春季高中化學(xué)必修二甲烷

1、春季高中化學(xué)必修二甲烷一、有機化合物、烴特別提醒并非所有的含碳化合物都是有機物，如CO、CO2、H2CO3及碳酸鹽等少數(shù)物質(zhì)，由于它們的組成和結(jié)構(gòu)與無機物類似，故屬于無機物。1.有機化合物的概念大多數(shù)含碳化合物叫有機化合物，簡稱有機物。如葡萄糖(C6H12O6)、淀粉(C6H10O5)n、甲烷(CH4)、乙醇(C2H5OH)等都是有機物。有機物除含碳元素外，還可能含有氫、氧、氮、硫、磷等元素。2.有機物與無機物的主要區(qū)別物質(zhì)比較有機化合物無機化合物類型多數(shù)為共價化合物有離子化合物，也有共價化合物結(jié)構(gòu)多數(shù)分子中只含共價鍵分子中含離子鍵，有些只含共價鍵溶解性多數(shù)難溶于水、易溶于汽油、酒精、苯等有機

2、溶劑多數(shù)溶解于水而難溶于有機溶劑耐熱性多數(shù)不耐熱、熔點較低(400以下)多數(shù)耐熱，熔點較高可燃性多數(shù)能燃燒多數(shù)不能燃燒電離性多數(shù)是非電解質(zhì)多數(shù)是電解質(zhì)化學(xué)反應(yīng)類型一般比較復(fù)雜，副反應(yīng)多，反應(yīng)速率慢，方程式用“”表示一般比較簡單，副反應(yīng)少，反應(yīng)速率快，方程式用“=”表示3.烴 僅含碳和氫兩種元素的有機物稱為碳?xì)浠衔铮卜Q為烴。甲烷是最簡單的烴。特別提醒烴是有機化合物中的一大類，其顯著特點之一是含且只含碳和氫兩種元素。除烴以外的有機化合物統(tǒng)稱為“烴的衍生物”，如我們熟悉的酒精(CH3CH2OH)、醋酸(CH3COOH)、淀粉(C6H10O5)n、四氯化碳(CCl4)等，都屬于烴的衍生物。4.有機

3、化合物的結(jié)構(gòu)特點(1)有機化合物中都含有C原子，C原子的最外層有4個電子，可以在原子之間形成4個共用電子對。下圖給出了四個碳原子的幾種結(jié)合方式：(2)由上圖可知C原子不僅可以通過共價鍵與其他原子結(jié)合成分子，還可以彼此之間以共價鍵構(gòu)成碳鏈或碳環(huán)，再結(jié)合其他原子形成分子；碳原子之間可以形成CC單鍵，也可以形成碳碳雙鍵、碳碳三鍵。這些都是有機物結(jié)構(gòu)多樣性的表現(xiàn)，即碳原子成鍵類型的多樣性和同分異構(gòu)現(xiàn)象是有機物種類繁多的主要原因。(3)碳鏈可以是直鏈，也可以是環(huán)鏈。(4)有機化合物還有同分異構(gòu)現(xiàn)象，有多種同分異構(gòu)體。5.有機物的性質(zhì)有機物的性質(zhì)決定于有機物的組成與結(jié)構(gòu)。有機物的性質(zhì)與無機物的性質(zhì)有較大的

4、差別。(1)大多數(shù)有機物熔點和沸點較低，難溶于水，易溶于有機溶劑。(2)大多數(shù)有機物熱穩(wěn)定性較差，可以燃燒。(3)有機物發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)有氧化反應(yīng)和取代反應(yīng)(已學(xué)過)以及加成反應(yīng)、聚合反應(yīng)、酯化反應(yīng)等(待學(xué)習(xí))。(4)大多數(shù)的有機反應(yīng)速率慢并伴有副反應(yīng)的發(fā)生，產(chǎn)物的組成較復(fù)雜。練習(xí)1：下列關(guān)于有機化合物的說法中，正確的是()A.凡是含碳元素的化合物都屬于有機化合物B.易溶于汽油、酒精、苯等有機溶劑的物質(zhì)一定是有機化合物C.所有的有機化合物都很容易燃燒D.有機化合物有的不溶于水，有的可溶于水練習(xí)2 ：驗證某有機物屬于烴，應(yīng)完成的實驗內(nèi)容是()A.只測定它的碳、氫原子個數(shù)比B.只要證明它完全燃燒后的

