1、第一节最简单的有机化合物第一节最简单的有机化合物甲烷甲烷第第1课甲烷的性质课甲烷的性质目标定位目标定位1.了解有机化合物的概念，会判断给定物质了解有机化合物的概念，会判断给定物质是否是有机物。是否是有机物。2.掌握甲烷的分子结构，能迁移应用判断甲掌握甲烷的分子结构，能迁移应用判断甲烷衍生物的空间构型。烷衍生物的空间构型。3.掌握甲烷的化学性质及取代反应的掌握甲烷的化学性质及取代反应的条件和特点，能运用其物质的量关系进行取代反应的简单计条件和特点，能运用其物质的量关系进行取代反应的简单计算。算。1有机物主要是指含有机物主要是指含铁铁的化合物。二氧化碳、碳酸钙、的化合物。二氧化碳、碳酸钙、甲烷、乙
2、醇、蔗糖五种物质中属于有机物的是甲烷、乙醇、蔗糖五种物质中属于有机物的是 。2在元素周期表中，碳元素位于在元素周期表中，碳元素位于 ，原，原子的最外层有子的最外层有 个电子，其与氢原子形成个电子，其与氢原子形成 (填填“离子离子键键”或或“共价键共价键”)。甲烷、乙醇、甲烷、乙醇、蔗糖蔗糖第二周期第第二周期第A族族4共价键共价键(2)CO、CO2、H2CO3及碳酸盐中都含碳元素，它们属于及碳酸盐中都含碳元素，它们属于有机物吗？有机物吗？【答案】【答案】不是，含有碳元素的化合物是有机物，但不是，含有碳元素的化合物是有机物，但CO、CO2、H2CO3及碳酸盐等，其结构、性质与无机物相似，因及碳酸盐
3、等，其结构、性质与无机物相似，因此属于无机物。此属于无机物。知识点一知识点一 甲烷的分子结构甲烷的分子结构1烃烃(1)定义：由定义：由 两种元素形成的化合物两种元素形成的化合物(2)典型代表：最简单的烃是甲烷典型代表：最简单的烃是甲烷碳和氢碳和氢2甲烷的存在和用途甲烷的存在和用途3甲烷的分子结构甲烷的分子结构(1)组成和结构组成和结构(2)空间结构空间结构对应练习对应练习1判断正误：判断正误：(1)有机物都含有碳元素，所以含有碳元素的化合物都是有机物都含有碳元素，所以含有碳元素的化合物都是有机物。有机物。()(2)有机物仅含有有机物仅含有C、H两种元素。两种元素。()(3)有机物是烃类化合物中
4、的一类重要物质。有机物是烃类化合物中的一类重要物质。()(4)烃是含有烃是含有C、H、O三种元素的有机物。三种元素的有机物。()(5)甲烷分子甲烷分子4个个H原子在同一平面上。原子在同一平面上。()【答案】【答案】(1)(2)(3)(4)(5)2以下关于甲烷的说法中错误的是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甲烷分子具有正四面体结构C甲烷分子中四个甲烷分子中四个CH键是完全等价的键键是完全等价的键D甲烷分子中具有非极性键甲烷分子中具有非极性键【解析】【解析】CH4分子中的化学键只有分子中的化学键只有CH键，因此是完
5、全键，因此是完全相同的极性键，且不存在非极性键。相同的极性键，且不存在非极性键。【答案】【答案】D取代反应取代反应有机物分子里的某些有机物分子里的某些 被其被其他他 所替代的反应。所替代的反应。对应练习对应练习1下列叙述中错误的是下列叙述中错误的是()A点燃甲烷不必事先进行验纯点燃甲烷不必事先进行验纯B甲烷燃烧放出大量的热，所以是一种很好的气体燃料甲烷燃烧放出大量的热，所以是一种很好的气体燃料原子或原子团原子或原子团原子或原子团原子或原子团C煤矿的矿井要注意通风和严禁烟火，以防爆炸事故的煤矿的矿井要注意通风和严禁烟火，以防爆炸事故的发生发生D点燃甲烷不一定会爆炸点燃甲烷不一定会爆炸【解析】【解
6、析】甲烷中如果混有氧气点燃可能会发生爆炸，因甲烷中如果混有氧气点燃可能会发生爆炸，因此点燃之前必须验纯。此点燃之前必须验纯。【答案】【答案】A2在一定条件下，下列物质可与甲烷发生化学反应的在一定条件下，下列物质可与甲烷发生化学反应的是是()A溴水溴水 B氯水氯水C氧气氧气 D高锰酸钾溶液高锰酸钾溶液【解析】【解析】甲烷化学性质比较稳定，在常温常压下不易甲烷化学性质比较稳定，在常温常压下不易被氧气、高锰酸钾溶液氧化，但在点燃条件下与氧气发生被氧气、高锰酸钾溶液氧化，但在点燃条件下与氧气发生反应；甲烷与反应；甲烷与Cl2在光照条件下发生取代反应，但与溴水在光照条件下发生取代反应，但与溴水、氯水不反
