高中化學人教必修二教師用書：第三章 第一節(jié) 第1課時 甲烷的性質(zhì) 含解析

V

第三章有機化合物

第一節(jié)最簡單的有機化合物——甲烷

第1課時甲烷的性質(zhì)

圈靠學圖密閶^^^旦|揚帆起航浸0飄基

「學習目標3」

1.了解甲烷的存在和結(jié)構(gòu)特點，掌握甲烷的性質(zhì)。

2.理解取代反應(yīng)的概念。

「基礎(chǔ)盤點應(yīng)

一、有機化合物

1.元素組成：組成有機物的元素除碳外，常有氫、氫，還含有

氮、硫、囪素、磷等。

2.燒：僅含碳和氫兩種元素的有機物稱為碳氫化合物,也稱為

煌。最簡單的煌是甲烷。

二'甲烷

1.甲烷的分子結(jié)構(gòu)

H

11?V?Il

分子式CH4電子式u，結(jié)構(gòu)式U,空間構(gòu)型正四面

住。

2.甲烷的物理性質(zhì)

顏色狀態(tài)氣味密度水溶性

無色氣體無味比空氣輕極難溶于水

3.甲烷的化學性質(zhì)

(1)氧化反應(yīng)----甲烷的燃燒

占燃

甲烷燃燒的化學方程式CHd+ZCh^^CCh+ZHzO。

(2)取代反應(yīng)：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)。

光

甲烷與氯氣反應(yīng)生成一氯甲烷的化學方程式CH4+CI2—二

CH3C1+HC1O

「自主訓練8」

1.霧霾的化學成分較為復(fù)雜，包含有下列物質(zhì)，其中屬于有機

物的是()

A.臭氧B.二氧化硫

C.氮氧化物D.碳氫化合物

解析：有機物的組成元素應(yīng)有C,故應(yīng)選D項。

答案：D

2.下列敘述中錯誤的是（）

A.點燃甲烷前要進行驗純

B.甲烷的密度比空氣大

C.煤礦的礦井要注意通風并嚴禁煙火，以防爆炸事故的發(fā)生

D.點燃甲烷不一定會爆炸

解析：甲烷是可燃性氣體，當甲烷與氧氣混合達到一定比例范圍

時，點燃會發(fā)生爆炸，故點燃甲烷前要進行驗純，煤礦的礦井要嚴禁

煙火，A、C、D項正確；甲烷密度比空氣小，B項錯誤。

答案：B

3.光照條件下，甲烷與氯氣在容積不變的密閉容器中可發(fā)生反

應(yīng)：

下列說法錯誤的是（）

A.該反應(yīng)中三種元素的非金屬性：C1>C>H

B.該反應(yīng)中有兩種舊化學鍵斷裂，同時有兩種新化學鍵形成

C.該反應(yīng)中，反應(yīng)物和生成物中均只含共價鍵

D.該反應(yīng)中，反應(yīng)物和生成物均為共價化合物

解析：根據(jù)Cl、C、H三種元素在周期表中的位置可知，非金屬

性C1〉C〉H,A項正確；反應(yīng)過程中斷裂C—H鍵和Cl—Cl鍵，形成

C—C1鍵和H—C1鍵，B項正確；CH4、Cb、CH3ChHC1四種物質(zhì)

中所存在的化學鍵均為共價鍵，C項正確；反應(yīng)物CL為單質(zhì)，不屬

于化合物，D項錯誤。

答案：D

魅潞要感奧禳我埴童直深化理解

知識點H甲烷分子的空間結(jié)構(gòu)

1.甲烷分子的結(jié)構(gòu)

CH4分子的空間構(gòu)型為正四面體，4條C—H鍵的長度、強度和

夾角完全相同，因此CH4分子中的4個氫原子性質(zhì)完全相同。

(1)若將CH4分子中的4個氫原子全部用其他的相同的原子或原

子團替代，則形成的分子結(jié)構(gòu)仍為正四面體，如CC14。

(2)若CH4分子中的4個氫原子被其他的不同原子或原子團替代,

則該原子形成的分子結(jié)構(gòu)仍為四面體，但不屬于正四面體，如CH3Ch

CH2c12、CHCho

?【特別提醒】

中學化學中常見的具有正四面體結(jié)構(gòu)的物質(zhì)有CH4、CC14、P4、

金剛石、晶體硅、NH］等。

2.有機物組成和結(jié)構(gòu)的表示方法(以CH4為例)

