高中化学专题3有机化合物的获得与应用第1单元化石燃料与有机化合物第1课时教学案苏教必修2Word文件下载.docx

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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（　　）

答案　D

解析　在这几种形式中，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构型，但比例模型更能形象地表达出H、C的位置及所占比例；

电子式只反映原子的最外层电子的成键情况。

2．以下关于甲烷的说法中错误的是（　　）

A．甲烷分子是由共价键构成的分子

B．甲烷分子具有正四面体结构

C．甲烷分子中四个C—H键是完全等价的键

D．甲烷分子中氢原子之间形成共价键

二、甲烷的性质

1．甲烷的物理性质

甲烷是一种无色、无味、难溶于水、密度比空气小的气体。

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

①甲烷燃烧的化学方程式为CH4＋2O2

CO2＋2H2O。

甲烷是优良的气体燃料，通常状况下，1mol甲烷在空气中完全燃烧，生成二氧化碳和水，放出890kJ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%（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。

②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：

①试管内气体黄绿色逐渐变浅，

②试管内壁有油状液滴出现，

③试管中有少量白雾生成，

④试管内液面上升，

⑤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

①上述实验A中发生反应的化学方程式为

CH4＋Cl2

CH3Cl＋HCl；

CH3Cl＋Cl2

CH2Cl2＋HCl；

CH2Cl2＋Cl2

CHCl3＋HCl；

CHCl3＋Cl2

CCl4＋HCl。

②取代反应是指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。

③CH4和Cl2反应的四种取代产物都不溶于水，除一氯甲烷常温下是气体外，其他三种都是油状液体。

④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？

答案　因C—H键与C—Cl键的长度不同，故CH3Cl是四面体结构，但不是正四面体结构。

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？

答案　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CH4的物质的量。

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？

答案　不能。

因为不论CH4分子是以碳原子为中心的正四面体结构，还是正方形的平面结构，CH3Cl、CCl4均只有一种结构。

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？

答案　能。

因为如果CH4分子是以碳原子为中心的正四面体结构，则CH2Cl2只有一种结构；

若CH4分子是正方形的平面结构，则CH2Cl2有两种结构，即：

。

甲烷的化学性质

（1）CH4的特征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

解析　甲烷与氧气混合达到一定比例范围时，点燃会发生爆炸，因此，甲烷点燃前要进行验纯。

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．CH3ClB．CH2Cl2C．CHCl3D．HCl

解析　在光照条件下，将等物质的量的甲烷和氯气充分反应，会发生取代反应，由于取代反应是逐步进行的，每一步在产生氯代烃的同时，都会产生HCl，所以在所得产物中物质的量最多的是HCl。

1．若甲烷与氯气以物质的量之比1∶3混合，在光照下得到的产物可能是①CH3Cl　②CH2Cl2　③CHCl3　④CCl4，其中正确的是（　　）

A．只有①B．只有②

C．①②③的混合物D．①②③④的混合物

解析　甲烷与氯气在光照的条件下，发生取代反应时总共有五种产物，①CH3Cl，②CH2Cl2，③CHCl3，④CCl4和氯化氢，因此答案选D。

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

解析　本题实为用图像考查甲烷与氯气的反应。

L为CH3Cl，常温常压下是一种气态有机物；

E为甲烷，含有极性键；

G为氯气，干燥的氯气不能漂白有色物质。

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①浓硫酸　②澄清石灰水　③无水硫酸铜。

正确的顺序是（　　）

A．①②③B．②③

C．②③①D．③②

解析　要证明CH4中含有碳、氢两种元素，可通过证明CO2和H2O的存在来证明，可选择②和③；

但应注意检验的先后顺序，即先证明水后证明CO2。

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。

下列化学反应中不属于取代反应的是（　　）

A．CH2Cl2＋Br2

CHBrCl2＋HBr

B．CH3OH＋HCl

CH3Cl＋H2O

C．2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑

D．CH3—CH2—Br＋H2O

CH3—CH2—OH＋HBr

答案　C

解析　取代反应是指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。

C项中的反应为置换反应，不是有机反应，更不是取代反应。

5．将含O2和CH4的混合气体充入有23.4gNa2O2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________________。

答案　

（1）1∶2　

（2）Na2CO3和NaOH

解析　

（1）甲烷燃烧生成水和二氧化碳，过氧化钠与二氧化碳反应生成碳酸钠和氧气，该反应为2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2，过氧化钠与水反应生成氢氧化钠和氧气的化学反应为2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑，依题意，容器内于150℃时压强约为0，将残留物溶于水，无气体逸出，这说明最后产物只能是Na2CO3和NaOH的混合物，根据原子守恒原理（尤其是CH4中C和H原子个数比为1∶4），可得2CH4＋O2＋6Na2O2===2Na2CO3＋8NaOH，所以原混合气体中O2和CH4体积比为1∶2。

（2）根据以上分析可知残留物是碳酸钠和氢氧化钠的混合物。

[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

D．甲烷分子中具有非极性键

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

答案　B

解析　CCl4的分子结构同CH4相似，为正四面体结构，CH3Cl中的C—H和C—Cl键不同，不是正四面体结构，而是四面体结构。

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．Cl2

C．NaOH溶液D．酸性KMnO4溶液

解析　甲烷与氯气在光照的条件下能发生取代反应，所以答案选B。

4．在标准状况下，11.2L甲烷和22.4L氧气混合后点燃，恢复到原状况时，气体的体积共（　　）

A．11.2LB．22.4L

C．33.6LD．44.8L

答案　A

解析　甲烷燃烧的化学方程式为CH4＋2O2

CO2＋2H2O，当温度超过100℃时（即水为气态），反应前后气体体积不变。

而在标准状况下，水是液态，11.2L甲烷与22.4L氧气恰好完全反应，最后只剩下二氧化碳，其体积为11.2L。

5．公元前一世纪，我国已使用天然气，天然气的主要成分为甲烷。

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

解析　CH4的性质比较稳定，通常情况下，不与强酸、强碱、强氧化剂反应，而不是不能被任何氧化剂氧化，A正确、B错误；

CH4在光照条件下与Cl2发生取代反应，生成4种有机产物，它们是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4，且均难溶于水，故C、D均正确。

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：

①将此混合气体通过浓硫酸，气体总体积基本不变；

②再通过过量的澄清石灰水，未见浑浊，但气体体积减少；

③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HClB