天然氣的利用甲烷

1、第一單元 化石燃料與有機化合物第1課時 天然氣的利用 甲烷專題3 有機化合物的獲得與應用西氣東輸中輸送的氣體是天然氣西氣東輸中輸送的氣體是天然氣, ,天天然氣的主要成分是甲烷。目前然氣的主要成分是甲烷。目前, ,農(nóng)村農(nóng)村普遍使用的沼氣的主要成分也是甲普遍使用的沼氣的主要成分也是甲烷烷, ,而且而且, ,科學家從海底發(fā)現(xiàn)了一種新科學家從海底發(fā)現(xiàn)了一種新能源能源“可燃冰可燃冰”, ,實際上是甲烷實際上是甲烷的水合物。據(jù)估計的水合物。據(jù)估計, ,可燃冰的貯存量能提供人類社會可燃冰的貯存量能提供人類社會1 0001 000年的能源使用。所以年的能源使用。所以, ,為了合理開發(fā)并利用這些為了合理開發(fā)并利

2、用這些能源能源, ,我們今天要來研究天然氣的利用以及它的主要我們今天要來研究天然氣的利用以及它的主要成分成分甲烷的性質(zhì)。甲烷的性質(zhì)。1.1.了解甲烷的存在、物理性質(zhì)、用途了解甲烷的存在、物理性質(zhì)、用途, , 掌握甲烷分子掌握甲烷分子的化學式、電子式、結(jié)構(gòu)式、空間構(gòu)型的化學式、電子式、結(jié)構(gòu)式、空間構(gòu)型。2.2.掌握甲烷的化學性質(zhì)（通常掌握甲烷的化學性質(zhì)（通常情況下情況下穩(wěn)定、取代反應、穩(wěn)定、取代反應、氧化反應氧化反應、高溫分解、高溫分解）。）。（重點）（重點）3.3.理解取代反應的概念理解取代反應的概念, ,以及初步了解烷烴的相關(guān)知識以及初步了解烷烴的相關(guān)知識。一、甲烷一、甲烷 甲烷是我們?nèi)粘Ｉ?/p>

3、活中接觸到的最簡單的有機物，甲烷是我們?nèi)粘Ｉ钪薪佑|到的最簡單的有機物，是動植物殘體在隔絕空氣情況下分解而產(chǎn)生的。是動植物殘體在隔絕空氣情況下分解而產(chǎn)生的。 瓦斯、天然氣及農(nóng)村的沼氣池中的主要成分都是瓦斯、天然氣及農(nóng)村的沼氣池中的主要成分都是甲烷。甲烷。1.1.甲烷的存在甲烷的存在已知在標準狀況下甲烷的密度是已知在標準狀況下甲烷的密度是0.717gL0.717gL-1-1，含碳，含碳75%75%，含氫含氫25%25%。利用這些數(shù)據(jù)怎樣確定甲烷的分子式？。利用這些數(shù)據(jù)怎樣確定甲烷的分子式？22.4L22.4Lmolmol-1-10.717g0.717gL L-1-1= =16g16gmolmol

4、-1-1摩爾質(zhì)量：摩爾質(zhì)量：16g16g25%25%1g1gmolmol-1-1=4mol=4mol1mol1mol該烴中該烴中C C的物質(zhì)的量的物質(zhì)的量: :1mol1mol該烴中該烴中H H的物質(zhì)的量的物質(zhì)的量: :CHCH4 4分子式：分子式：【解題過程解題過程】16g16g75%75%12g12gmolmol-1-1=1mol=1mol【思考與交流思考與交流】 分子式分子式CHCH4 4電子式電子式結(jié)構(gòu)式結(jié)構(gòu)式空間結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)球棍摸型球棍摸型比例模型比例模型正四面體正四面體C CH HH HH HH HH HH C HH C HH H2.2.甲烷的分子組成與結(jié)構(gòu)甲烷的分子組成與結(jié)構(gòu) 3

5、.3.甲烷的性質(zhì)甲烷的性質(zhì)（1 1）物理性質(zhì)。）物理性質(zhì)。 甲烷是無色、無味的氣體，密度是甲烷是無色、無味的氣體，密度是0.717 gL0.717 gL-1-1（標準狀況），（標準狀況），比空氣小比空氣小，難溶于水。難溶于水。（2 2）化學性質(zhì)。）化學性質(zhì)?，F(xiàn)象：明亮的淡藍色火焰，放出大量的熱。現(xiàn)象：明亮的淡藍色火焰，放出大量的熱。甲烷的燃燒甲烷的燃燒注意注意:甲烷在點甲烷在點燃之前要驗純，燃之前要驗純，否則可能發(fā)生否則可能發(fā)生爆炸。爆炸。CHCH4 4爆炸極爆炸極限：限：4.9%4.9%16%16%CHCH4 4+2O+2O2 2 CO CO2 2+2H+2H2 2O O點燃點燃 【提示提示

