高中化学 第三章 有机化合物 第一节 有机化合物 最简单的有机化合物—甲烷 第1课时 甲烷课时训练
第三章第一节 最简单的有机化合物——甲烷(第1课时)
第三章第一节最简单的有机化合物——甲烷（第1课时）
【学习目标】
1．知识与技能
（1）了解甲烷分子的空间结构特征，能够书写甲烷分子的结构式、电子式。
（2）了解甲烷的化学性质，了解取代反应的特征。
（3）了解甲烷的存在和甲烷的用途等。
2．过程与方法
初步体会有机物分子结构的特点及其对性质的影响。
通过甲烷取代反应的探究，初步学会化学中对有机物进行科学探究的基本思路和方法。
3、情感态度价值观
通过甲烷性质的学习，体会有机物跟无机物的区别和联系，初步形成对于有机化学领域的学习兴趣，体会有机物在生活、生产中的的重要研究价值。
【学习重点】
甲烷的化学性质及应用
【学习难点】
对甲烷和氯气的取代反应机理的理解
【学习过程】
【知识巩固】
1、与甲烷的分子结构相同的物质是（）
A、NH3
B、CCl4
C、CH2Cl2
D、H2O
2、将下列气体通入酸性高锰酸钾，酸性高锰酸钾褪色的是（）
A、CH4
B、CO2
C、SO2
D、H2
3、下列叙述正确的是( )
A、有机物一定来自有机体内
B、有机物与无机物可以相互转化
C、CO属于有机物
D、A-B + C-D A-C +B-D 一定属于复分解反应
4、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
5、写出甲烷与溴蒸气反应的化学方程式。
第一节 最简单的有机化合物——甲烷
第三章有机化合物第一节最简单的有机化合物——甲烷一、甲烷的存在、结构1．存在甲烷是天然气、沼气、油田气和煤矿坑道气的主要成分。
2．分子结构甲烷的分子式是CH 4；电子式是；结构式是。
实验证明，甲烷分子具有正四面体结构，其中四个C—H 键长度和强度相同，夹角相等。
提醒有机化合物必须含有碳元素，但含有碳元素的化合物不一定是有机化合物，如CO 、CO 2、碳酸及其盐等。
常见有机物结构的表示方法(以甲烷为例)表示方法含义分子式：CH 4用元素符号表示物质分子组成的式子，可反映一个分子中原子的种类和数目最简式(实验式)：CH 4表示物质组成的各元素原子最简整数比的式子电子式：用小黑点等符号代替电子，表示原子最外层电子成键情况的式子结构式：①具有化学式所能表示的意义，能反映物质的结构；②表示分子中原子的结合或排列顺序的式子，但不表示空间构型球棍模型：小球表示原子，短棍表示价键(单键、双键或三键)比例模型：用不同体积的小球表示不同大小的原子二、甲烷的性质1．物理性质颜色状态气味密度(与空气相比)水溶性无色气体无味比空气小极难溶2、化学性质通常状况下，甲烷比较稳定，与高锰酸钾等强氧化剂不反应，与强酸、强碱也不反应。
但在特定的条件下，甲烷也会发生某些反应。
1．氧化反应(燃烧)(1)化学方程式：CH 4＋2O 2――→点燃CO 2＋2H 2O 。
(2)现象：甲烷在空气中安静地燃烧，火焰呈淡蓝色。
燃烧现象检验产物方法现象结论淡蓝色火焰在火焰上方罩一个干燥的烧杯烧杯内壁有水珠产生生成了H 2O 在火焰上方罩一个涂有澄清石灰水的烧杯烧杯内壁变浑浊生成了CO 22．取代反应(1)取代反应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。
(2)甲烷与氯气的取代反应①实验探究实验操作实验现象A 装置：a.试管内气体颜色逐渐变浅；b.试管内壁有油状液滴出现；c.试管中有少量白雾；d.试管内液面上升；e.水槽中有固体析出B 装置：无明显现象实验结论CH 4与Cl 2在光照时才能发生化学反应，有关化学方程式为②产物性质CH 3ClCH 2Cl 2CHCl 3CCl 4状态气体均为油状液体水溶性都难溶于水点拨无论CH 4和Cl 2的比例如何，发生取代反应的产物都是CH 3Cl 、CH 2Cl 2、CHCl 3、CCl 4和HCl 的混合物。
