1、第三章 有机化合物 第一节 最简单的有机化合物甲烷 第1课时 甲烷的性质 一、有机化合物和烃一、有机化合物和烃 有机化合物有机化合物 烃烃 概念概念 含有含有_的化合的化合 物物 仅含仅含_两种元素两种元素 的有机物的有机物 组成组成 一定含一定含_元素元素, ,常有常有 _、氮、硫、氮、硫、 卤素、磷等元素卤素、磷等元素 仅含仅含_两种元素两种元素 碳元素碳元素 碳和氢碳和氢 碳碳 氢、氧氢、氧 碳和氢碳和氢 有机化合物有机化合物 烃烃 二者二者 关系关系 烃烃 有机化合物有机化合物 二、甲烷的存在与结构二、甲烷的存在与结构 1.1.存在存在: : _、_、油田气和煤矿坑道气的主要成分是、油
2、田气和煤矿坑道气的主要成分是 甲烷。甲烷。 2.2.用途用途: : (1)(1)高效、低耗、污染小的高效、低耗、污染小的_。 (2)(2)重要的重要的_。 天然气天然气 沼气沼气 清洁能源清洁能源 化工原料化工原料 3.3.组成与结构组成与结构: : 分子模型分子模型 分子式分子式 电子式电子式 结构式结构式 球棍模型球棍模型 比例模型比例模型 _ _ _ _ CHCH4 4 三、甲烷的性质三、甲烷的性质 1.1.物理性质物理性质: : 颜色颜色 状态状态 气味气味 密度密度( (与空气与空气 相比相比) ) 水水 溶溶 性性 _ _ _ _ _ 无色无色 气体气体 无味无味 比空气小比空气小
3、 极难溶于水极难溶于水 2.2.化学性质化学性质: : 强酸强酸 强碱强碱 高锰酸钾高锰酸钾 原子或原子团原子或原子团 原子或原子团原子或原子团 (1)(1)甲烷燃烧的现象和化学方程式。甲烷燃烧的现象和化学方程式。 实验操作实验操作 实验实验 现象现象 火焰明亮且呈火焰明亮且呈_,_, 烧杯内壁有烧杯内壁有_ 澄清石灰水澄清石灰水_ 化学化学 方程方程 式式 _ _ _ 淡蓝色淡蓝色 水珠水珠 变浑浊变浑浊 CHCH4 4+2O+2O2 2 COCO2 2+2H+2H2 2O O Ca(OH)Ca(OH)2 2+CO+CO2 2= CaCOCaCO3 3+H+H2 2O O 点燃点燃 (2)C
4、H(2)CH4 4与与ClCl2 2在光照时反应的化学方程式。在光照时反应的化学方程式。 a. _a. _。 b. _b. _。 c. _c. _。 d. _d. _。 CHCH4 4+Cl+Cl2 2 CHCH3 3Cl+HClCl+HCl CHCH3 3Cl+ClCl+Cl2 2 CHCH2 2ClCl2 2+HCl+HCl CHCH2 2ClCl2 2+Cl+Cl2 2 CHClCHCl3 3+HCl+HCl CHClCHCl3 3+Cl+Cl2 2 CClCCl4 4+HCl+HCl 光照光照 光照光照 光照光照 光照光照 (3)(3)甲烷的甲烷的4 4种氯代产物的性质。种氯代产物的性
5、质。 常温下为气体的是常温下为气体的是_,_,常温下为液体的是常温下为液体的是 _。 不溶于水的是不溶于水的是_。 CHCH3 3ClCl CHCH2 2ClCl2 2、CHClCHCl3 3和和CClCCl4 4 CHCH3 3ClCl、CHCH2 2ClCl2 2、CHClCHCl3 3和和CClCCl4 4 探究探究1:1:甲烷的结构甲烷的结构 【问题探究问题探究】 1.1.有机物和烃的概念有机物和烃的概念: : (1)(1)含有碳元素的物质都是有机物吗含有碳元素的物质都是有机物吗? ? 提示提示: :不一定不一定, ,以是否含有碳元素为标准来划分有机物以是否含有碳元素为标准来划分有机物
6、 和无机物和无机物, ,有一定的局限性。如有一定的局限性。如COCO、COCO2 2、碳酸盐、碳酸盐( (如如 NaNa2 2COCO3 3) )、碳酸氢盐、碳酸氢盐( (如如NaHCONaHCO3 3) )等物质虽然含有碳元素等物质虽然含有碳元素, , 但它们的组成和性质具有无机物特点但它们的组成和性质具有无机物特点, ,一般将它们称一般将它们称 作无机物。因此作无机物。因此, ,有机物一定含碳元素有机物一定含碳元素, ,含碳元素的物含碳元素的物 质不一定都是有机物。质不一定都是有机物。 (2)(2)含碳、氢两种元素的物质都是烃吗含碳、氢两种元素的物质都是烃吗? ? 提示提示: :只含碳、氢
