高中化學(xué) 天然氣的利用甲烷公開課課件 蘇教版必修2

1、專題三專題三 化石燃料與有機(jī)化合物化石燃料與有機(jī)化合物甲烷甲烷可燃冰可燃冰西氣東輸西氣東輸 礦難礦難 千年的希望千年的希望 “可燃冰可燃冰” 可燃冰是天然氣（甲烷等）的可燃冰是天然氣（甲烷等）的水合物，它易燃燒，外形似冰，水合物，它易燃燒，外形似冰，被稱為被稱為“可燃冰可燃冰”?！翱扇急扇急眱?chǔ)量較大，可燃冰將成為最理想儲(chǔ)量較大，可燃冰將成為最理想替代能源。替代能源?？煽?燃燃 冰冰 的的 分分 布布 可燃冰在自然界可燃冰在自然界分布非常廣泛，海分布非常廣泛，海底以下底以下0到到1500米米深的大陸架或北極深的大陸架或北極等地的永久凍土帶等地的永久凍土帶都可能存在，我國(guó)都可能存在，我國(guó)南海、

2、東海等海域南海、東海等海域發(fā)現(xiàn)大量發(fā)現(xiàn)大量“可燃冰可燃冰”資源，估算其資源資源，估算其資源量相當(dāng)于我國(guó)陸地量相當(dāng)于我國(guó)陸地石油天然氣資源的石油天然氣資源的一半?？扇急蓾M一半?？扇急蓾M足人類未來足人類未來1000年年需要的新能源需要的新能源 2010年年4月月1日日19時(shí)許，陜西時(shí)許，陜西韓城市龍門鎮(zhèn)韓城市龍門鎮(zhèn)泉子溝煤礦發(fā)泉子溝煤礦發(fā)生一起瓦斯燃生一起瓦斯燃燒事故，當(dāng)班燒事故，當(dāng)班井下有井下有27人。人。17人升井，人升井，8人遇難，人遇難，2人失人失蹤。蹤。 1、已知甲烷的密度在標(biāo)準(zhǔn)狀況下是已知甲烷的密度在標(biāo)準(zhǔn)狀況下是0.717 g/L 0.717 g/L ，含碳含碳75%75%，含氫，

3、含氫25%25%。請(qǐng)同學(xué)們利用這些數(shù)據(jù)。請(qǐng)同學(xué)們利用這些數(shù)據(jù)推出甲烷中的碳、氫元素的質(zhì)量比、原子數(shù)比推出甲烷中的碳、氫元素的質(zhì)量比、原子數(shù)比和分子式。和分子式。2、甲烷分子的電子式和結(jié)構(gòu)式，說明它的分甲烷分子的電子式和結(jié)構(gòu)式，說明它的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 3、1 mol甲烷在通常情況下完全燃燒放出甲烷在通常情況下完全燃燒放出890 890 kJmolkJmol11熱量，寫出甲烷燃燒的熱化學(xué)方程式熱量，寫出甲烷燃燒的熱化學(xué)方程式。CH4（ g ）+ 2O2（g）= CO2（g）+2H2O（l）；）； H=-889.6kJ/mol 解析：解析： 含碳含碳75%，含氫，含氫25%，設(shè)甲烷質(zhì)量，

4、設(shè)甲烷質(zhì)量為為1g，則，則m（C）=0.75 g n（C)=0.75g/12gmol-1m(H)=0.25g n(H)=0.25g/1gmol-1已知甲烷的密度在標(biāo)準(zhǔn)狀況下已知甲烷的密度在標(biāo)準(zhǔn)狀況下0.717g/L ，則則M=Vm=0.707 g/L22.4L/mol=16g/mol因此因此C原子與原子與H原子的個(gè)數(shù)比為（原子的個(gè)數(shù)比為（0.75/12）：）：（ 0.25/1）=1：4,故最簡(jiǎn)式為故最簡(jiǎn)式為CH4綜合綜合 ，可知甲烷的分子式為，可知甲烷的分子式為CH4分子式分子式分子式的確定：分子式的確定： 分子中各原子的物質(zhì)的量之比分子中各原子的物質(zhì)的量之比 （各組成原子個(gè)數(shù)的最簡(jiǎn)比）（各組