第1节最简单的有机物--甲烷
第一节最简单的有机化合物——甲烷（第1课时）【教学设计思路】甲烷〔《化学·必修2》（人教版普通高中课程标准实验教课书）第三章第一节〕的学习是学生较为系统学习有机物的开始。
本章教学先呈现甲烷内容，首先考虑甲烷是最简单的有机物，便于学生从结构角度认识甲烷的性质，类推烷烃的结构和性质，建立从结构角度学习有机物性质的有机化学学习模式；其次充分体现有机化学对国民经济发展和人们生活水平提高的重要作用，以及对自然资源的合理开发、综合应用及可持续发展的观点。
所以甲烷作为系统学习有机物的起始章的第一节内容，就显得其地位的特别突出和重要。
本节教学的设计，要在学生初中知识的基础上，体现认识的渐进发展性原则；同时，考虑到学生前面已经具有了一些有关物质结构的概念，在有机化合物的学习中紧紧抓住结构与性质的关系，在学生的头脑中逐步建立有机物的立体结构模型，帮助学生打好进一步学习的方法论基础。
本节内容是在学生通过初中学习，初步认识甲烷的燃烧反应和一些主要用途的基础上，进一步从甲烷的分子结构角度来认识甲烷的化学性质（氧化反应，取代反应）等。
学生在学习中需要初步应用已有的原子结构、化学键等基础知识，从宏观、微观的角度来全面认识甲烷。
但由于学生对教材的内容比较陌生，基本没有形成有机物的学习方法，空间想象思维较弱，所以在学习中应用辩证的的观点从结构理解性质有一定的困难。
因而在教学中通过模型制作来培养逻辑思维和空间想象力。
本节教材内容较少，学生对CH4又有一定的了解，若按教材内容简单设计和施教，只让学生了解CH4的分子结构和主要的性质，就难以激发学生的学习兴趣。
为了更好的激发学生的求知欲望，又能体现新课程的三维目标。
本课采用信息加工模式，充分体现化学和生活的紧密联系。
通过讲解甲烷的存在、用途、性质、结构，让学生以甲烷作载体去体会有机化学学习的内容和特点。
【教学目标】《知识与技能》知道甲烷的结构式，理解甲烷的空间结构和取代反应，掌握甲烷的化学性质。
高中化学第一节最简单的有机化合物——甲烷1
高一化学
学习目标
1、了解甲烷在自然界的存在和用途； 2、掌握甲烷电子式、结构式的正确写法并认
识甲烷分子的空间结构； 3、掌握甲烷的重要化学性质，并理解取代反
响的含义。
自学任务
填写导学案P32【学习探究】 第1、2、3题
根据甲烷的结构式，并结合所给 模型进行组装，说明甲烷分子的真实 构型。
资料：
1、经过大量的科学实验证明，甲烷分子里任意两个 H—C—H之间的夹角都相等；
2、甲烷结构中的任意两个H被Cl替换之后，所得结 构都只有一种。
甲烷分子的空间结构
3-1 甲烷分子结构示意图
空间构型：正四面体
4个C-H键的键长和强 度相等，夹角相等。
科学探究
1.有何实验现象？ 2.从所得的实验现象中 能得到哪些结论？
的物质的量最多？
3.甲烷的分解反响
在加热至1500℃的条件下，甲烷分解生成炭 黑和氢气。
反响方程式：CH4 高温 C + 2H2
得到的氢气是合成氨及合成汽油等工业的原 料；炭黑是橡胶工业的原料。
小结 物理 性质
结构
CH4 用途
化学 性质
课后作业
导学案P33第2、一氯甲烷的形成
名称 一氯甲烷
分子式
状态 （STP）
CH3Cl 气态
练习
仿照生成一氯甲烷的化学方程 式,尝试写出一氯甲烷与氯气进一步 反响的化学方程式。
稳固练习
甲烷是正四面体结构，那么CH3Cl、 CH2Cl2、CHCl3、CCl4也都是正四 面体结构吗？
思考与交流
1、怎么通过实验验证有氯化氢气体生成？ 2、甲烷与氯气的取代反响的产可能有几种？哪种生成物
第三章 第一节 第1课时 甲烷的性质(共55张PPT)
1.近年来,一些大城市的部分公交车改用天然气作为燃料,这样 做的主要目的是( A.加大发动机动力 )
B.降低成本
