甲烷的結構和性質

1、第三章第三章 有機化合物有機化合物第一節(jié) 最簡單的有機化合物課前預習區(qū)課前預習區(qū)1、有機化合物；來源、結構、性質、合成、應用、有機化合物；來源、結構、性質、合成、應用2、（、（1）有機化學；有機化合物有機化學；有機化合物尿素尿素定量分析方法定量分析方法碳的價鍵、碳原子的空間結構；碳的價鍵、碳原子的空間結構；官能團官能團（2）關于化學結構理論；有機反應機理關于化學結構理論；有機反應機理 紅外光譜、核磁共振譜圖、質譜、紅外光譜、核磁共振譜圖、質譜、X射線衍射射線衍射 逆推法合成路線設計逆推法合成路線設計概概 念念: 含碳的化合物叫有機物。含碳的化合物叫有機物。注意注意 少數(shù)含碳元素的物質，其組成和

2、性質與少數(shù)含碳元素的物質，其組成和性質與無機物相似無機物相似,常被看作無機物常被看作無機物,如如CO、CO2、H2CO3及所有碳酸鹽等及所有碳酸鹽等有機物組成元素組成元素:除碳外除碳外，常常含有氫、常常含有氫、氧氧，還含有氮、硫、鹵還含有氮、硫、鹵素素、磷等。磷等。例如：汽油例如：汽油 煤油煤油 塑料塑料 糖類糖類 蛋白質等蛋白質等僅含碳和氫兩種元素的有機物稱為碳氫化合物，也僅含碳和氫兩種元素的有機物稱為碳氫化合物，也稱為烴。甲烷是最簡單的烴。稱為烴。甲烷是最簡單的烴。 其中其中 僅僅含含碳碳和和氫氫兩種元素的有機兩種元素的有機物稱為碳氫化合物，也稱為烴。物稱為碳氫化合物，也稱為烴。最簡單的烴

3、是甲烷最簡單的烴是甲烷下列物質屬于有機物的是下列物質屬于有機物的是( )A.HA.H2 2S B.CS B.C2 2H H2 2 C.CHC.CH3 3Cl D.CCl D.C2 2H H5 5OH E.CHOH E.CH4 4，F(xiàn).HF.H2 2 G.G.金剛石金剛石 H.CO I.H H.CO I.H2 2COCO3 3 J.NaJ.Na2 2COCO3 3B C D E有機物的性質有機物的性質溶解性溶解性熔沸點熔沸點可燃性可燃性導電性導電性化學反應化學反應多數(shù)不溶于水，易溶于有機溶劑多數(shù)不溶于水，易溶于有機溶劑熔沸點較低，一般在熔沸點較低，一般在400以下以下多數(shù)可以燃燒多數(shù)可以燃燒多數(shù)

4、是非電解質，不導電多數(shù)是非電解質，不導電一般比較復雜；副反應多，產物復雜、一般比較復雜；副反應多，產物復雜、產率低；反應速率較慢，用箭頭表示產率低；反應速率較慢，用箭頭表示甲烷俗稱甲烷俗稱沼氣沼氣，是在隔絕空氣情況下，主要，是在隔絕空氣情況下，主要由植物殘體分解而成的。是由植物殘體分解而成的。是天然氣、油田氣天然氣、油田氣的主要成分，的主要成分，煤礦坑道煤礦坑道中也含有大量甲烷氣中也含有大量甲烷氣體（坑氣、瓦斯）體（坑氣、瓦斯） 在標準狀況下，甲烷相對空氣在標準狀況下，甲烷相對空氣的密度是的密度是0.717g/L0.717g/L。其中，。其中， 碳占25%，氫占25%。求分子式分子式：分子式：

5、CH4電子式：電子式：HHHCH結構式：結構式：CHHHH+1-4一、甲烷的分子結構一、甲烷的分子結構（平面）（平面） 思考思考 上述結構式是否說明上述結構式是否說明甲烷分子的真實構型是以碳甲烷分子的真實構型是以碳原子為中心，四個氫原子為原子為中心，四個氫原子為頂點的平面正方形？頂點的平面正方形？ 裁一段長裁一段長25cm25cm、寬、寬8.7cm8.7cm的矩形紙板或的矩形紙板或硬紙條，按下圖所示方式，裁去兩頭的小硬紙條，按下圖所示方式，裁去兩頭的小三角，按虛線向內折成如圖所示的正四面三角，按虛線向內折成如圖所示的正四面體，其頂點分別為甲烷中個氫原子的位體，其頂點分別為甲烷中個氫原子的位置，

