高中化學第三章有機化合物3.1.1甲烷的性質課件新人教版.ppt

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第一節(jié) 最簡單的有機化合物——甲烷 第1課 甲烷的性質 [目標定位] 1.了解有機化合物的概念，會判斷給定物質是否是有機物。2.掌握甲烷的分子結構，能遷移應用判斷甲烷衍生物的空間構型。3.掌握甲烷的化學性質及取代反應的條件和特點，能運用其物質的量關系進行取代反應的簡單計算。,1．有機物主要是指含鐵的化合物。二氧化碳、碳酸鈣、甲烷、乙醇、蔗糖五種物質中屬于有機物的是 。 2．在元素周期表中，碳元素位于 ，原子的最外層有 個電子，其與氫原子形成 (填“離子鍵”或“共價鍵”)。,,甲烷、乙醇、,蔗糖,第二周期第ⅣA族,4,共價鍵,(2)CO、CO2、H2CO3及碳酸鹽中都含碳元素，它們屬于有機物嗎？ 【答案】 不是，含有碳元素的化合物是有機物，但CO、CO2、H2CO3及碳酸鹽等，其結構、性質與無機物相似，因此屬于無機物。,知識點一 甲烷的分子結構 1．烴 (1)定義：由 兩種元素形成的化合物 (2)典型代表：最簡單的烴是甲烷,碳和氫,2．甲烷的存在和用途,3．甲烷的分子結構 (1)組成和結構,(2)空間結構,[對應練習] 1．判斷正誤： (1)有機物都含有碳元素，所以含有碳元素的化合物都是有機物。( ) (2)有機物僅含有C、H兩種元素。( ) (3)有機物是烴類化合物中的一類重要物質。( ) (4)烴是含有C、H、O三種元素的有機物。( ) (5)甲烷分子4個H原子在同一平面上。( ) 【答案】 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)×,2．以下關于甲烷的說法中錯誤的是( ) A．甲烷分子是由極性鍵構成的分子 B．甲烷分子具有正四面體結構 C．甲烷分子中四個C—H鍵是完全等價的鍵 D．甲烷分子中具有非極性鍵 【解析】 CH4分子中的化學鍵只有C—H鍵，因此是完全相同的極性鍵，且不存在非極性鍵。 【答案】 D,②取代反應 有機物分子里的某些 被其他 所替代的反應。 [對應練習] 1．下列敘述中錯誤的是( ) A．點燃甲烷不必事先進行驗純 B．甲烷燃燒放出大量的熱，所以是一種很好的氣體燃料,原子或原子團,原子或原子團,C．煤礦的礦井要注意通風和嚴禁煙火，以防爆炸事故的發(fā)生 D．點燃甲烷不一定會爆炸 【解析】 甲烷中如果混有氧氣點燃可能會發(fā)生爆炸，因此點燃之前必須驗純。 【答案】 A,2．在一定條件下，下列物質可與甲烷發(fā)生化學反應的是( ) A．溴水 B．氯水 C．氧氣 D．高錳酸鉀溶液 【解析】 甲烷化學性質比較穩(wěn)定，在常溫常壓下不易被氧氣、高錳酸鉀溶液氧化，但在點燃條件下與氧氣發(fā)生反應；甲烷與Cl2在光照條件下發(fā)生取代反應，但與溴水、氯水不反應。 【答案】 C,,,,答：CH4是正四面體結構，碳原子處于正四面體的中心，四個氫原子處于正四面體的四個頂點上。根據(jù)甲烷是正四面體結構推理，有機物分子中碳原子以4個單鍵與其他原子或 原子團相結合，如 ，若a、b、c、d相同，則構 成正四面體結構，如CCl4；若a、b、c、d不相同，則構成四面體，但不是正四面體，如CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3。,(2)根據(jù)甲烷4個碳氫鍵的長度、強度及夾角相等，可以證明甲烷是正四面體嗎？ 答：假設甲烷是平面結構，則4個碳氫鍵的長度、強度及夾角也相等，所以上述條件不能證明甲烷是正四面體。,1．下列各圖均能表示甲烷的分子結構，按要求回答下列各問題。,(1)對號入座(填序號)： 甲烷的球棍模型是________，甲烷的電子式是________。 (2)如果甲烷是平面型，則CH2Cl2應該有________種結構，實際CH2Cl2有________種結構，證明甲烷不是平面形，而是________結構，上面________更能反映其真實存在狀況。,【解析】 (1)這幾種形式都可表示甲烷這種物質，其中分子結構示意圖(A)、球棍模型(C)及比例模型(D)均能反映甲烷分子的空間構型，但其中比例模型更能形象地表達出H、C的相對位置及所占比例；電子式(B)只反映原子最外層電子的成鍵情況。,【答案】 (1)C B (2)2 1 正四面體 D,探究點二 甲烷與氯氣的取代反應 1．反應物：甲烷與氯氣反應，與氯水不發(fā)生反應。 