C.减少对空气的污染 D.减少二氧化碳的排放量 【解析】选C。天然气的主要成分为甲烷,燃烧比较充分,可以 减少对空气的污染。
光照 CH Cl+Cl HCl+CH2Cl2 二氯代物) 3 2 _________________________( 光照
CH HCl+CHCl3 三氯代物) 2Cl2+Cl2 _________________________( CHCl3+Cl2 HCl+CCl4 四氯代物) ________________________( 不溶 于水，除 其中，CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4都_____ 气体 外，其余三种都是液体。 CH3Cl是_____
【误区警示】
(1)甲烷的卤代反应的产物是混合物。 (2)甲烷等有机物与氯气发生取代反应时,取代的位置和个数是 难以控制的,因此制备卤代烃一般不采用取代反应。
【变式训练】(2013·临海高一检测)光照对下列反应几乎无影 响的是( A.H2与Cl2 ) B.CH4与Cl2
C.CH4与O2
D.次氯酸分解
少量白雾 c.试管中有_________; 上升 d.试管内液面_____; 有固体析出 。 e.水槽中___________ 无明显现象 。 无光照时:___________
甲烷与氯气在光照时发生反应， 化学反应方程式为 CH HCl+CH3Cl 一氯代物) 4+Cl2 _______________________( 实验 结论
提示:CH4是正四面体结构,碳原子处于正四面体的中心,四个氢
高中化学必修二教案-3.1最简单的有机化合物——甲烷40-人教版
第三章有机化合物第一节最简单的有机化合物——甲烷（教学设计）一、板书课题通过本章的插图阅读，引出主题——第三章《有机化合物》出示第一节《化学能与电能》（板书课题）【提问】什么叫有机化合物？【学生回答】提问学生A、B……【情景引入】播放视频《生活中要是没有石油会怎么样》二、出示教学目标（幻灯片展示）【知识与技能】1、认识甲烷的分子结构及特点；2、掌握甲烷的化学性质；3、从结构角度认识甲烷的性质，类推烷烃的结构和性质，建立从结构角度学习有机物性质的有机化学学习模式。
【过程与方法】1、通过实践活动（模型制作）、探究实验、模型、图表、图片、多媒体动画，培养学生关心科学、研究科学和探索科学的精神；2、通过讲授、讨论、小组合作、学生制作等教学方法和实验条件控制、比较、类比、模拟、抽象等科学方法与逻辑方法，教给学生科学的方法；3、培养学生用新概念理解知识的能力，培养学生设计实验、动手实验、观察现象，并根据实验现象得出可能的规律的能力。
【情感态度与价值观】1、通过甲烷的分子结构的探究，分析其可能有的性质，并设计实验来证明，激发学生学习化学的兴趣，探索新知识的欲望，且在实验研究中培养求实、进取的优良品质；2、使学生初步掌握研究物质的方法——结构解析、推测可能的性质、设计实验、观察现象、解析现象、得出结论，再辩证地分析结论的适用范围；3、结合甲烷的组成、结构和性质关系的教学过程，对学生进行事物联系和发展的普遍规律的观点的教育，通过动手实验，使其体会理论上的理解和亲手实验的不同，而且实验不总是每次都成功。
分析失败原因，培养学生科学研究的态度，认真仔细，实事求是的作风。
【教学重点】甲烷的结构特点和甲烷的取代反应【教学难点】有机物立体结构模型的建立，从化学键的层面认识甲烷的结构和性质。
三、学生自主学习【学生活动】1、结合实践活动自制甲烷的空间模型；2、写出甲烷的分子式，电子式，结构式及空间构型；3、试总结甲烷分子的结构特点。
新课标第三章第一节最简单的有机化合物——甲烷
练习: 练习
• 4．在光照条件下，将等物质的量的甲烷和 ．在光照条件下， 氯气混合充分反应后， 氯气混合充分反应后，得到产物物质的量 最大的是（ 最大的是（ B ） • Ａ ＣＨ３Ｃl • Ｂ ＣＨＣ ３ ＣＨＣl • Ｃ ＨＣ ＨＣl • Ｄ ＣＣ ４ ＣＣl