7、两种元素的有机物才是烃只含碳、氢两种元素的有机物才是烃, ,如果除这如果除这 两种元素之外还含有其他元素两种元素之外还含有其他元素, ,则一定不是烃。则一定不是烃。 (3)(3)烃一定是有机物吗烃一定是有机物吗? ?有机物一定是烃吗有机物一定是烃吗? ? 提示提示: :烃一定含有碳元素烃一定含有碳元素, ,所以一定是有机物所以一定是有机物; ;但有机但有机 物不一定是烃物不一定是烃, ,因为有机物还可以含有氧、氮、硫、因为有机物还可以含有氧、氮、硫、 磷、卤素等其他元素。磷、卤素等其他元素。 2.2.甲烷的空间构型甲烷的空间构型: : (1)(1)甲烷分子是什么空间结构甲烷分子是什么空间结构?
8、 ?请用空间结构表示甲烷请用空间结构表示甲烷 分子中分子中5 5个原子的分布情况。个原子的分布情况。 提示提示: :甲烷分子是正四面体结构甲烷分子是正四面体结构,4,4个氢原子位于正四个氢原子位于正四 面体的四个顶点面体的四个顶点, ,碳原子在正四面体的中心碳原子在正四面体的中心, ,空间结构空间结构 如图如图: : (2)1(2)1个甲烷分子中存在几个共价键个甲烷分子中存在几个共价键? ?它们是极性键还它们是极性键还 是非极性键是非极性键?H?H和和H H之间存在共价键吗之间存在共价键吗? ? 提示提示: :甲烷分子中只存在甲烷分子中只存在C CH H极性共价键极性共价键, ,不存在不存在H
9、 HH H 键键, ,所以所以1 1个甲烷分子中存在个甲烷分子中存在4 4个共价键。个共价键。 (3)(3)分析甲烷分子中分析甲烷分子中4 4个键角个键角( (即角即角H HC CH)H)均相同吗均相同吗? ? 提示提示: :4 4个个C CH H键完全相同键完全相同,C,CH H键之间的夹角相同键之间的夹角相同, ,均均 为为1091092828。 (4)(4)根据甲烷的分子结构根据甲烷的分子结构, ,推测甲烷的四种氯代产物的推测甲烷的四种氯代产物的 结构并说明原因。结构并说明原因。 提示提示: :因因C CH H键与键与C CClCl键长度不同键长度不同, ,故故CHCH3 3ClCl、C
10、HCH2 2ClCl2 2、 CHClCHCl3 3是四面体结构是四面体结构, ,但不是正四面体结构。但不是正四面体结构。CClCCl4 4中中4 4 个个C CClCl键完全相同键完全相同, ,故故CClCCl4 4是正四面体结构。甲烷分是正四面体结构。甲烷分 子中子中4 4个氢原子完全相同个氢原子完全相同, ,取代任意氢原子都是完全相取代任意氢原子都是完全相 同的同的, ,故四种氯代产物均只有故四种氯代产物均只有1 1种结构。种结构。 【探究总结探究总结】 证明甲烷分子是正四面体结构的方法证明甲烷分子是正四面体结构的方法 甲烷的正四面体结构甲烷的正四面体结构, ,可以通过研究可以通过研究C
11、HCH2 2ClCl2 2存在几种存在几种 结构来确定。结构来确定。CHCH4 4有四个等同的有四个等同的C CH H键键, ,在空间上可能在空间上可能 有两种对称分布有两种对称分布: :正四面体结构和平面正方形结构正四面体结构和平面正方形结构, ,如如 图所示。图所示。 (1)(1)若是正四面体结构若是正四面体结构, ,甲烷分子中任意两个氢原子被甲烷分子中任意两个氢原子被 两个氯原子取代两个氯原子取代,CH,CH2 2ClCl2 2的结构只有一种。的结构只有一种。 (2)(2)若是平面正方形结构若是平面正方形结构, ,则取代的两个氢原子分邻位则取代的两个氢原子分邻位 和对位和对位,CH,CH
