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课件9:3.1.1 甲烷的性质

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高中化学审核员

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 第1课时
甲烷的性质
教学目标

1. 认识甲烷的结构特点并会书写甲烷的分子式、结
  构式、电子式。

2. 知道甲烷能发生氧化反应和取代反应,会书写相
  应的化学方程式。

3. 认识甲烷发生取代反应时的断键和成键情况。
导入
                       2004年1月1日,西气东
                   输上海白鹤首站的操作员
                   开启天然气流量计的阀
                   门。当日,西气东输工程
                   的末站与上海的白鹤首站
                   贯通,正式向中国的经济
                   中心上海商业供气。
2004年9月6日,来自新疆塔里木的天然气气头
抵达陕西靖边压气站。这标志着西气东输工程
实现全线贯通,塔里木气田和陕北长庆气田两
大气源在此成功对接。 
一. 甲烷的结构与性质

       沼气:存在于池沼中

俗名:    坑气(瓦斯):煤矿的坑道中

       天然气:地壳中

1. 存在: 于池沼、坑道、地壳中
2. 甲烷的结构:
                        H..
                       ::H
化学式: CH      4        电子式:   H    C ..  
                        H
            H

• 结构式:H        C       H        结构简式:CH4

            H
• 最简式:CH4
正四面体结构示意图
        经过大量的科学实验证明,甲烷分子里的
一个碳原子和四个氢原子并不在同一个平面上
,而是形成了一个正四面体的立体结构,碳原
子位于正四面体的中心,而四个氢原子分别位
于正四面体的四个顶点上。

空间构型:正四面体
  4个C-H键的键长和强度相等,夹角相
               等。
3. 甲烷的物理性质:

无    色 无    味的 气   体,密度比空气 小    ,
 难      溶于水。
                        0.717g•L-1(标准状况下)

           排水法                收集


                           向下排空气法
    实验步骤             实验现象        实验结论
                  安静燃烧,
1. 点燃纯净的甲烷                       甲烷易燃
                  火焰呈淡蓝色
2.在火焰的上方罩         烧杯内壁上有          甲烷中
 干燥洁净的烧杯          水珠             含氢元素

3. 向反应后的烧杯中       澄清石灰水变混浊        甲烷中
注入澄清的石灰水                         含碳元素
(1)氧化反应(可燃性)

         点燃
 CH4+2O2             CO2+2H2O

 用“→”不用“===”

          点燃甲烷与空气或氧气的混合气体会立
  注意
          即发生爆炸。因此,点燃甲烷之前必须 
          验纯!!
思考:    怎么    用最简单的方法把甲烷和氢气区分开?

    点燃法                             H
                        CH4          2

 点燃纯净的气体,在火焰          烧杯内壁      烧杯内壁
 的上方罩干燥洁净的烧杯          上有水珠      上有水珠

 向反应后的烧杯中注入           澄清石灰     澄清石灰水
 澄清的石灰水               水变混浊     不变混浊

思考:能不能用该法推出甲烷就是由C、H 两种元素
组成的?不能
迁移——我国的许多煤矿都是瓦斯煤矿,容易发生瓦
斯爆炸事故,造成人员伤亡和财产损失。


    受伤矿工讲述惊魂瞬间  
迁移

点燃甲烷和空气的混合气体会有什么后果呢?                      爆炸

                       警示
                       1. 甲烷点燃一定要验纯;

                       2. 煤矿安全措施:(1)建立良好的
                       通风系统和监测系统,保证甲烷
                       含量不在爆炸极限内;(2)严禁明
瓦斯爆炸,伤亡惨重
                       火、电火花等。
,需警钟长鸣
实验2:
        实验过程          实验现象      实验结论
 1  气体通入
                     KMnO  /H+  CH  与、KMnO   /H+
    KMnO  /H+溶液           4        4         4
          4          溶液不退色      不反应

 2  气体通入含酚酞的
                     溶液不退色      CH  与强碱不反应
    NaOH溶液中                        4
 3  气体通入含石蕊的
                     溶液不退色       CH4与强酸不反应
    H2SO4溶液中
    气体通入      水中
 4         Br2       溶液不退色       CH4与Br2水不反应
结论:甲烷的化学性质:
(2)稳定性:常温下,不与强酸、强碱、强氧化剂反应
现象:

室温时,混合气体无光照时,不发生反应;
光照时混合气体的黄绿色变浅,试管壁上出
现油滴,试管中有少量白雾,试管内的液面
上升。
讨论:
分析上述实验中所观察到的现象,从中可以
得到那些结论?