5、產(chǎn)物只有H2O和CO2C.只測定其燃燒產(chǎn)物中H2O和CO2的物質(zhì)的量的比值D.測定該試樣的質(zhì)量及試樣完全燃燒后生成H2O和CO2的質(zhì)量DD二、甲烷的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)。1.甲烷的存在和用途(1)形成與存在：甲烷是天然氣的主要成分，占80%90%；甲烷還是坑氣、沼氣、油田氣、煤礦坑道氣的主要成分；存在于300500 m海洋深處的沉積物“可燃冰”中含有大量的固體甲烷。 (2)主要用途：甲烷是一種重要的燃料和化工原料，利用甲烷可以制取許多化工產(chǎn)品 化學(xué)式-用元素符號表示物質(zhì)組成的式子?；瘜W(xué)式是實驗式、分子式、結(jié)構(gòu)式、示性式的統(tǒng)稱。 分子式-用元素符號表示純凈物(單質(zhì)、化合物)分子的組成及相對分子質(zhì)量的化學(xué)式

6、。能表示物質(zhì)的一個分子及其成分、組成(分子中各元素原子的數(shù)目、分子量和各成分元素的重量比) 實驗式-表示化合物分子中各原子最簡整數(shù)比的式子，又名最簡式。 結(jié)構(gòu)式-表示用元素符號和短線表示化合物(或單質(zhì))分子中原子的排列和結(jié)合方式的式子。是一種簡單描述分子結(jié)構(gòu)的方法。 結(jié)構(gòu)簡式-結(jié)構(gòu)式的簡單表達式，應(yīng)表現(xiàn)該物質(zhì)中的官能團:只要把碳?xì)鋯捂I省略掉即可有機化合物的組成和結(jié)構(gòu)的表示方法2.甲烷分子的組成與結(jié)構(gòu)電子式：結(jié)構(gòu)式：結(jié)構(gòu)簡式：HHHCHCHHHHCH4分子式：CH4 經(jīng)過科學(xué)實驗證明甲烷分子的結(jié)構(gòu)是正四面體結(jié)構(gòu)，碳原子位于正四面體的中心，4個氫原子分別位于正四面體的4個頂點上。其中，4個C-H鍵

7、的長度和強度相同，夾角相等。甲烷的分子結(jié)構(gòu)及分子模型：分子結(jié)構(gòu)示意圖球棍模型比例模型鍵角10928練習(xí)2：下列關(guān)于甲烷的說法中錯誤的是()A甲烷分子具有正四面體結(jié)構(gòu)B甲烷分子中4個CH鍵是完全等同的鍵C甲烷分子中含有非極性鍵D甲烷分子的電子式是練習(xí)1：甲烷分子中的碳原子與氫原子的結(jié)合方式是()A形成四對共用電子對B通過非極性鍵C通過兩個共價鍵D通過離子鍵和共價鍵A C (1)甲烷的球棍模型是_，甲烷的電子式是_。(2)如果甲烷是平面形，則CH2Cl2應(yīng)該有_種結(jié)構(gòu)，實際上CH2Cl2有_種結(jié)構(gòu)，證明甲烷不是平面形，而是_結(jié)構(gòu)，圖中_(填圖序號)更能反映其真實存在狀況。練習(xí)3：下列各圖均能表示甲

8、烷的分子結(jié)構(gòu)，按要求回答下列問題。CB21正四面體D 溴水甲烷高錳酸鉀 甲烷 氫氧化鈉和酚酞 甲烷3.甲烷的物理性質(zhì)甲烷是一種沒有顏色、沒有氣味的氣體，密度比空氣小，極難溶于水。4.甲烷的化學(xué)性質(zhì)(1)穩(wěn)定性：通常情況下，與強酸、強堿、強氧化劑都不起反應(yīng)。如甲烷不能使酸性高錳酸鉀溶液、溴水褪色(2)氧化反應(yīng) 甲烷在空氣中燃燒發(fā)出淡藍色火焰，同時放出大量的熱，化學(xué)方程式為：CH42O2 CO22H2O甲烷燃燒產(chǎn)物的檢驗方法：在火焰上方罩一個干燥的燒杯，燒杯內(nèi)壁變模糊證明有H2O生成；把燒杯翻轉(zhuǎn)注入少量澄清石灰水，振蕩，澄清石灰水變渾濁證明有CO2生成。點燃（1）有機物化學(xué)反應(yīng)方程式的書寫。用“”