12、2 2ClCl2 2的结构有两种。的结构有两种。 科学研究发现科学研究发现,CH,CH2 2ClCl2 2的结构只有一种的结构只有一种, ,说明甲烷是正说明甲烷是正 四面体结构。四面体结构。 【拓展提升拓展提升】根据甲烷的正四面体结构推知根据甲烷的正四面体结构推知, ,有机物有机物 分子中碳原子以分子中碳原子以4 4个键与其他原子相连。个键与其他原子相连。 若若CHCH4 4分子中的分子中的4 4个氢原子全部用其他相同的原子代替个氢原子全部用其他相同的原子代替, , 即即a a、b b、c c、d d相同相同, ,则形成的分子为正四面体结构则形成的分子为正四面体结构, ,如如 CClCCl4
13、4; ;若若CHCH4 4分子中的分子中的4 4个氢原子被其他不同的原子代个氢原子被其他不同的原子代 替替, ,即即a a、b b、c c、d d不完全相同不完全相同, ,则形成的分子为四面体则形成的分子为四面体 结构结构, ,但不属于正四面体结构但不属于正四面体结构, ,如如CHCH3 3ClCl、CHCH2 2ClCl2 2、 CHClCHCl3 3等。等。 【探究训练探究训练】 1.(20181.(2018衡阳高一检测衡阳高一检测) )能够证明甲烷分子的空间结能够证明甲烷分子的空间结 构为正四面体的事实是构为正四面体的事实是 ( ( ) ) A.A.甲烷的甲烷的4 4个碳氢键的键能相等个
14、碳氢键的键能相等 B.B.甲烷的甲烷的4 4个碳氢键的键长相等个碳氢键的键长相等 C.C.甲烷的一氯代物只有甲烷的一氯代物只有1 1种种 D.D.甲烷的二氯代物只有甲烷的二氯代物只有1 1种种 【解题指南解题指南】解答本题需注意以下两点解答本题需注意以下两点: : (1)5(1)5个原子在空间可能有两种排列方式。个原子在空间可能有两种排列方式。 (2)(2)键角影响空间构型。键角影响空间构型。 【解析解析】选选D D。先把。先把CHCH4 4分子空间构型的几种可能性画分子空间构型的几种可能性画 出来出来, ,然后依次思考排列可得到答案。然后依次思考排列可得到答案。 2.(20182.(2018
15、常州高一检测常州高一检测) )下面是下面是CHCH4 4、CClCCl4 4、CHCH3 3ClCl的的 分子球棍模型图。下列说法正确的是分子球棍模型图。下列说法正确的是 ( ( ) ) A.CHA.CH4 4、CClCCl4 4和和CHCH3 3ClCl都是正四面体结构都是正四面体结构 B.CHB.CH4 4是有机物是有机物,CCl,CCl4 4不是有机物不是有机物 C.CHC.CH4 4、CClCCl4 4都是正四面体结构都是正四面体结构 D.CHD.CH4 4、CClCCl4 4的结构相同的结构相同, ,性质也相同性质也相同 【解析解析】选选C C。一氯甲烷的分子含有的化学键是。一氯甲烷
16、的分子含有的化学键是C CH H 键和键和C CClCl键键, ,不是正四面体结构不是正四面体结构,A,A错误错误;CCl;CCl4 4也是有也是有 机物机物,B,B错误错误;CH;CH4 4、CClCCl4 4分子中都只含有一种化学键且分子中都只含有一种化学键且 有有4 4个键个键, ,都是正四面体结构都是正四面体结构,C,C正确正确; ;结构决定性结构决定性 质质,CH,CH4 4、CClCCl4 4分子中含有的化学键不同分子中含有的化学键不同, ,结构不同结构不同, ,即即 性质不同性质不同,D,D错误。错误。 【延伸探究延伸探究】CHCH3 3ClCl中有中有H HClCl键或键或H
17、HH H键吗键吗? ? 提示提示: :没有。只有没有。只有C CH H键和键和C CClCl键。键。 3.(20183.(2018德州高一检测德州高一检测) )下列各图均能表示甲烷的分下列各图均能表示甲烷的分 子结构子结构, ,哪一种更能反映其真实存在的状况哪一种更能反映其真实存在的状况( ( ) ) 【解析解析】选选D D。这几种形式中。这几种形式中, ,分子结构示意图、球棍分子结构示意图、球棍 模型及比例模型均能反映甲烷分子的空间结构模型及比例模型均能反映甲烷分子的空间结构, ,但其但其 中比例模型更能形象地表达出中比例模型更能形象地表达出H H、C C的位置及所占比例的位置及所占比例,
