同步蘇教化學(xué)必修二新突破講義：專題3 第1單元 第1課時(shí)　天然氣的利用　甲烷 Word版含答案

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1、 第一單元　化石燃料與有機(jī)化合物 第1課時(shí)　天然氣的利用　甲烷 目標(biāo)與素養(yǎng)：1.會(huì)寫(xiě)甲烷的分子式、結(jié)構(gòu)式、電子式，知道甲烷的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。(宏觀辨識(shí)與微觀探析)2.知道甲烷能發(fā)生氧化反應(yīng)和取代反應(yīng)，會(huì)寫(xiě)化學(xué)方程式。(宏觀辨識(shí))3.理解取代反應(yīng)的概念并能進(jìn)行判斷。(證據(jù)推理)4.了解同系物的概念。(宏觀辨識(shí)) 一、化石燃料 二、甲烷的組成、結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 1．甲烷的組成和結(jié)構(gòu) 分子式：CH4，電子式：，結(jié)構(gòu)式：。 甲烷分子的空間結(jié)構(gòu)是正四面體構(gòu)型。碳原子位于四面體的中心，四個(gè)氫原子分別位于四面體的4個(gè)頂點(diǎn)。 2．物理性質(zhì) 顏色 狀態(tài) 氣味 密度 水溶性 無(wú)色

2、 氣態(tài) 無(wú)味 ρ(CH4)＜ρ(空氣) 難溶 3.化學(xué)性質(zhì) (1)穩(wěn)定性 在通常情況下，甲烷是比較穩(wěn)定的，跟強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或強(qiáng)氧化劑等一般不起反應(yīng)。甲烷不能使酸性KMnO4溶液褪色，也不能使溴的四氯化碳溶液褪色。 (2)氧化反應(yīng) 純凈的甲烷在空氣中安靜的燃燒，火焰呈淡藍(lán)色，放出大量的熱，反應(yīng)的化學(xué)方程式為CH4＋2O2CO2＋2H2O。 微點(diǎn)撥：點(diǎn)燃甲烷前必須檢驗(yàn)純度?？諝庵械募淄楹吭?%～15.4%(體積)范圍內(nèi)時(shí)，遇火花將發(fā)生爆炸；煤礦中的瓦斯爆炸多數(shù)是甲烷氣體爆炸引發(fā)的。 (3)取代反應(yīng) ①甲烷與Cl2在光照下的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)探究 實(shí)驗(yàn)操作 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 (ⅰ)瓶?jī)?nèi)

3、黃綠色逐漸消失，最后變?yōu)闊o(wú)色； (ⅱ)集氣瓶?jī)?nèi)壁有油狀液滴出現(xiàn)； (ⅲ)集氣瓶?jī)?nèi)液面上升，水槽中有晶體。 反應(yīng)原理 CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl CH3Cl＋Cl2CH2Cl2＋HCl CH2Cl2＋Cl2CHCl3＋HCl CHCl3＋Cl2CCl4＋HCl ②取代反應(yīng)：有機(jī)化合物分子中的某種原子(或原子團(tuán))被另一種原子(或原子團(tuán))所取代的反應(yīng)。 4．甲烷的利用 (1)利用甲烷與氯氣發(fā)生取代反應(yīng)的生成物三氯甲烷制備制冷劑—氟利昂，其過(guò)程反應(yīng)方程式為CHCl3＋HF―→CHFCl2＋HCl。 (2)合成甲醇，其過(guò)程為CH4(CO＋H2)一定條件,CH3OH。 (3)

4、高溫分解生成炭黑，其反應(yīng)方程式為CH4C＋2H2。 三、烷烴　同系物 1．烷烴 (1)烴：只由碳、氫兩種元素組成的化合物叫碳?xì)浠衔铮步袩N。 (2)烷烴：烴的分子里碳原子間都以碳碳單鍵互相連接成鏈狀，碳原子的其余的價(jià)鍵全部跟氫原子結(jié)合，達(dá)到飽和狀態(tài)。其通式為CnH2n＋2。 (3)命名 n≤10：依次稱為甲烷、乙烷、丙烷、丁烷…… n≥11：直接根據(jù)碳原子數(shù)稱某烷，如C16H34稱為十六烷。 2．同系物 分子結(jié)構(gòu)相似，組成上相差1個(gè)或若干個(gè)“CH2”原子團(tuán)的有機(jī)化合物互稱為同系物。如甲烷(CH4)、乙烷(CH3CH3)、丙烷CH3CH2CH3互為同系物。 1．判斷正誤

