一种化合物反应,生成另一种单质和另一种化合物的反应有单质参加,同时一定有单质生成复分解反
9、应两种化合物相互交换离子生成另外两种新的化合物的反应离子间的反应,一般会生成沉淀、气体等难电离的物质【微点拨】有些取代反应也可以为两种化合物反应生成两种新的化合物,与复分解反应形式上看起来相似,都可用AB+CDAD+CB表示,其差别在于断键类型不同,取代反应中必定有共价键的断裂,复分解反应为离子间的反应,两反应物电离生成离子,离子结合生成新的化合物。【素能应用】例1 若要使2 mol CH4完全与氯气发生取代反应,并生成相同物质的量的四种氯取代物,则反应生成的HCl的物质的量为()A.2.5 molB.2 molC.4 mol D.5 molD【变式设问】(1)反应中消耗氯气的物质的量是多少?
10、提示 5 mol。(2)写出四种氯取代物中结构为正四面体形的分子的结构式和电子式。变式训练1如图所示,U形管的左端被水和胶塞封闭,充有甲烷和氯气(体积比为1 4)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,且只产生一种有机化合物,请写出化学方程式:。 (2)若题目中甲烷与氯气的体积比为1 1,则得到的产物为(填字母,下同)。 A.CH3Cl、HClB.CCl4、HClC.CH3Cl、CH2Cl2D.CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl(3)经过几个小时的反应后,U形
11、管右端水柱的变化是。 A.升高 B.降低C.不变 D.无法确定(4)若水中含有Na2SiO3,则在U形管左侧会观察到。 (5)右端玻璃管的作用是。 答案 (1)CH4+4Cl2 CCl4+4HCl(2)D(3)B(4)有白色胶状沉淀生成(5)平衡气压新知二新知二 烃烃的燃烧反应的燃烧反应【问题探究】1.烃分子中只含有碳、氢两种元素,完全燃烧可生成CO2和水。(1)设烃的分子式为CxHy,写出烃(CxHy)完全燃烧的化学方程式。(2)等物质的量的C2H6和C3H4完全燃烧消耗O2的物质的量之比是多少? 2.烃完全燃烧可生成CO2和水,完全燃烧只生成CO2和水的有机化合物是否一定是烃?提示 不一定
12、。只含碳、氢、氧三种元素的有机化合物完全燃烧也只生成CO2和H2O。3.某有机化合物完全燃烧只生成CO2和H2O,如何确定该有机化合物中是否含有氧元素?提示 测定一定质量的有机化合物完全燃烧生成CO2和水的质量,根据CO2和水的质量计算碳元素和氢元素的质量,若碳元素和氢元素的质量和等于原有机化合物的质量,则说明该有机化合物不含氧元素;若碳元素和氢元素的质量和小于原有机化合物的质量,则说明该有机化合物中含有氧元素。【素能应用】例2 燃烧法是测定有机化合物分子式的一种重要方法。完全燃烧0.1 mol某烃,燃烧产物依次通过如图所示的装置,实验结束后,称得甲装置增重3.6 g,乙装置增重4.4 g。(
13、1)甲瓶盛浓硫酸的作用是。 (2)乙瓶增重4.4 g为的质量。 (3)该烃的分子式为。 CH4 CO2吸收水蒸气变式训练2室温下,某气态烃与过量氧气混合完全燃烧,恢复到室温,使燃烧产物通过浓硫酸,体积比反应前减少50 mL,再通过NaOH溶液,体积又减少了40 mL,原烃的分子式是()A.CH4B.C2H4C.C2H6D.C3H8C易错提醒有机化合物的燃烧计算题中经常用到气体体积的关系,计算时一定注意气体体积测定的温度,若为室温,则水为液态;若测定温度高于100 ,则水为气态。新知三新知三 同同系物系物【问题探究】1.CH3CH2CH2CH3和 互为同系物吗? 提示 不是。二者互为同分异构体。
14、2.互为同系物的两种物质是否一定是有机化合物?提示 同系物是结构相似、分子组成相差1个或若干个“CH2”原子团的有机化合物,说明同系物一定是有机化合物。【深化拓展】1.同系物的判断标准“同类不同碳” 2.同系物的组成特点(1)同系物必须结构相似,即组成元素相同,官能团种类、个数与连接方式相同。(2)分子组成通式相同。(3)同系物的相对分子质量相差14或14的整数倍。3.同系物的判断规律 4.同位素、同素异形体、同分异构体、同种物质“四同”概念比较 概念 同位素同素异形体 同分异构体同种物质适应对象原子单质多为有机化合物,均为化合物有机化合物、无机化合物判断依据(1)质子数相同,中子数不同;(2
15、)原子之间(1)属同种元素;(2)单质之间(1)分子式相同;(2)结构不同;(3)不一定是同一类物质(1)分子式相同;(2)结构相同;(3)注意一些同种物质的不同写法概念 同位素同素异形体同分异构体同种物质性质化学性质相同,物理性质有差异化学性质相似,物理性质差异较大化学性质不同,可能相似;物理性质不同物理性质和化学性质均相同实例H、D、T;O白磷和红磷;金刚石、石墨和C60;O2和O3正丁烷和异丁烷 和 ;HClO和HOCl;H4SiO4和Si(OH)4例3 下列叙述正确的是()A.通式相同,分子组成相差n个“CH2”(n大于等于1)的物质互为同系物B.同系物可以是不同类别的物质C.同系物最
16、简式相同,分子式不同D.同系物的化学性质相似【素能应用】D变式训练3下列各组物质中一定互为同系物的是()A.金刚石石墨B.C3H8C5H12C.CH3CH2CH2CH3 D.C2H5ClC3H6Cl2 B方法规律同系物判断的分析思路(1)分析组成:是否符合同一通式。(2)分析结构:是否属于同一类物质。(3)分析分子式:是否相差n个“CH2”原子团(n1)。素养脉络1.下列物质属于有机化合物的是()A.石墨 B.CaCO3C.CO2D.CH3COOH素养巩固D2.下列各图均能表示甲烷的分子结构,哪一种更能反映其真实存在的状况() D3.下列气体在空气中充分燃烧后,其生成物既可使无水硫酸铜变蓝,又可使澄清石灰水变浑浊的是()A.COB.CH4C.CS2D.H2B4.下列关于甲烷与Cl2的取代反应所得产物的说法正确的是()A.都是有机化合物B.都不溶于水C.有一种气态物质,其余均是液体D.只有一种是正四面体结构D5.写出下列物质的分子式:(1)分子中含有14个氢原子的烷烃:。 (2)相对分子质量为44的烷烃:。 (3)碳、氢原子个数比为2 5的烷烃:。 (4)含碳元素质量分数约为83.7%的烷烃:。 C6H14 C4H10C3H8C6H14