7、应。、氯水不反应。【答案】【答案】C答：答：CH4是正四面体结构，碳原子处于正四面体的中心，是正四面体结构，碳原子处于正四面体的中心，四个氢原子处于正四面体的四个顶点上。根据甲烷是正四面四个氢原子处于正四面体的四个顶点上。根据甲烷是正四面体结构推理，有机物分子中碳原子以体结构推理，有机物分子中碳原子以4个单键与其他原子或个单键与其他原子或原子团相结合，如原子团相结合，如 ，若，若a、b、c、d相同，则构相同，则构成正四面体结构，如成正四面体结构，如CCl4；若；若a、b、c、d不相同，则构不相同，则构成四面体，但不是正四面体，如成四面体，但不是正四面体，如CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3。
8、(2)根据甲烷根据甲烷4个碳氢键的长度、强度及夹角相等，可以证个碳氢键的长度、强度及夹角相等，可以证明甲烷是正四面体吗？明甲烷是正四面体吗？答：答：假设甲烷是平面结构，则假设甲烷是平面结构，则4个碳氢键的长度、强度及个碳氢键的长度、强度及夹角也相等，所以上述条件不能证明甲烷是正四面体。夹角也相等，所以上述条件不能证明甲烷是正四面体。1下列各图均能表示甲烷的分子结构，按要求回答下列下列各图均能表示甲烷的分子结构，按要求回答下列各问题。各问题。(1)对号入座对号入座(填序号填序号)：甲烷的球棍模型是甲烷的球棍模型是_，甲烷的电子式是，甲烷的电子式是_。(2)如果甲烷是平面型，则如果甲烷是平面型，则
9、CH2Cl2应该有应该有_种结构种结构，实际，实际CH2Cl2有有_种结构，证明甲烷不是平面形，而种结构，证明甲烷不是平面形，而是是_结构，上面结构，上面_更能反映其真实存在状况。更能反映其真实存在状况。【解析】【解析】(1)这几种形式都可表示甲烷这种物质，其中分这几种形式都可表示甲烷这种物质，其中分子结构示意图子结构示意图(A)、球棍模型、球棍模型(C)及比例模型及比例模型(D)均能反映甲烷均能反映甲烷分子的空间构型，但其中比例模型更能形象地表达出分子的空间构型，但其中比例模型更能形象地表达出H、C的相对位置及所占比例；电子式的相对位置及所占比例；电子式(B)只反映原子最外层电子只反映原子最
10、外层电子的成键情况。的成键情况。【答案】【答案】(1)CB(2)21正四面体正四面体D探究点二甲烷与氯气的取代反应探究点二甲烷与氯气的取代反应1反应物：反应物：甲烷与氯气反应，与氯水不发生反应。甲烷与氯气反应，与氯水不发生反应。2反应条件：反应条件：光照，黑暗处不发生反应。光照，黑暗处不发生反应。3生成物：生成物：甲烷与氯气生成四种有机产物：甲烷与氯气生成四种有机产物：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和无机物和无机物HCl，其中，其中HCl的产量最的产量最多。多。4反应特点：反应特点：(1)连锁反应：甲烷中的氢原子被氯原子逐步取代，各步连锁反应：甲烷中的氢原子被氯原子逐步取代，各
11、步反应同时进行，即第一步反应一旦开始，后续反应立即进反应同时进行，即第一步反应一旦开始，后续反应立即进行；行；(2)数量关系：每取代数量关系：每取代1 mol氢原子，消耗氢原子，消耗1 mol Cl2，生，生成成1 mol HCl。(1)根据取代反应的原理，能否用根据取代反应的原理，能否用CH4和和Cl2按按11的体的体积比混合来制得纯净的积比混合来制得纯净的CH3Cl?答：答：不能，因不能，因CH4和和Cl2在光照下发生取代反应生成在光照下发生取代反应生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl44种有机物和种有机物和HCl形成的混合物，能形成的混合物，能否生成纯净的否生成纯净的CH3C