2．反應條件：光照，黑暗處不發(fā)生反應。 3．生成物：甲烷與氯氣生成四種有機產物：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和無機物HCl，其中HCl的產量最多。,4．反應特點： (1)連鎖反應：甲烷中的氫原子被氯原子逐步取代，各步反應同時進行，即第一步反應一旦開始，后續(xù)反應立即進行； (2)數(shù)量關系：每取代1 mol氫原子，消耗1 mol Cl2，生成1 mol HCl。,(1)根據(jù)取代反應的原理，能否用CH4和Cl2按1∶1的體積比混合來制得純凈的CH3Cl? 答：不能，因CH4和Cl2在光照下發(fā)生取代反應生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl44種有機物和HCl形成的混合物，能否生成純凈的CH3Cl與CH4和Cl2的體積關系是否是1∶1沒有絕對關系。,(2)CH4與Cl2發(fā)生取代反應時，有機取代產物的總物質的量與CH4的物質的量有何關系？ 答：根據(jù)碳元素守恒，四種有機取代產物的總物質的量等于反應物CH4的物質的量。 (3)假設1 mol甲烷中的氫原子完全被取代，最多能與多少氯氣反應？ 答：發(fā)生取代反應時1 mol氯氣只能取代1 mol氫原子，1 mol甲烷中的氫原子完全被取代，最多能與4 mol氯氣反應。,(4)甲烷與溴水能發(fā)生反應嗎？與溴蒸氣呢？ 答：甲烷除了能與氯氣在光照時反應外，與其他的鹵素單質的氣體也能發(fā)生反應，但必須是純鹵素如溴蒸氣，與溴水不反應。 (5)若將氯氣換為溴蒸氣，③中又會觀察到怎樣的現(xiàn)象？ 答：甲烷和溴蒸氣在光照時也會發(fā)生取代反應，故瓶中紅棕色逐漸變淺，同時瓶壁上有油狀液體出現(xiàn)。,2．如圖所示，U形管的左端被水和膠塞封閉有甲烷和氯氣(體積比為1∶4)的混合氣體，假定氯氣在水中的溶解度可以忽略。將封閉有甲烷和氯氣混合氣體的裝置放置在有光亮的地方，讓混合氣體緩慢地反應一段時間。,(1)假設甲烷與氯氣反應充分，且只產生一種有機物，請寫出化學方程式：_________________________________。 (2)經過幾個小時的反應后，U形管右端的水柱變化是________。 A．升高 B．降低 C．不變 D．無法確定 (3)若水中含有Na2SiO3，則在U形管左端會觀察到________。 (4)右端玻璃管的作用是______________________。 (5)如果使0.5 mol甲烷完全跟Cl2發(fā)生取代反應并生成等物質的量的四種氯代物，則需要消耗氯氣________mol，生成HCl________mol。,【解析】 (1)因Cl2足量，若充分反應，則CH4中的四個H原子可完全被取代，生成CCl4和HCl，CH4＋4Cl2 CCl4＋4HCl。 (2)甲烷和氯氣在光照的條件下發(fā)生取代反應，U形管左側生成的氯化氫氣體易溶于水，壓強減小，U形管右側液面下降，左側液面上升。 (3)因左側生成HCl溶于水后發(fā)生反應2HCl＋Na2SiO3 H2SiO3↓ ＋2NaCl，所以觀察到有白色膠狀沉淀生成。 (4)為了平衡氣壓，在U形管右側插有一個玻璃管。,(5)利用原子守恒法：CH3Cl，CH2Cl2，CHCl3，CCl4中的碳原子都是從CH4中來的，故這四種氯代物共0.5 mol，每種氯代物均為0.125 mol，含Cl原子的物質的量為0.125 mol×1＋0.125 mol×2＋0.125 mol×3＋0.125 mol×4＝1.25 mol。 而一個Cl2分子中只有一個Cl原子參加反應，因此消耗的Cl2的物質的量也為1.25 mol，每消耗一個Cl2分子就會生成一個HCl分子，所以生成HCl的物質的量與消耗Cl2的物質的量相等，也為1.25 mol。,【答案】 (1)CH4＋4Cl2 CCl4＋4HCl (2)B (3)有白色膠狀沉淀生成 (4)平衡氣壓 (5)1.25 1.25,【例1】 (2016·信陽高一檢測)下列關于甲烷的說法不正確的是( ) A．甲烷分子的結構簡式為CH4 B．甲烷分子中的四個C—H鍵是完全相同的 C．甲烷分子是平面正方形結構,【解析】 甲烷分子具有空間正四面體結構而非平面正方形結構。 【答案】 C 【知能提升】 有機物結構簡式的寫法,【變式訓練】 1．