5、(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”) (1)煤主要含有碳元素，煤是純凈物。 (　　) (2)點(diǎn)燃甲烷氣體之前必須檢驗(yàn)其純度。 (　　) (3)甲烷與氯水在光照條件下發(fā)生取代反應(yīng)。 (　　) (4)烷烴的通式是CnH2n＋2(n≥1)，但符合通式CnH2n＋2(n≥1)的不一定是烷烴。 (　　) [提示]　(1)×　(2)√　(3)×　(4)× 2.下列敘述不正確的是(　　) A．甲烷與氯氣發(fā)生取代反應(yīng)后的產(chǎn)物中，常溫下只有一種有機(jī)氣體 B．甲烷化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，一定不會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng) C．甲烷跟氯氣反應(yīng)無(wú)論生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3還是CCl4，都屬于取代反應(yīng) D

6、．甲烷與氯氣反應(yīng)后得到的所有有機(jī)物都難溶于水 B　[甲烷與氯氣發(fā)生取代反應(yīng)后的五種產(chǎn)物中，常溫下CH3Cl和HCl為氣體，其余為液體，只有HCl能溶于水，其余的產(chǎn)物都難溶于水，A、D正確；CH4的性質(zhì)比較穩(wěn)定，通常情況下，不與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑反應(yīng)，但可以在氧氣中燃燒，B錯(cuò)誤；甲烷與氯氣反應(yīng)生成四種有機(jī)物的反應(yīng)都屬于取代反應(yīng)，C正確。] 3．已知某烷烴的相對(duì)分子質(zhì)量為30。 (1)該烷烴的分子式為_(kāi)_______。 (2)該烷烴在光照時(shí)與Cl2反應(yīng)生成一氯代物的化學(xué)方程式為_(kāi)_______________________，屬于________反應(yīng)。 [解析]　烷烴的通式為CnH2n

7、＋2，則14n＋2＝30，則n＝2，即C2H6。 [答案]　(1)C2H6 (2)CH3CH3＋Cl2CH3CH2Cl＋HCl　取代 烷烴的結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 1.甲烷的取代反應(yīng) 2．取代反應(yīng)與置換反應(yīng)的比較 取代反應(yīng) 置換反應(yīng) 舉例 CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑ 定義 有機(jī)物分子里的原子或原子團(tuán)被其他原子或原子團(tuán)所代替的反應(yīng) 一種單質(zhì)跟一種化合物反應(yīng)，生成另一種單質(zhì)和另一種化合物的反應(yīng) 反應(yīng)物 一種化合物和另一種化合物或單質(zhì) 一種單質(zhì)和一種化合物 生成物 一般生成兩種新化合物 另一種化合物

8、和另一種單質(zhì) 反應(yīng)中 電子得失 不一定發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，因此不一定是氧化還原反應(yīng) 一定發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，一定是氧化還原反應(yīng) 反應(yīng)是 否可逆 有不少是可逆反應(yīng) 一般是不可逆反應(yīng) 3.烷烴的結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 【典例1】　實(shí)驗(yàn)室中用如圖所示的裝置進(jìn)行甲烷與氯氣在光照下反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。光照下反應(yīng)一段時(shí)間后，下列裝置示意圖中能正確反映實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的是(　　) A　　　　B　　　　C　　　　D D　[甲烷和氯氣在光照條件下反應(yīng)，生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl，試管內(nèi)壓強(qiáng)減小，外壓大于內(nèi)壓，試管內(nèi)液面升高，且試管內(nèi)出現(xiàn)白霧和油狀液滴，綜合上述分析，D項(xiàng)正確。

9、] 1.把1體積CH4和4體積Cl2組成的混合氣體充入試管中，將此試管倒立在盛有AgNO3溶液的水槽中，放在光亮處，片刻后發(fā)現(xiàn)試管壁上有油狀液滴出現(xiàn)，該油狀液滴可能是______________，水槽中還觀察到____________，原因是____________(用離子方程式解釋)。若向水槽中再滴入幾滴紫色石蕊試液又觀察到_____________。 [解析]　CH4和Cl2反應(yīng)的產(chǎn)物中，HCl極易溶于水，能電離出H＋和Cl－，其他產(chǎn)物均為有機(jī)物，部分呈氣態(tài)，部分為油狀液體。CH4和Cl2在光照條件下反應(yīng)生成CH3Cl(氣體)、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl，隨著反

10、應(yīng)進(jìn)行，Cl2不斷消耗，試管中黃綠色逐漸消失，又由于生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4常溫下均為無(wú)色液體，使試管壁上有油狀液滴出現(xiàn)；因生成的HCl易溶于水，反應(yīng)后，試管內(nèi)氣體壓強(qiáng)減小，試管內(nèi)水位上升，HCl溶于水后，與AgNO3反應(yīng)生成AgCl白色沉淀，同時(shí)溶液顯酸性，故加入紫色石蕊試液后溶液變紅。 [答案]　CH2Cl2、CHCl3、CCl4　有白色沉淀產(chǎn)生　Ag＋＋Cl－===AgCl↓　溶液變紅 認(rèn)識(shí)同系物 1.同系物、同分異構(gòu)體、同素異形體、同位素概念的比較 概念 內(nèi)涵 研究 對(duì)象 比較 實(shí)例 相同 不同 同系 物 結(jié)構(gòu)相似，在分子組成上相差一個(gè)或

