第一单元 化石燃料与有机化合物课堂实录及点评

高中化学（苏教版）必修二 专题三 导学案

年级

课题

主备人

高一

3-1-1 甲烷

张辉

审核人

学科

刘妍

化学

上课时间

总课时

20 第_1_课时

2018年 5月 日

【学习目标】

1.会写甲烷的分子式、结构式、电子式，知道甲烷的结构特点。

2.知道甲烷能发生氧化反应和取代反应，会写化学方程式。

3.理解取代反应的概念并能进行判断。

一、甲烷的存在、用途及结构

【导学探究】

1、化石燃料的组成与成分

化石燃料

天然气

组成元素

主要成分

主要是

C、H 甲烷

石油

煤

主要是 C、H，还有少量S、O、含量最高的元素是C，其次是 H、N等

O，还有少量S、P、N等 各种液态碳氢化合物，其中溶有气态和固态碳氢化合物

有机化合物和无机物组成的复杂混合物

2、甲烷的存在与用途

(1)甲烷的存在

甲烷是

、

、油田气和煤矿坑道气的主要成分。我国的天然气主要分布在中西部地区及海底。

(2)甲烷的主要用途

甲烷易燃烧，完全燃烧生成

、

并放出大量的热量，因此甲烷可用作燃料。天然气和沼气都是理想的清洁能源。甲烷还可用作化工原料。

3、甲烷的组成与结构

－已知在标准状况下甲烷的密度是0.717 g·L1，含碳75%，含氢25%，利用这些数据及所学知识完成下表。

分子结构

化学式

电子式

结构式

球棍模型

比例模型

示意图

【归纳总结】

1.结构式：用短线来表示一对共用电子的图式叫做结构式。

2.一个碳原子以4个单键与其他原子相结合时，无论这4个原子是否相同，都分别在四面体的顶点上，但不一定为正四面体，也不可能在同一平面上，并且最多有3个原子共面。

【即时巩固】

1.以下关于甲烷的说法中错误的是(

) A.甲烷分子是由共价键构成的分子

B.甲烷分子具有正四面体结构

C.甲烷分子中四个C—H键是完全等价的键

D.甲烷分子中氢原子之间形成共价键

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(

)

二、甲烷的性质

【导学探究】

1、甲烷的物理性质

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甲烷是一种

色、

味、

溶于水、密度比空气

的气体。

2、甲烷的化学性质

(1)甲烷的氧化反应

①将甲烷在空气中点燃，观察到的燃烧的现象是

②检验甲烷燃烧产物的简单方法是：

在火焰上方罩一个干燥的烧杯，烧杯内壁出现

，说明甲烷燃烧有H2O生成；证明甲烷中有氢元素。在火焰上方罩一个涂有澄清石灰水的烧杯，烧杯内壁变

，说明甲烷燃烧有CO2生成，证明甲烷中含有碳元素。

③甲烷、氢气等可燃性气体点燃之前应注意什么？如何检验CH4的纯度？

④写出甲烷燃烧的化学方程式：

⑤若将甲烷通入酸性KMnO4溶液中，观察现象，并解释其原因。

（2）稳定性：在通常情况下，甲烷是比较稳定的，跟

、

或

等一般不起反应。甲烷不能使酸性KMnO4溶液褪色，也

使溴的四氯化碳溶液褪色。

（3）甲烷的取代反应

①实验探究：按要求完成下列实验，并填写下表：

实验操作

A装置：试管内气体颜色逐渐 ，试管内壁有 出现，实验现象

试管中有 ，试管内液面 ，水槽中有 ；B装置： 现象

实验结论

CH4与Cl2在 时才能发生化学反应

上述实验A装置中发生反应的化学方程式为：

②取代反应概念：

有机化合物分子中的某种____________被另一种______________所__________的反应叫取代反应。

CH4和Cl2反应的四种取代产物都不溶于水，除一氯甲烷常温下是气体外，其他三种都是油状液体。

③问题讨论：

a.若把甲烷分子中的一个氢原子换成氯原子变成一氯甲烷，还是正四面体结构吗？

b.CH4与Cl2发生取代反应时，有机取代产物的总物质的量与CH4的物质的量有何关系？

c.CH3Cl、CCl4只有一种结构，能说明CH4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吗？

d．二氯甲烷可以写成

e．能否用CH4和Cl2反应制取纯净的CH3Cl？如果CH4和Cl2按体积比1∶1混合反应，能否只得到CH3Cl? f、假设1 mol CH4中的H原子完全被取代，最多需要 摩尔Cl2。最多能生成 摩尔HCl? 和两种形式，它们是同分异构体吗？

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(4)分解反应：甲烷隔绝空气并加热至1 500 ℃以上分解的反应方程式：

。

【归纳总结】取代反应与置换反应的比较

实例

区别

定义

取代反应

甲烷与氯气反应

有机物分子里的原子或原子团被其他原子或原子团所代替的反应

反应物和生成物不一定有单质

一般生成两种新化合物

化学键不变，原子(团)位置交换。表示为A—A＋C—D―→A—C＋A—D 置换反应

锌与稀硫酸反应

一种单质跟一种化合物反应，生成另一种单质和另一种化合物的反应 反应物、生成物中一定有单质

一种化合物和一种单质

参与物质

生成物

方程式

单质1＋化合物1===单质2＋化合物2 特点

【即时巩固】

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.点燃甲烷不一定会爆炸

4、在光照条件下，将1 mol CH4与Cl2反应，得到等物质的量的4种取代物，则消耗Cl2的物质的量为(

) A．1 mol

B．2 mol

C．2.5 mol

D．10 mol 【易错警示】甲烷与氯气发生取代反应，每1 mol氢原子被取代需消耗1 mol氯气；甲烷与氯气发生取代反应时，即使n(CH4)∶n(Cl2)＝1∶1，得到的有机物也不只是CH3Cl，而是四种有机取代产物的混合物。

