第一单元 化石燃料与有机化合物优秀获奖教案

第一单元

化石燃料与有机化合物

第1课时

天然气的利用

甲烷

1．了解化石燃料及天然气的利用。

2．了解甲烷的主要性质和应用。(重点) 3．了解烃、烷烃的组成、结构特点。

4．了解同系物、同分异构体、取代反应的概念。(重难点)

[基础·初探] 教材整理

化石燃料与甲烷

1．化石燃料的分类

天

然

气

的

利

用

甲

烷

组成元素：主要是碳和氢，同时含少量的

硫、氧、氮等石油化学成分：液态碳氢化合物及其溶有的化石燃料

气态和固态碳氢化合物组成物质：有机物和无机物组成的复杂混合物煤组成元素：含量最高的为碳、其次是氢、氧及

少量的硫、磷、氮2．甲烷的组成和结构

天然气：主要成分为甲烷，最简单的有机物。

1

3．甲烷的性质及利用

(1)物理性质

颜色

无色

状态

气态

(2)化学性质

①氧化反应：

纯净的甲烷在空气中安静的燃烧，火焰呈淡蓝色，放出大量的热，反应的化点燃学方程式为CH4＋2O2――→CO2＋2H2O。

②取代反应：

a．取代反应：有机物分子里的某种原子(或原子团)被其他原子(或原子团)所取代的反应。

b．Cl2与甲烷在光照条件下，可生成多种氯代烷，写出CH4与Cl2反应生成光照CH3Cl的化学方程式CH4＋Cl2――→CH3Cl＋HCl，该反应的类型为取代反应。

(3)甲烷的利用

①利用甲烷与氯气发生取代反应的生成物三氯甲烷制备制冷剂—氟利昂，其过程反应方程式为

CHCl3＋HF→CHFCl2＋HCl。

被氧化一定条件②合成甲醇，其过程为CH4――→(CO＋H2)――→CH3OH。

一定条件

高温③高温分解生成炭黑，其反应为CH4――→C＋2H2。

[探究·升华] [思考探究] 1．甲烷的燃烧反应产物的探究

2 气味

无味

密度

ρ(CH4)＜ρ(空气) 水溶性

难溶

甲烷燃烧的热化学方程式为____________________。

【提示】

淡蓝

变浑浊

水

CO2

CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)

ΔH＝－890.3 kJ/mol 2.甲烷与Cl2在光照下的反应实验探究

3

【提示】

油状液滴

上升

晶体析出

CH3Cl＋HCl

CH2Cl2＋HCl

CHCl3＋HCl

CCl4＋HCl [认知升华] 1．甲烷与Cl2的反应——取代反应

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2．甲烷的性质

(1)点燃甲烷之前必须检验其纯度，以防止发生爆炸。

(2)甲烷通入酸性KMnO4溶液，溶液不褪色，说明甲烷不能被酸性KMnO4溶液氧化。

[题组·冲关] 题组1

甲烷的利用

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(

) A．CO

C．H2

【答案】

B 2．在我国的南海、东海海底已发现天然气(甲烷等)的水合物，它易燃烧，外形似冰，被称为“可燃冰”。“可燃冰”的开采，有助于解决人类面临的能源危机。下列说法正确的是(

) B．CH4

D．NH3

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

C．①③④

【答案】

C

5 B．②③④

D．①②④

题组2

甲烷的组成、结构与性质

3．下列关于甲烷的说法不正确的是(

) 【导学号：31792072】

A．甲烷分子具有正四面体结构

B．甲烷分子中的四个C—H键相同

C．甲烷分子是平面正方形结构

【答案】

C 4．下列有关甲烷的说法中错误的是(

) A．采煤矿井中的甲烷气体是植物残体经微生物发酵而来的

B．天然气的主要成分是甲烷

C．甲烷是没有颜色、没有气味的气体，极易溶于水

D．甲烷与氯气发生取代反应所生成的产物四氯甲烷是一种效率较高的灭火剂

【解析】

甲烷是由古代生物发酵而来的，故说法A正确；天然气的主要成分是CH4，故说法B正确；甲烷是无色无味的气体，难溶于水，故说法C错误；四氯化碳不支持燃烧，可以灭火，故说法D正确。

