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2017_2018学年高中化学第3章有机化合物3.1.1最简单的有机化合物__甲烷课件新人教版必修2

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第三章                                                                  有机化合物 
第一节                              最简单的有机化合物——甲

                                                              烷 
第                      1            课时                                                     甲烷 
目标导航 预习引导           1.会写甲烷的分子式、结构式、电子式,知道甲烷的结构特点。 
                    2.知道甲烷能发生氧化反应和取代反应,会写相应的化学方程式。 
                    3.知道取代反应的概念和甲烷发生取代反应时的断键和成键情况。 

                    1.甲烷的分子结构特点。 
                    2.取代反应。 
               
    
         1.有机化合物 
         (1)有机物:通常把含碳元素的化合物叫有机化合物,简称有机物。组
目标导航 预习引导
成有机物的元素除碳外,常有氢、氧,还含有氮、硫、卤素、磷等。 
         (2)烃:仅含氢和碳两种元素的有机物称为碳氢化合物,也称为烃。甲
烷是最简单的烃。 
                                                 预习交流               1 
         你知道哪些含碳的化合物不是有机物? 

         答案:CO、CO2、H2CO3                           及碳酸盐等属于无机物。 
     2.甲烷 
     (1)分子组成及结构 

     甲烷的分子式为:CH4 
                                              H
                                            ··· ·
                              电子式为       : H  C  H 
                                            ··· ·
                                              H 


目标导航 预习引导

     结构式为:                      

     甲烷分子是正四面体结构,碳原子位于中心,氢原子位于顶点,四个
C—H    键完全相同。 
                                   预习交流          2 

      观察甲烷的球棍模型和比例模型。想一想,CH4                                      分子中      4  个  C—H
键是否完全相同?其结构有何特点? 


目标导航 预习引导
                                                              
      答案:甲烷分子中,碳原子最外层的                            4 个电子分别与            4 个氢原子的电
子形成       4 个  C—H     共价键,4       个   C—H     键完全相同,其长度与强度相同,夹
角相等。甲烷分子是一种对称的正四面体结构,碳原子位于正四面体的
中心位置。4           个氢原子位于正四面体的                      4  个顶点。 
       (2)物理性质 
      甲烷是无色、无味、极难溶于水的气体,密度比空气的密度小(填“大”
或“小”),是天然气、沼气、油田气和煤矿坑道气的主要成分。 
      (3)化学性质 
      甲烷比较稳定,与酸性高锰酸钾等强氧化剂不反应,与强酸、强碱也
不反应。但是在特定条件下,甲烷也会发生某些反应。 

目标导航 预习引导
      ①氧化反应 

      甲烷在空气中燃烧,火焰呈淡蓝色,产物为                                  CO2  和   H2O,其化学方程
式为: 


      CH4+2O2          CO2+2H2O 
     ②取代反应 
     概念: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。 


     甲烷可以和卤素单质(Cl2、Br2、I2)发生取代反应:CH4+Cl2

CH3Cl+HCl。 

     CH4 和  Cl2 光照下发生取代反应的产物共有                     5 种,分别是      CH3Cl、

CH2Cl2、CHCl3、CCl4       和  HCl。 
目标导航 预习引导                    预习交流       3 
     物质的结构决定物质的性质。我们知道了甲烷的分子结构特点,那
么这种结构决定了甲烷的什么性质呢? 
     答案:甲烷的结构决定了甲烷的性质非常稳定,通常情况下只能发
生燃烧以及和氯气在光照条件下的取代反应。 
      一、甲烷的分子结构 
         活动与探究 
      1.根据碳原子和氢原子的成键特点,猜测甲烷分子的空间构型可能
有哪几种结构?画出可能的结构。 

      2.甲烷分子具有怎样的空间构型?CH2Cl2                             只代表一种物质这一事
实能够证明甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构吗? 