18、, 电子式只反映原子的最外层电子的成键情况。电子式只反映原子的最外层电子的成键情况。 【补偿训练补偿训练】 下列关于甲烷分子结构的叙述中下列关于甲烷分子结构的叙述中, ,正确的是正确的是( ( ) ) A.A.甲烷分子中碳、氢原子间是离子键甲烷分子中碳、氢原子间是离子键 B.B.甲烷分子的空间结构是正方体甲烷分子的空间结构是正方体 C.C.甲烷的结构式为甲烷的结构式为CHCH4 4 D.D.甲烷分子中甲烷分子中4 4个碳氢键完全相同个碳氢键完全相同 【解析解析】选选D D。A A项项, ,甲烷分子中碳、氢原子间是共价甲烷分子中碳、氢原子间是共价 键键, ,错误错误;B;B项项, ,甲烷分子的空
19、间结构是正四面体结构甲烷分子的空间结构是正四面体结构, , 错误错误;C;C项项,CH,CH4 4是甲烷的分子式是甲烷的分子式, ,结构式为结构式为 , ,错错 误误;D;D项项, ,甲烷分子中甲烷分子中4 4个碳氢键完全相同个碳氢键完全相同, ,正确。正确。 探究探究2:2:甲烷的性质甲烷的性质 【问题探究问题探究】 1.1.甲烷与氯气反应的实验甲烷与氯气反应的实验: : 实实 验验 操操 作作 实验实验 现象现象 试管内气体颜色逐渐变浅试管内气体颜色逐渐变浅 试管内壁有油状液滴出现试管内壁有油状液滴出现 试管中有少量白雾试管中有少量白雾 试管内液面上升试管内液面上升 无明显变化无明显变化
20、实验实验 结论结论 CHCH4 4与与ClCl2 2在光照时能发生化学反应在光照时能发生化学反应 (1)(1)试管内气体颜色的变化说明什么问题试管内气体颜色的变化说明什么问题? ? 提示提示: :反应物和生成物中只有氯气显浅绿色反应物和生成物中只有氯气显浅绿色, ,随着反应随着反应 的进行的进行, ,氯气越来越少氯气越来越少, ,所以浅绿色越来越淡所以浅绿色越来越淡, ,说明发说明发 生了反应。生了反应。 (2)(2)试管内为什么会出现油状液体试管内为什么会出现油状液体? ? 提示提示: :随着反应的进行随着反应的进行, ,产物越来越多产物越来越多, ,产物中有不易产物中有不易 溶于水的物质生
21、成溶于水的物质生成, ,附着在试管壁上而显油状。附着在试管壁上而显油状。 (3)(3)实验中的白雾是如何形成的实验中的白雾是如何形成的? ? 提示提示: :因为反应中生成了氯化氢气体因为反应中生成了氯化氢气体, ,遇水蒸气形成白遇水蒸气形成白 色酸雾。色酸雾。 (4)(4)试管内液面为什么会上升试管内液面为什么会上升? ? 提示提示: :因为反应过程中气体体积减少因为反应过程中气体体积减少, ,试管内压强减小试管内压强减小, , 外界大气压把液体压入试管。外界大气压把液体压入试管。 (5)(5)在实验过程中还可以看到盛饱和食盐水的水槽中在实验过程中还可以看到盛饱和食盐水的水槽中 会产生什么现象
22、会产生什么现象? ?你知道这是什么原因吗你知道这是什么原因吗? ? 提示提示: :有白色晶体产生。因为反应中产生的氯化氢极有白色晶体产生。因为反应中产生的氯化氢极 易溶于水易溶于水, ,造成溶液中的氯离子浓度过大造成溶液中的氯离子浓度过大, ,致使食盐水致使食盐水 达到过饱和达到过饱和, ,从而析出晶体。从而析出晶体。 2.2.甲烷的取代反应甲烷的取代反应: : CHCH4 4和和ClCl2 2的反应是连锁反应的反应是连锁反应, ,不会停留在某一步。不会停留在某一步。 (1)CH(1)CH4 4和和ClCl2 2取代反应的产物中物质的量最多的是什取代反应的产物中物质的量最多的是什 么么? ?
