有机化合物(甲烷)

第三章有机化合物

第一节最简单的有机化合物------甲烷

[复习旧知]

1、有机化合物定义：通常把含碳元素的化合物叫做有机化合物，简称有机物。

2、特点：①多数有机物主要含碳、氢两种元素，有些含氧，此外也常含有氮、硫、磷、卤素。

②有机化合物数目繁多，且自成系统：迄今有机物已达几千万种，而且新合成或被新分离和鉴定的有机化合物还

在与日俱增。

③热稳定性差，受热容易分解，容易燃烧。

④熔点较低：有机化合物的熔点通常比无机化合物要低，一般在300℃以下就熔化。

⑤难溶于水，易溶于有机溶剂：多数有机化合物，易溶于有机溶剂而难溶于水。但是当有机化合物分

子中含有能够与水形成氢键时，该有机化合物也有可能溶于水中。

⑥反应速度慢，常有副反应发生，所以书写有机反应方程式一般用“→”而不是用“＝”

3、注意点：以下含碳的化合物由于性质跟无机物相似，所以不属于有机物。

①碳的氧化物：CO、CO2 ②碳酸盐、碳酸氢盐：Na2CO3、NaHCO3 ③碳化物：CaC2Fe3C

④氰化物：NaCN 、KCN⑤硫氰化物：KSCN、NH4SCN⑥氰酸盐和硫氰酸盐： NH4CNO NH4SCNO

4、碳元素的结构特点

在元素周期表中，碳元素位于族，原子的最外层有个电子，与其它原子结合时易形成

(填“离子键”或“共价键”)。

[新知自学学案]

一、烃

(1)概念：仅含两种元素的有机物称为，也称为烃。

(2)最简单的有机物：，也是最简单的烃。

二、甲烷

1、存在及用途

存在：天然气、、、和的主要成分。

用途：天然气是一种的清洁能源，还是一种重要的化工原料。

2、组成与结构

（1）表示方法：分子式（化学式）结构式结构简式电子式最简式（实验式）

（2）结构式定义：。省略了部分或全部短线的结构式叫做结构简式（在平时的学习中最常使用的是结构简式，除燃烧反应中有机物可写分子式之外，书写有机化学反应方程式一般用结构简式）

（3）空间结构：甲烷分子是以碳原子为中心，氢原子为顶点的结构，其中4个C—H键的和相同，夹角（109°28′）。

（4）球棍模型：（5）比例模型：

思考1：甲烷分子中所含的共价键有几种？是极性键还是非极性键？

思考2：什么事实能证明CH4是正四面体结构而不是平面正方形结构？。

3、物理性质：色、味、密度比空气、水的气体。

4、化学性质：通常情况下甲烷比较稳定，跟强酸、强碱、强氧化剂如酸性高锰酸钾溶液、溴水、溴的四氯化

碳溶液不反应。但在一定条件下，甲烷可以和纯净的氯气、氧气等反应。

即甲烷不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，也不能使溴水、溴的四氯化碳溶液褪色。

(1)氧化反应（可燃性）

纯净的甲烷在空气中安静的燃烧，火焰呈，放出大量的热，反应的化学方程式为：。

思考1：怎样确定它的组成中含有碳、氢二种元素？

思考2：一般引起煤矿中瓦斯爆炸的气体的主要成分是什么？

思考3：已知某气体的密度在标准状况下是0.717g·L－1，含碳75%，含氢25%，请确定它的分子式。

(2)取代反应

①取代反应概念：有机物分子里的被其他所替代的反应。

②甲烷与氯气的取代反应

科学探究：实验装置如右图

实验现象:A、气体颜色逐渐，最后。

B、试管内壁有出现。

C、试管中有少量白雾，液面逐渐。

D、水槽中有。

有关化学反应方程式：

。

③取代产物及其性质：

a．产物名称：除氯化氢外，甲烷四种氯代产物依次是一氯甲烷、二氯甲烷、（或）

(或)。

b．水溶性：甲烷的四种氯代产物均。

c．状态：常温下除是气体，其余三种均为。其中三氯甲烷和四氯甲烷是工业上重要的溶剂。

是良好的灭火剂。

说明：A、甲烷的取代反应条件为光照，反应物为纯净的卤素单质。例如甲烷与卤素的水溶液或卤素的有机溶液不反应。

B、任意量的甲烷和氯气反应，都是甲烷分子中的氢原子依次被氯原子取代，所以产物都是几种取代物

和氯化氢的混合物。

C、取代反应中，每取代1摩尔H原子，消耗1摩尔Cl2，同时生成1摩尔HCl。

在隔绝空气的情况下，加热至10000C，甲烷分解生成炭黑和氢气。。

氢气是合成氨和合成汽油等工业的原料；炭黑是橡胶和染料的工业原料。

5、甲烷的制取:用无水醋酸钠与碱石灰加热制取：。

三、烷烃

2008年北京奥运会火炬的创意灵感来自“渊源共生，和谐共融”的“祥云”图案。该火炬使用的燃料为丙烷，丙烷气体燃烧的火焰颜色为亮黄色，这样的颜色便于识别和满足电视转播、新闻摄影的需要，其燃烧后只有二氧化碳和水生成，没有其他物质，不会对环境造成污染。丙烷是烷烃的一种，你想了解烷烃的性质吗？

