新教材適用2023-2024學(xué)年高中化學(xué)專題8有機化合物的獲得與應(yīng)用第1單元化石燃料與有機化合物第1課時天然氣的利用甲烷課件蘇教版必修第二冊

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自主預(yù)習(xí)·新知導(dǎo)學(xué)合作探究·釋疑解惑課堂小結(jié)課標定位素養(yǎng)闡釋1.了解天然氣的組成,認識天然氣用作燃料的優(yōu)缺點。2.了解甲烷的結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì),掌握甲烷的化學(xué)性質(zhì)。3.通過搭建甲烷分子模型,能從分子微觀結(jié)構(gòu)的角度探析有機化合物中碳原子的成鍵特點,進而能推知烷烴的結(jié)構(gòu)模型,加深對同系物概念的理解。

自主預(yù)習(xí)·新知導(dǎo)學(xué)一、天然氣的組成與綜合利用1.煤、石油和天然氣等化石燃料是人們熟悉的物質(zhì),也是提高生活水平、發(fā)展國民經(jīng)濟、加強國防建設(shè)的重要資源。2.天然氣的主要成分是甲烷,它是最簡單的有機化合物。天然氣的水合物被人們稱為“可燃冰”。3.甲烷的物理性質(zhì)。4.甲烷的組成與結(jié)構(gòu)。

結(jié)構(gòu)特點:甲烷分子中碳原子最外層的4個電子分別與4個氫原子的電子形成4個C—H共價鍵;甲烷分子具有正四面體空間結(jié)構(gòu)?！咀灾魉伎?】

如何通過實驗證明甲烷中含有碳、氫兩種元素?提示:點燃甲烷,將干燥、潔凈的小燒杯罩在火焰的上方,小燒杯內(nèi)壁有水珠凝結(jié),證明甲烷中有氫元素;迅速將小燒杯倒轉(zhuǎn),向小燒杯中滴入少量澄清石灰水,石灰水變渾濁,證明甲烷中含有碳元素。5.甲烷的化學(xué)性質(zhì)。(1)穩(wěn)定性:甲烷性質(zhì)穩(wěn)定,不與強酸、強堿、KMnO4等物質(zhì)反應(yīng)。(2)燃燒。甲烷燃燒的實驗。(3)取代反應(yīng)。①定義: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(yīng)。②甲烷與氯氣的反應(yīng)。【自主思考2】

甲烷能使氯水褪色嗎?提示:不能。甲烷只與氣態(tài)的氯氣在光照條件下發(fā)生取代反應(yīng),不與氯水反應(yīng)。二、烷烴的結(jié)構(gòu)與命名1.烴:由碳、氫兩種元素組成的有機化合物。2.烷烴。(1)含義:碳原子都以碳碳單鍵相連,其余的價鍵均用于與氫原子結(jié)合,達到“飽和”,這一系列化合物被稱為烷烴。(2)通式:CnH2n+2(n代表分子中碳原子的個數(shù))。(3)命名:3.同系物。(1)含義:結(jié)構(gòu)相似、分子組成相差1個或若干個“CH2”原子團的有機化合物互稱為同系物。(2)舉例:如甲烷(CH4)、乙烷(CH3CH3)、丙烷(CH3CH2CH3)互為同系物?！拘Ч詼y】

1.判斷正誤,正確的畫“√”,錯誤的畫“×”。(1)點燃甲烷氣體之前必須檢驗其純度。(

)(2)甲烷與氯水在光照條件下發(fā)生取代反應(yīng)。(

)(3)取代反應(yīng)指有機物分子中氫原子被其他原子或原子團所替代的反應(yīng)。(

)(4)甲烷與氯氣在光照條件下反應(yīng)生成四種化合物。(

)(5)烷烴的通式是CnH2n+2(n≥1),但符合通式CnH2n+2(n≥1)的不一定是烷烴。(

)√××××(6)戊烷的分子式為C5H12。(

)(7)CH4、C2H6、C4H10互為同系物。(

)√√2.下列反應(yīng)屬于取代反應(yīng)的是(

)。①Mg+H2SO4══MgSO4+H2↑②NaOH+CH3COOH══CH3COONa+H2OA.②③ B.①③C.②④ D.③④答案:D解析:反應(yīng)①為置換反應(yīng);反應(yīng)②屬于復(fù)分解反應(yīng);反應(yīng)③中CH3CH3的2個H原子分別被2個Br原子替代,該反應(yīng)為取代反應(yīng);反應(yīng)④中CH2Cl2中的一個H原子被一個Br原子替代也為取代反應(yīng),D項符合題意。3.在一定條件下,下列物質(zhì)可以與甲烷發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的是(