课本第64页习题1、2、3、5
1 2 3 4
有机化合物数量众多，分布极广； 甲烷是最简单的有机化合物； 甲烷可以发生氧化反应和取代反应； 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叫取 代反 应。
练习: 练习
无色 、 无味 的气体， 1、甲烷是一种—————、————的气体，标准状 0.714g/L 0.714g/L 正四面体结构， 况下的密度_______ _______， 况下的密度_______，其分子呈——————结构， 稳定 电子式————，化学性质比较——————。 2、与甲烷的分子结构相同的物质是（ B ） 与甲烷的分子结构相同的物质是（ A NH3 B CCl4 C CH2Cl2 D H2O 3、将下列气体通入酸性高锰酸钾，酸性高锰 将下列气体通入酸性高锰酸钾， 酸钾褪色的是（ 酸钾褪色的是（ C ） A CH4 B CO2 C SO2 D H2
甲烷与高锰酸钾 不发生反应，也 不与溴水发生反 应。
（2）取代反应动画.asf：
（2）取代反应：
科学探究
• 你从实验中得到哪些信息？ • 从所得的实验信息中你能得到哪些 结论？
现象：量筒壁上出现油滴,混合气体的黄绿 现象 量筒壁上出现油滴 混合气体的黄绿 色变浅 ，量筒内的液面上升 讨论：分析上述实验中所观察到的现象，从 讨论：分析上述实验中所观察到的现象， 中可以得到那些结论？ 中可以得到那些结论？
高中化学必修二导学案：第三章 有机化合物 第一节 第1课时甲烷的性质 含答案
第一节最简单的有机化合物——甲烷第1课时甲烷的性质[学习目标定位] 1.会写甲烷的分子式、结构式、电子式，知道甲烷的结构特点。
2.知道甲烷能发生氧化反应和取代反应，会写化学方程式。
3.知道取代反应的概念和甲烷发生取代反应时的断键和成键情况。
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)甲烷的主要用途甲烷易燃烧，完全燃烧生成CO2、H2O并放出大量的热量，因此甲烷可用作燃料。
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空间构型甲烷的分子模型CH4正四面体结构，C原子位于正四面体中心，H原子位于四个顶点上归纳总结1．结构式：用短线来表示一对共用电子的图式叫做结构式。
2．一个碳原子以4个单键与其他原子相结合时，无论这4个原子是否相同，都分别在四面体的顶点上，但不一定为正四面体，也不可能在同一平面上，并且最多有3个原子共面。
1．以下关于甲烷的说法中错误的是()A．甲烷分子是由极性键构成的分子B．甲烷分子具有正四面体结构C．甲烷分子中四个C—H键是完全等价的键D．甲烷分子中具有非极性键答案 D2．下列各图均能表示甲烷的分子结构，其中更能反映其真实存在状况的是()答案 D解析在这几种形式中，分子结构示意图、球棍模型及比例模型均能反映甲烷分子的空间构型，但比例模型更能形象的表达出H、C的位置及所占比例；电子式只反映原子的最外层电子的成键情况。
二甲烷的性质1．甲烷的物理性质甲烷是一种无色、无味、极难溶于水、密度比空气小的气体。
2．甲烷的化学性质 (1)甲烷的氧化反应将甲烷在空气中点燃观察现象：①甲烷燃烧的化学方程式为CH 4＋2O 2――→点燃CO 2＋2H 2O 。
甲烷是优良的气体燃料，通常状况下，1 mol 甲烷在空气中完全燃烧，生成二氧化碳和水，放出890 kJ 热量。