實例

表示含義及主要應(yīng)用

(CH4)

方法

分子用元素符號表示物質(zhì)分子組成的式子，可反映一

CH

式4個分子中原子的種類和數(shù)目

結(jié)構(gòu)H1表示分子中原子的結(jié)合或排列順序，不表示空間

式1構(gòu)型

II

結(jié)構(gòu)反映有機物分子的突出結(jié)構(gòu)，有機物反應(yīng)化學方

CH

簡式4程式中有機物常用結(jié)構(gòu)簡式表示

球棍小球表示原子，短棍表示化學鍵，表示分子的立

模型?T*體結(jié)構(gòu)

比例不同體積的小球表示不同原子，真實反映分子的

模型立體結(jié)構(gòu)

甲烷分子是以碳原子為中心的正四面體結(jié)構(gòu)而不是正方

形的平面結(jié)構(gòu)，其理由是（）

A.CHCb只有一種結(jié)構(gòu)

B.CH2cb只有一種結(jié)構(gòu)

C.CH4分子受熱分解

D.CH4的四個共價鍵的長度和強度都相等

【解析】CH4無論是正四面體結(jié)構(gòu)還是平面正方形結(jié)構(gòu)時，都

符合選項A、C、D的說法，故不能用選項A、C、D來確定CH4是

何種結(jié)構(gòu)；若CH4是平面正方形結(jié)構(gòu)，則CH2cb有如下兩種結(jié)構(gòu)：

ClCl

H-C-ClflIH-C-II,而CH4為正四面體結(jié)構(gòu)時，CH2cb就只有一種

HCl

結(jié)構(gòu)。因此可由CH2cb只有一種結(jié)構(gòu)推知CH4為正四面體結(jié)構(gòu)。

【答案】B

【點評】有機物分子中，碳原子以四個單鍵與其他原子或原子

團結(jié)合，該碳原子形成的分子結(jié)構(gòu)就是四面體結(jié)構(gòu)，若這四個原子或

原子團相同，則該碳原子所形成的分子結(jié)構(gòu)就是正四面體結(jié)構(gòu)。

季變式訓練”下列關(guān)于甲烷分子結(jié)構(gòu)的敘述中，正確的是

()

A.甲烷分子中C、H原子間是離子鍵

B.甲烷分子的空間結(jié)構(gòu)是正方形

C.甲烷的結(jié)構(gòu)式為CH4

D.甲烷分子中4個碳氫鍵完全相同

解析：甲烷分子中C、H原子間是共價鍵，A項錯誤；甲烷分子

H

的空間構(gòu)型為正四面體形，B項錯誤；甲烷的結(jié)構(gòu)式為H—H,C項

H

錯誤；甲烷分子中4個碳氫鍵完全相同，D項正確。

答案：D

知識點甲烷的化學性質(zhì)

通常狀況下，甲烷性質(zhì)比較穩(wěn)定，與高錦酸鉀等強氧化劑不反應(yīng),

與強酸、強堿也不反應(yīng)。但是在特定條件下，甲烷也會發(fā)生某些反應(yīng)。

①【特別提醒】

CH4通入酸性KMnO4溶液中，現(xiàn)象是溶液不褪色，證明了甲烷

不能被酸性KMnCU氧化，即CH4分子結(jié)構(gòu)很穩(wěn)定。

1.氧化反應(yīng)——甲烷的燃燒

占燃

甲烷完全燃燒的化學方程式CH4+202CO2+2H2O

現(xiàn)象：①在空氣中燃燒，火焰呈淡藍色，在空氣中燃燒火焰呈淡

藍色的物質(zhì)還有H2S、th、CO、S、酒精。另外S在氧氣中燃燒火焰

為藍紫色。

②在火焰上罩上一個冷而干燥的小燒杯，內(nèi)壁有水珠生成將小燒

杯迅速倒轉(zhuǎn)過來，向其中加入少量澄清石灰水，石灰水變渾濁。

注意：a.點燃CH4和空氣或02的混合氣體，可能會發(fā)生爆炸(CH4

在空氣中的爆炸極限為5%?15.4%),因此點燃CH4之前必須要驗純。

b.任何可燃氣體在點燃前都必須驗純。

2.取代反應(yīng)