【变式训练】

有机化合物分子中的某些原子(或原子团)被其他原子(或原子团)所取代的反应叫取代反应。下列化学反应中不属于取代反应的是(

) A．CH2Cl2＋Br2――→CHBrCl2＋HBr

B．CH3CH2OH＋HCl――→CH3CH2Cl＋H2O C．2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑ D．CH2Cl2＋Cl2――→CHCl3＋HCl 【当堂检测】

1.下列关于甲烷的叙述错误的是(

) A.天然气的主要成分

B.最简单的有机物

C.含碳质量分数最大的有机物

D.与氯气在光照条件下能发生取代反应

2.在常温和光照条件下，可与甲烷发生反应的是(

) A.氧气

B.氯气

C.酸性高锰酸钾溶液

D.浓硫酸

3、下列有关甲烷的取代反应的叙述正确的是(

) A.甲烷与氯气的物质的量之比为1∶1混合，发生取代反应时只生成CH3Cl B.甲烷与氯气的取代反应，生成的产物中CH3Cl最多

C.甲烷与氯气的取代反应生成的产物为混合物

D.1 mol甲烷生成CCl4最多消耗2 mol氯气

4、下列事实能证明甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构的是(

) A.CH3Cl只代表一种物质

B.CH2Cl2只代表一种物质

C.CHCl3只代表一种物质

D.CCl4只代表一种物质

5、一定质量的甲烷燃烧后的产物为CO、CO2和水蒸气，此混合气体质量为49.6 g，当其缓慢经过无水CaCl2时，CaCl2增重25.2 g。原混合气体中CO2的质量为(

) A.12.5 g

B.13.2 g

C.19.7 g

D.24.4 g 【课后巩固】

1.下图是CH4、CCl4、CH3Cl的分子球棍模型图，下列说法正确的是(

) A.CH4、CCl4和CH3Cl都是正四面体结构

B.CH4、CCl4都是正四面体结构

C.CH4和CCl4中的化学键均为非极性键

D.CH4、CCl4的结构相同，性质也相同

光照光照△

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2.有一种无色的混合气体可能由CH4、NH3、H2、CO、CO2和HCl中的几种组成。为确定其组成，进行了以下实验：①将此混合气体通过浓硫酸，气体总体积基本不变；②再通过过量的澄清石灰水，未见浑浊，但气体体积减少；③把剩余气体在供氧的情况下燃烧，燃烧产物不能使无水硫酸铜变色。原混合气体含有(

) A.CO和HCl

B.CH4和NH3

C.CH4和HCl

D.H2和CO2

3.公元前一世纪，我国已使用天然气，天然气的主要成分为甲烷。下列关于甲烷的叙述中，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

4.如图所示，集气瓶内充满某混合气体，置于光亮处，将滴管内的水挤入集气瓶后，烧杯中的水会进入集气瓶，集气瓶内的气体是(

) ① CO、O2

② Cl2、CH4

③ NO2、O2

④ N2、H2

A.①②

B.②④ C.③④

D.②③

5、下列反应属于取代反应的是(

) A.C2H4＋3O2――→2CO2＋2H2O

B.Zn＋CuSO4===ZnSO4＋Cu C.NaCl＋AgNO3===AgCl↓＋NaNO3

D.CH2Cl2＋Cl2――→CHCl3＋HCl 6、如图所示，U形管的左端被水和胶塞封闭有甲烷和氯气(体积比为1∶4)的混合体，假定氯气在水中的溶解度可以忽略。将封闭有甲烷和氯气混合气体的装置放置在有光亮的地方，让混合气体缓慢地反应一段时间。

(1)假设甲烷与氯气反应充分，且只产生一种有机物，请写出化学方程式：_____________________________________________________________。

(2)若题目中甲烷与氯气体积之比为1∶1，则得到的产物为________(填字母编号)。

A.CH3Cl

HCl

B.CCl4

HCl C.CH3Cl

CH2Cl2

D.CH3Cl

CHCl2

CHCl3

CCl4

HCl (3)经过几个小时的反应后，U形管右端的水柱变化是________(填字母编号)。

A.升高

B.降低

C.不变

D.无法确定

(4)若水中含有Na2SiO3，则在U形管左端会观察到______________________。

(5)右端玻璃管的作用是_______________________________________________________。

7、利用甲烷与氯气发生取代反应制取副产品盐酸的设想在工业上已成为现实。某化学兴趣小组在实验室中模拟上述过程，其设计的模拟装置如下：

根据设计要求回答：

(1)B装置有三种功能：

①控制气流速度；②均匀混合气体；③____________。

(2)设V(Cl2)/V(CH4)＝x，欲获得最多的氯化氢，则理论上x值为____________。

(3)D装置的石棉中均匀混有KI粉末，其作用是_________________________________。

(4)E装置的作用是________(填序号)。

A.收集气体

B.吸收氯气

C.防止倒吸

D.吸收氯化氢

(5)在C装置，经过一段时间的强光照射，发现硬质玻璃管内壁有黑色小颗粒产生，写出置换出黑色小颗粒的化学方程式：___________________________________________。

(6)E装置除生成的盐酸外，还含有有机物，从E中分离出油状有机物的最佳方法

为

。该装置还有缺陷，原因是没有进行尾气处理，其尾气主要成分为________(填序号)。

a.CH4

b.CH3Cl

c.CH2Cl2

d.CHCl3

e.CCl4

光照点燃

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