【答案】

C 5. 把1体积CH4和4体积Cl2组成的混合气体充入大试管中，将此试管倒立在盛有Na2SiO3溶液的水槽里，放在光亮处。

(1)试管中观察到的现象：

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①______________________________________________________________，

②______________________________________________________________，

③______________________________________________________________。

(2)水槽中观察到的现象______________________________________。

(3)写出有关反应的化学方程式：

①CH4和Cl2反应(第一步)_____________________________________。

②Na2SiO3溶液中发生的反应__________________________________。

(4)待反应完成后，测得4种取代物的物质的量相等，则反应中消耗Cl2为________体积。

【解析】

(1)CH4和Cl2在光照条件下生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl等物质，随着反应的进行，Cl2不断消耗，黄绿色逐渐消失。又由于生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4常温下均为无色液体，使试管壁上有油状液滴出现。因生成的HCl易溶于水，反应后试管内气体压强减小，试管内液面上升。

(2)HCl溶于水后与Na2SiO3反应生成白色絮状沉淀。

(4)因为CH4与Cl2发生取代反应生成的4种取代产物中的碳原子均来自于CH4，由碳原子守恒可知，1 mol CH4共生成1 mol取代产物，且每一种取代产物物质的量均为0.25 mol。由于CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4分子中的氯原子均来自Cl2，由CH4和Cl2反应的方程式知共耗Cl2：0.25 mol＋0.25 mol×2＋0.25 mol×3＋0.25 mol×4＝2.5 mol。即1体积CH4消耗2.5体积Cl2。

【答案】

(1)①气体颜色逐渐变浅

②试管中液面上升

③试管壁上有油状液滴

(2)有白色絮状沉淀生成

光照(3)①CH4＋Cl2――→CH3Cl＋HCl ②Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl (4)2.5 【易误警示】

甲烷发生取代反应的认识

(1)CH4与Cl2的反应逐步进行，反应方程式应分步书写。

光照(2)当n(CH4)∶n(Cl2)＝1∶1时，反应并不只发生CH4＋Cl2――→CH3Cl＋

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HCl，其他反应仍然进行。

(3)甲烷的卤代反应的产物是混合物。

(4)每取代1 mol H需1 mol Cl2生成1 mol HCl，即

[基础·初探] 1．烷烃

(1)烃：只由碳、氢两种元素组成的化合物叫碳氢化合物，也叫烃。

(2)烷烃：烃的分子里碳原子间都以碳碳单键互相连接成链状，碳原子的其余的价键全部跟氢原子结合，达到饱和状态。其通式为CnH2n＋2。

(3)命名

n≤10：依次称为甲烷、乙烷、丙烷、丁烷……

n≥11：直接根据碳原子数称某烷，如C16H34称为十六烷。

2．同系物

分子结构相似，组成上相差1个或若干个“CH2”原子团的有机化合物互称为同系物。如甲烷(CH4)、乙烷(CH3CH3)、丙烷(CH3CH2CH3)互为同系物。

[探究·升华] [思考探究] 烷

烃

同

系

物

1．CH2===CHCH3和的组成相同，二者中哪一个与CH2===CH2互为同系物？由此判断：分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的有机物一定是同系物吗？

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2．是否属于同系物？为什么？

【提示】

不是。因为同系物在分子组成上必须相差1个或若干个CH2原子团，一定具有不同的分子式。而CH3CH2CH2CH3与同，属于同分异构体。

分子式相3．同系物具有同一通式，具有同一通式的有机物一定是同系物吗？

【提示】

不一定。如CH2===CH2和通式相同，均为CnH2n，但它们均不为同系物，所以具有同一通式的有机物不一定是同系物。

[认知升华] 1．同系物的判断

(1)组成特点

①同系物必须结构相似，即组成元素相同，官能团(后面将学习到)种类、个数与连接方式相同。

②分子组成通式相同。

③同系物相对分子质量相差14或14的整数倍。

(2)判断规律

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①一差：分子组成差一个或若干个CH2原子团。

②二同：同通式，同结构。

③三注意：

a．必须为同一类物质。

b．结构相似[有相似的原子连接方式或相同的官能团(后面将学习到)种类和数目]。

c．同系物的化学性质相似但不完全相同，如烷烃均能发生取代反应，均能燃烧但燃烧的现象不完全相同。

注意：同系物在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团，但相差一个或若干个CH2原子团的有机物不一定属于同系物。