(1)實驗探究：甲烷與CL的取代反應(yīng)

實驗操作

實驗A裝置：試管內(nèi)氣體顏色逐漸變淺；試管內(nèi)壁有油狀液滴出現(xiàn),

現(xiàn)象試管中有少量白霧，且試管內(nèi)液面上升；水槽中有固體析出

B裝置：無明顯現(xiàn)象

CH4與C12需在光照時才能發(fā)生化學反應(yīng)，有關(guān)化學方程式為：

光

CH4+Ch------>CH3cl+HC1

實驗光

CH3cl+CI2------>CH2cb+HC1

結(jié)論

光

CH2cb+C12------>CHC13+HC1

光

CHCh+Cl2------>CC14+HC1

心【特別提醒】

無論CH4和C12的比例如何，發(fā)生取代反應(yīng)的產(chǎn)物都是CH3Ch

CH2c12、CHC13、CC14和HC1的^昆合物。

(2)甲烷的四種氯代產(chǎn)物的性質(zhì)

①水溶性：CH3ChCH2c12、CHC13、CCI4均難溶于水。

②狀態(tài)：常溫下除CH3cl是氣體，其余三種均為液體。

(3)取代反應(yīng)

反應(yīng)條件光照(強光照射會發(fā)生爆炸)

反應(yīng)物甲烷和氣態(tài)鹵素單質(zhì)

生成物鹵化氫和各種鹵代甲烷的混合物，其中鹵化氫的量最多

①逐步取代，各步反應(yīng)同時進行

反應(yīng)特點

②取代1molH原子，消耗1molX2,生成1molHX

注意：取代反應(yīng)的特點可概括為八個字“上一下一，取而代之”。

由）（2018?全國卷H）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（）

【解析】在光照條件下氯氣與甲烷發(fā)生取代反應(yīng)生成氯化氫和

四種氯代燒，氯化氫極易溶于水，所以液面會上升。但氯代燒是不溶

于水的氣體或油狀液體，所以最終水不會充滿試管，D正確。

【答案】D

在光照條件下，將等物質(zhì)的量的甲烷和氯氣充分

反應(yīng)，所得產(chǎn)物中物質(zhì)的量最多的是（）

A.CH3clB.CH2CI2

C.CHC13D.HC1

解析：甲烷和Ch是分步發(fā)生取代反應(yīng)，各步產(chǎn)物中均有HC1生

成，若生成1molCH3CI同時生成1molHC1,若生成1molCH2cL

同時生成2moiHC1,若生成1molCHCb同時生成3moiHC1,故產(chǎn)

