最简单的有机化合物甲烷学案

《有机化学》学案 第一章 烃 第一课时 甲烷

一、关于有机物：

1、有机物：指含 的化合物（除CO、 、碳酸、 、氰化物、金属碳化物等外）。

除碳元素外还通常含有 、 、 、 、 、 等几种元素。

2、有机物的主要特点：大多数有机物熔沸点较 ， 溶于水、 溶于有机溶剂、 导电、 燃烧。有机反应一般复杂、缓慢，一般需 和使用 ，常伴有 ；所以有机反应中常用“→”不用“=”。 3、有机物种类繁多的原因：①碳原子有 个价电子，可以和其他原子形成 条共价键；②碳碳之间可以形成单键、也可以形成 和 ；③碳碳之间结合的方式可以是链状，也可以是 状。

4、仅由 和 两种元素组成的有机化合物总称为 。 是最简单的烃 二、甲烷

1、甲烷的物理性质和存在： 味、

溶于水、通常为 态的有机物，密度比空气 。 2、甲烷的分子组成和结构： 化学式： 最简式： 电子式：

结构式：

结构简式： _ ______模型 ______模型

分子空间构型： ，碳原子位于正四面体的______，4个氢原子分别位于正四面体的4个_________上。4个C-H键的长度和强度相同，夹角相等（键角：__________）分子极性： 3、甲烷的化学性质和用途：

通常情况下，甲烷的化学性质比较稳定，不与 、 等强氧化剂反应，也不与 、 和 反应， 但在一定条件下也会发生某些反应，如：

氧化反应、取代反应和高温分解。 A（1）、可燃性：

怎样防止气体爆炸？点燃前必须先 思考：如何区别H2、CO、CH4三种气体？ （2）、取代反应：

（教材实验3-3）将一瓶甲烷与一瓶氯气混合，倒立在盛有饱和食盐水，高压汞灯照射， 观察到什么现象？

化学反应现象：光照时，氯气的黄绿色逐渐 ，瓶壁上有 生成，液面 ，试管中有少量 。 第一步：CH4 + Cl2 第二步：CH3Cl + Cl2 第三步：CH2Cl2 + Cl2 第四步：CHCl3 + Cl2 名称 （俗称） 化学式 常温下状态 溶解性 主要用途 + HCl + HCl + HCl + HCl 二氯甲烷 _____态 三氯甲烷 （ ） _____态 四氯甲烷 （ ） _____态 甲烷在空气中燃烧发出_______色火焰，同时放出大量的热。写出化学方程式：

怎样检查其燃烧的生成产物？

甲烷是 、 、 、 的主要成分。甲烷是一种 色、 ①、甲烷的氯代反应：（注意反应条件及书写方法）

一氯甲烷 _____态 ________溶于水，____________溶于有机溶剂 重要的___________ ③、取代反应：有机物分子里的某些 或 被 或 所替代的反应。

④、甲烷与氯气在光照条件下能发生取代反应，但和氯水在光照条件下不会反应；甲烷与溴蒸气、碘蒸气也能发生类似的反应。写出的甲烷与溴蒸气第一步化学反应方程式：

⑤甲烷分子中的一个氢原子被取代，需要____个氯分子，其中一个氯原子_______________，而另一个氯原子_____________________。因此，1 mol CH4需要____mol Cl2才能完全转化为CCl4 【典型例题】

例1、下列物质中，不能和氯气发生取代反应的是（ ）

A CH3Cl B CCl4 C CH2Cl2 D CH4 （3）、受热分解：

①、分解条件：

②、反应方程式：

（4）、用途：甲烷是一种很好的 ，并可用来制取

等。

图5-4

课外延伸——甲烷的空间构型 图5-3 历史上，科学家们在测定了甲烷分子组成为CH4后， 对甲烷的分子结构曾提出了两种猜想：正四面体型与平面 正方形，科学家如何判断出甲烷分子是哪种空间构型的？ 为解决甲烷分子的空间结构问题，科学家们提出：通过研究 二氯甲烷是否存在不同结构来确定。——若甲烷分子呈正四面体型， 则其二氯代物只可能有一种：如图5-3。而若甲烷分子呈平面正四边形， 则其二氯代物可以有两种：如图5-4 所以，只要看一下甲烷的二氯代物的种数，即可判断甲烷分子的空间构 型。另外，通过测量甲烷分子中四个键角相等且等于109028/