)。①Cl2

②濃硝酸③NaOH溶液④O2

⑤酸性KMnO4溶液A.①②

B.①④

C.①②⑤

D.①③⑤答案:B解析:甲烷與強酸、強堿、酸性KMnO4溶液均不發(fā)生反應(yīng),與Cl2在光照條件下發(fā)生取代反應(yīng),與O2在點燃條件下發(fā)生燃燒反應(yīng)。4.下列有機化合物中,屬于烷烴的是(

)。A.CH2═CH2 B.CH3CH2CH2CH2ClC.CH3CH2CH2OH D.答案:D解析:分子中碳原子都以單鍵相連,碳原子的其他價鍵都被氫原子所“飽和”的烴屬于烷烴。5.把1體積CH4和4體積Cl2組成的混合氣體充入試管中,將此試管倒立在盛有AgNO3溶液的水槽中,放在光亮處,片刻后發(fā)現(xiàn)試管內(nèi)壁上有油狀液滴出現(xiàn),該油狀液滴可能是

,水槽中還觀察到

,原因是

(用離子方程式解釋)。若向水槽中再滴入幾滴紫色石蕊試液又觀察到

。

答案:CH2Cl2、CHCl3、CCl4有白色沉淀產(chǎn)生Ag++Cl-══AgCl↓溶液變紅解析:CH4和Cl2反應(yīng)的產(chǎn)物中,HCl極易溶于水,能電離出H+和Cl-,其他產(chǎn)物均為有機化合物,部分為氣態(tài),部分為油狀液體。CH4與Cl2在光照條件下反應(yīng)生成CH3Cl(氣體)、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl,隨著反應(yīng)進行,Cl2不斷消耗,試管中黃綠色逐漸消失,又由于生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4常溫下均為無色液體,使試管內(nèi)壁上有油狀液滴出現(xiàn);因生成的HCl易溶于水,反應(yīng)后,試管內(nèi)氣體壓強減小,試管內(nèi)水位上升,HCl溶于水后,與AgNO3反應(yīng)生成AgCl白色沉淀,同時溶液顯酸性,故加入紫色石蕊試液后溶液變紅。

合作探究·釋疑解惑探究任務(wù)1探究任務(wù)2探究任務(wù)1甲烷的取代反應(yīng)問題引領(lǐng)某學(xué)習(xí)小組設(shè)計了如圖裝置探究甲烷與氯氣在光照條件下的反應(yīng):請回答下列問題。1.充分反應(yīng)后,打開止水夾會有什么現(xiàn)象?提示:由于反應(yīng)生成的氯化氫易溶于水,遇紫色石蕊試液變紅,且產(chǎn)物中的CH2Cl2、CHCl3、CCl4均為液體,使試管內(nèi)壓強減小,打開止水夾,滴有紫色石蕊試液的蒸餾水會迅速進入上面的試管內(nèi),形成紅色噴泉。2.能否用CH4和Cl2反應(yīng)制取純凈的CH3Cl?如果CH4和Cl2按體積比1∶1混合反應(yīng),能否只得到CH3Cl?提示:都不能。CH4與Cl2的取代反應(yīng)是逐步進行的,無論兩者的物質(zhì)的量之比是多少,反應(yīng)一旦引發(fā),就不會只停留在某一步上,所以四種取代產(chǎn)物都會生成,得不到純凈的CH3Cl。歸納提升甲烷與氯氣的取代反應(yīng)。反應(yīng)產(chǎn)物無論如何控制反應(yīng)物的用量,反應(yīng)產(chǎn)物都是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4與HCl共5種物質(zhì)形成的混合物,其中HCl最多產(chǎn)物狀態(tài)常溫下,HCl、CH3Cl是氣體,CH2Cl2、CHCl3、CCl4是液體物質(zhì)的量的關(guān)系參加反應(yīng)的n(Cl2)=n(HCl)=n(CH3Cl)+2n(CH2Cl2)+3n(CHCl3)+4n(CCl4)典型例題【例題1】

實驗室中用如圖所示的裝置進行甲烷與氯氣在光照下反應(yīng)的實驗。光照條件下反應(yīng)一段時間后,下列裝置示意圖中能正確反映實驗現(xiàn)象的是(

)。答案:D解析:甲烷與氯氣在光照條件下反應(yīng),生成CH3Cl(氣體)、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl,HCl易溶于水,試管內(nèi)壓強減小,外壓大于內(nèi)壓,試管內(nèi)液面升高,且試管內(nèi)出現(xiàn)白霧和油狀液滴,D項正確?！纠}2】