物中HC1的物質(zhì)的量最多。

答案：D

隨堂渡綴廣隨「一三現(xiàn)老現(xiàn)用小微身手

1.下列物質(zhì)中屬于有機物的是（）

①乙醇②食鹽③二氧化碳④甲烷⑤硫酸⑥碳酸鈉

⑦一氧化碳⑧碳酸⑨乙酸

A.①②④⑤⑨B.①④⑨

C.①③④⑤⑦⑧⑨D.①④⑤⑥

解析：食鹽、硫酸不含碳元素，屬于無機物；二氧化碳、一氧化

碳、碳酸鈉、碳酸雖然含有碳元素，但性質(zhì)上與有機物有很大差別，

不屬于有機物；乙醇、甲烷、乙酸屬于有機物，故選B項。

答案：B

2.在光照條件下，將1molCH4與1molCb混合充分反應(yīng)后，

得到的產(chǎn)物是（）

A.CH3clHC1

B.CCI4HC1

C.CH3CICH2CI2

D.CH3C1CH2CI2CHCI3CCI4HC1

解析：CH4和C12的反應(yīng)中，無論二者的比例如何，都可發(fā)生4

步反應(yīng)，故所得產(chǎn)物為CH3CI、CH2c12、CHC13、CCI4、HC1,故選D

項。

答案：D

3.下列反應(yīng)屬于取代反應(yīng)的是（）

A.Zn+CuSO4=Cu+ZnS04

B.NaCl+AgNO3=AgClI+NaNO3

C.Cl2+2NaBr=2NaCl+Br2

光照

D.CH2CI2+CI2------>HC1+CHC13

解析：A項、C項反應(yīng)為置換反應(yīng)；B項反應(yīng)為復(fù)分解反應(yīng)；D

項為取代反應(yīng)。

答案：D

4.（2018?福建師大附中期末）二氟甲烷（CH2F2）是性能優(yōu)異的環(huán)保

產(chǎn)品，它可替代某些會破壞臭氧層的“氟利昂”產(chǎn)品，用作空調(diào)、冰

箱和冷凍庫的制冷劑。對二氟甲烷的敘述正確的是（）

A.只有1種結(jié)構(gòu)B.屬于煌

C.有2種結(jié)構(gòu)D.為正四面體結(jié)構(gòu)

解析：二氟甲烷屬于燒的衍生物，是四面體結(jié)構(gòu)，只有1種結(jié)構(gòu)。

答案：A

5.某氣態(tài)燃的摩爾質(zhì)量為16g-moF1,該燃中氫元素的質(zhì)量分

數(shù)為25%,則該燃的分子式為,結(jié)構(gòu)式為,在點燃

條件下該煌與氧氣完全反應(yīng)的化學方程式為0

16X25%16X75%

解析:該姓中含H個數(shù)為i=4,含C個數(shù)為12=1,

H

故該燒的分子式為CH4,其結(jié)構(gòu)式為H—1—H。CH4與。2完全反應(yīng)的

H

占、燃

化學方程式為CH4+202C02+2H2OO

r占燃

H—（

答案：CH4HCH4+2O2——二CO2+2H2O

H

濕腦跟朦腌測Iq怩松惻全面梃升

「基礎(chǔ)達標3」

1.下列有關(guān)有機化合物組成的敘述不正確的是（）

A.有機化合物大多數(shù)難溶于水，熔點低

B.有機物中一定含碳元素

C.有機物只含碳、氫兩種元素

D.大多數(shù)有機物易燃燒

解析：有機物中一定含有碳元素，另外還可以含有H、0、N、

C1等，如C2H50H、CHCI3、CCI4等均為有機物，有機物不一定只含

C、H兩種元素，C項錯誤。

答案：C

2.天然氣的主要成分為甲烷。下列關(guān)于甲烷的敘述錯誤的是

()

A.通常情況下，甲烷與強酸、強堿、強氧化劑都不反應(yīng)

B.甲烷的化學性質(zhì)比較穩(wěn)定，點燃前不必驗純

C.甲烷與氯氣反應(yīng)，無論生成CH3CI、CH2c3CHCL或CCL,

都屬于取代反應(yīng)

D.可用排水法收集甲烷

解析：CH4性質(zhì)穩(wěn)定，不與強酸、強堿、強氧化劑反應(yīng)，A項正

確；CH4為可燃性氣體點燃之前要驗純，B項錯誤；CH4與Cb的反

應(yīng)是逐步進行的，每步反應(yīng)都屬于取代反應(yīng)，C項正確；CH4不溶于

水，可用排水法收集甲烷，D項正確。

答案：B

3.下列關(guān)于煌的說法中，正確的是()