也能证明 甲烷为正四面体结构。 课堂小考 1、在光照条件下，将等体积的甲烷和氯气混合，得到的产物中物质的量最多的是 A CH3Cl B CH2Cl2 C CCl4 D HCl 2、甲烷分子是以C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中四个价键的键角和键长都相等 3、下列物质中不属于有机物的是 A、CO（NH2）2 B、NH4CNO C、CCl4 D、CH3CH2OH 4、下列说法正确的是 （ ） A、有机物都不溶于水，易溶于有机溶剂 B、有机物只能从有机生命体中取得 C、组成中仅有C、H两种元素的有机物叫烃 D、有机物不具备无机物的性质，都是非电解质 5.下列气体的主要成分不是甲烷的是( )

A.沼气 B.天然气 C.水煤气 D.坑道所产生的气体 6、下列反应属于取代反应的是 A、甲烷燃烧 B、由甲烷制取氯仿 C、由甲烷制炭黑 D、钠与水反应制得H2

7、、由CH4、CO、H2中的一种、两种或三种组成的气体，完全燃烧后，生成的CO2和H2O的物质的量之比是1：2，下列判断中不正确的是 A、原气体中一定含有CH4 B、原气体中可能不含CH4

C、原气体中若含有CO，则一定含有H2

D气体中若同时含有CH4、CO和H2，则CO与H2的物质的量之比为1：2

课后练习 8、有3mL甲烷和一氧化碳的混合气体，完全燃烧恰好用去3mL氧气，则此混合气体中甲烷和一氧化碳的体积比是

A、 1：2 B、1：1 C、2：1 D、任意比

9下列叙述正确的是 A NH3是极性分子，分子中N原子是在3个H原子所组成的三角形的中心 B CH4是非极性分子，分子中C原子处在4个Cl原子所组成的正方形的中心 C H2O是极性分子，分子中O原子不处在2个H原子所连成的直线的中央 D CO2是非极性分子，分子中C原子不处在2个O 原子所连成的直线的中央 10、空气中含甲烷5%～15％(体积分数)点燃就会发生爆炸，发生爆炸最强烈时，甲烷在空气中所占的体积分数是(提示：甲烷与氧气恰好完全反应时爆炸最强烈) A.5% B.9.5% C.10% D.15% 11、有一类组成最简单的有机硅化物叫硅烷，它的组成与烷烃相似。下列说法错误的是 （ ） A、硅烷的分子通式可表示为SinH2n+2 B、甲硅烷燃烧生成二氧化硅和水 C、甲硅烷（SiH4）的密度小于甲烷 D、甲硅烷的热稳定性强于甲烷 12、若要使1mol CH4完全与氯气发生取代反应，并生成相同物质的量的四种取代物，则需要氯气的物质的量为 A、2.5mol B、2mol C、1.25mol D、0.5mol 13、已知天然气的主要成分CH4是一种会产生温室效应的气体，等物质的量的CH4和CO2产生的温室效应，前者大。下面是有关天然气的几种叙述：①天然气与煤、柴油相比是较清洁的能源；②等质量的CH4和CO2产生的温室效应也是前者大；③燃烧天然气也是酸雨的成因之一。其中正确的( )。 A.是①②③ B.只有① C.是①和② D.只有③

14：甲烷与过量氧气混和，用电火花引爆后，气体密度为同温同压下H2密度的15倍，求原混和气体中甲烷与氧气的体积比。

第二课时 烷烃 一、烷烃的结构和性质

1、烷烃：烃分子中的碳原子之间只以____键结合成________，碳原子上剩余价键全部跟_______相结合，使每个碳原子的化合价都达到饱和，这样的烃叫做 ，也称为烷烃。

2、烷烃的结构特点：烷烃都是立体结构，碳原子______一条直线上（除非只有两个碳原子），直链烷烃的碳原子空间构型是____________型。 常见烷烃的结构式和结构简式： 名称 分子式 结构式 结构简式 最简式 甲烷 乙烷 丙烷 丁烷 [练习]将下列结构简式恢复成结构式： ①CH3CH(CH3)CH2CH3 ②(CH3)2CHCH2CH3

