高二化学第一节 甲烷

高二化学第一节甲烷

【教学目标】

1、理解有机物的概念和有机物的特点

2、掌握烃的概念、甲烷的组成和分子结构

3、掌握甲烷的物理性质和化学性质

4、掌握取代反应的概念

【知识讲解】

一、有机物

1、有机物的概念：

含碳元素的化合物称有机化合物，简称有机物。而一氧化碳、二氧化碳、碳酸、碳酸盐等少数含碳物质，虽然含有碳元素，但它们的组成和性质跟无机物相近，一般把它们作为无机物。

2、有机物的特点：

（1）组成元素的特点：除碳元素外，通常还含有H、O、N、P、S，及卤素等非金属元素。（2）结构特点：

①碳原子间能以共价键形成碳链，这是有机物结构的基础。

②有机物分子间通过范德力结合成分子晶体。

（3）数量特点：

有机物种类繁多，达上千万种。原因是：

①碳原子有4个价电子，能与其它原子形成4个共价键。

②碳链的长度可以不同，同时碳原子间的结合方式不同，可以以单键、双键、参键结合，也可以有长链或环状结合。

③普遍存在同分异构现象。

（4）性质特点：

①溶解性：大多数有机物难溶于水，易溶于有机溶剂（如汽油、酒精、苯等）。

②可燃性：绝大多数有机物易燃烧。

③耐热性：多数有机物熔点沸点较低，受热易分解。

④导电性：多为非电解质，不易导电。

⑤化学反应：化学反应繁杂，一般反应速率较慢，多数需要催化剂，常伴有副反应发生。

二、甲烷的分子结构和物理性质：

1、甲烷的物理性质：

通常情况下，无色无气味的气体，密度比空气小，难溶于水。

甲烷存在于沼气、坑气、天然气。

2、甲烷的分子结构：H

分子式：CH4，结构式H－C－H

H

正四面体结构键角109028'

3、确定有机物分子式和结构式的基本方法

例1：在标准状况下，5.6L 某气态烃的质量为4g ，又知该烃中碳与氢的质量比为3:1。求该烃的分子式。

解析：该气态烃的摩尔质量为：mol g mol L L

g

/16/4.226.54=⨯

1mol 该气态烃中碳的物质的量为：

mol 112164

3=⨯ 1mol 该气态烃中氢的物质的量为：mol 41

164

1=⨯ 即1mol 该气态烃中，含1mol C 和4mol H ，所以分子式为CH 4。 三、甲烷的实验室制法

（1）和碱石灰

（2）原理：CH 3COONa+NaO -H △

Na 2CO 3+CH 4↑ CaO

（3）发生和收集装置：该反应为“固+固 △

气”应与制备O 2、NH 3发生装置相同。

使用排水法收集。 （4）说明：（1）实验室制甲烷时不能用醋酸钠晶体（CH 3COONa ·3H 2O ），而必须用无

水醋酸钠，因为有水存在时，CH 3COONa 和NaOH 都是离子化合物发生电离，不能使CH 3COONa 中C －C 和NaOH 中O －H 键的断裂，因而不能制得甲烷。（2）碱石灰的作用：制备甲烷时，碱石灰中的生石灰并不参加反应，但生石灰起如下作用：①稀释混合物的浓度，使混合物疏松，使生成的甲烷易于外逸；②减少了固体NaOH 在高温时跟玻璃的作用，防止试管破裂；③生石灰吸水性强，可以减少水对制备甲烷反应的不利影响。 四、甲烷的化学性质

甲烷分子结构稳定，通常不与强酸、强碱或强氧化剂反应，不能使溴水和KMnO 4溶液褪色。1、氧化反应：

CH 4+2O 2 点燃

CO 2+2H 2O 注意：（1）点燃甲烷之前须检验甲烷的纯度。（2）燃烧前后气体体积变化，当温度高 于1000C ，反应前后气体体积不变化；低于1000C ，每1体积CH 4完全燃烧，气体体积缩小2体积。 2、取代反应：

CH 4+Cl 2 光

CH 3Cl+HCl

CH 3Cl 能逐步被Cl 2取代生成CH 2Cl 2、CHCl 3和CCl 4。

注意：（1）反应条件：光照（在室温暗处不发生反应）；（2）反应物：纯卤素，如甲烷通入溴水中不反应；（3）产物：一般是混合物。

例2：甲烷与F 2光照时因剧烈反应易发生爆炸。为了制取CH 3F ，常用BrF 与CH 4在光照条件下反应，请写出制取CH 3F 的化学方程式。

解：CH 4+BrF

光照

CH 3F+HBr 3、高温分解：

CH 4 高温

C+2H 2（制取炭黑）

例3：甲烷在空气中的爆炸极限是含甲烷5%－15%，如果在相同状况下，1L 甲烷与空气中氧气混合点燃使之恰好完全反应，则此时（ ）

A 、会引起爆炸

B 、不会引起爆炸

C 、加热时才能爆炸

D 、加压时才能爆炸

解析：甲烷与O 2完全反应：CH 4+2O 2 点燃

CO 2+2H 2O

1LCH 4燃烧需2L O 2，即需空气V 空气=

%212L

=9.5L 。 所以甲烷占混合气体的体积分数为%1005

.911

=⨯+正好在5%－15%例4：把1体积CH 4和4体积Cl 2试推测可观察到的现象是：

（1）___________________（2）（3）___________________（4）解析：CH 4和Cl 2光照生成CH 3Cl 、CH 2Cl 2、CHCl 3HCl

等物质，随着Cl 2不断消耗，黄绿色逐渐消失，又由于液体，Cl 2气体压强减小，水位在试管内上升。HCl 率>溶解速率。故水槽内有少量晶体析出。 答：（1）黄绿色逐渐消失；（2槽内有少量晶体析出。