问题导学 当堂检测
      答案:1.CH4      分子中有四个等同的                   C—H     键,在空间可能有两种对称
分布。正四面体结构和平面正方形结构,如下图: 


                                                            
问题导学 当堂检测 2.对于甲烷的正四面体结构,因为其四个顶点的位置完全相同,所

以它的一氯代物(CH3Cl)、二氯代物(CH2Cl2)、三氯代物(CHCl3)、四氯

代物(CCl4)都只有一种。而如果甲烷是平面正方形结构,虽然四个                                                                                                     C—H
键都完全相同,但四个顶点的氢原子的位置关系却不同,可能相邻,也可

能是对角关系,所以                               CH2Cl2         有两种:一种是两个氯原子相邻;另一种是两

个氯原子处于对角位置。然而甲烷的二氯代物(CH2Cl2)只有一种。从这
一点可以判断甲烷是正四面体结构,而不是平面正方形结构。 
             迁移与应用 
                      例    1  以下说法错误的是(  ) 
问题导学 当堂检测
A.甲烷分子是由极性键形成的分子 
         B.甲烷分子具有正四面体结构 
         C.甲烷分子中                  4  个    C—H        键完全相同 
         D.甲烷分子中具有非极性键 
         解析:甲烷分子中的                          4  个    C—H        键都是极性键。 
         答案:D 
                  迁移训练       1 如图所示均能表示甲烷的分子结构,哪一
种更能反映其真实存在状况(  )                                                              


问题导学 当堂检测
                                                     
    A.Ⅰ             B.Ⅱ             C.Ⅲ           D.Ⅳ 

     解析:填充模型(比例模型)可体现出                     CH4 分子中      C 原子与     H 原子成
键情况及原子大小比例。 
     答案:D 
                                  H
                                 ··· ·
                               H  C·· H 
     分子式:CH4          电子式:       ·  ·                 结构式:                 
                                  H
                                   

     结构简式:CH4 


问题导学 当堂检测


                                                                   
问题导学 当堂检测 甲烷分子的结构特点: 

         ①CH4          是非极性分子; 
         ②空间正四面体结构,碳原子位于正四面体的中心,每个碳氢键之
间夹角为                109°28'; 
         ③碳氢键均相同。 
         温馨提示:球棍模型反映了甲烷分子中原子间的连接方式,而比例
模型还反映了甲烷分子中                                           C、H         原子的大小关系。 
     二、甲烷的取代反应 
       活动与探究 
     取两支硬质大试管,通过排饱和食盐水的方法分别先后收集半试
管甲烷和半试管氯气,分别用铁架台固定好。其中一支试管用预先准备
好的黑色纸套套上(如下图),另一支试管放在光亮处(不要放在日光直
射的地方,以免引起爆炸)。片刻后,你能观察到怎样的实验现象?从所得
的实验现象中你能得到哪些结论?试写出试管中发生反应的化学方程
式。 

问题导学 当堂检测


                                                        
问题导学              当堂检测


                                     答案:实验现象:未套黑纸套的试管内气体黄绿色变浅,试管内壁有
油状液滴产生,且试管内液面上升;套有黑色纸套的试管中无明显现象。 
      实验结论: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,且不溶于
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。 

问题导学 当堂检测
      化学方程式: 


      CH4+Cl2         CH3Cl+HCl            CH3Cl+Cl2          CH2Cl2+HCl 


      CH2Cl2+Cl2          CHCl3+HCl        CHCl3+Cl2          CCl4+HCl 
       迁移与应用 
             例  2 下列反应属于取代反应的是(  ) 

A.CH4      C+2H2 

     B.2HI+Cl2      2HCl+I2 


     C.CH4+2O2       CO2+2H2O 


问题导学 当堂检测 D.C2H6+Cl2 C2H5Cl+HCl 

     解析:取代反应是有机物分子内的原子或原子团被其他原子或原
子团所代替,只有          D  符合。 
     答案:D 
     思维拓展:取代反应从形式上看是“一上一下”。 
问题导学 当堂检测                         迁移训练                 2   将等物质的量的甲烷和氯气混合后,在漫
射光的照射下充分反应,所得产物中物质的量最大的是(  ) 

        A.CH3Cl                       B.CH2Cl2 

         C.CCl4                       D.HCl 

         解析:每取代                    1   个氢原子,消耗                        1  个    Cl2    分子,同时生成                        1  个     HCl      分子,
故生成的                HCl      的物质的量最大。 
         答案:D 
                                                                           
