高中化学第三章第一节最简单的有机化合物甲烷讲义含
解析新人教版必修2061328
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．有机物指的是绝大部分含碳元素的化合物，也有少量含该元素的化合物为无机物，如 CO、CO2、H2CO3及碳酸盐等。其中只含碳、氢元素的化合物称为烃，最简单的烃是甲烷。生活、生产中常见的有机物有糖类、油脂和蛋白质等。
2．甲烷是一种无色、无味的气体 ，密度比空气小 ，极难溶于水。在自然界中，甲烷存在于天然气、沼气、油田气和煤矿坑道气中。“西气东输”工程中的气体主要是甲烷，发生瓦斯爆炸的主要气体是甲烷。
3．甲烷的分子式为CH4，电子式为，结构式为，甲烷的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。
4．写出下列反应的化学方程式
点燃
(1)甲烷与氧气的反应：CH4＋2O2――→ CO2＋2H2O。
光光
(2)甲烷与氯气的反应：CH4＋Cl2――→CH3Cl＋HCl、CH3Cl＋Cl2――→CH2Cl2＋HCl、CH2Cl2
光光＋Cl2――→CHCl3＋HCl、 CHCl3＋Cl2――→CCl4＋HCl。
[新知探究]
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M＝22.4 L/moL×0.717 g/L＝16 g/moL 1 mol甲烷气体中含碳原子的物质的量： 16 g/moL×1 mol×75%
＝1 mol，
12 g/moL
1 mol甲烷气体中含氢原子的物质的量：
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16 g/moL×1 mol×25%
＝4 mol，
1 g/moL
所以甲烷的分子式为CH4。
2．实验测得甲烷分子中4个C－H键完全相同，每相邻的两个C－H键之间的夹角为109°28′，你能判断出甲烷分子的空间结构吗？
提示：甲烷分子的空间结构是正四面体；分子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。
[名师点拨]
有机物组成和结构的表示方法 表示方法 含义 (以甲烷为例) 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分子式：CH4 子的种类和数目 续表 表示方法 含义 (以甲烷为例) 最简式(实验式)：CH4 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 电子式： ①具有分子式所能表示的意义，能反映物质的结构； ②表示分子中原子的结合或排列顺序的式子，但不表示空间构型 结构式：结构简式：CH4 结构式的简便写法，着重突出结构特点 小球表示原子，短棍表示化学键，展示了空间构型 球棍模型： 表示原子的相对大小和空间的相对位置 比例模型：
[对点演练]
1．甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构，而不是正方形的平面结构，理由是( )
A．CH3Cl只有一种结构 B．CH2Cl2只有一种结构 C．CHCl3只有一种结构
D．CH4中含有4个C－H极性键
解析：选B 甲烷分子无论是正四面体结构，还是正方形的平面结构，A、C、D三项都
是成立的，CH2Cl2若是正方形的平面结构，则其结构应有两种，即和，若是正四面体结构，则其结构只有一种。无论是正四面体结构还是正方形结构，CH4中都含有4个 C－H 极性键。
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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状况( )
解析：选D 这几种形式都可表示甲烷分子，其中分子结构示意图、球棍模型及比例模型均能反映甲烷分子的空间构型，但比例模型更能形象地表达出甲烷分子中H、C原子的位置及所占比例。电子式只反映出原子的最外层电子的成键情况。
[新知探究]
1．甲烷的氧化反应 (1)实验探究
点燃
(2)化学方程式是 CH4(g)＋2O2(g)――→CO2(g)＋2H2O(l)。
2．空气中含甲烷：5%～15%，氧气中含甲烷：5.4%～59.2%，遇火花将发生爆炸，煤矿中的瓦斯爆炸多数是甲烷气体爆炸引发的。假如你是一名煤矿工人，当你在矿井采矿时，为预防瓦斯爆炸，你会采取哪些措施呢？
提示：及时通风、避免明火。
3．将CH4通入酸性KMnO4溶液中，观察可能的现象，试解释其原因。
提示：酸性KMnO4溶液的颜色不发生变化。通常情况下，甲烷的化学性质比较稳定，不与强酸、强碱和强氧化剂反应。
[名师点拨]
1．在通常情况下，甲烷比较稳定，与酸性KMnO4等强氧化剂不发生反应。 2．有机化学方程式中间用“―→”而不用“===”，主要是因为有机物参加的化学反应往往比较复杂，副反应多，故不用等号。
[对点演练]