11、若干個(gè)“CH2”原子團(tuán)的有機(jī)化合物互稱為同系物 有機(jī)化合物 結(jié)構(gòu)相似 組成上相差一個(gè)或若 干個(gè)“CH2”原子團(tuán) 同分異構(gòu)體 具有相同的分子式，不同結(jié)構(gòu)式的化合物互稱為同分異構(gòu)體 化合物 分子式相同 結(jié)構(gòu)式不同 同素異形體 同一種元素形成的幾種性質(zhì)不同的單質(zhì) 單質(zhì) 元素種類相同 性質(zhì)不同 O2與O3、白磷與紅磷 同位素 質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的同一元素的不同原子互稱為同位素 原子 質(zhì)子數(shù)相同 中子數(shù)不同 C、C與C 2.同系物的判斷 (1)同系物判斷的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn) ①分子結(jié)構(gòu)相似即屬于同一類物質(zhì)。 ②分子組成上僅相差一個(gè)或若干個(gè)“CH2”原子

12、團(tuán)。 (2)同系物判斷的三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn) ①“同”——互為同系物的物質(zhì)必須屬于同一類物質(zhì)。 ②“似”——結(jié)構(gòu)相似，是指化學(xué)鍵類型相似，分子中各原子的結(jié)合方式相似。 ③“差”——組成上相差n個(gè)“CH2”原子團(tuán)(n≥1)。 a．同系物一定具有不同的碳原子數(shù)(或分子式)。 b．同系物一定具有不同的相對(duì)分子質(zhì)量(相差14n)。 (3)判斷同系物時(shí)應(yīng)注意的兩個(gè)問(wèn)題 ①互為同系物的分子中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可能相同，也可能不同。 ②同系物和同分異構(gòu)體的區(qū)別：同系物結(jié)構(gòu)相似，組成不同，分子式不同；同分異構(gòu)體分子式相同，結(jié)構(gòu)可能相似也可能不相似。 【典例2】　下列各組內(nèi)的物質(zhì)不屬于同系物的是(　　)

13、 D　[雖然A項(xiàng)中的3種物質(zhì)有的是直鏈結(jié)構(gòu)，有的是帶支鏈的結(jié)構(gòu)，但它們通式相同，都屬于烷烴，在分子組成上依次相差一個(gè)“CH2”原子團(tuán)，故互為同系物；B項(xiàng)中的3種物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)相似，在分子組成上依次相差一個(gè)“CH2”原子團(tuán)，互為同系物；C項(xiàng)中3種物質(zhì)結(jié)構(gòu)相似，在組成上依次相差一個(gè)“CH2”原子團(tuán)，互為同系物；D項(xiàng)中3種物質(zhì)分子式相同，結(jié)構(gòu)不同，互為同分異構(gòu)體。] (1)CH2===CH2與相差1個(gè)“CH2”，二者互為同系物嗎？為什么？ (2)CH3CH2CH2CH3與是否屬于同系物？為什么？ (3)同系物具有同一通式，具有同一通式的有機(jī)物一定是同系物嗎？為什么？ [答案]　(1)

14、不互為同系物。因?yàn)槎呓Y(jié)構(gòu)不相似，一種含有碳碳雙鍵屬于烯烴，一種是環(huán)烷烴。 (2)不是。因?yàn)橥滴镌诜肿咏M成上必須相差1個(gè)或若 干個(gè)“CH2”原子團(tuán)，一定具有不同的分子式。而CH3CH2CH2CH3與分子式相同，屬于同分異構(gòu)體。 (3)不一定。如CH2===CH2和通式相同，均為CnH2n，但它們不為同系物，所以具有同一通式的有機(jī)物不一定是同系物。 2．有下列各組物質(zhì)： (1)________(填字母代號(hào)，下同)組兩物質(zhì)互為同位素。 (2)________組兩物質(zhì)互為同素異形體。 (3)________組兩物質(zhì)互為同分異構(gòu)體。 (4)________組兩物質(zhì)是同一種物

15、質(zhì)。 (5)E中的幾種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式代表了________種不同的烴。 [解析]　A組O2和O3都是單質(zhì)，屬于同素異形體；B組C和C為質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)不同的原子，屬于同位素；C組前者是正丁烷，后者為異丁烷，二者互為同分異構(gòu)體；D組是甲烷的二溴代物，屬于同一種物質(zhì)；E組中共有三種烴，分別屬于正戊烷(第1個(gè)和最后一個(gè))、異戊烷(第2個(gè)和第5個(gè))、第3個(gè)和第4個(gè)屬于同一種物質(zhì)，是正己烷的一種同分異構(gòu)體。 [答案]　(1)B　(2)A　(3)C　(4)D　(5)3 1．下列關(guān)于甲烷的說(shuō)法不正確的是(　　) A．甲烷分子具有正四面體結(jié)構(gòu) B．甲烷分子中的四個(gè)C—H鍵相同 C．甲烷分子是平面