2．烷烃的结构特点与主要化学性质

(1)结构特点

饱和：碳原子剩余的价键全部与氢原子结合，烷烃

每个碳原子均形成4条价键链状：碳原子结合链可以是直链，也可以含有支链↓

通式：CnH2n＋2

(2)主要化学性质

3n＋1点燃①氧化反应：CnH2n＋2＋2O2――→nCO2＋(n＋1)H2O 光照②取代反应：CH3CH3＋Cl2――→CH3CH2Cl＋HCl [题组·冲关] 题组1

烷烃的组成和性质

1．下列有关烷烃的叙述中，不正确的是(

) A．在烷烃分子中，所有的化学键都是单键

B．烷烃在光照条件下能与Cl2发生取代反应

单键：碳原子之间都以碳碳单键结合

C．烷烃的分子通式为CnH2n＋2，符合该通式的烃不一定是烷烃

D．随着碳原子数的增加，烷烃的熔、沸点逐渐升高

【解析】

烷烃中的碳碳键、碳氢键均为单键；烷烃都能与Cl2发生取代反

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应；随着碳原子数的增加，烷烃的分子间作用力增大，使其熔、沸点逐渐升高；因分子通式CnH2n＋2中的氢原子已达饱和，故符合CnH2n＋2的有机物只能是烷烃。

【答案】

C 2．写出下列各烷烃的分子式。

(1)烷烃A在同温同压下蒸气的密度是H2的36倍______________。

(2)烷烃B的分子中含有200个氢原子______________。

(3)1 L烷烃D的蒸气完全燃烧时，生成同温同压下15 L的水蒸气_________。

(4)分子式中含有22个共价键的烷烃______。

【解析】

烷烃的通式为CnH2n＋2，烷烃的相对分子量为14n＋2，

(1)密度之比等于摩尔质量之比，就等于相对分子质量之比，A的相对分子质量为36×2＝72＝14n＋2，解得n＝5，所以A的分子式为C5H12。

(2)烷烃B的分子中含有200个氢原子，即2n＋2＝200，解得n＝99，所以B的分子式为C99H200。

(3)1 L烷烃D的蒸气完全燃烧时，生成同温同压下15 L水蒸气，根据氢原子守恒，所以烷烃D分子中含30个氢原子，即2n＋2＝30，n＝14，所以D的分子式为C14H30。

(4)烷烃的组成为CnH2n＋2，含有的共价键数目为3n＋1，该烷烃有22个共价键，则3n＋1＝22，解得n＝7，所以该烷烃中碳原子数目为7，分子式为C7H16。

【答案】

(1)C5H12

(2)C99H200

(3)C14H30

(4)C7H16

题组2

同系物与同分异构体

3．下列物质互为同系物的是(

)

【解析】

A项为同种物质；B项互为同系物；C项所含氯原子数不同，分子组成不是相差一个CH2原子团或其倍数；D项不是同一类别的物质，故不属

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于同系物。

【答案】

B 4．现有下列6种有机物：

①CH2===CH2

②CH3CH2C≡CH

请回答：

(1)其中不属于烃类的是________(填序号，下同)；

(2)其中属于烷烃的是________；

(3)其中与①互为同系物的是________；

(4)其中与②互为同分异构体的是________。

【解析】

只含C、H两种元素的有机物属于烃；分子式符合通式CnH2n＋2(n≥1)的烃属于烷烃；结构相似，分子组成上相差一个或多个CH2原子团的物质互为同系物；分子式相同，结构不同的物质互为同分异构体。

【答案】

(1)④

(2)⑥

(3)⑤

(4)③

【规律方法】

同系物和同分异构体的比较

同系物

结构相似，分子组成相差1个或定义

若干个“CH2”原子团的有机化合物

化学式或分子式

结构特点

性质

举例

同分异构体

分子式相同，结构不同的化合物

不同

相似

化学性质相似，物理性质不同

CH4、CH3CH3

相同

不同

化学性质不一定相同，物理性质不同

CH3COOH、HCOOCH3

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