结论:
(1)说明试管内的混合气体在光照的条件下发生了化学反
应。

(2)试管壁上出现液滴,说明反应中生成了新的油状物质,
且不溶与水。

(3)试管内液面上升,说明随着反应的进行,试管内的气压
在减小,即气体总体积在减小。
甲烷与氯气反应方程式
          光照
 CH4  +  Cl2             CH3Cl   +  HCl
              (一氯甲烷,  气态)
          光照
 CH3Cl + Cl2   CH2Cl2 +  HCl
             (二氯甲烷,液态)
            光照
 CH Cl  +  Cl
    2 2    2     CHCl3  +  HCl
               (三氯甲烷,液态,曾用作麻醉剂)
           光照
 CHCl3 +  Cl2               CCl 4     +  HCl
           (四氯甲烷,液态,又叫四氯化碳,常作溶剂)
(3)取代反应

有机物分子里的某些原子(或原子团)被其
它原子(或原子团)所代替的反应叫做取代
反应。
1. 反应条件:光照
2. 反应物质:纯卤素单质,。
3. 反应过程:分步、同时进行
4. 反应产物:

 (1)两种气体:CH3Cl、 HCl        

 (2)三种油状液体:CH2Cl2、CHCl3、CCl4。
 (3)甲烷的四种取代产物都难溶于水)。 
5. 用途: (1)三氯甲烷又叫氯仿,曾用作麻醉
                  (2)四氯甲烷(四氯化碳)可用作灭火剂。
                  b(3)它们都是重要的有机溶剂。
6. 说明:二氯甲烷只有一种结构,才说明甲烷不是平面结
构,而是正四面体结构。
注意:甲烷氯代物的结构特点

CH4分子的立体构型为正四面体,4个C—H的长度、强度和夹

角完全相同,因此CH4分子中的4个氢原子性质完全相同。

(1)若将CH4分子中的4个氢原子全部用其他相同的原子或原子团

替代,则该原子形成的分子结构仍为正四面体,如CCl4。

(2)若CH4分子中的4个氢原子被其他不同的原子或原子团替代,
则该原子形成的分子结构仍为四面体,但不属于正四面体,如

CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3。

(3)CH4的一取代、二取代、三取代、四取代产物均只有一种。
取代反应与置换反应的对比

            取代反应                   置换反应

 (甲烷与氯气的反应)                 (锌与稀硫酸反应)

 生成物都是化合物               生成物中一定有单质

 反应受温度、压强催化剂等           多数在水溶液中进行,遵循金
 外界条件的影响                属(或非金属)活动顺序

 反应逐渐进行,多数是可逆           反应多数为一步单向进行
 的
二. 甲烷的用途及前景
①除了做气体燃料,还是一种化工原料。
②甲烷热分解的产物炭黑是橡胶工业的重要原料,
也可用于制造颜料、油墨和油漆等。
 ③从甲烷可以制得氯仿和氟利昂。

 CHCl3 + HF           CHFCl2 + HCl
 ④甲烷在一定条件下氧化生成一氧化碳、氢气的
 混合物,用它们可以合成甲醇。
千年的希望——“可燃冰”

       可燃冰是天然气(甲烷等)的水合物,它易燃
烧,外形似冰,被称为“可燃冰”。“可燃冰”储量较
大,可燃冰将成为最理想替代能源.
迁移练习
1. 下列有关甲烷物理性质的叙述正确的是(    D    )

A.甲烷是一种黄绿色气体

B.甲烷是一种有臭味的气体

C.收集甲烷时常用排水法,是因为甲烷的密度与空         
气的密度相近。

D.甲烷能用排水法收集是因为甲烷难溶于水
2. 下列变化属于取代反应的是(  D     )
A. 硝酸银溶液与盐酸的反应
B. 甲烷的燃烧
C. 铝与氢氧化钠溶液的反应
D. 由甲烷制取四氯化碳
3.在光照条件下,将等物质的量的CH4和Cl2
充分反应,得到产物的物质的量最多的是

(   D       )

A. CH3Cl    B. CH2Cl2    C. CCl4   D. HCl 
4. 将下列气体通入酸性高锰酸钾,酸性高锰酸钾褪
色的是(   C      )

A. CH4        B. CO2   

C. SO2        D. H2
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