     取代反应类似于无机反应中的置换反应,其特点是“一换一”。理解

CH4  与  Cl2 的取代反应还应注意以下几点: 

     ①CH4    与纯卤素单质在光照条件下发生取代反应,在暗处或与氯水、

溴水不反应。②Cl2             与  CH4  的反应产物有           5 种,分别为       CH3Cl、CH2Cl2、

CHCl3、CCl4    和   HCl,甲烷的四种氯代产物都不溶于水。在常温下,CH3Cl
问题导学 当堂检测
是气体,而       CH2Cl2、CHCl3、CCl4         则都是无色油状液体。③CH4                     与  Cl2
的取代反应逐步进行,相关化学方程式应分步书写。④取代反应中至少
有一种反应物是有机物,另一种反应物既可以是有机物又可以是无机
物。⑤有机反应比较复杂,常有很多副反应发生,因此有机反应方程式中
常用“         ”,而不用“          ”。 
问题导学  当堂检测   1  2        3        4        5


1.下列反应中,光照对反应几乎没有影响的是(  ) 

A.Cl2          和        H2      反应                    B.Cl2           和       CH4          反应 

C.CH4             的分解反应 D.HClO                                                的分解 

解析:CH4                      分解的条件是隔绝空气加强热。 
答案:C 
2问题导学.若甲烷与氯气以物质的量之比当堂检测 1        2 3        4        5             1∶1        混合,在光照下得到的有机取代
产物是(  ) 

①CH3Cl                ②CH2Cl2                 ③CHCl3                ④CCl4 
A.只有①                                 B.只有③ 
C.①②③的混合物 D.①②③④的混合物 
解析:甲烷与氯气的取代反应是“连锁式反应”,四种取代产物都有。 
答案:D 
3.个体小煤矿经常发生瓦斯爆炸事故,几乎每次都造成多人伤亡,因此
在矿井里,必须采取安全措施,如通风、严禁烟火等,而且要随时检查瓦
斯的体积分数,如果空气中含甲烷                            5%~15%,遇到明火会发生爆炸。发生
最强烈爆炸时空气中甲烷所占的体积分数是(  ) 
A.5%                    B.9.1%             C.10.5%         D.15% 


问题导学 当堂检测 1        2        3 4        5
解析:当甲烷与            O2  恰好完全反应时,爆炸最强烈,根据反应                               CH4+2O2

CO2+2H2O,恰好完全反应时                    V(CH4)∶V(O2)=1∶2,空气中氧气所占的体

            1                                             1
积比约为         ,甲烷占混合气体的体积分数约为                                 ×100%=9.1%。 
            5                                          1+10
答案:B 
4问题导学.为验证甲烷分子中含有碳、氢两种元素当堂检测 1        2        3        4 5                           ,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.①②③                                 B.②③                           C.②③①                     D.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。 
答案:D 
5.若要使      0.5 mol CH4  完全和      Cl2 发生取代反应,且生成的四种氯代物的

物质的量相同,试求所需                 Cl2 的物质的量。 

解析:CH4     与  Cl2 的取代反应是逐步进行的,每摩尔                        Cl2 可取代      CH4  分子
中的    1 mol  氢原子。每一步取代反应中都有                       HCl  生成,所以每生成            1 mol 

CH3Cl,则消耗       1 mol Cl2  并产生      1 mol HCl,每生成        1 mol CH2Cl2,消耗      2 

mol Cl2 并产生      2 mol HCl,每生成        1 mol CHCl3,消耗       3 mol Cl2  并产生     3 

mol HCl,每生成        1 mol CCl4,消耗     4 mol Cl2  并产生      4 mol HCl,则: 
问题导学 当堂检测 1        2        3        4        5
     n(Cl2)=n(被取代的氢原子) 

                 1     1    1     1
     =0.5 mol×(   ×1+   ×2+   ×3+  ×4 ) 
                 4     4    4     4
     =1.25 mol 
答案:1.25 mol 
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