6、】用一只冷而且干燥的燒杯罩在火焰上方，燒用一只冷而且干燥的燒杯罩在火焰上方，燒杯內(nèi)壁有水珠出現(xiàn)，證明有水生成。把燒杯迅速倒轉(zhuǎn)杯內(nèi)壁有水珠出現(xiàn)，證明有水生成。把燒杯迅速倒轉(zhuǎn)過來，立即向杯內(nèi)注入少量澄清石灰水振蕩，石灰水過來，立即向杯內(nèi)注入少量澄清石灰水振蕩，石灰水變渾濁，證明有變渾濁，證明有二氧化碳二氧化碳生成。生成。你能設計一個實驗驗證你能設計一個實驗驗證CHCH4 4燃燒的產(chǎn)物是什么嗎？燃燒的產(chǎn)物是什么嗎？ 甲烷通入酸性高錳酸鉀溶液，溶液不甲烷通入酸性高錳酸鉀溶液，溶液不褪色，說明甲烷在常溫下性質(zhì)如何？褪色，說明甲烷在常溫下性質(zhì)如何？【提示提示】通常情況下，甲烷性質(zhì)穩(wěn)通常情況下，甲烷性質(zhì)穩(wěn)定

7、，如與強酸、強堿和強氧化劑等定，如與強酸、強堿和強氧化劑等一般不發(fā)生化學反應。一般不發(fā)生化學反應。酸酸性性高高錳錳酸酸鉀鉀溶溶液液甲烷的穩(wěn)定性甲烷的穩(wěn)定性甲烷的取代反應甲烷的取代反應現(xiàn)象：量筒內(nèi)黃綠色褪去，瓶壁上有油狀液體，水面上升。現(xiàn)象：量筒內(nèi)黃綠色褪去，瓶壁上有油狀液體，水面上升。CHCH4 4 + Cl + Cl2 2 CH CH3 3Cl + Cl + HClHCl光照光照CHCH3 3Cl + ClCl + Cl2 2 CH CH2 2ClCl2 2 + + HClHCl光照光照CHCH2 2ClCl2 2 + Cl + Cl2 2 CHCl CHCl3 3 + + HClHCl光照

8、光照CHClCHCl3 3 + Cl + Cl2 2 CCl CCl4 4 + + HClHCl光照光照有機化合物分子中的某種原子（或原子團）被另一有機化合物分子中的某種原子（或原子團）被另一種原子（或原子團）所取代的反應，叫做種原子（或原子團）所取代的反應，叫做取代反應。取代反應。甲烷與氯氣反應的化學方程式：甲烷與氯氣反應的化學方程式：一氯甲烷一氯甲烷: : 無色氣體無色氣體二氯甲烷：難溶于水、密度比水大的無色液體二氯甲烷：難溶于水、密度比水大的無色液體三氯甲烷：又叫氯仿，無色不溶于水、密度比水大的三氯甲烷：又叫氯仿，無色不溶于水、密度比水大的 液體，常用作有機溶劑液體，常用作有機溶劑四氯甲

9、烷：又叫四氯化碳，無色不溶于水、密度比水四氯甲烷：又叫四氯化碳，無色不溶于水、密度比水大的液體，常用作有機溶劑、滅火劑大的液體，常用作有機溶劑、滅火劑產(chǎn)物簡介產(chǎn)物簡介甲烷的取代反應對反應條件和反應物有什么要求？反甲烷的取代反應對反應條件和反應物有什么要求？反應產(chǎn)物有什么特點？應產(chǎn)物有什么特點？【提示提示】反應條件為光照，反應物為鹵素單質(zhì)。反應條件為光照，反應物為鹵素單質(zhì)。如甲烷與氯氣的反應，反應產(chǎn)物是如甲烷與氯氣的反應，反應產(chǎn)物是CHCH3 3ClCl、CHCH2 2ClCl2 2、CHClCHCl3 3和和CClCCl4 4四種有機物與氯化氫形成的混合物，其中四種有機物與氯化氫形成的混合物，