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第一节最简单的有机化合物——甲烷第1课时甲烷(时间:40分钟)知识点题号有机物判断与计算3,8,11,12甲烷的结构与性质1,2,4,5,7综合6,9,10,13,14基础过关1.(2016·甘肃庆阳期末)下列关于甲烷分子结构的叙述中,正确的是( D )A.甲烷分子中C、H原子间是离子键B.甲烷分子的空间结构是正方体C.甲烷的结构式为CH4D.甲烷分子中4个碳氢键完全相同解析:非金属元素之间形成共价键,甲烷分子中C、H原子间是共价键,A错误;甲烷分子是空间正四面体结构,结构式为,4个碳氢键完全相同,B、C错误,D正确。
2.(2017·黑龙江哈尔滨六中期中)下列关于甲烷的说法正确的是( B )A.实验室可用向上排空气法收集甲烷B.甲烷点燃之前需要验纯C.甲烷可以与溴水发生取代反应D.甲烷在空气中燃烧只可能生成CO2和H2O解析:甲烷的密度比空气的小,不能用向上排空气法收集,A错误;甲烷与溴蒸气能发生取代反应,与溴水不能发生取代反应,C错误;甲烷在空气中若不完全燃烧,会产生CO,D错误。
3.下面列举的是某化合物的组成和性质,能说明该物质肯定是有机物的是( A )A.仅由碳、氢两种元素组成B.仅由碳、氢、氧三种元素组成C.在氧气中燃烧只生成二氧化碳D.熔点低而且难溶于水解析:烃都是有机化合物,A正确;碳酸(H2CO3)不属于有机物,B错误;单质碳、一氧化碳在氧气中燃烧只生成二氧化碳,它们均不属于有机物,C错误;Br2、CO等熔点低且难溶于水但不属于有机物,D错误。
4.为验证甲烷分子中含有碳、氢两种元素,可将其燃烧产物通过①浓硫酸;②澄清石灰水;③无水硫酸铜。
正确的顺序是( D )A.①②③B.②③C.②③①D.③②解析:甲烷的燃烧产物是H2O和CO2,先通过无水硫酸铜(变蓝色),证明生成物中有H2O,则证明甲烷中含有氢元素;再通过澄清石灰水(变浑浊),证明生成物中有CO2,则证明甲烷中含有碳元素,D正确。
5.(2017·河南林州一中调研)科学家在海洋中发现了一种冰状物质——可燃冰,其有效成分为甲烷。
下列说法正确的是( C )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.①②③B.②③④C.①③④D.①②④解析:在相同条件下甲烷的密度小于空气,②错误。
6.如图所示,集气瓶内充满某混合气体,置于光亮处,将滴管内的水挤入集气瓶后,烧杯中的水会进入集气瓶,则集气瓶中的气体可能是( D )①CO、O2②Cl2、CH4③NO2、O2④N2、H2A.①②B.②④C.③④D.②③解析:从题目的叙述情况看,所选气体组必须是与水作用后混合气体总体积减小的,此时应注意CH4与Cl2的取代反应生成HCl,HCl易溶于水,因此应选D。
7.公元前一世纪,我国已使用天然气,天然气的主要成分为甲烷。
下列关于甲烷的叙述中,错误的是( B )A.通常情况下,甲烷跟强酸、强碱、强氧化剂不起反应B.甲烷化学性质比较稳定,不能被任何氧化剂氧化C.甲烷跟氯气反应无论生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3还是CCl4,都属于取代反应D.甲烷的四种取代物都难溶于水解析:CH4的性质比较稳定,通常情况下,不与强酸、强碱、强氧化剂反应,而不是不能被任何氧化剂氧化(如能燃烧),A正确、B错误;CH4在光照条件下与Cl2发生取代反应,生成4种有机产物,它们是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4且均难溶于水,故C、D均正确。
8.(2017·河南林州一中调研)一定量的甲烷在O2不足的情况下燃烧,得到CO、CO2和H2O的总质量是14.4 g,若其中水的质量是7.2 g,则CO的质量是( A )A.2.8 gB.4.4 gC.5.6 gD.在2.8 g和5.6 g之间解析:甲烷燃烧时,当O2少量时生成CO和H2O,当O2足量时生成CO2和H2O,所以在不足量的O2中燃烧生成CO、CO2和H2O。
