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1、第 1 节最简单的有机化合物甲烷 第 1 课时甲烷的结构和性质 1. 掌握甲烷的分子结构, 了解甲烷的物理性质、存在和用途。 2. 掌握甲烷的化学性质, 认识取代反应的特点。 3. 认识有机物和无机物的区别与联系, 初步学会对有机物进行科学探究的基本思路和方 法。 本课时在教学设计时, 考虑到学生已经具有一些有关物质结构的概念, 教学中应紧紧抓住 结构与性质的关系, 帮助学生从化学键的角度认识甲烷的结构和性质。 一、甲烷的结构 1. 只含有碳和氢两种元素的有机物称为碳氢化合物, 也称为烃。 2. 甲烷是天然气、沼气、油田气和煤矿坑道气的主要成分。 3. 甲烷的分子式为CH4,电子式为 , 结构
2、式为。甲烷分子的空间结构为正 四面体结构。 二、甲烷的性质 1. 物理性质 甲烷的颜色 : 无色 , 气味: 无味 , 溶解性 : 极难溶于水。 2. 化学性质 (1) 甲烷的氧化反应 甲烷的性质比较稳定, 将甲烷通入酸性高锰酸钾溶液中, 现象: 酸性高锰酸钾溶液不褪 色。结论 : 甲烷不能与酸性高锰酸钾溶液反应。 甲烷在空气中燃烧产生淡蓝色火焰, 相关反应的化学方程式 : CH4+2O2CO2+2H2O 。 (2) 甲烷的取代反应 定义 : 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称之为 取代反应。 甲烷与氯气发生取代反应的条件是光照 , 生成的四种有机取代物中, 属于气
3、体的是 CH3Cl。 甲烷与氯气在光照下发生取代反应, 分子里的四个氢原子逐步被氯原子取代, 生成一系列 甲烷的氯代物和氯化氢。 CH4+Cl2CH3Cl+HCl CH3Cl+Cl2CH2Cl2+HCl CH2Cl2+Cl2CHCl3+HCl CHCl3+Cl2CCl4+HCl 如图所示, 按该装置进行实验时, 观察到的实验现象: 试管内气体颜色逐渐变浅 , 试管 壁出现油状液滴 , 试管中有少量白雾出现 , 试管内液面上升 , 水槽中有固体析出。 1. 根据瓦斯爆炸猜测, 点燃甲烷前必须进行什么操作? 【答案】检验甲烷的纯度。 2. 一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷中, 属于正四面体结
4、构的是哪种? 【答案】四氯甲烷( 或 CCl4) 。 3. 还有哪些气体在点燃前须检验纯度? 【答案】 H2、CO等可燃性气体在点燃前均须检验纯度。 探究 : 甲烷的取代反应 下列有关甲烷与氯气发生取代反应的叙述正确的是( ) 。 A.甲烷完全转化为一氯甲烷后, 一氯甲烷再与氯气取代生成二氯甲烷 B.甲烷与氯气发生取代反应的产物中,CH3Cl 最多 C.1 mol 甲烷全部生成CCl4, 最多消耗2 mol 氯气 D.每消耗 1 mol Cl 2必生成 1 mol HCl 【解析】 甲烷和氯气发生取代反应的特点是逐步取代, 各步反应同时进行, 产物中最多的是 HCl, 故 A、B两项错误 ;甲
5、烷与氯气发生取代反应时, 每 1 mol 氯气参加反应 , 其中 1 mol 氯原 子与氢原子发生取代, 另外 1 mol氯原子与氢原子结合成氯化氢,故 1 mol CH4全部生成CCl4 时, 需要 4 mol Cl2,C 项错误 ; 每消耗 1 mol Cl2生成 1 mol HCl,D项正确。 【答案】 D 1. 甲烷与氯水、溴蒸气能反应吗? 【答案】甲烷与氯水不反应, 与溴蒸气在光照条件下能反应, 原理同甲烷与氯气的反应。 2. 甲烷与氯气按物质的量之比为11 进行反应时 , 有机产物中只含有CH3Cl 吗? 【答案】不是, 四种有机产物都存在。 取代反应与置换反应的区别 (1) 定义
6、 取代反应 : 有机物分子中的原子或原子团被其他原子或原子团所代替的反应; 置换反应 : 一种单质与一种化合物反应, 生成另一种单质和另一种化合物的反应。 (2) 实例 取代反应 :CH4+Cl2CH3Cl+HCl; 置换反应 :Zn+H2SO4ZnSO4+H2。 (3) 反应特点 取代反应 : 反应物是有机化合物与单质或化合物; 生成物中不一定有单质; 很多反应 进行不完全 , 速度慢。 置换反应 : 反应物是一种单质和一种化合物; 生成物是新的单质和新的化合物; 一般 能进行完全 , 速度快。 (4) 本质 取代反应 : 反应中不一定有电子转移; 置换反应 : 反应中一定有电子转移。 (5
7、) 反应条件 取代反应 : 反应受催化剂、温度、光等的影响; 置换反应 : 水溶液中置换遵循“以强制弱”原则。 1. 常温下 , 下列物质可与甲烷发生化学反应的是( ) 。 A.氯气B.溴水 C.氢氧化钠溶液D.酸性高锰酸钾溶液 【答案】 A 2. 下列反应属于取代反应的是( ) 。 A.CH4C+2H2 B.2HI+Cl22HCl+I2 C.CH4+2O2CO2+2H2O D.CH3Cl+Cl2CH2Cl2+HCl 【解析】在有机反应中才有取代反应, 根据取代反应的定义可知只有D项正确。 【答案】 D 3. 氯仿可作局部麻醉剂, 常因保存不慎而被空气氧化, 产生剧毒气体光气(COCl2), 反应的 化学方程式为2CHCl3+O22COCl2+2HCl, 下列有关该反应的说法正确的是( ) 。 A.该反应属于取代反应 B.该反应属于置换反应 C.可用硝酸银溶液检验氯仿是否变质 D.氯仿在常温下是气体 【答案】 C 4. 若要使 0.5 mol 甲烷和Cl2发生取代反应 , 并生成相同物质的量的四种取代物, 则参与反应 的 Cl2的物质的量为。 【答案】 1.25 mol 。