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1、2021年人教版高一化学必修2第三章第一节甲烷,(学案+教案+典型例题+巩固练习)高品质版.doc 第一节 最简单的有机化合物 甲烷 本节要览 本节主要学习甲烷的结构、性质，烷烃的概念、性质，同系物、同分异构体的概念，用2 课时完成。甲烷是最简单的有机物，利用甲烷的球棍模型和比例模型认识甲烷的分子结构，通过实验了解甲烷的取代反应，并进一步了解甲烷的物理性质和化学性质。通过观察乙烷、丙烷、丁烷等的球棍模型，分析它们的结构特点，从而得出烷烃的结构特点和概念；通过对正丁烷与异丁烷的结构与性质的比较，了解有机物的同分异构现象。 第 第 1 课时 甲烷 【学习目标】 知识目标 1. 了解甲烷的存在和用途
2、。 2. 了解甲烷分子的立体结构。 3. 掌握甲烷的化学性质。 能力目标 1. 认识甲烷的空间结构。 2. 理解取代反应的概念和特点。 重点：甲烷的结构和性质 难点：甲烷的空间结构，取代反应的概念 课前自主预案 【空格点击】 一、有机化合物 组成有机物的元素除碳外，常有 氢、氧 ，还含有 氮、硫、卤素、磷 等，其中仅含 碳和氢两种 元素的有机物称为碳氢化合物，也称为烃，最简单的有机物是 甲烷 。 二、甲烷 1. 甲烷的分子式为 CH 4 ，电子式为 ，结构式为 。甲烷的分子是一种对称的 正四面体 结构，四个 C-H 键的长度和强度 相同 ，夹角 相等 。 2. 甲烷是一种 没有 颜色 没有 气
3、味的气体，密度比空气 小 ， 极难 溶于水。 3. 通常情况下，甲烷比较稳定，与 高锰酸钾 等强氧化剂不反应，与 强酸、强碱 也不反应。但在一定条件下，甲烷也会发生某些反应。 4. 请写出甲烷完全燃烧时的化学反应方程式 CH 4 +2O 2 CO 2 +2H 2 O 。 5. 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。甲烷与氯气反应的第一步反应的化学方程式为： CH 4 +Cl 2 CH 3 Cl+HCl 。 【思考交流】 1. 甲烷比较稳定，不能被任何氧化剂氧化，这种说法是否正确？ 提示：不正确。通常情况下，甲烷比较稳定，不能被高锰酸钾等强氧化剂，但
4、在点燃条件下， 甲烷能在空气或氧气中燃烧，即甲烷能氧气氧化。 2. 根据实验，完成下表： 序号 操作 实验现象 有关方程式 （1） 将甲烷依次通入酸性高锰酸钾溶液、浓硫酸和溴水。 （2） 点燃纯净甲烷，在火焰上罩一干燥烧杯，然后倒转烧杯并入少量澄清石灰水。 （3） 用试管收集一定量甲烷与氯气，放在漫射光下照射。 （4）根据上述操作和现象，归纳总结甲烷的组成和性质。 ： 提示：（1）酸性高锰酸钾溶液、浓硫酸和溴水均无明显变化 不反应； （2）甲烷燃烧发出淡蓝色火焰，烧杯内壁有水珠，澄清石灰水变浑浊 CH 4 +2O 2 CO 2 +2H 2 O Ca(OH) 2 +CO 2 CaCO3 +H 2
5、 O （3） 气体颜色变浅，试管壁上有油珠生成 CH 4 +Cl 2 HCl+CH 3 Cl（再写下几步亦可） （4）甲烷的组成元素中肯定有碳和氢，在通常情况下，甲烷的性质比较稳定，一般不与硫酸等强酸、高锰酸钾等强氧化剂反应，也不与溴水反应，在点燃条件下甲烷可以在氧气中燃烧，在光照条件下甲烷可以与氯气发生取代反应。 课堂互动学案 考点一 甲烷的分子结构 【知识归纳】 1. 甲烷的分子结构 实验证明，甲烷分子里 4 个氢原子并不在同一个平面上，整个分子是一种对称的正四面体结构，4 个氢原子分别位于正四面体的 4 个顶点上，4 个 CH 键强度相同，夹角（10928）相同。下图分别为甲烷的球棍模型