12、l与与CH4和和Cl2的体积关系是否是的体积关系是否是11没有没有绝对关系。绝对关系。(2)CH4与与Cl2发生取代反应时，有机取代产物的总物质的发生取代反应时，有机取代产物的总物质的量与量与CH4的物质的量有何关系？的物质的量有何关系？答：根据碳元素守恒，四种有机取代产物的总物质的量等答：根据碳元素守恒，四种有机取代产物的总物质的量等于反应物于反应物CH4的物质的量。的物质的量。(3)假设假设1 mol甲烷中的氢原子完全被取代，最多能与多少甲烷中的氢原子完全被取代，最多能与多少氯气反应？氯气反应？答：发生取代反应时答：发生取代反应时1 mol氯气只能取代氯气只能取代1 mol氢原子，氢原子，
13、1 mol甲烷中的氢原子完全被取代，最多能与甲烷中的氢原子完全被取代，最多能与4 mol氯气反应。氯气反应。(4)甲烷与溴水能发生反应吗？与溴蒸气呢？甲烷与溴水能发生反应吗？与溴蒸气呢？答：答：甲烷除了能与氯气在光照时反应外，与其他的卤素单甲烷除了能与氯气在光照时反应外，与其他的卤素单质的气体也能发生反应，但必须是纯卤素如溴蒸气，与溴水质的气体也能发生反应，但必须是纯卤素如溴蒸气，与溴水不反应。不反应。(5)若将氯气换为溴蒸气，若将氯气换为溴蒸气，中又会观察到怎样的现象？中又会观察到怎样的现象？答：答：甲烷和溴蒸气在光照时也会发生取代反应，故瓶中红甲烷和溴蒸气在光照时也会发生取代反应，故瓶中红
14、棕色逐渐变浅，同时瓶壁上有油状液体出现。棕色逐渐变浅，同时瓶壁上有油状液体出现。2如图所示，如图所示，U形管的左端被水和胶塞封闭有甲烷和氯形管的左端被水和胶塞封闭有甲烷和氯气气(体积比为体积比为14)的混合气体，假定氯气在水中的溶解度可的混合气体，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。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：写出化学方程式：_。(2)经过几个
15、小时的反应后，经过几个小时的反应后，U形管右端的水柱变化是形管右端的水柱变化是_。A升高升高B降低降低C不变不变D无法确定无法确定(3)若水中含有若水中含有Na2SiO3，则在，则在U形管左端会观察到形管左端会观察到_。(4)右端玻璃管的作用是右端玻璃管的作用是_。(5)如果使如果使0.5 mol甲烷完全跟甲烷完全跟Cl2发生取代反应并生成等物发生取代反应并生成等物质的量的四种氯代物，则需要消耗氯气质的量的四种氯代物，则需要消耗氯气_mol，生成，生成HCl_mol。【解析解析】(1)因因Cl2足量，若充分反应，则足量，若充分反应，则CH4中的四个中的四个H原子原子可完全被取代，生成可完全被取
16、代，生成CCl4和和HCl，CH44Cl2 CCl44HCl。(2)甲烷和氯气在光照的条件下发生取代反应，甲烷和氯气在光照的条件下发生取代反应，U形管左侧生形管左侧生成的氯化氢气体易溶于水，压强减小，成的氯化氢气体易溶于水，压强减小，U形管右侧液面下降，左形管右侧液面下降，左侧液面上升。侧液面上升。(3)因左侧生成因左侧生成HCl溶于水后发生反应溶于水后发生反应2HClNa2SiO3 H2SiO3 2NaCl，所以观察到有白色胶状沉淀生成。，所以观察到有白色胶状沉淀生成。(4)为了平衡气压，在为了平衡气压，在U形管右侧插有一个玻璃管。形管右侧插有一个玻璃管。(5)利用原子守恒法：利用原子守恒法