6、中心是碳原子。置，中心是碳原子。實踐活動（模型制作）實踐活動（模型制作）二、甲烷分子的立體結構：二、甲烷分子的立體結構： 以碳原子為中心，以碳原子為中心， 四個氫原子四個氫原子為頂點的為頂點的正四面體正四面體。鍵角：。鍵角：109109。2828， (1)(1) 色色 味的味的 體，體，(2)(2)密度密度 ，(3)(3) 溶于水溶于水三、甲烷的性質三、甲烷的性質1.1.甲烷的物理性質甲烷的物理性質（收集（收集向下排氣法）向下排氣法）（收集（收集排水法）排水法）極難極難比空氣小比空氣小氣氣無無無無 通常情況下，甲烷的結構比較穩(wěn)定，不易與其通常情況下，甲烷的結構比較穩(wěn)定，不易與其它物質反應。它物

7、質反應。與與強酸強酸、強堿強堿、強氧化劑如強氧化劑如高錳酸鉀、高錳酸鉀、溴水等溴水等都不起反應。都不起反應。在標準狀況下，是在標準狀況下，是0.717g/L0.717g/L。用“”不用“”1、氧化反應（、氧化反應（可燃性）可燃性）CHCH4 4爆炸爆炸極限極限：5%15.4%CH4+2O2 CO2+2H2O點燃點燃瓦斯爆炸瓦斯爆炸點燃甲烷前必須驗純點燃甲烷前必須驗純, ,否則會爆炸否則會爆炸注意注意:現(xiàn)象現(xiàn)象：明亮的明亮的淡藍色淡藍色火焰，火焰，放出大量的熱。放出大量的熱。四、化學性質四、化學性質 瓦斯爆炸是一定濃度的甲烷和空氣中氧氣作用下發(fā)瓦斯爆炸是一定濃度的甲烷和空氣中氧氣作用下發(fā)生的激烈

8、氧化還原反應。煤礦必須通風、嚴禁煙火等。生的激烈氧化還原反應。煤礦必須通風、嚴禁煙火等。 2.取代反應科學探究科學探究 你從實驗中得到哪些信你從實驗中得到哪些信息？息？ 從所得的實驗信息中你從所得的實驗信息中你能得到哪些啟示？能得到哪些啟示？HCHHH+ClCl光光CHHHCl+ HCl 試管內水面上升試管內水面上升，說明氣體總體積在縮小說明氣體總體積在縮小 試管內試管內ClCl2 2的黃綠色逐漸消失的黃綠色逐漸消失 試管內壁出現(xiàn)油狀液滴試管內壁出現(xiàn)油狀液滴(4)(4)水槽中有晶體析出水槽中有晶體析出甲烷的取代反應甲烷的取代反應 現(xiàn)象：現(xiàn)象：化學方程式：化學方程式：取代反應取代反應: : 有機

9、物分子里的某些原子或原子團被有機物分子里的某些原子或原子團被 其他原子或原子團所替代的反應其他原子或原子團所替代的反應 有機物分子里有機物分子里的某些原子或原子團被其他的某些原子或原子團被其他原子或原子團所代替的反應原子或原子團所代替的反應,叫取代反應叫取代反應。CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl光光CH3Cl + Cl2 CH2Cl2 + HCl光光CH2Cl2 + Cl2 CHCl3 + HCl光光CHCl3 + Cl2 CCl4 + HCl光光一氯甲烷一氯甲烷（無色氣體）（無色氣體）二氯甲烷二氯甲烷（難溶于水的無色液體）（難溶于水的無色液體）三氯甲烷又叫氯仿三氯甲烷又叫氯仿 （有