3．下列叙述中错误的是( ) A．点燃甲烷前不必进行验纯
B．甲烷燃烧放出大量的热，所以是一种很好的气体燃料 C．煤矿的矿井要注意通风并严禁烟火，以防爆炸事故的发生 D．甲烷不能使酸性高锰酸钾溶液褪色
解析：选A 甲烷与氧气混合达到一定比例范围时，点燃会发生爆炸，因此，甲烷点燃前要进行验纯。
[新知探究]
1．按要求完成下列实验，并填写下表
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实验操作 续表 A装置：(1)试管内气体颜色逐渐变浅；(2)试管内壁有油状液滴出现；(3)试管实验现象 中有少量白雾；(4)试管内液面上升。 B装置：无明显现象 实验结论 CH4与Cl2在光照条件下才能发生化学反应 2.上述对比实验中A试管中有如下反应发生
像这种有机物分子中的原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反应叫做取代反应。 (1)产物CH3Cl(一氯甲烷，沸点－24.2 ℃)还能继续与氯气发生取代反应，该反应的化学方程式为
。
(2)事实上，甲烷与氯气反应可生成四种有机物，写出其中生成氯仿(三氯甲烷)的化学方程式为
。
3．甲烷的四种氯代产物都不溶于水。除一氯甲烷常温下是气体外，其他三种都是油状液体。
[名师点拨]
甲烷发生取代反应的有关规律 1．反应条件和反应物
反应条件为光照，反应物为甲烷与卤素单质。如甲烷与氯水、溴水不反应，但可以与氯气发生取代反应。
2．反应产物
甲烷与氯气反应生成的产物是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4四种有机物与氯化氢形成的混合物，虽然反应物的比例、反应的时间长短等因素会造成各种产物的比例不同，但很难出现全部是某一种产物的情况。
3．反应特点 (1)连锁反应
甲烷的取代反应是一种连锁反应，即第一步反应一旦开始，后续反应立即进行。生成物中各物质均含有，其中HCl的物质的量最多。
(2)数量关系
CH4与Cl2发生取代反应时，每1 mol H被取代，消耗1 mol Cl2，同时生成1 mol HCl。
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即1 mol CxHy与Cl2发生完全取代，消耗Cl2最多为y mol。n(Cl2)＝n(H)＝n(HCl)。
[对点演练]
4．若甲烷与氯气以物质的量之比1∶3混合，在光照下得到的产物有：①CH3Cl ②CH2Cl2 ③CHCl3 ④CCl4 ⑤HCl，其中正确的是( )
A．只有① B．只有③
C．①②③的混合物 D．①②③④⑤的混合物
解析：选D 在甲烷与氯气的反应中，无论甲烷与氯气的物质的量之比是多少，得到的都是各种氯代物和氯化氢气体的混合物。
5．有机物分子里的某些原子(或原子团)被其他原子(或原子团)代替的反应叫取代反应。下列化学反应中不属于取代反应的是( )
光
A．CH2Cl2＋Br2――→CHBrCl2＋HBr
光
B．CH3OH＋HCl――→CH3Cl＋H2O C．2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑
NaOH
D．CH3CH2Br＋H2O――→CH3CH2OH＋HBr 加热
解析：选C 取代反应是指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。C项中的反应为置换反应，不是有机反应，更不是取代反应。
1．近年来，科学家在海洋中发现了一种冰状物质——可燃冰，其有效成分为甲烷，下列说法正确的是( )
①甲烷属于烃类 ②在相同条件下，甲烷的密度大于空气 ③甲烷难溶于水 ④可燃冰是一种极具潜力的能源
A．①②③ B．②③④ C．①③④ D．①②④ 解析：选C 甲烷的密度小于空气。
2．与甲烷的分子结构相同的物质是( ) A．CH3Cl B．CCl4 C．CH2Cl2 D．CHCl3
解析：选B CH3Cl、CH2Cl2和CHCl3是四面体形分子；CCl4和CH4分子结构相同，都是正四面体形分子。
3．为验证甲烷分子中含有C、H两种元素，可将其燃烧产物通过①浓硫酸 ②澄清石灰水 ③无水硫酸铜。正确的顺序是( )
A．①②③ B．②③ C．②③① D．③②
解析：选D 要证明CH4中含有C、H两种元素，可通过其燃烧产物为CO2和H2O来证明，选②③，检验时应先检验H2O后检验CO2，故顺序为③②。
4．下列叙述错误的是( )
A．通常情况下，甲烷跟强酸、强碱、 强氧化剂不起反应 B．甲烷化学性质比较稳定，不能被任何氧化剂氧化
C．甲烷跟氯气反应无论生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3还是CCl4，都属于取代反应 D．甲烷的四种取代物都难溶于水
解析：选B CH4的性质比较稳定，通常情况下，不与强酸、强碱、强氧化剂反应，而
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