23、它与它与ClCl2 2在量上有什么关系在量上有什么关系? ? 提示提示: :因为在因为在CHCH4 4和和ClCl2 2的取代反应中的取代反应中, ,每一步都有每一步都有HClHCl 生成生成, ,故产物中物质的量最多的是故产物中物质的量最多的是HClHCl。根据化学方程。根据化学方程 式可知式可知, ,每生成每生成1 mol HCl1 mol HCl则消耗则消耗1 mol Cl1 mol Cl2 2, ,故反应生故反应生 成的成的HClHCl与反应消耗的与反应消耗的ClCl2 2的物质的量相等。的物质的量相等。 (2)CH(2)CH4 4和和ClCl2 2的取代反应中的取代反应中,CH,CH
24、4 4的物质的量和的物质的量和4 4种有机种有机 产物的物质的量之和有什么关系产物的物质的量之和有什么关系? ? 提示提示: :4 4种有机产物分别为种有机产物分别为CHCH3 3ClCl、CHCH2 2ClCl2 2、CHClCHCl3 3、 CClCCl4 4, ,根据碳原子守恒根据碳原子守恒,4,4种有机产物的物质的量之和种有机产物的物质的量之和 与甲烷的物质的量相等。与甲烷的物质的量相等。 (3)(3)甲烷取代物的相关分析甲烷取代物的相关分析: :CHCH4 4和和ClCl2 2发生取代反应发生取代反应 时时, ,每有每有1 mol1 mol氢原子被取代氢原子被取代, ,消耗的消耗的C
25、lCl2 2分子及生成的分子及生成的 HClHCl分子的物质的量分别是多少分子的物质的量分别是多少? ? 提示提示: :每有每有1 mol1 mol氢原子被取代氢原子被取代, ,消耗消耗1 mol Cl1 mol Cl2 2分子分子, , 同时生成同时生成1 mol HCl1 mol HCl分子。分子。 若若0.5 mol0.5 mol甲烷和甲烷和ClCl2 2恰好完全发生反应恰好完全发生反应, ,并生成相并生成相 同物质的量的同物质的量的4 4种有机物种有机物, ,则需则需ClCl2 2的物质的量是多少的物质的量是多少? ? 提示提示: :CHCH4 4与与ClCl2 2发生取代反应生成发生
26、取代反应生成4 4种取代产物种取代产物CHCH3 3ClCl、 CHCH2 2ClCl2 2、CHClCHCl3 3、CClCCl4 4, ,根据碳原子守恒根据碳原子守恒,4,4种取代产物种取代产物 的物质的量分别为的物质的量分别为0.5 mol/4=0.125 mol,0.5 mol/4=0.125 mol,根据取代反根据取代反 应的特点应的特点, ,每个每个CHCH4 4分子中分子中1 1个氢原子被取代时消耗个氢原子被取代时消耗1 1个个 ClCl2 2分子分子, ,则需要则需要ClCl2 2的物质的量等于被取代的氢原子的物质的量等于被取代的氢原子 的物质的量的物质的量, ,即即0.125
27、 mol0.125 mol(1+2+3+4)=1.25 mol(1+2+3+4)=1.25 mol。 (4)CH(4)CH4 4与与ClCl2 2反应共有几种产物反应共有几种产物? ? 根据取代反应的原根据取代反应的原 理理, ,思考能否用思考能否用CHCH4 4和和ClCl2 2按按1111的体积比混合来制取的体积比混合来制取 纯净的纯净的CHCH3 3Cl?Cl? 提示提示: :CHCH4 4和和ClCl2 2的反应是连锁反应的反应是连锁反应, ,不可能只发生第一不可能只发生第一 步取代反应步取代反应, ,生成物为混合物生成物为混合物, ,即即CHCH3 3ClCl、CHCH2 2ClCl
28、2 2、 CHClCHCl3 3和和CClCCl4 4四种有机物与氯化氢形成的混合物四种有机物与氯化氢形成的混合物,CH,CH3 3ClCl 的产率低。因此不能用的产率低。因此不能用CHCH4 4和和ClCl2 2按按1111的体积比混合的体积比混合 来制取纯净的来制取纯净的CHCH3 3ClCl。 (5)(5)在氯气和甲烷的取代反应中在氯气和甲烷的取代反应中, ,有哪些化学键的断裂有哪些化学键的断裂 与形成与形成? ? 提示提示: :反应过程中断裂的是反应过程中断裂的是C CH H键和键和ClClClCl键键, ,形成的形成的 是是C CClCl键和键和ClClH H键。键。 【探究总结探究