17、：CH3Cl，CH2Cl2，CHCl3，CCl4中的中的碳原子都是从碳原子都是从CH4中来的，故这四种氯代物共中来的，故这四种氯代物共0.5 mol，每种，每种氯代物均为氯代物均为0.125 mol，含，含Cl原子的物质的量为原子的物质的量为0.125 mol10.125 mol20.125 mol30.125 mol41.25 mol。而一个而一个Cl2分子中只有一个分子中只有一个Cl原子参加反应，因此消耗的原子参加反应，因此消耗的Cl2的物质的量也为的物质的量也为1.25 mol，每消耗一个，每消耗一个Cl2分子就会生成一分子就会生成一个个HCl分子，所以生成分子，所以生成HCl的物质的量
18、与消耗的物质的量与消耗Cl2的物质的量的物质的量相等，也为相等，也为1.25 mol。【答案】【答案】(1)CH44Cl2 CCl44HCl(2)B(3)有白色胶状沉淀生成有白色胶状沉淀生成(4)平衡气压平衡气压(5)1.251.25【例【例1】(2016信阳高一检测信阳高一检测)下列关于甲烷的说法不正确下列关于甲烷的说法不正确的是的是()A甲烷分子的结构简式为甲烷分子的结构简式为CH4B甲烷分子中的四个甲烷分子中的四个CH键是完全相同的键是完全相同的C甲烷分子是平面正方形结构甲烷分子是平面正方形结构【解析】【解析】甲烷分子具有空间正四面体结构而非平面正方甲烷分子具有空间正四面体结构而非平面正
19、方形结构。形结构。【答案】【答案】C【知能知能提升】提升】有机物结构简式的写法有机物结构简式的写法【变式训练变式训练】1写出下列有机物的分子式和结构简式：写出下列有机物的分子式和结构简式：【答案】【答案】CH2Cl2CH2Cl2CH4CH4同同C3H8CH3CH2CH3C4H10CH3CH2CH2CH3【例【例2】下列有关甲烷的取代反应的叙述正确的是下列有关甲烷的取代反应的叙述正确的是()A甲烷与氯气的物质的量之比为甲烷与氯气的物质的量之比为11，混合发生取代反，混合发生取代反应只生成应只生成CH3ClB甲烷与氯气的取代反应，生成的产物中甲烷与氯气的取代反应，生成的产物中CH3Cl最多最多 C
20、甲烷与氯气的取代反应生成的产物为混合物甲烷与氯气的取代反应生成的产物为混合物D1 mol甲烷生成甲烷生成CCl4最多消耗最多消耗2 mol氯气氯气【解析】【解析】甲烷与氯气一旦发生取代反应就不会停止在某甲烷与氯气一旦发生取代反应就不会停止在某一步，四种有机物都会产生，故得不到纯净的一步，四种有机物都会产生，故得不到纯净的CH3Cl，A错错误，误，C正确；甲烷与氯气的反应中每取代正确；甲烷与氯气的反应中每取代1 mol氢原子，消耗氢原子，消耗1 mol氯气，生成氯气，生成1 mol HCl，故产物中，故产物中HCl最多，最多，B错误；错误；1 mol甲烷生成甲烷生成CCl4最多消耗最多消耗4 m
21、ol氯气，氯气，D错误。错误。【答案】【答案】C【知能知能提升】提升】(1)甲烷的卤代反应的产物是混合物。甲烷的卤代反应的产物是混合物。(2)甲烷等有机物与氯气发生取代反应时，取代的位置和甲烷等有机物与氯气发生取代反应时，取代的位置和个数是难以控制的，因此制备卤代烃一般不采用取代反应。个数是难以控制的，因此制备卤代烃一般不采用取代反应。(3)取代反应与置换反应的比较取代反应与置换反应的比较【特别提醒】【特别提醒】(1)有机反应比较复杂，常伴随很多副反应发生有机反应比较复杂，常伴随很多副反应发生，因此有机反应方程式中常用，因此有机反应方程式中常用“”而不用而不用“”“”。(2)CH4与与Cl2的
22、取代反应分步进行，相关化学方程式应分步书的取代反应分步进行，相关化学方程式应分步书写。写。【变式训练变式训练】2下列反应属于取代反应的是下列反应属于取代反应的是()AC2H43O2 2CO22H2OBZnCuSO4 ZnSO4CuCNaClAgNO3 AgClNaNO3DCH2Cl2Cl2 CHCl3HCl【解析】【解析】取代反应是有机物分子中的原子或原子团被取代反应是有机物分子中的原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反应。其他原子或原子团所替代的反应。A项为项为C2H4的燃烧，不的燃烧，不是取代反应；是取代反应；B项为置换反应；项为置换反应；C项为复分解反应；项为复分解反应；D项中项中Cl
