2020最新高中化学 专题3 第一单元第1课时 天然气的利用 甲烷学案 苏教版必修2（考试专用）

第1课时 天然气的利用 甲烷

一、甲烷的存在、用途及结构 1．甲烷的存在与用途 (1)甲烷的存在

甲烷是天然气、沼气、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

以甲烷为主要成分的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。 2．甲烷的组成与结构

分子式 电子式 结构式 分子模型 球棍模型 比例模型 CH4

甲烷分子空间构型为正四面体型，碳原子位于中心，4个氢原子位于顶点，4个C—H键的长度和强度相等，夹角相等。

例1 下图是CH4、CCl4、CH3Cl分子的球棍模型图，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

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考点 甲烷的组成和结构 题点 甲烷分子结构的拓展 答案 B

解析 CCl4的分子结构同CH4相似，为正四面体结构，CH3Cl中的C—H和C—Cl键不同，不是正四面体结构，而是四面体结构。 思维启迪

一个碳原子以4个单键与其他原子相结合时：

(1)如果这4个原子相同，则分别在四面体的顶点上，构成正四面体。 (2)如果这4个原子不相同，则分别在四面体的顶点上，但不是正四面体。

(3)无论这4个原子是否相同，都不可能在同一平面上，并且最多有3个原子共面。 二、甲烷的性质 1．甲烷的物理性质

甲烷是无色无味、难溶于水、密度比空气小的气体。 2．甲烷的化学性质 (1)具有稳定性

通常情况下，甲烷性质比较稳定，与强酸、强碱不反应，与高锰酸钾溶液等强氧化剂也不反应。 (2)氧化反应——可燃性

将甲烷在空气中点燃，观察燃烧现象并检验燃烧产物：

燃烧现象 方法 在火焰上方罩一个干燥的淡蓝色火焰 烧杯 在火焰上方罩一个涂有澄清石灰水的烧杯 检验产物 现象 烧杯内壁有液珠产生 结论 生成了水 烧杯内壁变浑浊 生成了二氧化碳 点燃

甲烷燃烧的化学方程式为CH4＋2O2――→CO2＋2H2O。 (3)取代反应

①实验探究甲烷与氯气的反应

实验操作 实验现象 A装置：a.试管内气体黄绿色逐渐变浅， 2

b.试管内壁有油状液滴出现， c.试管中有少量白雾生成， d.试管内液面上升， e.水槽中有固体析出； B装置：无明显现象 甲烷与氯气在光照时才能发生化学反应 连续发生反应的化学方程式为 光CH4＋Cl2――→CH3Cl＋HCl； 实验结论 光CH3Cl＋Cl2――→CH2Cl2＋HCl； 光CH2Cl2＋Cl2――→CHCl3＋HCl； 光CHCl3＋Cl2――→CCl4＋HCl

②取代反应的概念

有机化合物分子里的某种原子(或原子团)被另一种原子(或原子团)所取代的反应。

甲烷取代反应的相关规律

反应条件 甲烷与氯气无光照时，不发生反应；强光照射时会发生爆炸 反应物 甲烷与卤素单质反应，且卤素单质通常为气态。如甲烷与氯水、溴水不反应，但可以与氯气、溴蒸气发生取代反应 与氯气反应产物是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4四种有机物与HCl形成的混生成物 合物，很难出现有机产物全部是某一种产物的现象，生成物中HCl的物质的量最大 物质的 量关系 例2 (2017·聊城高一检测)下列有关甲烷的取代反应的叙述正确的是( ) A．甲烷与氯气以物质的量之比1∶1混合时发生取代反应只生成CH3Cl B．甲烷与氯气的取代反应产物中CH3Cl最多 C．甲烷与氯气的取代反应产物为混合物 D．1 mol甲烷生成CCl4，最多消耗2 mol氯气 考点 甲烷的取代反应 题点 甲烷取代反应的原理 答案 C

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每1 mol 氢原子被取代，消耗1 mol 氯气分子，同时生成1 mol HCl分子 解析 甲烷与氯气一旦反应，不会停止在某一步，四种有机产物都会产生，得不到纯净的CH3Cl，A错误，C正确；甲烷与氯气的取代反应每取代1 mol H原子，消耗1 mol氯气，生成1 mol HCl，故产生的HCl最多，B错误；1 mol甲烷生成CCl4最多消耗4 mol氯气，D项错误。 特别提示

(1)无论甲烷和氯气的比例如何，发生取代反应的产物都是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl的混合物。

(2)甲烷与氯气发生取代反应的产物中，CH3Cl为气体，CH2Cl2、CHCl3和CCl4为液体。 例3 下列反应属于取代反应的是( ) 高温A．CH4――→C＋2H2 B．2HI＋Cl2===2HCl＋I2 点燃C．CH4＋2O2――→CO2＋2H2O 光D．C2H6＋Cl2――→C2H5Cl＋HCl 考点 甲烷的取代反应 题点 取代反应类型判断 答案 D

解析 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。选项A中的反应为分解反应；选项B中的反应为置换反应，不属于有机反应类型；选项C中的反应为甲烷的氧化反应。 思维启迪

无机反应中的置换反应不属于取代反应。

抓住取代反应“有上有下”的特点，看有机物中的原子或原子团是否被其他原子或原子团替换，若是，则为取代反应。 三、烷烃 1．两个概念

2．烷烃

(1)分子通式：CnH2n＋2。 (2)习惯命名

碳原子数(n)及表示 n≤10 n>10

1 甲烷 2 3 4 5 6 7 8 9 10 乙烷 丙烷 丁烷 戊烷 己烷 庚烷 辛烷 壬烷 癸烷 相应数字＋烷 4