10、機溶劑、麻醉劑）（有機溶劑、麻醉劑）四氯甲烷又叫四氯化碳四氯甲烷又叫四氯化碳（有機溶劑、滅火劑）（有機溶劑、滅火劑）甲烷是與氯氣發(fā)生取代反應甲烷是與氯氣發(fā)生取代反應, ,與氯水不反應與氯水不反應四種氯代有機物均難溶于水，四種氯代有機物均難溶于水， 取代反應取代反應（甲烷與氯氣的反應）（甲烷與氯氣的反應） 置換反應置換反應 （鋅與稀硫酸反應）（鋅與稀硫酸反應）生成物都是化合物生成物都是化合物生成物中一定有單質生成物中一定有單質反應受溫度、壓強催化劑反應受溫度、壓強催化劑等外界條件的影響等外界條件的影響多數(shù)在水溶液中進行，遵循多數(shù)在水溶液中進行，遵循金屬（或非金屬）活動順序金屬（或非金屬）活動順序

11、反應逐漸進行，多數(shù)是可反應逐漸進行，多數(shù)是可逆的逆的反應多數(shù)為一步單向進行反應多數(shù)為一步單向進行取代反應與置換反應的對比取代反應與置換反應的對比甲烷與氯氣反應的產物有幾種？甲烷與氯氣反應的產物有幾種？ 甲烷與氯氣反應，共得到甲烷與氯氣反應，共得到5種產物種產物，其中一，其中一氯甲烷和氯化氫是氯甲烷和氯化氫是氣態(tài)氣態(tài)，二氯甲烷、三氯甲烷、，二氯甲烷、三氯甲烷、和四氯甲烷為和四氯甲烷為液態(tài)液態(tài)。而氯化氫易溶于水，其余難。而氯化氫易溶于水，其余難溶于水。溶于水。1.反應物質：純鹵素單質；如甲烷與氯水、溴水不反應，反應物質：純鹵素單質；如甲烷與氯水、溴水不反應，與與Cl2、溴蒸氣光照條件下發(fā)生取代反應

12、。、溴蒸氣光照條件下發(fā)生取代反應。 2.甲烷分子中的四個氫原子可逐一被取代，反應是連續(xù)甲烷分子中的四個氫原子可逐一被取代，反應是連續(xù)的，故甲烷的鹵代物并非一種，而是幾種鹵代物的混合的，故甲烷的鹵代物并非一種，而是幾種鹵代物的混合物。物。注意：注意：3.分解反應：分解反應：242HCCH 高溫其產物：其產物：H H2 2是合成氨及合成汽油等工業(yè)的原料。是合成氨及合成汽油等工業(yè)的原料。C C是是橡膠工業(yè)的原料，可以用于制造顏料、油墨、油漆等橡膠工業(yè)的原料，可以用于制造顏料、油墨、油漆等注：多數(shù)有機物熔點低，受熱易分解。注：多數(shù)有機物熔點低，受熱易分解。甲烷常溫時很穩(wěn)定，高溫時可斷鍵甲烷常溫時很穩(wěn)定

13、，高溫時可斷鍵甲烷的高溫裂解反應方程式：甲烷的高溫裂解反應方程式：四、甲烷的制備：四、甲烷的制備：（1 1）工業(yè)制備）工業(yè)制備 ：天然氣除雜得甲烷：天然氣除雜得甲烷 （2 2）實驗室制備）實驗室制備藥品：藥品：無水無水CHCH3 3COONaCOONa和堿石灰（和堿石灰（NaOHNaOH和和CaOCaO）反應原理：反應原理：主反應方程式：主反應方程式：CHCH3 3COONa+NaOH CHCOONa+NaOH CH4 4 +Na +Na2 2COCO3 3 堿石灰中的堿石灰中的CaOCaO的作用：的作用： A.A.提供反應物提供反應物 B.B.疏松導氣疏松導氣氣體發(fā)生裝置：同于氣體發(fā)生裝置：同于O O2 2、NHNH3 3 課堂小結課堂小結正四面體正四面體結構穩(wěn)定結構穩(wěn)定通常情況下，性質通常情況下，性質穩(wěn)定穩(wěn)定,特定條件下，特定條件下，可發(fā)生反應可發(fā)生反應點燃條件下，燃燒點燃條件下，燃燒光照條件下，與氯光照條件下，與氯氣取代氣取代 甲烷的甲烷的分子結構分子結構 甲烷的甲烷的 性性 質質 甲烷的甲烷的 用用 途途做燃料做燃料重要的化重要的化工原料工原料決定決定決定決定隨堂練習隨堂練習CA CD 4、1mol的甲烷與一定量的的