29、总结】 取代反应中要注意的取代反应中要注意的5 5个问题个问题 (1)(1)反应物反应物: :卤素单质卤素单质( (纯卤素纯卤素) )和甲烷和甲烷, ,不能是卤素单不能是卤素单 质的水溶液。质的水溶液。 (2)(2)生成物生成物: :卤化氢和卤代甲烷卤化氢和卤代甲烷( (四种四种) )的混合物的混合物, ,其中其中 卤化氢的量最多。卤化氢的量最多。 (3)(3)反应条件反应条件: :光照光照( (室温下在暗处不发生反应室温下在暗处不发生反应) )。 (4)(4)反应特点反应特点: :用“用“”而不用“”而不用“=”,=”,仍遵守质量仍遵守质量 守恒定律守恒定律, ,需要配平。需要配平。 (5)
30、(5)甲烷的取代反应是一种连锁反应甲烷的取代反应是一种连锁反应, ,即第一步反应一即第一步反应一 旦开始旦开始, ,后续反应立即进行。后续反应立即进行。 【拓展提升拓展提升】甲烷与卤素的反应甲烷与卤素的反应 甲烷与其他卤素单质甲烷与其他卤素单质(F(F2 2、BrBr2 2、I I2 2) )反应时反应时, ,可类比甲可类比甲 烷与烷与ClCl2 2的反应的反应, ,生成物均为卤化氢和四种卤代产物的生成物均为卤化氢和四种卤代产物的 混合物。卤化氢均易溶于水混合物。卤化氢均易溶于水, ,四种卤代产物均不溶于四种卤代产物均不溶于 水水, ,但常温下不一定是气体。但常温下不一定是气体。 【探究训练探
31、究训练】 1.(20181.(2018成都高一检测成都高一检测) )下列有关甲烷的取代反应的下列有关甲烷的取代反应的 叙述正确的是叙述正确的是 ( ( ) ) A.A.甲烷与氯气发生取代反应时甲烷与氯气发生取代反应时, ,甲烷完全转化为一氯甲烷完全转化为一氯 甲烷后甲烷后, ,一氯甲烷再与氯气发生取代反应生成二氯甲一氯甲烷再与氯气发生取代反应生成二氯甲 烷烷 B.B.甲烷与氯气的取代反应甲烷与氯气的取代反应, ,生成的产物中生成的产物中CHCH3 3ClCl最多最多 C.1 molC.1 mol甲烷全部生成甲烷全部生成CClCCl4 4最多消耗最多消耗2 mol2 mol氯气氯气 D.D.甲烷
32、与氯气反应时甲烷与氯气反应时, ,每消耗每消耗1 mol1 mol氯气必生成氯气必生成1 mol 1 mol HClHCl 【解题指南解题指南】解答本题需注意以下解答本题需注意以下3 3点点: : (1)(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)(2)甲烷等有机物与氯气发生取代反应时甲烷等有机物与氯气发生取代反应时, ,取代的位置取代的位置 和个数是难以控制的和个数是难以控制的, ,因此制备卤代烃一般不采用取因此制备卤代烃一般不采用取 代反应。代反应。 (3)CH(3)CH4 4与与ClCl2 2发生取代反应时发生取代反应时, ,每每1 mol H1 mol H
33、原子被取代原子被取代, , 消耗消耗1 mol Cl1 mol Cl2 2分子分子, ,同时生成同时生成1 mol 1 mol 的的HClHCl分子。分子。 【解析解析】选选D D。甲烷和氯气发生取代反应的特点是逐。甲烷和氯气发生取代反应的特点是逐 步取代步取代, ,各步反应同时进行各步反应同时进行, ,其中产物最多的是其中产物最多的是HCl,HCl,故故 A A、B B两项均错误两项均错误; ;甲烷与氯气的取代反应中甲烷与氯气的取代反应中, ,每每1 mol1 mol 氯气参加反应时氯气参加反应时, ,其中其中1 mol1 mol氯原子与氢原子发生取代氯原子与氢原子发生取代 反应反应, ,另
34、外另外1 mol1 mol氯原子与氢原子结合成氯化氢氯原子与氢原子结合成氯化氢, ,故故 1 mol CH1 mol CH4 4全部生成全部生成CClCCl4 4时时, ,需要需要4 mol Cl4 mol Cl2 2,C,C项错误项错误; ; 每消耗每消耗1 mol Cl1 mol Cl2 2, ,生成生成1 mol HCl,D1 mol HCl,D项正确。项正确。 【延伸探究延伸探究】(1)(1)甲烷与氯水、溴蒸气能反应吗甲烷与氯水、溴蒸气能反应吗? ? 提示提示: :甲烷与氯水不反应甲烷与氯水不反应; ;与溴蒸气在光照条件下能反与溴蒸气在光照条件下能反 应应, ,原理同与氯气的反应。原理