③C(CH3) 4

2、烷烃的通式为 。 3、烷烃的物理性质：[1] 物理性质：

（1）状态：一般情况下，1—4个碳原子烷烃为___________，

5—16个碳原子为__________，16个碳原子以上为_____________。 （2）溶解性：烷烃________溶于水，_________溶(填“易”、“难”)于有机

溶剂。

（3）熔沸点：随着碳原子数的递增，熔沸点逐渐_____________。当碳原子数

相同时，一般支链越多，沸点越低 如沸点：正丁烷______异丁烷；正戊烷_____异戊烷________新戊烷。 （4）密度：随着碳原子数的递增，密度逐渐___________。 [2]化学性质：

(1)一般比较稳定，在通常情况下跟酸、碱和高锰酸钾等都______反应。 (2)取代反应：在光照条件下能跟卤素发生取代反应。______________________________

(3)氧化反应：在点燃条件下，烷烃能燃烧_____________________________

烷烃都_____被酸性高锰酸钾溶液氧化。

二、烃基：烃分子失去一个 所剩余的原子团叫做烃基。一般用R—表示，若为烷烃，叫做烷烃基，如—CH3叫______、—CH2CH3叫___________。CH3CH2 CH3分子失去一个氢原子后所余的原子团的结构简式为___________、________________。 [练习]①写出甲基、乙基的电子式。 ②烷基的通式为 。 ③烃基能否为单独存在的物质? 三、烷烃的命名 (一)习惯命名法：

（1）在分子内所含碳原子的数目后加一个“烷”字，称为“某烷”。主链碳原子数在十以内的，依次用天干——_____、_____、_____、_____、_____、_____、_____、_____、_____、_____表示，如甲烷、丁烷等。主链碳原子数超过十的，在十一以上的，就用数字来表示，如十三烷，十七烷等。

（2）对于碳原子数相同而结构不同的烷烃，一般在烷烃名称之前再加“正”、“异”、“新”等字加以区别。这种命名法适于简单的烷烃。例如：

(二)系统命名法：

命名步骤：选主链，称某烷；编位号，定支链；取代基，写在前；标位置，短线连；不同基，简到繁；相同基，合并算。

(1)选主链：选定分子中__________作为主链，按数目称作“_______” ；若存在两个等长的碳链，应选支链数最多的一个碳链作为主链。如

CH3 │

CH3—CH—│CH2—CH—CH—CH2—CH3

CH CH│ 3│2

CH │2 CH3

(2)编位号：要遵循“近、简、小”的原则。以离支链最近．的主链一端为起点编号。如

CH3

CH—CH—CH│—

32—CH2—CH—C—CH2CHCH │ │ 2—CH3

│3 CH│2 CH 3

CH3

若有两个不同支链，且分别处于距主链两端相等的位置，则应从较简．单支链的那端开始编号。如

CH3—CH2—CH—CH2—CH2—CH—CH2—CH3

│CH │ 2 CH3 │CH 3

若有两个相同的支链，且分别处于距主链两端相等的位置，但中间还有其他支链，编号时应遵循支链位号之和最小．

的原则。如 CH3—CH—CH2—CH—CH—CH3

│ │ │

CH3 CH│2 CHCH 3

3

(3)写名称：按主链的碳原子数称为相应的某烷，在其前面用小写阿拉伯数字“1、2、3??”表示出支链的位置和名称。相同取代基的数目用中文小写“二、三、四??”表示。通常较简单的取代基写在前面，复杂的写在后面，多个阿拉伯数字之间用“，”相隔，位次号码与取代基之间、不同取代基之间用“—”分开。如

CH3—CH—CH2—CH—CH—CH—CH3 CH3—CH—CH—CH2—CH2—CH3

│ │ │ │ │ │ CH3 CH3 CH│2 CH3 CH3 CH3

CH 3 [练习]命名下列烷烃

四、同系物： 相似，在分子

组成上相差一个或若干个 原子团的物质互称为同系物。 [思考]：围绕同系物的概念思考下列问题 ①同系物_________符合同一通式。