5、成原子個(gè)數(shù)的最簡(jiǎn)比）摩爾質(zhì)量摩爾質(zhì)量 （相對(duì)分子質(zhì)量（相對(duì)分子質(zhì)量)1.分子式：分子式：CH4電子式：電子式：HHHCH結(jié)構(gòu)式：結(jié)構(gòu)式：CHHHH+1-4一、甲烷的分子結(jié)構(gòu)一、甲烷的分子結(jié)構(gòu)（平面（平面?）2.甲烷分子呈甲烷分子呈正四面體正四面體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)甲烷分子不是平面四邊形結(jié)構(gòu)甲烷分子不是平面四邊形結(jié)構(gòu)鍵角：鍵角：10928與金剛石的結(jié)構(gòu)相同與金剛石的結(jié)構(gòu)相同穩(wěn)定結(jié)構(gòu)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)但由于有機(jī)物的立體結(jié)構(gòu)式書寫起來但由于有機(jī)物的立體結(jié)構(gòu)式書寫起來比較費(fèi)事，為方便起見，一般采用平比較費(fèi)事，為方便起見，一般采用平面的結(jié)構(gòu)式。面的結(jié)構(gòu)式。 （立體）（立體）二、甲烷的物理性質(zhì)：二、甲烷的物理性質(zhì)： 色色 味

6、的味的 體，密度比空氣體，密度比空氣 ， 溶于水。溶于水。無無氣氣無無小小難難向下排氣法向下排氣法排水法排水法收集收集收集收集0.717g/L(標(biāo)準(zhǔn)狀況下標(biāo)準(zhǔn)狀況下)甲烷（又名沼氣、坑氣）甲烷（又名沼氣、坑氣）在自然界中的存在：在自然界中的存在：池池沼的底部沼的底部( (沼氣沼氣) )，油田，油田氣和煤礦坑道氣和煤礦坑道( (坑氣、坑氣、瓦斯瓦斯) )，天然氣，天然氣( (一般含一般含CH4 80809797) )。三、甲烷的化學(xué)性質(zhì)三、甲烷的化學(xué)性質(zhì)1 1、可燃性、可燃性CH4爆炸極限：爆炸極限：5%15.4%CH4+2O2 CO2+2H2O點(diǎn)燃點(diǎn)燃因其含碳量低，其火焰為因其含碳量低，其火焰

7、為淡藍(lán)色火焰。淡藍(lán)色火焰。注意注意: : 1 1、點(diǎn)燃甲烷前必須驗(yàn)純，否則會(huì)爆炸。、點(diǎn)燃甲烷前必須驗(yàn)純，否則會(huì)爆炸。 ( (思考：什么時(shí)候甲烷會(huì)爆炸最強(qiáng)烈思考：什么時(shí)候甲烷會(huì)爆炸最強(qiáng)烈?)?)2、有機(jī)反應(yīng)方程式中用、有機(jī)反應(yīng)方程式中用“ ”不用不用“”； 你能設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證你能設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證CHCH4 4燃燒的燃燒的產(chǎn)物是什么嗎？產(chǎn)物是什么嗎？ 請(qǐng)請(qǐng) 討討 論論: :通常情況下，甲烷比較穩(wěn)定。通常情況下，甲烷比較穩(wěn)定。結(jié)論：甲烷與結(jié)論：甲烷與KMnO4溶液不發(fā)溶液不發(fā)生反應(yīng)生反應(yīng)。 把甲烷氣體分別通入酸性把甲烷氣體分別通入酸性KMnOKMnO4 4溶液中，觀察現(xiàn)象。溶液中，觀察現(xiàn)象。與強(qiáng)酸

8、、強(qiáng)堿或強(qiáng)氧化劑一般不反應(yīng)。與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或強(qiáng)氧化劑一般不反應(yīng)。2 2、通常情況下通常情況下，甲烷，甲烷穩(wěn)定穩(wěn)定。一般。一般不不與強(qiáng)與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和強(qiáng)氧化劑等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。酸、強(qiáng)堿和強(qiáng)氧化劑等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。 產(chǎn)物用途：產(chǎn)物用途：H H2 2是合成氨及合成汽油等工業(yè)的原是合成氨及合成汽油等工業(yè)的原料。料。C C是橡膠工業(yè)的原料，可以用于制造顏料、油是橡膠工業(yè)的原料，可以用于制造顏料、油墨、油漆等。墨、油漆等。甲烷常溫時(shí)很穩(wěn)定，但在高溫時(shí)可分解；甲烷常溫時(shí)很穩(wěn)定，但在高溫時(shí)可分解； 3、甲烷的分解反應(yīng)、甲烷的分解反應(yīng)CH4 C2H2高溫高溫甲烷的高溫分解反應(yīng)方程式：甲烷的高溫分解反應(yīng)方程式： 4、取代