9、不用“=”注意：（2）淡藍色火焰，放出大量熱（3）點燃甲烷和空氣，可能會發(fā)生爆炸（空氣中爆炸極限5% 15%） ，因此，在點燃甲烷之前，必須進行的操作是檢驗純度。練習(xí)1：常溫下將甲烷與空氣混合，甲烷體積分?jǐn)?shù)多少時爆炸最強？（設(shè)O2占空氣的1/5） ( ) A. 9 B. 5 C. 15 D. 33.3 ACH4 + 2O2 - CO2 + 2H2O爆炸最強烈時,是兩者剛好完全反應(yīng)時,假設(shè)空氣體積為1，氧氣占0.2體積,根據(jù)化學(xué)計量數(shù)之比,甲烷有0.1體積甲烷在空氣中的體積分?jǐn)?shù)=0.1/(1+0.1)9% 練習(xí)2：將一定量的甲烷燃燒后得到CO、CO2及水蒸氣，共49.6g，通過氯化鈣時，氯化鈣增

10、加25.2g，則二氧化碳的質(zhì)量是多少？(3)取代反應(yīng)定義：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(yīng)叫做取代反應(yīng)。特別提醒取代反應(yīng)是有機反應(yīng)中的基本反應(yīng)類型，其實質(zhì)是參加反應(yīng)的兩物質(zhì)都斷裂分子中的一個化學(xué)鍵，一分為二，然后兩兩交換重新組合成兩種新物質(zhì)。反應(yīng)的特點可概括為：“上一下一，取而代之”。特點：取代反應(yīng)是有機反應(yīng)的重要反應(yīng)類型，只適合有機反應(yīng)。甲烷與Cl2的取代反應(yīng)【實驗過程】【實驗現(xiàn)象與解釋】B裝置中無明顯現(xiàn)象，A裝置中實驗現(xiàn)象如下：實驗現(xiàn)象解釋試管內(nèi)氣體顏色逐漸變淺Cl2逐漸被消耗試管內(nèi)壁有油狀液滴出現(xiàn)生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4為液態(tài)，且不溶于水試管中

11、有少量白霧生成的HCl與水形成白霧試管內(nèi)液面上升Cl2和CH4被消耗，氣體減少，試管內(nèi)壓強減小試管內(nèi)液體使石蕊試液變紅色，水槽中有固體析出生成的HCl溶于水，水槽中Cl增加，使NaCl的溶解度減小，析出NaCl固體 CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl光照 CH3Cl + Cl2 CH2Cl2 + HCl光照 CH2Cl2 + Cl2 CHCl3 + HCl光照 CHCl3 + Cl2 CCl4 + HCl光照一氯甲烷（無色氣體）二氯甲烷（難溶于水的無色液體）三氯甲烷又叫氯仿 （有機溶劑）四氯甲烷又叫四氯化碳（有機溶劑、滅火劑）【實驗結(jié)論】在光照條件下，甲烷與氯氣發(fā)生反應(yīng)，生成難溶于水的

12、有機物甲烷與氯氣反應(yīng)的機理常溫下除一氯甲烷是氣體，其余三種均為油狀液體特別提醒CH4與Cl2等鹵素單質(zhì)在光照條件下（但光線不能太強）發(fā)生取代反應(yīng)，與氯水、溴水等不反應(yīng)。甲烷的取代反應(yīng)是一種連鎖反應(yīng)，生成物為混合物。因為甲烷與氯氣反應(yīng)時，甲烷分子中的氫原子逐一被氯原子取代，但一旦生成CH3Cl，CH3Cl分子中的氫原子也會被氯原子逐一取代，所以反應(yīng)產(chǎn)物有五種：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl CH4鹵代物不溶于水。 CH4與Cl2發(fā)生取代反應(yīng)時，每1 mol H被取代，消耗1 mol Cl2，同時生成1 mol HCl。即1 mol CxHy與Cl2發(fā)生完全取代，消耗Cl2

13、最多為y mol。n(Cl2)n(H)n(HCl)。 甲烷是最簡單、相對分子質(zhì)量最小的烴，也是碳元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)最小(C)75%、氫元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高(H)25%的烴。 練習(xí)1：甲烷與氯氣反應(yīng)所得的產(chǎn)物最多的是( )ACH2Cl2 BCH3Cl CCCl4 DHCl練習(xí)2：向下列物質(zhì)的水溶液中滴加硝酸銀溶液，能產(chǎn)生白色沉淀的是（ ）A.CH3Cl B.NaCl C.KClO3 D.CCl4BD【解析】1 mol CH4與Cl2發(fā)生取代反應(yīng)，欲使四種有機取代物的物質(zhì)的量相等，則生成的CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各為0.25 mol，該四種取代物中n(Cl)0.25 mol(1234)