1．结构特点

碳原子之间只以结合成链状，碳原子剩余的价键全部跟结合，使每个碳原子的化合价都达到“饱和”，这样的烃叫做饱和烃，也称烷烃。（若C-C连成环状，称为环烷烃。）

2．组成通式：（）

3．烷烃的物理性质

(1)递变性

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______）

熔沸点：随分子中碳原子数的增加，熔沸点逐渐（同分异构体中，支链越多，熔沸点越低）。

密度：随分子中碳原子数的增加，相对密度逐渐。

(2)相似性：烷烃均_____溶于水，______溶于有机溶剂。(填“易”、“难”)，密度均小于1（即比水轻）。

4．化学性质(与甲烷类似)

(1)稳定性：一般情况下与、、、、都不反应。

(2)可燃性（氧化反应）：烷烃都能燃烧，其燃烧通式为：。

注意：所有烷烃都不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，即不能被酸性高锰酸钾溶液氧化。

(3)取代反应：乙烷(CH3CH3)在光照条件下与氯气发生取代反应的化学方程式为：。

注意：烷烃不能使溴水或溴的四氯化碳溶液褪色，只能跟纯净的卤素单质蒸气在光照条件下发生取代反应，但液态烷烃加入到溴水中，振荡后能萃取分层。

5、烷烃的命名

(1)习惯命名法：①碳原子数在十以内：依次用表示；

②碳原子数在十以上：用表示；

③碳原子数相同(即同分异构体)：用“正”、“异”、“新”来区别。

举例：C6H14命名为，C18H38命名为。

无支链时，CH3CH2CH2CH3：；

正戊烷异戊烷新戊烷

(2)系统命名法

命名原则如下：

①选(最长碳链)，称某烷②编(最小定位)，定支链（用2,3等阿拉伯数字表示）

③取代，写在前，注位置，短线连④不同基，简到繁，相同基，合并算（用二、三等数字表示）

命名：

命名：

四、同系物同分异构体

1．同系物

(1)概念：结构，在分子组成上相差原子团的物质互称为同系物。

(2)实例：碳原子个数不同的烷烃互为同系物。如甲烷、乙烷、丙烷等都是烷烃的同系物。

(3)关于烷烃的知识，可以概括如下：

①烷烃的分子中原子全部以单键相结合，它们的组成可以用通式表示。

②这一类物质成为一个系统，同系物之间彼此相差一个或若干个CH2原子团。

③同系物之间具有相似的分子结构，因此化学性质相似，物理性质随碳原子数即相对分子质量的增大而逐渐变化。

④烃基：烃分子失去一个或几个氢原子所剩余的部分叫烃基，用“R﹣”表示；烷烃失去氢原子后的原子团叫烷

基，如﹣CH3叫甲基、﹣CH2CH3叫乙基；一价烷基通式为C n H2n+1﹣

2．同分异构体

(1)概念：同分异构现象：化合物具有相同的，但具有不同的现象。

同分异构体：具有同分异构现象的化合物互称为同分异构体。

注意：同分异构体由于结构不同，性质有差异，所以属于不同化合物。

同分异构现象可以存在于有机物之间，也可以存在于有机物和无机物之间。如：(NH2)2CO（尿素）与NH4CNO

(2)实例：正丁烷、异丁烷互为同分异构体，属于两种化合物。正戊烷、异戊烷、新戊烷互为同分异构体属于三

种化合物

探究1：C6H14的同分异构体有几种？

(3)一卤代烃的同分异构体的判断——等效氢法

①烃分子中同一个碳原子连接的氢原子等效。如甲烷分子中的四个氢原子等效。

②同一个碳原子所连接的原子团—CH3上的氢原子等效。如新戊烷分子中四个﹣CH3上的12个氢原子等效。

③分子中处于镜面对称位置上的氢原子等效。

探究2：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷的一氯代物有几种？

3、有机物种类繁多的原因

①有机物中每个碳原子可与其他原子形成4个共价键，而且碳碳之间也能相互形成共价键，不仅可以形成单键，

还可以形成双键或三键。

②多个碳原子可相互结合形成碳链，也可形成碳环，还可以带支链。

③一个有机物的分子中可能只含有一个碳原子，也可能含有几千甚至上万个碳原子，而且有机物中普遍存在着同

分异构现象。

4

例1：甲烷和丙烷组成的混合气体，其混合气体对氢气的相对密度为15，则混合气体中甲烷和丙烷的物质的量比为多少？

例2：平均相对分子质量为27.2的甲烷和乙烯（C2H4）的混合气体，它们的物质的量之比为

A. 1:14

B. 14:1

C. 1:2

D. 8:15

例3：将75mL的甲烷、氢气和一氧化碳的混合气与200mL氧气混合点燃，经过充分反应并干燥，体积减少100mL，再将剩余气体通过碱液吸收，还有125mL。上述体积均在298K，1.01×105Pa测定。（1）判断混合气体是否能完全燃烧？（2）总体积减少100mL后，所得气体是什么？多少毫升？（3）共生成二氧化碳多少毫升？

最后剩余125mL气体是什么？（4）原混合气体各组分的体积分别是多少毫升？