A.煌是指分子里含碳元素的化合物

B.煌是指僅由碳和氫兩種元素組成的化合物

C.煌是指燃燒反應(yīng)后生成二氧化碳和水的有機物

D.煌是指分子里含有碳、氫元素的化合物

解析：根據(jù)運的定義：僅含碳、氫兩種元素的有機物。

答案：B

4.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：①有固

體產(chǎn)生；②瓶口有白霧；③瓶內(nèi)氣體顏色變淺；④瓶內(nèi)有油狀物。其

中正確的是（）

A.①②③B.①③④

C.②③④D.①②④

解析：CH4和C12在光照條件下生成CH3c1（氣體）、CH2cL、CHC13、

CCI4和HC1,隨著反應(yīng)的進行，Cb不斷被消耗，黃綠色逐漸消失，

又由于生成的CH2cb、CHCb、CC14常溫下均為無色液體，故瓶壁上

有油狀液滴生成，所生成的HC1遇空氣中的水分形成白霧，反應(yīng)沒

有固體產(chǎn)生，故②③④正確，選C項。

答案：c

5.（2018?湛江市期末）為驗證甲烷分子中含有碳、氫兩種元素，

可將其燃燒產(chǎn)物依次通過下列試劑：

①濃硫酸；②澄清石灰水；③無水硫酸銅。正確的順序是（）

A.③②B.②①③

C.②③D.①②③

解析：甲烷分子中含有碳氫兩種元素，碳元素燃燒產(chǎn)物是二氧化

碳，可以用澄清石灰水來檢驗，氫元素燃燒產(chǎn)物是水，可以用無水硫

酸銅來檢驗，但是澄清石灰水中含有水，所以檢驗水之后才能檢驗二

氧化碳，故A正確。

答案：A

6.將1mol甲烷和適量的Cb混合后光照，充分反應(yīng)后生成的

CH3CLCH2c12、CHCb、CC14四種有機產(chǎn)物的物質(zhì)的量依次增大0.1

moL則參加反應(yīng)的Cb的物質(zhì)的量為()

A.1.5molB.3mol

C.4.5molD.6mol

解析：設(shè)生成CH3cl的物質(zhì)的量為X,則CH2cb、CHCI3、CC14

的物質(zhì)的量分別為x+0.1>%+0.2、x+0.3,根據(jù)碳原子守恒可得x

+%+0.1+%+0.2+%+0.3=1,解得％=0.1mol,根據(jù)氯離子守恒可

得反應(yīng)消耗Cb的物質(zhì)的量為01molX1+(0.1+0.1)molX2+(0.2+

0.1)molX3+(0.3+0.1)molX4=3mol,故選B項。

答案：B

7.下列各圖均能表示甲烷的分子結(jié)構(gòu)，按要求回答下列各問題。

(1)甲烷的球棍模型是，甲烷的電子式是o(填

序號)

(2)如果甲烷是平面形，則CH2cL應(yīng)該有種結(jié)構(gòu)，實際

CH2cb有種結(jié)構(gòu),證明甲烷不是平面形,而是結(jié)構(gòu),

上面_______更能反映其真實存在狀況。

解析：(1)這幾種形式都可表示甲烷這種物質(zhì)，其中分子結(jié)構(gòu)示

意圖(A),球棍模型(C),比例模型(D)均能反映甲烷分子的空間構(gòu)型，

但比例模型更能形象地表達出C、H的相對位置及所占比例；電子式

(B)只反映原子最外層電子的成鍵情況。

cici

(2)甲烷若為平面結(jié)構(gòu)，則CH2c12有兩種結(jié)構(gòu)H-C-C1,H-C-H,

i(-1

實際上CH2c12只有一種結(jié)構(gòu)，故CH4為空間正四面體結(jié)構(gòu)。

答案：(1)CB(2)21正四面體D

8.三個裝有CH4和CL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)①置于黑暗中：O

②將點燃的鎂條靠近集氣瓶外壁：O

③放在有光線的房子里：。

(2)CH4和Cb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與C12反應(yīng)生成一氯甲烷的化學方程式

_______________________________________________________________________O

(3)若要使0.5molCH4完全和Cb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Cb的物質(zhì)的量為()

