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专题8 有机化合物的获得与应用
第一单元 化石燃料与有机化合物
第1课时 天然气的利用 甲烷
迄今为止，煤、石油和天然气仍是人类使用的主要能源，同时它们也是重要的化工原料。如何实现化石燃料的综合利用，提高利用率，减少化石燃料燃烧所造成的环境污染，是人类面临的重大挑战。
煤
石油
天然气
1.了解天然气的组成,认识天然气用作燃料的优缺点。
2.了解甲烷的结构、物理性质,掌握甲烷的化学性质。
3.通过搭建甲烷分子模型,能从分子微观结构的角度探析有机化合物中碳原子的成键特点,进而能推知烷烃的结构模型,加深对同系物概念的理解。
1.能描述甲烷和烷烃的主要化学性质，能描述甲烷取代反应的现象，
会书写取代反应的方程式。（证据推理与模型认知）
2.通过对可燃气体点燃前要验纯，建立安全意识。（科学态度与社会责任）
天然气
主要成分
甲烷
作用
燃料
化工原料
合成氨
生产甲醇
一、 天然气的综合利用
一、甲烷的分子组成与结构
分子式
CH4
电子式
H
H C H
H
··
··
··
··
结构式
H
H C H
H
我们熟悉的最简单的有机物化合物---甲烷 ，具有怎样的结构呢？
【思考交流】
做一做
搭建甲烷的球棍模型
用黑球（代表碳原子）、蓝球（代表氢原子）和白色短棍搭出历史上科学家们猜想的甲烷分子结构。
碳原子
四面体结构
【分享交流】
结合搭建的模型，谈谈你的想法！
空间结构
正四面体
甲烷分子的组成和结构
空间充填模型
球棍模型
分子结构示意图
二、甲烷的性质
甲烷是池沼底部产生的沼气和煤矿的坑道所产生的气体的主要成分。这些甲烷都是在隔绝空气的情况下，由植物残体经过微生物发酵的作用而生成的。
天然气、坑气、沼气等的主要成分均为甲烷。
1、物理性质：
甲烷是无色、无味，难溶于水的气体，密度是0.717g/L（标准状况），比空气小。
通常情况下，甲烷性质稳定，与强酸、强碱和强氧化剂等一般不发生化学反应。
2、化学性质
1.甲烷的稳定性
活动探究1：甲烷的稳定性
KMnO4溶液
NaOH溶液
（滴有石蕊溶液）
稀硫酸
（滴有石蕊溶液）
CH4
尾气
收集
甲烷较稳定，不与高锰酸钾、强酸和强碱反应。
1.甲烷的稳定性
活动探究2：甲烷的氧化反应
2.甲烷的氧化反应
在空气（或氧气）中安静燃烧，产生淡蓝色火焰。
有机反应方程式中用“ ”，不用“===”
点燃
CH4(g)+ 2O2(g) CO2(g)+ 2H2O(1)
现象：
化学方程式：
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。
瓦斯爆炸，伤亡惨重，需警钟长鸣
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)严禁明火、电火花等。
点燃甲烷和空气的混合气体会有什么后果呢？请结合所学知识提出几条煤矿安全的保障措施？
【想一想】
1. 甲烷点燃一定要验纯；
科学态度与社会责任
活动探究3
甲烷能与氯气反应吗？
U形管1：
25 mL CH4和25 mL Cl2 ，并光照
U形管2：
50 mL Cl2 并光照
U形管3：
25 mL CH4和25 mL Cl2 ，不光照
【想一想】这样进行实验设计的意图是什么？
实验装置
电源
3.甲烷的取代反应
注意观察量筒内气体和液面的变化情况。
甲烷与氯气的取代反应
【思考交流】
CH4与Cl2的实验现象是什么
科学探究与创新意识
现象：
试管内气体颜色变浅，液面上升，内壁出现油状液滴，试管中出现少量白雾。
产物：
有机物 ——
气态：CH3Cl
液态：CH2Cl2 、 CHCl3 、 CCl4
无机物 —— HCl
有机物分子里的某些原子（或原子团）被其他原子（或原子团）所替代的反应叫做取代反应
光照
甲烷的取代反应机理：
Cl—Cl
+
光照
C
H
H
H
Cl
Cl
H
+
三氯甲烷(氯仿)
光照
四氯甲烷(四氯化碳)
在上述反应中，甲烷分子中的四个氢原子可被氯原子逐一取代，生成四种不同的取代产物。常温下，只有一氯甲烷是气体，其他均为油状液体。
光照
二氯甲烷
光照
【总结提升】甲烷的取代反应应注意的问题
（1）反应条件：光照，但要避免日光直射,因光太强会使反
应迅速而发生爆炸。
（2）反应物状态：纯卤素，如甲烷与溴水不反应，与溴蒸
气见光发生取代反应。
（3）甲烷的取代反应是分步且连锁进行的，所以甲烷与氯气
的反应，会得到五种产物：CH3Cl 、CH2Cl2 、CHCl3 、CCl4 、HCl（最多）。
（4）甲烷与氯气一旦发生取代反应就不会停止在哪一步，一般四种有机产物都会产生。取代过程中，每取代1 mol氢原子，将消耗1 mol Cl2。
甲烷的分解反应
甲烷在较高温度下会发生分解。甲烷在隔绝空气、高温下发生分解反应生成C和H2。
C2H4 C+2H2
高温
【知识拓展】
乙烷
从石油炼制的产品中可以获得一系列和甲烷结构相似的化合物，如：
丙烷
丁烷
以上分子结构有什么特点？