14、2.5 mol，根據(jù)取代反應(yīng)的特點知n(Cl2)2.5 mol。Cl2取代CH4中的1個氫原子，消耗1分子Cl2，生成1分子HCl。C練習(xí)3:1 mol CH4和Cl2發(fā)生取代反應(yīng)，待反應(yīng)完全后，測得四種有機取代物的物質(zhì)的量相等，則消耗的Cl2為()A0.5 mol B2 molC2.5 mol D4 mol練習(xí)4：如下圖所示，U形管的左端被水和膠塞封閉有甲烷和氯氣(體積比為1：4)的混合氣體，假定氯氣在水中的溶解度可以忽略。將封閉有甲烷和氯氣混合氣體的裝置放置在有光照的地方，讓混合氣體緩緩地反應(yīng)一段時間。(1)假設(shè)甲烷與氯氣反應(yīng)充分，且只產(chǎn)生一種有機物，請寫出化學(xué)方程式_(2)若題目中甲烷與

15、氯氣的體積比為1：1，則得到的產(chǎn)物為_。ACH3Cl、HClBCCl4、HClCCH3Cl、CH2Cl2DCH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl(3)經(jīng)過幾個小時的反應(yīng)后，U形管右端水柱的變化是_。A升高 B降低 C不變 D無法確定(4)若水中含有Na2SiO3，則在U形管左端會觀察到_。(5)右端玻璃管的作用是_。隨堂自測B1.把純凈的甲烷和氯氣混合，用玻璃片蓋住瓶口，放在光亮的地方，片刻后移動玻璃片，留一條縫，此時觀察到的現(xiàn)象有：發(fā)生爆炸； 瓶口有白霧；瓶內(nèi)氣體顏色變淺；瓶內(nèi)有油狀物。其中正確的是()A B C D2.下圖是CH4、CCl4、CH3Cl的分子球棍模型圖，下列

16、說法正確的是()ACH4、CCl4和CH3Cl都是正四面體結(jié)構(gòu)BCH4、CCl4都是正四面體結(jié)構(gòu)CCH4和CCl4中的化學(xué)鍵均為非極性鍵DCH4、CCl4的結(jié)構(gòu)相同，性質(zhì)也相同B3.三個裝有CH4和Cl2混合氣體的集氣瓶，用玻璃片蓋好瓶口后，分別作如下處理，各有怎樣的現(xiàn)象發(fā)生？(1)置于黑暗中：_；將點燃的鎂條靠近集氣瓶外壁：_；放在有光線的房子里：_。(2)CH4和Cl2發(fā)生的一系列反應(yīng)都是_(填反應(yīng)類型)反應(yīng)，請寫出 CH4和Cl2反應(yīng)生成一氯甲烷的化學(xué)方程式：_。(3)若要使 0.5 molCH4完全和Cl2發(fā)生取代反應(yīng)， 并生成相同物質(zhì)的量的四種取代產(chǎn)物，則需要 Cl2的物質(zhì)的量為(

17、)A2.5 mol B2 mol C1.25 mol D0.5 mol無明顯現(xiàn)象爆炸黃綠色逐漸變淺，有油狀液滴生成取代C甲烷發(fā)生取代反應(yīng)的有關(guān)規(guī)律1反應(yīng)條件和反應(yīng)物反應(yīng)條件為光照，反應(yīng)物為鹵素單質(zhì)。例如甲烷與氯水、溴水不反應(yīng)，但可以與氯氣發(fā)生取代反應(yīng)。2反應(yīng)產(chǎn)物(以CH4與Cl2反應(yīng)為例)反應(yīng)生成的產(chǎn)物是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4四種有機物與氯化氫形成的混合物，雖然反應(yīng)物的比例、反應(yīng)的時間長短等因素會造成各種產(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。3物質(zhì)的量的關(guān)系CH4與Cl2發(fā)生取代反應(yīng)時，每1 mol H原子被取代，消耗1 mol Cl2分子，同時生成1 mol的HCl分子。特別提醒當(dāng)n(CH4) ：n(Cl2)1：1時，反應(yīng)并不只發(fā)生CH4Cl2CH3ClHCl，其他反應(yīng)仍同時發(fā)生。4.如圖所示是某同學(xué)利用