10、其中HClHCl的量最大。雖然反應物的比例、反應時間長短等的量最大。雖然反應物的比例、反應時間長短等因素會造成各產(chǎn)物的比例不一，但很難出現(xiàn)全部是某因素會造成各產(chǎn)物的比例不一，但很難出現(xiàn)全部是某一種產(chǎn)物的現(xiàn)象。一種產(chǎn)物的現(xiàn)象。取代反應取代反應置換反應置換反應實例實例定義定義反應物反應物生成物生成物 電子電子 轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移 反應反應 特點特點Zn+HZn+H2 2SOSO4 4=ZnSO=ZnSO4 4+H+H2 2有機物分子里的某些原子或原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代子團被其他原子或原子團所代替的反應。替的反應。一種單質(zhì)跟一種化合物反一種單質(zhì)跟一種化合物反應，生成另一種化合物

11、和應，生成另一種化合物和另一種單質(zhì)的反應。另一種單質(zhì)的反應。一種化合物和一種單質(zhì)或化一種化合物和一種單質(zhì)或化合物（反應物中至少有一種合物（反應物中至少有一種是有機物）是有機物）一種單質(zhì)和一種化合物一種單質(zhì)和一種化合物一般生成兩種化合物一般生成兩種化合物另一種化合物和另一種單質(zhì)另一種化合物和另一種單質(zhì)不一定發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，因此不一定發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，因此不一定是氧化還原反應不一定是氧化還原反應一定發(fā)生電子轉(zhuǎn)移一定發(fā)生電子轉(zhuǎn)移很多反應是可逆反應，副反很多反應是可逆反應，副反應較多，用應較多，用“” 連接連接一般是不可逆反應，一般是不可逆反應，用用“=”連接連接取代反應與置換反應的比較：取代反應與置換反應

12、的比較：CHCH4 4+Cl+Cl2 2 CH CH3 3Cl+HClCl+HCl光照光照在隔絕空氣的情況下，加熱至在隔絕空氣的情況下，加熱至1 5001 500以上，以上，甲烷分解生成炭黑和氫氣。甲烷分解生成炭黑和氫氣。甲烷的分解反應甲烷的分解反應CHCH4 4C + 2HC + 2H2 2 高溫高溫 4.4.甲烷的用途甲烷的用途（4 4）甲烷在一定條件下被氧化生成一氧化碳和氫氣）甲烷在一定條件下被氧化生成一氧化碳和氫氣的混合物，用它們可以合成甲醇。的混合物，用它們可以合成甲醇。（1 1）作氣體燃料）作氣體燃料西氣東輸。西氣東輸。（2 2）甲烷熱分解的產(chǎn)物炭黑是橡膠工業(yè)的重要原）甲烷熱分解的

13、產(chǎn)物炭黑是橡膠工業(yè)的重要原料，也可用于制造顏料、油墨和油漆等。料，也可用于制造顏料、油墨和油漆等。（3 3）甲烷可以制得氯仿和氟利昂。）甲烷可以制得氯仿和氟利昂。CHClCHCl3 3 + HF CHFCl + HF CHFCl2 2 + + HClHCl從石油煉制的產(chǎn)品中可以獲得一系列和甲烷結(jié)構(gòu)相似從石油煉制的產(chǎn)品中可以獲得一系列和甲烷結(jié)構(gòu)相似的化合物，如：的化合物，如：乙烷乙烷(CH(CH3 3CHCH3 3) )丙烷丙烷(CH(CH3 3CHCH2 2CHCH3 3) ) 丁烷丁烷(CH(CH3 3CHCH2 2CHCH2 2CHCH3 3) )戊烷戊烷(CH(CH3 3CHCH2 2C

14、HCH2 2CHCH2 2CHCH3 3) )以上分子結(jié)構(gòu)有什么特點？以上分子結(jié)構(gòu)有什么特點？【提示提示】1.1.均由碳、氫兩種元素組成均由碳、氫兩種元素組成2.2.碳原子之間均以單鍵結(jié)合碳原子之間均以單鍵結(jié)合【思考與交流思考與交流】 C C 烴烴tntnH H二、烷烴二、烷烴碳碳氫氫1.1.烴：僅含碳和氫兩種元素的有機物稱為烴，又稱碳烴：僅含碳和氫兩種元素的有機物稱為烴，又稱碳氫化合物。氫化合物。t tnnq qnn2.2.烷烴烷烴 在烴的分子里，碳原子之間都以在烴的分子里，碳原子之間都以碳碳單鍵碳碳單鍵結(jié)合成結(jié)合成鏈狀，碳原子剩余的價鍵全部跟氫原子相結(jié)合，使每鏈狀，碳原子剩余的價鍵全部跟氫