6、、比例模型和分子结构示意图： 2. 有机物与无机物的区别 有机物 无机物 结构 大多数有机物只含共价键 有些含离子键，有些含共价键或同时含离子键和共价键 溶解性 多数不溶于水，易溶于汽油、酒精、 多数溶于水，而难溶于有机溶剂 苯等有机溶剂 耐热性 多数不耐热，熔点较低（一般低于400） 多数耐热，熔点较高 可燃性 多数能燃烧 多数不能燃烧 电离性 多数为共价化合物，多数是非电解质 有离子化合物，也有共价化合物，多数（如酸、碱、盐等）是电解质 反应特点 一般比较复杂，副反应多，反应速率慢，方程式一般用"'连接 一般比较简单，副反应少，反应速率快，方程式用"='
7、 连接 【典例解析】 例 例 1、 、 （2021 江苏学业水平测试）下列关于甲烷的叙述 错误的是（ ） A天然气的主要成分 B最简单的有机物 C含碳质量分数最大的有机物 D与氯气在光照条件下能发生取代反应 审题导读：根据甲烷的组成、结构及性质分析。 思路解析：甲烷是含碳质量分数最小、含氢质量分数最大的有机物，C 项错误。 参考答案：C 规律总结：甲烷是天然气、沼气、煤矿坑道气等的主要成分，也是最简单的有机物，同时也是含碳质量分数最小、含氢质量分数最大的有机物，其主要性质是燃烧和光照条件下发生取代反应。 【跟踪训练】 1. 下列说法中正确的是 （ ） A. 有机物都是从有机体中分离出来的物质
8、B. 有机物都是共价化合物 C. 有机物不一定都不溶于水 D. 有机物不具备无机物的性质 解析：从无机体中也能提取有机化合物，A 项不正确；有机物分子里各原子大都以共价键结合为共价化合物，但也有形成离子键的离子化合物，如 CH 3 COONa，CH 3 COONH 4 ：B 项不正确；有机化合物大多数不溶于水，但也有溶于水的，如乙醇、乙酸、葡萄糖等，C 项正确；有机化合物与无机化合物性质差别较大，但有些有机化合物也具有某些无机化合物的性质，如乙酸 (CH 3 COOH) 具有酸性等，D 项不正确。 答案：C 2. 2021 年 6 月 5 日是第 39 个世界环境日，联合国环境规划署确定今年&
9、quot;六五'世界环境日主题是："多样的物种惟一的星球共同的未来'，呼吁保护生物多样性和呵护地球家园；我国确定今年世界环境日的主题为："低碳减排绿色生活'，号召公众从我做起，推进污染减排，践行绿色生活，为建设生态文明、构建环境友好型.贡献力量。为了减少大气污染，许多城市推广汽车使用清洁燃料。目前使用的清洁燃料主要有两类，一类是压缩天然气（CNG），另一类是液化石油气（LPG）。这两类燃料的主要成分都是（ ） A. 碳水化合物 B. 烃类 C. 氢气 D. 醇类 解析：天然气的主要成分是甲烷，液化石油气的主要成分是丙烷、丁烷等混合物，它们都仅含碳和氢
10、两种元素，都属于碳氢化合物，即属于烃。 答案：B 考点二 取代反应与置换反应 比较 【知识归纳】 取代反应 置换反应 定义 有机物分子里的某些原子或原子团被 一种单质和一种化合物反应生成另一 其他原子或原子团所替代的反应。 种单质和另一种化合物的反应。 反应特点 反应物：有机化合物与单质或化合物；生成物：不一定有单质； 很多反应进行不完全，速度慢 反应物和生成物中都一定有单质 一般能反应完全，速度较快 本质 反应中无电子转移 反应中有电子转移 反应条件 反应的进行受温度、光照和催化剂等外界条件影响 反应的进行受金属活动性顺序或非金属活动性顺序的限定，水溶液中置换遵循"以强制弱'