A.2.5molB.2mol

C.1.25molD.0.5mol

解析：對于有機反應(yīng)，反應(yīng)條件非常重要，通過控制反應(yīng)條件,

可使CH4和Cb的取代反應(yīng)發(fā)生的現(xiàn)象不同。0.5molCH4生成等物質(zhì)

的量的4種取代產(chǎn)物,即CH3CkCH2c12、CHCb、CCL各0.125mol,

則所需n(Cl2)=0.125molX1+0.125molX2+0,125molX3+0.125

molX4=1.25molo

答案：（1）①無明顯現(xiàn)象②爆炸③黃綠色逐漸變淺，有油狀

光

液滴生成(2)取代CH4+C12——>CH3C1+HC1(3)C

「能力提升但」

1.在我國的南海、東海海底已發(fā)現(xiàn)天然氣（甲烷等）的水合物，

它易燃燒，外形似冰，被稱為“可燃冰”?！翱扇急钡拈_采，有助

于解決人類面臨的能源危機。下列說法正確的是（）

“可燃冰”

①甲烷屬于燃類②在相同條件下甲烷的密度大于空氣③甲

烷難溶于水④可燃冰是一種極具潛力的能源

A.①②③B.②③④

C.①③④D.①②④

解析：甲烷是最簡單的燒，難溶于水，其相對分子質(zhì)量為16,

小于空氣的平均相對分子質(zhì)量（29）,相同條件下密度小于空氣，甲烷

燃燒放出大量的熱，故可燃冰是一種極具潛力的能源，故C項正確。

答案：C

2.下圖是CH4、CCI4、CH3CI的分子球棍模型圖。下列說法正

確的是（）

0^00^00^X3

甲烷四氯化碳一氯甲烷

A.CH4、CCL和CH3cl都是正四面體結(jié)構(gòu)

B.CH4、CC14都是正四面體結(jié)構(gòu)

C.CH4和CC14中的化學鍵完全相同

D.CH4、CCL的結(jié)構(gòu)相同，性質(zhì)也相同

解析：CH3cl中C—C1鍵與C—H鍵鍵長不同，故CH3cl不是正

四面體結(jié)構(gòu)，A項錯誤；CH4中的化學鍵為C—H鍵，CCL中的化學

鍵為C—C1鍵，由于C、H、C1的非金屬性不同，非金屬性C1>C>H,

故CH4、CCL中的化學鍵不同，C項錯誤；CH4、CCL所含元素不完

全相同，二者性質(zhì)也不同，常溫CH4為氣體，CCL為液體，CH4易燃，

CC14不易燃，D項錯誤。

答案：B

3.下列有關(guān)甲烷的取代反應(yīng)的敘述正確的是（）

A.甲烷與氯氣的物質(zhì)的量之比為1：1,混合發(fā)生取代反應(yīng)只生

成CH3cl

B.甲烷與氯氣的取代反應(yīng)，生成的產(chǎn)物中CH3cl最多

C.甲烷與氯氣的取代反應(yīng)生成的產(chǎn)物為混合物

D.若1mol甲烷完全轉(zhuǎn)化為CCL最多消耗2mol氯氣

解析：甲烷與氯氣一旦發(fā)生取代反應(yīng)就不會停止在某一步，四種

有機物都會產(chǎn)生，故得不到純凈的CH3CI,A項錯誤，C項正確；甲

烷與氯氣的反應(yīng)中每取代1mol氫原子，消耗1mol氯氣，生成1mol

HC1,故產(chǎn)物中HC1最多，B項錯誤；1mol甲烷完全轉(zhuǎn)化為CC14<

多消耗4moi氯氣，D項錯誤。

答案：C

4.(2017?湖南省寧遠一中期中)一定質(zhì)量的甲烷燃燒后的產(chǎn)物為

CO、CO2和水蒸氣，此混合氣體質(zhì)量為99.2g,當其緩慢經(jīng)過無水

CaCb時，CaCb增重50.4g。原混合氣體中CO的質(zhì)量為()

A.13.2gB.22.4g

C.24.4gD.26.4g

解析：CaCb增加的是水的質(zhì)量，即加法0)=50.4g,