23、原子取代了原子取代了CH2Cl2中的一个中的一个H原子，属于取代反应。原子，属于取代反应。【答案】【答案】D1下列叙述中属于烃的是下列叙述中属于烃的是()A只含有碳元素的物质只含有碳元素的物质B含有碳元素和氢元素的物质含有碳元素和氢元素的物质C仅含有碳元素和氢元素的化合物仅含有碳元素和氢元素的化合物D燃烧后生成二氧化碳和水的物质燃烧后生成二氧化碳和水的物质【解析】【解析】仅含有碳元素和氢元素的有机物叫烃，烃燃烧仅含有碳元素和氢元素的有机物叫烃，烃燃烧后生成后生成CO2和和H2O，但烃的含氧衍生物燃烧也生成，但烃的含氧衍生物燃烧也生成CO2和和H2O，故只有，故只有C正确。正确。【答案】【答案】
24、C2下图是下图是CH4、CCl4、CH3Cl的分子球棍模型图，下列的分子球棍模型图，下列说法正确的是说法正确的是()ACH4、CCl4和和CH3Cl都是正四面体结构都是正四面体结构BCH4、CCl4都是正四面体结构都是正四面体结构CCH4和和CCl4中的化学键均为非极性键中的化学键均为非极性键DCH4、CCl4的结构相同，性质也相同的结构相同，性质也相同【解析解析】CCl4的分子结构同的分子结构同CH4相似为正四面体结构，相似为正四面体结构，CH3Cl中的中的CH和和CCl键不同，不是正四面体结构，而是键不同，不是正四面体结构，而是四面体结构。四面体结构。【答案答案】B3在光照条件下，将在光照
25、条件下，将1 mol CH4与与Cl2反应，得到等物质反应，得到等物质的量的的量的4种取代物，则消耗种取代物，则消耗Cl2物质的量为物质的量为()A1 mol B2 molC2.5 mol D10 mol【解析解析】由于由于CH4Cl2 CH3ClHCl，CH42Cl2CH2Cl22HCl，CH43Cl2CHCl33HCl，CH44Cl2CCl44HCl。1 mol CH4生成生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各为各为0.25 mol，则消耗，则消耗Cl2为为0.250.2520.2530.2542.5(mol)。【答案答案】C4(2016青岛高一检测青岛高一检测)将一定量的甲
26、烷完全燃烧，使所将一定量的甲烷完全燃烧，使所生成的气体依次通过装有足量无水氯化钙和氢氧化钠的玻璃生成的气体依次通过装有足量无水氯化钙和氢氧化钠的玻璃管，盛有氢氧化钠的玻璃管质量增加了管，盛有氢氧化钠的玻璃管质量增加了1.1 g，则甲烷在标准，则甲烷在标准状况状况下的体积为下的体积为()A2.24 LB1.12 LC0.56 L D0.28 L【答案】【答案】C5如图，某气体如图，某气体X可能由可能由H2、CO、CH4中的一种或几种中的一种或几种组成。将组成。将X气体燃烧，把燃烧后生成的气体通过气体燃烧，把燃烧后生成的气体通过A、B两个洗两个洗气瓶。试回答下列问题：气瓶。试回答下列问题：(1)若
27、若A洗气瓶的质量增加，洗气瓶的质量增加，B洗气瓶的质量不变，则气体洗气瓶的质量不变，则气体X是是_。(2)若若A洗气瓶的质量不变，洗气瓶的质量不变，B洗气瓶的质量增加，则气体洗气瓶的质量增加，则气体X是是_。(3)若若A、B两个洗气瓶的质量都增加，试推测两个洗气瓶的质量都增加，试推测X可能有几可能有几种组合，填写下表。种组合，填写下表。(有多少种写多少种，不必填满有多少种写多少种，不必填满)【解析】【解析】H2、CO、CH4燃烧的产物分别是燃烧的产物分别是H2O(g)、CO2(g)、CO2(g)和和H2O(g)。H2O(g)可被浓可被浓H2SO4吸收，吸收，CO2可被澄清石灰水吸收。根据洗气瓶质量的变化，可判定生成可被澄清石灰水吸收。根据洗气瓶质量的变化，可判定生成的产物。的产物。【答案】【答案】(1)H2(2)CO(3)CH4CH4与与H2CH4与与COH2与与COCH4、H2和和CO