9、反應(yīng)、取代反應(yīng)現(xiàn)象：現(xiàn)象：瓶壁上有瓶壁上有 狀狀 生成。生成。 量筒內(nèi)液面量筒內(nèi)液面 。 油油 液滴液滴 甲烷與氯氣反應(yīng)：甲烷與氯氣反應(yīng)：上升上升 4、取代反應(yīng)取代反應(yīng)一氯甲烷一氯甲烷二氯甲烷二氯甲烷四氯甲烷四氯甲烷( (四四氯化碳氯化碳) )三氯甲烷三氯甲烷( (氯氯仿仿) )CH3Cl Cl2 CH2Cl2HCl光照光照CH2Cl2 Cl2 CHCl3 HCl光照光照CHCl3 Cl2 CCl4 HCl光照光照CH4 Cl2 CH3Cl HCl光照光照取代反應(yīng)：取代反應(yīng)：有機(jī)物分子里的某些原子或原有機(jī)物分子里的某些原子或原子團(tuán)被其他原子或原子團(tuán)所代替的反應(yīng)。子團(tuán)被其他原子或原子團(tuán)所代替的反

10、應(yīng)。 常溫下，一氯甲烷常溫下，一氯甲烷( (CH3Cl)是氣體，其它三種是氣體，其它三種是液體，三氯甲烷是液體，三氯甲烷( (CHCl3)和四氯甲烷和四氯甲烷(CCl4)是工是工業(yè)上重要的溶劑，四氯甲烷業(yè)上重要的溶劑，四氯甲烷(CCl4)還是一種效率較還是一種效率較高的滅火劑，這四種取代物都不溶于水。高的滅火劑，這四種取代物都不溶于水。提問：提問： 甲烷與氯氣反應(yīng)最多可能有幾種產(chǎn)物？甲烷與氯氣反應(yīng)最多可能有幾種產(chǎn)物？答：五種。最多可能有答：五種。最多可能有 CH3Cl ，CH2Cl2 ，CHCl3，CCl4，HCl五種產(chǎn)物。五種產(chǎn)物。提示：有機(jī)反應(yīng)很復(fù)雜，產(chǎn)物較多提示：有機(jī)反應(yīng)很復(fù)雜，產(chǎn)物較多

11、取代反應(yīng)取代反應(yīng)置換反應(yīng)置換反應(yīng)適用于有機(jī)反應(yīng)適用于有機(jī)反應(yīng)適用于無機(jī)反應(yīng)適用于無機(jī)反應(yīng)反應(yīng)物、生成物中不一反應(yīng)物、生成物中不一定有單質(zhì)定有單質(zhì)反應(yīng)物、生成物中一定有反應(yīng)物、生成物中一定有單質(zhì)單質(zhì)逐步取代逐步取代 ，很多反應(yīng)是可逆的，很多反應(yīng)是可逆的 反應(yīng)一般是單向進(jìn)行反應(yīng)一般是單向進(jìn)行 反應(yīng)能否進(jìn)行受催化劑、反應(yīng)能否進(jìn)行受催化劑、溫度、光照等外界條件影響溫度、光照等外界條件影響較大較大 在水溶液中進(jìn)行的置換在水溶液中進(jìn)行的置換反應(yīng)遵循金屬或非金屬的反應(yīng)遵循金屬或非金屬的活動(dòng)順序活動(dòng)順序取代反應(yīng)與置換反應(yīng)的區(qū)別：取代反應(yīng)與置換反應(yīng)的區(qū)別：甲烷化學(xué)性質(zhì)甲烷化學(xué)性質(zhì) 總體：總體： 一定條件下一定條