11、;的原则 【典例解析】 例 例 2 、将 1 mol CH 4 与 Cl 2 发生取代反应，待反应完全后，测得四种有机取代物的物质的量相等，则消耗 Cl 2 的物质的量为 （ ） A. 0.5 mol B. 2 mol C. 2.5 mol D. 4 mol 审题导读：根据 CH 4 与 Cl 2 的各步取代反应及物质的量关系进行计算。 思路解析：1 mol CH 4 生成四种有机取代物的物质的量各为 0.25mol，根据取代反应的特点可知，每取代 1molH，即有 1molCl 2 参加反应，共消耗 Cl 2 的物质的量：0.25mol (1+2+3+4)=2.5 mol。故 C 项正确。
12、参考答案：C 规律总结：CH 4 与 Cl 2 发生取代反应时，由于各步取代反应可同时发生，得到的产物一般均为混合物，最多可以有氯化氢、一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷（氯仿）、四氯甲烷（四氯化碳）等五种产物。 【跟踪训练】 3. 1 mol CH 4 和 1 mol Cl 2 在光照条件下反应，下列叙述正确的是（ ） A. 化合物与单质间的置换反应 B. 取代反应 C. 既是置换反应，又是取代反应 D. 只生成一氯甲烷和氯化氢 解析：CH 4 与 Cl 2 在光照条件下反应中没有单质生成，不属于置换反应而属于取代反应，A项和 C 项不正确，B 项正确；产物除一氯甲烷和氯化氢外还可能有二氯甲烷、三
13、氯甲烷等生成，D 项不正确。 答案：B 4. 将漫射日光照射到装有氯气和甲烷混合气体（体积比为 4:1）的装置上（如下图）。现列出如下现象，其中正确的是（ ） 试管内黄绿色逐渐消失 试管内黄绿色加深 无任何现象 试管内液面上升 试管内壁上有油状物生成 A. B. 和 C. 和 D. 和 解析：氯气和甲烷在光照条件下能发生取代反应，生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳等有机物和氯化氢，其中只有氯气为黄绿色，其他均为无色，随着反应进行，氯气被消耗，黄绿色逐渐消失，则正确，和不正确；生成物中二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳都是油状液体，且氯化氢溶于饱和食盐水，试管内压强减小，液面上升，和也正确。
14、故正确的为和，答案为 B 项。 答案：B 课后巩固练案 1. 下列物质在一定条件下，可与甲烷发生取代反应的是（ ） A. 氧气 B. 氯气 C. 高锰酸钾溶液 D. 浓硫酸 解析：通常情况下，甲烷的性质比较稳定，一般不与硫酸等强酸、高锰酸钾等强氧化剂反应，在点燃条件下甲烷可以在氧气中燃烧，在光照条件下甲烷可以与氯气发生取代反应。故答案为 B 项。 答案：B 2. 下列反应中，光照对反应几乎没有影响的是（ ） A. 氯气与氢气的反应 B. 氯气与甲烷的反应 C. 氧气与甲烷的反应 D. 次氯酸的分解 解析：氯气与氢气的混合气在光照条件下能发生爆炸；氯气与甲烷在光照条件下发生取代反应；次氯酸在光照
15、条件下加速分解；只有氧气与甲烷的反应光照几乎没有影响。故答案为 C项。 答案：C 3. 下列叙述错误的是（ ） A. 通常情况下，甲烷跟强酸、强碱、强氧化剂不反应 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 CH 3 Cl、CH 2 Cl 2 、CHCl 3 还是 CCl 4 ，都属于取代反应 D. 通常状况下 CH 3 Cl 为气体 解析：在点燃条件下甲烷可以燃烧，即被氧气氧化，B 项不正确。 答案：B 4. 鉴别甲烷、一氧化碳和氢气三种无色气体的方法，是将它们分别（ ） A. 先后通人溴水和澄清的石灰水 B. 点燃后罩上涂有澄清石灰水的烧杯 C. 点燃，