16、正方形結(jié)構(gòu) D．甲烷分子的結(jié)構(gòu)式是 C　[甲烷分子的空間結(jié)構(gòu)是正四面體，不是平面正方形。] 2．將甲烷與氯氣按體積比1∶1混合后反應(yīng)，下列有關(guān)描述錯(cuò)誤的是(　　) A．反應(yīng)條件為光照 B．共有5種生成物 C．該反應(yīng)屬于取代反應(yīng) D．生成物中只有一氯甲烷難溶于水 D　[甲烷和氯氣在光照條件下發(fā)生取代反應(yīng)是逐步進(jìn)行的，CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl，CH3Cl＋Cl2CH2Cl2＋HCl，CH2Cl2＋Cl2CHCl3＋HCl，CHCl3＋Cl2CCl4＋HCl，共得到5種生成物，生成的氯代烴均難溶于水。] 3．下列關(guān)于烷烴的敘述不正確的是(　　) A．分子式符合CnH2n＋

17、2(n≥1)的烴一定是烷烴 B．烷烴均能與氯水發(fā)生取代反應(yīng) C．正戊烷的熔、沸點(diǎn)比丙烷的高 D．烷烴不能被酸性高錳酸鉀溶液氧化 B　[A項(xiàng)，CnH2n＋2(n≥1)是烷烴分子式的通式，正確；B項(xiàng)，烷烴和氯氣在光照條件下發(fā)生取代反應(yīng)，與氯水不反應(yīng)，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，烷烴的熔、沸點(diǎn)隨著碳原子數(shù)的增多而升高，正確；D項(xiàng)，烷烴不能被酸性高錳酸鉀溶液氧化，正確。] 4．運(yùn)動(dòng)會(huì)火炬一般使用丙烷作燃料。下列關(guān)于丙烷的說(shuō)法中正確的是(　　) A．丙烷是一種清潔能源，任何情況下均不與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、氧化劑反應(yīng) B．丙烷分子中3個(gè)碳原子在一條直線上 C．1 mol丙烷在光照條件下，最多可以與8 mol Cl

18、2發(fā)生取代反應(yīng) D．丙烷(C3H8)發(fā)生取代反應(yīng)生成C3H7Cl的結(jié)構(gòu)有3種 C　[丙烷只含有C、H元素，充分燃燒生成CO2和H2O，所以丙烷是清潔能源，丙烷不能被酸性KMnO4氧化，但是在點(diǎn)燃時(shí)能被氧氣氧化，A不正確；丙烷分子中每個(gè)碳原子均在四面體的中心，分子中所有的碳原子不在同一條直線上，B不正確；丙烷分子式為C3H8，分子中有8個(gè)H原子，每個(gè)H原子被取代需要1個(gè)Cl2分子，8個(gè)H原子全部被取代需消耗8個(gè)Cl2分子；丙烷分子中有3個(gè)碳原子，位于兩端的兩個(gè)碳原子相同，所以分子中共有兩種碳原子，因此C3H7Cl有2種同分異構(gòu)體：CH3CH2CH2Cl和。] 5.某課外活動(dòng)小組利用如圖所示

19、裝置探究甲烷與氯氣的反應(yīng)。根據(jù)題意，回答下列問(wèn)題： (1)CH4與Cl2發(fā)生反應(yīng)的條件是______________________。 (2)實(shí)驗(yàn)中可觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有：試管內(nèi)壁出現(xiàn)油狀液滴，飽和食鹽水中有少量固體析出，________________，________________等。 (3)實(shí)驗(yàn)中生成的油狀液滴的化學(xué)式為_(kāi)_________________。 (4)用飽和食鹽水而不用水的原因是_____________________。 [解析]　CH4和Cl2在光照條件下反應(yīng)生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl，隨著反應(yīng)進(jìn)行，Cl2不斷被消耗，黃綠色逐漸變淺；又由于生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4常溫下是無(wú)色油狀液體，故試管內(nèi)壁上有油滴，同時(shí)生成的HCl易溶于水，使得試管內(nèi)的壓強(qiáng)減小，故試管內(nèi)液面上升；HCl溶于水后，溶液中Cl－濃度增大，使NaCl固體析出。 [答案]　(1)光照　(2)試管內(nèi)黃綠色氣體顏色變淺　試管內(nèi)液面上升　(3)CH2Cl2、CHCl3、CCl4　(4)降低Cl2在水中的溶解度，抑制Cl2和水的反應(yīng)