寫出下列有機物的分子式和結構簡式：,【答案】 ①CH2Cl2 CH2Cl2 ②CH4 CH4 ③④同② ⑤C3H8 CH3CH2CH3 ⑥C4H10 CH3CH2CH2CH3,【例2】 下列有關甲烷的取代反應的敘述正確的是( ) A．甲烷與氯氣的物質的量之比為1∶1，混合發(fā)生取代反應只生成CH3Cl B．甲烷與氯氣的取代反應，生成的產物中CH3Cl最多 C．甲烷與氯氣的取代反應生成的產物為混合物 D．1 mol甲烷生成CCl4最多消耗2 mol氯氣,【解析】 甲烷與氯氣一旦發(fā)生取代反應就不會停止在某一步，四種有機物都會產生，故得不到純凈的CH3Cl，A錯誤，C正確；甲烷與氯氣的反應中每取代1 mol氫原子，消耗1 mol氯氣，生成1 mol HCl，故產物中HCl最多，B錯誤；1 mol甲烷生成CCl4最多消耗4 mol氯氣，D錯誤。 【答案】 C,【知能提升】 (1)甲烷的鹵代反應的產物是混合物。 (2)甲烷等有機物與氯氣發(fā)生取代反應時，取代的位置和個數(shù)是難以控制的，因此制備鹵代烴一般不采用取代反應。,(3)取代反應與置換反應的比較,【特別提醒】 (1)有機反應比較復雜，常伴隨很多副反應發(fā)生，因此有機反應方程式中常用“―→”而不用“ ”。 (2)CH4與Cl2的取代反應分步進行，相關化學方程式應分步書寫。,【變式訓練】 2．下列反應屬于取代反應的是( ) A．C2H4＋3O2 2CO2＋2H2O B．Zn＋CuSO4 ZnSO4＋Cu C．NaCl＋AgNO3 AgCl↓＋NaNO3 D．CH2Cl2＋Cl2 CHCl3＋HCl,【解析】 取代反應是有機物分子中的原子或原子團被其他原子或原子團所替代的反應。A項為C2H4的燃燒，不是取代反應；B項為置換反應；C項為復分解反應；D項中Cl原子取代了CH2Cl2中的一個H原子，屬于取代反應。 【答案】 D,1．下列敘述中屬于烴的是( ) A．只含有碳元素的物質 B．含有碳元素和氫元素的物質 C．僅含有碳元素和氫元素的化合物 D．燃燒后生成二氧化碳和水的物質 【解析】 僅含有碳元素和氫元素的有機物叫烴，烴燃燒后生成CO2和H2O，但烴的含氧衍生物燃燒也生成CO2和H2O，故只有C正確。 【答案】 C,2．下圖是CH4、CCl4、CH3Cl的分子球棍模型圖，下列說法正確的是( ),A．CH4、CCl4和CH3Cl都是正四面體結構 B．CH4、CCl4都是正四面體結構 C．CH4和CCl4中的化學鍵均為非極性鍵 D．CH4、CCl4的結構相同，性質也相同 【解析】 CCl4的分子結構同CH4相似為正四面體結構，CH3Cl中的C—H和C—Cl鍵不同，不是正四面體結構，而是四面體結構。 【答案】 B,3．在光照條件下，將1 mol CH4與Cl2反應，得到等物質的量的4種取代物，則消耗Cl2物質的量為( ) A．1 mol B．2 mol C．2.5 mol D．10 mol,【解析】 由于CH4＋Cl2 CH3Cl＋HCl，CH4＋2Cl2 CH2Cl2＋2HCl，CH4＋3Cl2 CHCl3＋3HCl，CH4＋4Cl2 CCl4＋4HCl。1 mol CH4生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各為0.25 mol，則消耗Cl2為0.25＋0.25×2＋0.25×3＋0.25×4＝2.5(mol)。 【答案】 C,4．(2016·青島高一檢測)將一定量的甲烷完全燃燒，使所生成的氣體依次通過裝有足量無水氯化鈣和氫氧化鈉的玻璃管，盛有氫氧化鈉的玻璃管質量增加了1.1 g，則甲烷在標準狀況 下的體積為( ) A．2.24 L B．1.12 L C．0.56 L D．0.28 L,【答案】 C,5．如圖，某氣體X可能由H2、CO、CH4中的一種或幾種組成。將X氣體燃燒，把燃燒后生成的氣體通過A、B兩個洗氣瓶。試回答下列問題：,(1)若A洗氣瓶的質量增加，B洗氣瓶的質量不變，則氣體X是________。 (2)若A洗氣瓶的質量不變，B洗氣瓶的質量增加，則氣體X是________。 (3)若A、B兩個洗氣瓶的質量都增加，試推測X可能有幾種組合，填寫下表。(有多少種寫多少種，不必填滿),【解析】 H2、CO、CH4燃燒的產物分別是H2O(g)、CO2(g)、CO2(g)和H2O(g)。H2O(g)可被濃H2SO4吸收，CO2可被澄清石灰水吸收。根據(jù)洗氣瓶質量的變化，可判定生成的產物。 【答案】 (1)H2 (2)CO (3)①CH4 ②CH4與H2 ③CH4與CO ④H2與CO ⑤CH4、H2和CO,