35、同与氯气的反应。 (2)(2)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1111时时, ,有机产物中有机产物中 只含有只含有CHCH3 3ClCl吗吗? ? 提示提示: :不是。四种有机产物都存在。不是。四种有机产物都存在。 2.2.三个装有三个装有CHCH4 4和和ClCl2 2混合气体的集气瓶混合气体的集气瓶, ,用玻璃片盖用玻璃片盖 好瓶口后好瓶口后, ,分别作如下处理分别作如下处理, ,各有怎样的现象发生各有怎样的现象发生? ? (1)(1)置于黑暗中置于黑暗中:_:_。 将点燃的镁条靠近集气瓶外壁将点燃的镁条靠近集气瓶外壁:_:_ _。 放在有光线的房子里放在有光线的房子里
36、:_:_。 (2)CH(2)CH4 4和和ClCl2 2发生的一系列反应都是发生的一系列反应都是_(_(填反应填反应 类型类型) )反应反应, ,请写出请写出CHCH4 4和和ClCl2 2反应生成一氯甲烷的化学反应生成一氯甲烷的化学 方程式方程式:_:_。 (3)(3)若要使若要使1 mol CH1 mol CH4 4完全和完全和ClCl2 2发生取代反应发生取代反应, ,生成的生成的 CHCH3 3ClCl、CHCH2 2ClCl2 2、CHClCHCl3 3、CClCCl4 4的物质的量之比为的物质的量之比为 1234,1234,则需要则需要ClCl2 2的物质的量为的物质的量为_。 A
37、.2 molA.2 mol B.2.5 molB.2.5 mol C.3 molC.3 mol D.4 molD.4 mol 【解题指南解题指南】解答本题需注意以下两点解答本题需注意以下两点: : (1)(1)甲烷和氯气反应时光线越强反应越剧烈。甲烷和氯气反应时光线越强反应越剧烈。 (2)(2)取代取代1 mol H,1 mol H,就需要就需要1 mol Cl1 mol Cl2 2。 【解析解析】对于有机反应对于有机反应, ,反应条件非常重要反应条件非常重要, ,通过控制通过控制 反应条件反应条件, ,可使可使CHCH4 4和和ClCl2 2的取代反应发生的现象不同。的取代反应发生的现象不同
38、。 1 mol CH1 mol CH4 4生成的生成的CHCH3 3ClCl、CHCH2 2ClCl2 2、CHClCHCl3 3、CClCCl4 4的物质的物质 的量之比为的量之比为1234,1234,即即0.1 mol CH0.1 mol CH3 3ClCl、 0.2 mol CH0.2 mol CH2 2ClCl2 2、0.3 mol CHCl0.3 mol CHCl3 3、0.4 mol CCl0.4 mol CCl4 4, ,则则 所需所需n(Cln(Cl2 2)=0.1 mol)=0.1 mol1 +0.2 mol1 +0.2 mol2+0.3 mol2+0.3 mol 3+0.4
39、 mol3+0.4 mol4=3 mol,4=3 mol,故选故选C C项。项。 答案答案: :(1)(1)无明显现象无明显现象 爆炸爆炸 黄绿色逐渐变浅黄绿色逐渐变浅, , 有油状液滴生成有油状液滴生成 (2)(2)取代取代 CHCH4 4+Cl+Cl2 2 CHCH3 3Cl+HClCl+HCl (3)C(3)C 【延伸探究延伸探究】第第(3)(3)小题中产生的小题中产生的HClHCl的物质的量为多的物质的量为多 少少? ? 提示提示: :因为产生的因为产生的HClHCl与消耗的与消耗的ClCl2 2的物质的量相同的物质的量相同, ,消消 耗的耗的ClCl2 2为为3 mol,3 mol,