標準狀況下,44.8LCH4與一定量Cl2在光照條件下發(fā)生取代反應(yīng),待反應(yīng)完全后,測得四種取代產(chǎn)物的物質(zhì)的量相等,則消耗的Cl2為(

)。A.1mol B.2mol C.4mol D.5mol答案:D解析:標準狀況下44.8

L

CH4的物質(zhì)的量為2

mol,與Cl2發(fā)生取代反應(yīng),生成四種取代產(chǎn)物的物質(zhì)的量相等,均為0.5

mol,根據(jù)取代反應(yīng)的特點,反應(yīng)中消耗Cl2的物質(zhì)的量為0.5

mol×(1+2+3+4)=5

mol。探究任務(wù)2同系物的判斷方法問題引領(lǐng)分析四種烷烴的結(jié)構(gòu)特點,并回答下列問題。1.上述四種烷烴互為同系物嗎?為什么?提示:互為同系物,因為這四種烴結(jié)構(gòu)相似且分子組成上相差了n個“CH2”。2.由烷烴的分子通式計算烷烴分子中能形成多少個共價鍵?提示:烷烴的通式為CnH2n+2(n代表分子中的碳原子數(shù)),碳、氫原子提供的成鍵電子數(shù)之和為4n+2n+2=6n+2,電子對數(shù)也就是共價鍵數(shù)為

(6n+2)=3n+1,即能形成3n+1個共價鍵。3.同系物一定具有不同的分子式,而同分異構(gòu)體為分子式相同、結(jié)構(gòu)不同的化合物。有機物中同分異構(gòu)現(xiàn)象非常普遍。請分別寫出丁烷和戊烷的同分異構(gòu)體的名稱和結(jié)構(gòu)簡式。提示:歸納提升1.同系物的“相似”與“不同”。2.表示有機化合物組成和結(jié)構(gòu)的化學(xué)用語。

3.烷烴的化學(xué)性質(zhì)。(1)氧化反應(yīng)。通常情況下烷烴性質(zhì)穩(wěn)定,不能使酸性KMnO4溶液和溴水褪色,不與強酸、強堿反應(yīng)。②現(xiàn)象:在相同情況下,隨著烷烴分子里的碳原子數(shù)的增加,燃燒越來越不充分,且火焰明亮,并伴有黑煙。(2)取代反應(yīng)。烷烴的取代反應(yīng)與甲烷的取代反應(yīng)相同,在光照條件下可與Cl2發(fā)生取代反應(yīng),其通式為CnH2n+2+Cl2CnH2n+1Cl+HCl(第一步)。典型例題【例題3】

下列有關(guān)同系物的說法中錯誤的是(

)。①丙烷和丁烷互為同系物②分子組成相差1個或若干個“CH2”原子團的有機化合物是同系物③互為同系物的兩者中碳、氫元素的物質(zhì)的量之比一定相同④互為同系物的兩種有機化合物的物理性質(zhì)有差別,但化學(xué)性質(zhì)相似A.①②③④

B.②③C.③④

D.①②④答案:B解析:丙烷和丁烷的結(jié)構(gòu)相似,分子組成上相差1個“CH2”,兩者互為同系物,①正確;互為同系物的有機化合物結(jié)構(gòu)首先相似,②錯誤;甲烷與乙烷互為同系物,兩者中碳、氫元素的物質(zhì)的量之比不同,③錯誤;同系物之間化學(xué)性質(zhì)相似,物理性質(zhì)不同,④正確。

同系物判斷的三個關(guān)鍵點。(1)“同”——互為同系物的物質(zhì)必須屬于同一類物質(zhì)。(2)“似”——結(jié)構(gòu)相似,是指化學(xué)鍵類型相似,分子中各原子的結(jié)合方式相似。(3)“差”——組成上相差n個“CH2”原子團(n≥1)?！纠}4】

一定質(zhì)量的鏈狀烷烴X完全燃燒后生成17.6gCO2和9.0gH2O,下列說法不正確的是(

)。A.X的分子式為C4H10B.X可能的結(jié)構(gòu)簡式為CH3CH2CH2CH3或C.將X通入酸性KMnO4溶液中,溶液褪色D.X與Cl2在光照條件下發(fā)生取代反應(yīng),可能生成2種一氯代物答案:C解析:17.6

g

CO2和9.0

g

H2O的物質(zhì)的量分別為0.4

mol、0.5

mol,據(jù)此可得C∶H=0.4

mol∶1

mol=4∶10,結(jié)合烷烴的通式CnH2n+2,可知該鏈狀烷烴X的分子式只能為C4H10,A項正確;丁烷有兩種同分異構(gòu)體,B項正確;烷烴不與酸性KMnO4溶液反應(yīng),故溶液不褪色,C項錯誤;正丁