15、原子相結(jié)合，使每個碳原子的化合價都充分利用，都達到個碳原子的化合價都充分利用，都達到“飽和飽和”。這。這樣的烴叫做飽和烴，又叫烷烴。樣的烴叫做飽和烴，又叫烷烴。3.3.結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點飽和（碳周圍有四個原子）飽和（碳周圍有四個原子） 鏈烴（不是環(huán)狀）鏈烴（不是環(huán)狀）所有碳原子不在一條直線上所有碳原子不在一條直線上, ,是鋸齒形的。是鋸齒形的。4.4.烷烴的通式烷烴的通式C Cn nH H2n+22n+2(n1)(n1)5.5.烷烴的命名烷烴的命名（2 2）n10n10時：直接時：直接根據(jù)碳原子數(shù)命名為根據(jù)碳原子數(shù)命名為某烷，如某烷，如C C1717H H3636為十七為十七烷。烷。（1 1）n

16、10n10時：按時：按分子中碳原子數(shù)依分子中碳原子數(shù)依次用甲、乙、丙、次用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示為辛、壬、癸表示為某烷，如某烷，如C C7 7H H1616命名命名為庚烷。為庚烷。6.6.同系物同系物結(jié)構(gòu)相似，在分子組成上相差一個或若干個結(jié)構(gòu)相似，在分子組成上相差一個或若干個CHCH2 2原子團的有機化合物互稱為同系物。原子團的有機化合物互稱為同系物。烷烴的結(jié)構(gòu)相似是指：烷烴的結(jié)構(gòu)相似是指：通式通式_；是是_類物質(zhì)類物質(zhì): :碳碳以單鍵形成鏈狀；碳碳以單鍵形成鏈狀；相對分子質(zhì)量相差相對分子質(zhì)量相差14n14n；化學性質(zhì)相似?；瘜W性質(zhì)相似。相同相同同同同素異形

17、體同素異形體同系物同系物同分異構(gòu)體同分異構(gòu)體適用對象適用對象判斷依據(jù)判斷依據(jù)性質(zhì)性質(zhì)實例實例單質(zhì)單質(zhì)有機物有機物有機物、無機物有機物、無機物a.a.同一種元素同一種元素b.b.單質(zhì)之間單質(zhì)之間a.a.結(jié)構(gòu)相似的同一類結(jié)構(gòu)相似的同一類物質(zhì)。物質(zhì)。b.b.符合同一通式。符合同一通式。c.c.相對分子質(zhì)量不同相對分子質(zhì)量不同a.a.分子式相同分子式相同b.b.結(jié)構(gòu)不同結(jié)構(gòu)不同c.c.不一定是同一不一定是同一類物質(zhì)類物質(zhì)化學性質(zhì)相似，化學性質(zhì)相似，物理性質(zhì)差別物理性質(zhì)差別較大較大化學性質(zhì)相似，化學性質(zhì)相似，熔、沸點、密度熔、沸點、密度呈規(guī)律性變化呈規(guī)律性變化化學性質(zhì)可能相化學性質(zhì)可能相似也可能不同，似

18、也可能不同，物理性質(zhì)不同物理性質(zhì)不同紅磷、白磷紅磷、白磷甲烷與丁烷甲烷與丁烷戊烷有正、異、戊烷有正、異、新戊烷三種新戊烷三種【小結(jié)小結(jié)】三、有機物的表示方法三、有機物的表示方法結(jié)構(gòu)簡式結(jié)構(gòu)簡式 例：例：C C6 6H H1414 省略省略CHCH鍵鍵 把同一個把同一個C C上的上的H H合并合并省略橫線上省略橫線上CCCC鍵鍵 CHCH3 3CHCHCHCH2 2CHCH2 2CHCH3 3CHCH3 3CHCHCHCH2 2CHCH2 2CHCH3 3 或者或者:(CH:(CH3 3) )2 2CHCHCHCH2 2CHCH2 2CHCH3 3CHCH3 3CHCH3 3甲烷的存在甲烷的存在甲烷的用途甲烷的用途物理性質(zhì)物理性質(zhì)甲烷的性質(zhì)甲烷的性質(zhì)定義定義燃燒燃燒化學性質(zhì)化學性質(zhì)穩(wěn)定性穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點取代反應取代反應有機物的表示方法有機物的表示方法通式通式甲烷分子組成與結(jié)構(gòu)甲烷分子組成與結(jié)構(gòu)烷烴烷烴分解反應分解反應命名命名同系物同系物1.1.（雙選）下列物質(zhì)在一定條件下，可與（雙選）下列物質(zhì)在一定條件下，可與CHCH4 4發(fā)生發(fā)生化學反應的（化學反應的（ ）. .氯氣氯氣 . .溴水溴水. .氧氣氧氣 .