1、均由碳、氢两种元素组成
2、碳原子之间均以单键结合
烃：
仅含碳和氢两种元素的有机物称为碳氢化合物，也称为烃
三、烷烃
在烃的分子里，碳原子都以碳碳单键相连，剩余的价键均用于与氢原子相结合，达到“饱和”。这一系列化合物被称为烷烃。
2、结构特点：
饱和（碳周围有四个原子）
1、定义：
3、烷烃的通式：
CnH2n+2(n≥1)
C2H6 C3H8 C4H10
观察下列三种烷烃及其名称，试推测是根据什么来命名烷烃的？
【思考交流】
1.以碳原子个数为基础命名，称“某烷”或“环某烷”。
2.十个以下用“天干”命名：甲、乙、丙、丁、戊、
己、庚、辛、壬、癸。
3.十以上用中文数字表示：十一烷、二十烷、三十五
烷等。
4.对于碳原子数相同、分子式相同而结构不同的烷烃，
一般在其名称之前加上“正”“异”“新”等字加以区
别。
【提醒】
同系物：
结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质互称为同系物。
符合通式CnH2n+2的烷烃都互为同系物
“四同”比较
同系物 同分异构体 同素异形体 同位素
组成
结 构
类 别
分子组成相差一个或若干个CH2原子团
分子式 相同
组成元素相同
质子数相同，中子数不同
结构相似
结构不同
结构不同
——
化合物
单质
化合物
同一元素的不同种原子
有机物的表示方法
有机物的结构
分子式
最简式
结构式
结构简式
键线式
电子式
CH3CH3
球棍模型
空间填充模型
分子结构示意图
反映分子结构
反映空间结构
C2H6
CH3
以乙烷为例
以甲烷为例
甲烷
的性质
稳定性
取代反应
分解反应
可燃性
通常条件下与强酸、强碱或高锰酸钾等强氧化剂不反应。
甲烷在空气中燃烧，火焰明亮且呈淡蓝色，放出大量的热。
CH4+2O2 CO2+2H2O
点燃
光照时，试管内气体颜色逐渐变浅，试管壁出现油状液滴，试管内水面上升。
CH4+Cl2 CH3Cl+HCl
光照
CH4 C+2H2
高温
烷烃的结构
同系物
1.碳原子都以C—C键相连，其余都是C—H键。
2.通式为CnH2n+2 。
结构相似，分子组成相差一个或若干个CH2原子团
1.下列关于甲烷性质的叙述，不正确的是(　　)
A．甲烷在空气中完全燃烧生成水和二氧化碳
B．甲烷是无色、有臭味的气体
C．甲烷是一种最简单的有机物
D．甲烷极难溶于水
B
【提示】甲烷是一种无色无味的气体。家用或工业用天然气中，常掺入少量有特殊气味的杂质气体，以警示气体的泄漏。
2.下列有关甲烷的取代反应的叙述正确的是(　　)
A.甲烷与氯气的物质的量之比为1∶1，混合发生取代反应只生成CH3Cl
B.甲烷与氯气的取代反应，生成的产物中CH3Cl最多
C.甲烷与氯气的取代反应生成的产物为混合物
D.1 mol甲烷生成CCl4最多消耗2 mol氯气
C
3. 1 mol CH4和Cl2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，则消耗的Cl2为（ ）
A．0.5 mol B．2 mol
C．2.5 mol D．4 mol
【提示】 1 mol CH4与Cl2发生取代反应，欲使四种有机取代物的物质的量相等，则生成的CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各为0.25 mol，该四种取代物中n(Cl)＝0.25 mol×(1＋2＋3＋4)＝2.5 mol，根据取代反应的特点知n(Cl2)＝2.5 mol。Cl2取代CH4中的1个氢原子，消耗1分子Cl2，生成1分子HCl。
C
4. 实验室中用如图所示的装置进行甲烷与氯气在光照下反应的实验。
光照下反应一段时间后,下列装置示意图中能正确反映实验现象的是（ ）
D
5.把1体积CH4和4体积Cl2组成的混合气体充入大试管中，将此试管倒立在盛有AgNO3溶液的水槽中，放在光亮处，片刻后发现试管壁上有油状液滴出现，该油状液滴可能是_________________，水槽中还观察到_______________， 原因是__________________(用
离子方程式解释)。若向水槽中再滴入几滴紫色石蕊试液又观察到___________，原因是_________________________。
有白色沉淀产生
溶液变红
反应生成HNO3使溶液显酸性
CH2Cl2、CHCl3、CCl4
Ag++Cl-====AgCl↓
6、下列有关同系物的说法中错误的是(　　)。
①丙烷和丁烷互为同系物　②分子组成相差1个或若干个“CH2”原子团的有机化合物是同系物　③互为同系物的两者中碳、氢元素的物质的量之比一定相同　④互为同系物的两种有机化合物的物理性质有差别,但化学性质相似
A.①②③④ B.②③
C.③④ D.①②④
B
不能因为人生的道路坎坷，就使自己的身躯变得弯曲；不能因为生活的历程漫长，就使求索的脚步迟缓。

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