16、先后罩上干燥的冷烧杯和涂有澄清石灰水的烧杯 D. 点燃后罩上涂有澄清石灰水的烧杯，通人溴水 解析：根据甲烷、一氧化碳和氢气燃烧产物的不同，甲烷燃烧生成 CO 2 和 H 2 O，烧杯中有水珠，澄清石灰水变浑浊，一氧化碳燃烧生成 CO 2 ，烧杯中无水珠，澄清石灰水变浑浊，氢气燃烧生成 H 2 O，烧杯中有水珠，澄清石灰水不变浑浊，三者现象不同，可以鉴别。故答案为C 项。 答案：C 5. 下列叙述中错误的是（ ） A. 点燃甲烷不必先验纯 B. 甲烷燃烧能放出大量的热，所以是一种很好的气体燃料 C. 煤矿的矿井要注意通风和严禁烟火，以防爆炸事故的发生 D. 在人类已知的化合物中，品种最多的是第
17、IVA 族元素的化合物 解析：可燃性气体在点燃前都必须检验纯度，以防止因气体不纯而发生爆炸，A 项错误。故答案为 A 项。 答案：A 6. 下列分子式不只代表一种物质的是（ ） A. CH 2 Cl 2 B. CHCl 3 C. CH 3 Cl D. C 解析：CH 2 Cl 2 、CHCl 3 、CH 3 Cl 都以看作 CH 4 分子中氢原子被氯原子取代的产物，CH 4 是正四面 体结构，4 个氢的位置完全等价，因此 CH 2 Cl 2 、CHCl 3 、CH 3 Cl 都只代表一种物质；而 C 有多种同素异形体如金刚石、石墨等，故答案为 D 项。 答案：D 7. 经过马拉松式的艰难谈判，
18、联合国气候变化大会当地时间 19 日下午在达成不具法律约束力的哥本哈根协议后闭幕。所有在哥本哈根会议上预期要实现的目标都要在 2021 年墨西哥会议上继续进行。哥本哈根协议中要求：从科学角度出发，必须大幅度减少全球碳排放，并应当依照 IPCC 第四次评估报告所述愿景，将全球气温升幅控制在 2 摄氏度以下。 已知天然气的主要成分 CH 4 是一种会产生温室效应的气体，等物质的量的 CH 4 和 CO 2 产生的温室效应，前者大。下面是有关天然气的几种叙述：天然气与煤、石油相比是较清洁的能源；等质量的 CH 4 和 CO 2 产生的温室效应也是前者大；燃烧天然气也是酸雨的成因之一。其中正确的是（
19、） A. B. 只有 C. 和 D. 只有 解析：天然气的燃烧产物只有 CO 2 和 H 2 O，是一种比清洁的能源，不会形成酸雨，正确，不正确；据题意，等物质的量的 CH 4 和 CO 2 产生的温室效应，前者大，则等质量时，CH 4的物质的量大，因而 CH 4 温室效应更大，正确。故答案为 C 项。 答案：C 8. 2021 年 5 月 3 日据新华网报导，贵州省金沙县一乡镇煤矿发生瓦斯爆炸事故，事故发生在 2 日上午 7 时 50 分左右，当时煤矿井下工作人员共有 68 人，事故发生后，有 61 人安全升井，7 人死亡，1 人受伤。如果空气中混入甲烷的体积达到总体积的 4.9%16%，点燃时就会发生爆炸。则发生爆炸最剧烈时，甲烷在空气中的体积分数约为（ ） A. 5% B. 8% C. 9.1% D. 10.5% 解析：爆炸最剧烈时也就是甲烷与空气中的氧气恰好完全反应时，设空气中甲烷的体积为xL，根据甲烷燃烧的方程式 CH 4 +2O 2 CO 2 +H 2 O 可知，xL 甲烷完全燃烧需 2xL 氧气，另外空气中还有氮气的体积约为 8xL，则甲烷在空气中的体积分数约为： x x xx8 2 + +100=9.1%，故答案为 C 项。 答案：C 9. 下列反应中属于置换反应的是 ，属于取代反应的是 。 Zn+H 2 SO 4 =ZnSO .