40、所以产生的所以产生的HClHCl也为也为3 mol3 mol。 3.(20183.(2018南充高一检测南充高一检测) )利用甲烷与氯气发生取代反利用甲烷与氯气发生取代反 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学兴趣小组在实验室中模拟上述过程, ,其设计的模拟其设计的模拟 装置如图装置如图: :根据要求填空根据要求填空: : (1)B(1)B装置有三种功能装置有三种功能: : 均匀混合气体均匀混合气体; ;_;_;_。 (2)(2)设设 =x,=x,若理论上欲获得最多的氯化氢若理论上欲获得最多的氯化氢, ,
41、则则x x 值应值应_。 (3)D(3)D装置的石棉中均匀混有装置的石棉中均匀混有KIKI粉末粉末, ,其作用是其作用是_ _ _。 2 4 V Cl V CH (4)E(4)E装置的作用是装置的作用是_(_(填字母编号填字母编号) )。 A.A.收集气体收集气体 B.B.吸收氯气吸收氯气 C.C.防止倒吸防止倒吸 D.D.吸收氯化氢吸收氯化氢 (5)E(5)E装置除生成盐酸外装置除生成盐酸外, ,还含有有机物还含有有机物, ,从从E E中分离出中分离出 盐酸的最佳方法为盐酸的最佳方法为_(_(填分离方法名称填分离方法名称) )。该。该 装置还有缺陷装置还有缺陷, ,原因是没有进行尾气处理原因
42、是没有进行尾气处理, ,其尾气主要其尾气主要 成分为成分为_(_(填字母编号填字母编号) )。 A.CHA.CH4 4 B.CHB.CH3 3ClCl C.CHC.CH2 2ClCl2 2 D.CHClD.CHCl3 3 E.CClE.CCl4 4 【解析解析】(1)(1)生成的氯气中含有水生成的氯气中含有水,B,B装置除具有控制装置除具有控制 气流速度、均匀混合气体作用之外气流速度、均匀混合气体作用之外, ,因浓硫酸具有吸因浓硫酸具有吸 水性水性, ,还具有干燥作用。还具有干燥作用。 (2)(2)氯气与甲烷发生取代反应氯气与甲烷发生取代反应, ,反应特点是反应特点是1 mol1 mol氯气氯
43、气 可取代可取代1 mol 1 mol 氢原子生成氢原子生成1 mol HCl,1 mol HCl,设设 =x,=x,若若 理论上欲获得最多的氯化氢理论上欲获得最多的氯化氢, ,则则x x值应保证甲烷被完全值应保证甲烷被完全 取代取代,x,x应大于或等于应大于或等于4 4。 2 4 V Cl V CH (3)(3)氯气具有氧化性氯气具有氧化性,KI,KI中中- -1 1价的碘能被氯气氧化价的碘能被氯气氧化, ,产产 物为氯化钾固体和碘单质物为氯化钾固体和碘单质, ,所以所以D D装置的石棉中均匀混装置的石棉中均匀混 有有KIKI粉末的作用是吸收过量的氯气。粉末的作用是吸收过量的氯气。 (4)(
44、4)装置中最后剩余的氯化氢气体需要吸收装置中最后剩余的氯化氢气体需要吸收, ,不能排放不能排放 到空气中到空气中, ,氯化氢易溶于水氯化氢易溶于水, ,需要防止倒吸。需要防止倒吸。 (5)E(5)E装置中除了有盐酸生成外装置中除了有盐酸生成外, ,还含有二氯甲烷、三还含有二氯甲烷、三 氯甲烷和四氯化碳氯甲烷和四氯化碳, ,二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳 不溶于水不溶于水, ,能分层能分层, ,可用分液的方法分开可用分液的方法分开; ;反应生成的反应生成的 二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳均是油状的液体二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳均是油状的液体, ,只只 有一氯甲烷是气体有一氯甲烷是气体, ,还可能有过量的甲烷还可能有过量的甲烷, ,故可能存在故可能存在 剩余的甲烷和生成的一氯甲烷等气体剩余的甲烷和生成的一氯甲烷等气体, ,应进行尾气处应进行尾气处 理。理。 答案答案: :(1)(1)干燥混合气体干燥混合气体 控制气流速度控制气流速度 (2)(2)大于或等于大于或等于4 4 (3)(3)吸收过量的氯气吸收过量的氯气 (4)C(4)C、D D (5)(5)分液分液 A A、B B 【补偿训练补偿训练】 1.