12、件下燃燒反應(yīng)燃燒反應(yīng)取代反應(yīng)取代反應(yīng)受熱分解受熱分解性質(zhì)較穩(wěn)定性質(zhì)較穩(wěn)定小結(jié)：四、甲烷的用途四、甲烷的用途甲烷在一定條件下氧化生成一氧化碳、甲烷在一定條件下氧化生成一氧化碳、氫氣的混合物，用它們可以合成甲醇。氫氣的混合物，用它們可以合成甲醇。做氣體燃料做氣體燃料。甲烷熱分解的產(chǎn)物炭黑是橡膠工業(yè)的甲烷熱分解的產(chǎn)物炭黑是橡膠工業(yè)的重要原料，也可用于制造顏料、油墨和重要原料，也可用于制造顏料、油墨和油漆等。油漆等。從甲烷可以制得氯仿和氟利昂。從甲烷可以制得氯仿和氟利昂。CHCl3 + HF CHFCl2 + HCl1 1、下列有關(guān)甲烷物理性質(zhì)的敘述正確的是、下列有關(guān)甲烷物理性質(zhì)的敘述正確的是 （ ）

13、A A、甲烷是一種黃綠色氣體、甲烷是一種黃綠色氣體B B、甲烷是一種有臭味的氣體、甲烷是一種有臭味的氣體C C、收集甲烷時(shí)常用排水法，是因?yàn)榧淄榈?、收集甲烷時(shí)常用排水法，是因?yàn)榧淄榈拿芏扰c空氣的密度相近。密度與空氣的密度相近。D D、甲烷能用排水法收集是因?yàn)榧淄殡y溶于、甲烷能用排水法收集是因?yàn)榧淄殡y溶于水水D學(xué)以致用學(xué)以致用3、在光照下，將等物質(zhì)的量的在光照下，將等物質(zhì)的量的CH4和和Cl2充分充分反應(yīng)，得到的產(chǎn)物物質(zhì)的量最多的是（反應(yīng)，得到的產(chǎn)物物質(zhì)的量最多的是（ ） A、CH3Cl B、CH2Cl2 C、CCl4 D、HClD2、下列物質(zhì)常溫下呈氣態(tài)的是、下列物質(zhì)常溫下呈氣態(tài)的是 （ ）A

14、、CH3Cl B、CH2Cl2 C、CHCl3 D、CCl4A 4、如圖所示，某氣體、如圖所示，某氣體X可能由可能由H2、CO、CH4中的一種或幾種組成。將中的一種或幾種組成。將X氣體氣體 燃燒，把燃燒燃燒，把燃燒后生成的氣體通過后生成的氣體通過A、B兩個(gè)洗氣瓶。試回答下兩個(gè)洗氣瓶。試回答下列問題：列問題：(1) 若若A洗氣瓶的質(zhì)量增加，洗氣瓶的質(zhì)量增加，B洗洗氣瓶的質(zhì)量不變，則氣體氣瓶的質(zhì)量不變，則氣體X是是_。(2) 若若A洗氣瓶的質(zhì)量不變，洗氣瓶的質(zhì)量不變，B洗洗氣瓶的質(zhì)量增加，則氣體氣瓶的質(zhì)量增加，則氣體X是是_。(3) 若若A、B兩個(gè)洗氣瓶的質(zhì)量都兩個(gè)洗氣瓶的質(zhì)量都增加，則氣體增加，

15、則氣體X可能是可能是_。H H2 2COCH4或或H2,CO或或H2,CH4或或CO,CH4或或H2,CO,CH45、有一種無色的混合氣體可能由、有一種無色的混合氣體可能由CH4、NH3、H2、CO、CO2和和HCl中的幾種氣體組成，中的幾種氣體組成，將此混合氣體通過濃將此混合氣體通過濃H2SO4，氣體總體積基，氣體總體積基本不變；再通過澄清石灰水，未見渾濁，本不變；再通過澄清石灰水，未見渾濁，但氣體總體積減??；把剩余氣體在純但氣體總體積減??；把剩余氣體在純O2的的情況下引燃，燃燒產(chǎn)物不能使無水情況下引燃，燃燒產(chǎn)物不能使無水CuSO4變色，則原混合氣體中一定含有：變色，則原混合氣體中一定含有：（ ） A. CO、HCl B. CH4、NH3 C. CH4、HCl D.