第一节 最简单的有机化合物——甲烷 第一课时 甲烷的性质
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1．了解有机化合物的概念。
2．掌握甲烷的分子结构，了解甲烷的物理性质及存在、用途。 3．掌握甲烷的化学性质，认识取代反应的特点。
1．甲烷分子具有正四面体结构，其中碳原子位于正四面体的中心，4个氢原
子位于正四面体的四个顶点上。 2．甲烷结构与性质的记忆口诀：
性质稳定是甲烷，光照氯代四连环； 立体构型四面体，易燃防爆分解难。
3．甲烷与氯气的取代反应是分步进行的，每有1 mol氢原子被取代，需消耗1 mol氯气。
4．取代反应：有机物分子里的某些原子或原子团被其他原子或原子团所替代
的反应。
甲烷的分子结构
1．有机化合物和烃
(1)有机化合物
①概念：含有碳元素的化合物，简称有机物。
②组成：一定含有碳元素，常含有氢、氧元素，某些有机物还含有氮、硫、卤素、磷
等元素。 (2)烃
①概念：仅含碳和氢两种元素的有机物。
②典型代表物：最简单的烃是甲烷。
2．甲烷的分子结构
(1)存在与用途
①存在：是天然气、沼气、油田气和煤矿坑道气的主要成分。
②用途：是一种高效、低耗、污染小的清洁能源，还是一种重要的化工原料。
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(2)分子结构 ①分子结构：
分子式 电子式 结构式 分子模型 球棍模型 比例模型 CH4 ②空间结构 分子结构示意图 结构特点及空间构型4个C—H键的长度和强度相同，夹角相等，具有正四面体结构 [特别提醒] 甲烷分子不是平面结构，即5个原子不在同一平面内，而是呈正四面体结构。
1．已知甲烷的密度在标准状况下是0.717 g·L，含碳75%，含氢25%，利用这些数
据怎样确定它的分子式？
提示：甲烷的摩尔质量为0.717 g·L×22.4 L·mol≈16 g·mol，相对分子质16×75×25%
量为16，分子中含碳原子数：＝1，含氢原子数：＝4，故甲烷的分子式为
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CH4。
2．若甲烷分子中的一个氢原子被氯原子取代，得到的CH3Cl还是正四面体结构吗？提示：不是正四面体而是四面体结构，其中CH3Cl中3个H原子和1个Cl原子仍位于
四面体的4个顶点，但不是正四面体。
3．根据甲烷的正四面体结构推测CH2Cl2的结构应该有几种？
提示：甲烷的立体结构为 ，因此CH2Cl2中的2个Cl在空间一定处于相邻
的位置，CH2Cl2只有一种结构。
1．有机化合物组成和结构的表示方法
－1
－1
－1
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表示方法(以甲烷为例)分子式：CH4 最简式(实验式)：CH4 含义用元素符号表示物质分子组成的式子，可反映一个分子中原子的种类和数目 表示物质组成的各元素原子最简整数比的式子 用小黑点等符号代替电子，表示原子最外层电子成键情况的式子 ①用短线表示成键的共用电子对 ②具有分子式所能表示的意义，能反映分子的结构 ③表示分子中原子的结合或排列顺序的式子，但不表示 结构简式：CH4 球棍模型： 小球表示原子，短棍表示化学键，展示了空间结构 比例模型： 表明了原子的相对大小和空间相对位置 22．甲烷空间结构的拓展 根据甲烷的正四面体结构推知，有机物分子中碳原子以4个单键与其他原子相连。 若CH4分子中的4个氢原子全部用其他相同的原子代替，即a、b、c、d相同，则形成的分子为正四面体结构，如CCl4；若CH4分子中的4个氢原子被其他不同的原子代替，即a、b、c、d不完全相同，则形成的分子为四面体，但不属于正四面体，如CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等。
1．在西部大开发中，国家投巨资兴建“西气东输”工程，将西部蕴藏的丰富资源通过
管道输送到东部地区。这里所指的“西气”的主要成分是( )
B．CH4 D．NH3
A．CO
C．H2
空间结构 结构式的简便写法，着重突出结构特点 解析：选B “西气”中的气指天然气，主要成分是CH4。
2．下列各图均能表示甲烷的分子结构，哪一种更能反映其真实存在的状况( )
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解析：选D 这几种形式中，分子结构示意图、球棍模型及比例模型均能反映甲烷分子的空间结构，但其中比例模型更能形象的表达出H、C的位置及所占比例，电子式只反映
原子的最外层电子的成键情况。
甲烷的性质
1．物理性质
颜色 无色 状态 气味 气体 无味 密度 比空气小 水溶性 难溶于水 2.化学性质
通常状况下，甲烷比较稳定，与高锰酸钾等强氧化剂不反应，与强酸、强碱也不反
应。
(1)氧化反应(燃烧)
①现象：甲烷在空气中完全燃烧，火焰呈淡蓝色。
点燃
②化学方程式：CH4＋2O2――→CO2＋2H2O。
(2)取代反应
①实验探究(甲烷与Cl2的取代反应)
实验装置 A装置：试管内气体颜色逐渐变浅；试管内壁有油状液体出现，试实验现象 管中有少量白雾，且试管内液面上升，有固体析出 B装置：无明显现象 实验 CH4与Cl2需在光照时才能发生化学反应，有关化学方程式： 4 / 8
结论 光CH4＋Cl2――→CH3Cl＋HCl(一氯代物)， 光CH3Cl＋Cl2――→CH2Cl2＋HCl(二氯代物)， 光CH2Cl2＋Cl2――→CHCl3＋HCl(三氯代物)， 光CHCl3＋Cl2――→CCl4＋HCl(四氯代物)。 ②甲烷四种氯代产物的性质：
a．水溶性：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4均难溶于水。 b．状态：常温下除CH3Cl是气体，其余三种均为液体。
③取代反应概念：有机物分子里的某些原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反应。
[特别提醒]
(1)有机反应比较复杂，常有很多副反应发生，因此有机反应化学方程式常用“―→”，而不用“===”。
(2)CH4与Cl2的反应是逐步进行的，书写化学方程式时应分步书写。
1．甲烷能否使酸性KMnO4溶液褪色？
提示：甲烷不能被酸性KMnO4溶液氧化，故不能使酸性KMnO4溶液褪色。 2．甲烷和氯气发生反应时，所得的产物有几种？其反应类型是什么？ 提示：产物有5种，分别为CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl；取代反应。
3．能否用CH4和Cl2按1∶1的体积比混合来制取纯净的CH3Cl?
提示：CH4和Cl2的反应是连锁反应，不可能只发生第一步取代反应，生成物为混合物，即CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4四种有机物与氯化氢形成的混合物，CH3Cl的产率低，
因此不能用CH4和Cl2按1∶1的体积比混合来制取纯净的CH3Cl。
甲烷与氯气的取代反应归纳
反应物反应条件 生成物 甲烷与氯气(不能用氯水)漫散光照射(不用太阳光直射，以防爆炸) 甲烷与氯气反应生成四种有机产物：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和无机物HCl，其中HCl的产量最多 5 / 8
高中化学第三章有机化合物第1节最简单的有机化合物——甲烷第1课时学案1新人教版必修2