由氢原子守恒知CH4的物质的量为0.2 mol。
设CO和CO2的质量分别为x、y。
则解得x=2.8 g。
9.如图是某同学利用注射器设计的简易实验装置。
甲管中注入10 mL CH4,同温、同压下乙管中注入50 mL Cl2,将乙管气体推入甲管中,针管用日光照射一段时间,使气体在甲管中反应。
(1)下列是某同学预测的实验现象:①气体最终变为无色;②实验过程中,甲管活塞向内移动;③甲管内壁有油珠;④产生火花。
其中正确的是。
(2)甲管中发生的化学反应类型为。
(3)反应后,甲管中剩余气体能用下列试剂吸收。
A.水B.氢氧化钠溶液C.硝酸银溶液D.饱和食盐水(4)反应后,若将甲管中的物质推入盛有适量AgNO3溶液的小试管中会观察到 ,若再向其中滴入几滴石蕊试液,又观察到。
解析:(1)甲烷与氯气在光照条件下发生取代反应生成CH3Cl(气体)、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl,氯气逐渐减少,但不消失,因为氯气过量,所以氯气的颜色逐渐变浅,不会变成无色;反应后有油状液滴(二氯甲烷、三氯甲烷与四氯甲烷)出现;反应过程中气体的体积减小,导致管内的压强低于外界大气压,甲管活塞向内移动。
(2)甲烷与氯气在光照条件下发生的是取代反应。
(3)反应后,甲管中剩余气体为氯气,因此用氢氧化钠溶液吸收。
(4)甲管中的氯气、氯化氢溶于水,氯气与水反应生成盐酸和次氯酸,溶液呈酸性,氯离子能与AgNO3溶液中的银离子产生氯化银白色沉淀;其余有机物不溶于水,溶液分层,所以将甲管中的物质推入盛有适量AgNO3溶液的小试管中会观察到液体分为两层,产生白色沉淀,溶液变浅黄绿色;若再向其中滴入几滴石蕊试液,又观察到溶液先变红后褪色。
答案:(1)②③(2)取代反应(3)B(4)液体分为两层,产生白色沉淀,溶液变浅黄绿色溶液先变红后褪色能力提升10.(2017·河南林州一中调研)三氯甲烷(CHCl3)又称氯仿,可用作麻醉剂,但在光照下易被氧化成剧毒的光气(COCl2),其反应式为2CHCl3+O22COCl2+2HCl。
为了防止事故发生,在使用三氯甲烷前要先检验一下其是否变质,检验用的最佳试剂是( B )A.NaOH溶液B.AgNO3溶液C.溴水D.淀粉碘化钾溶液解析:根据已知信息可知,三氯甲烷变质后会生成HCl,可加入AgNO3溶液,若产生白色沉淀,则说明三氯甲烷变质。
11.(2016·湖北随州期末)在常温常压下,向100 mL CH4和Ar的混合气体中通入400 mL O2,点燃使其完全反应,最后在相同条件下得到干燥气体450 mL,则反应前混合气体中CH4和Ar 的物质的量之比为( B )A.1∶4B.1∶3C.1∶2D.1∶1解析:设原混合气体中含有x mL CH4,反应的方程式为CH4+2O2CO2+2H2O,利用差量法计算: CH4+2O2CO2+2H2O ΔV1 2 1 2 2x 2x x 2x 2x则:2x mL=(100 mL+400 mL)-450 mL=50 mL,解得:x=25,所以混合气体中Ar的体积为V(Ar)=100 mL-25 mL=75 mL,相同条件下气体的体积之比等于物质的量之比,则反应前混合气体中CH4和Ar的物质的量之比为n(CH4)∶n(A r)=V(C H4)∶V(A r)=25m L∶75 mL=1∶3。
12.瓦斯爆炸是空气中含甲烷5%～15%(体积分数)时遇火所产生的,发生爆炸最剧烈时,甲烷在空气中的体积分数大约为( B )A.10.5%B.9.5%C.8%D.5%解析:由CH4+2O2CO2+2H2O可知瓦斯爆炸最剧烈时,CH4和O2的体积比应为1∶2,因此CH4与空气的体积比为1∶(2×)=1∶9.5,那么它在空气中的体积分数为×100%=9.5%。
13.已知碳化铝(Al4C3)与水反应生成氢氧化铝和甲烷。
为了探究甲烷的性质,某同学设计如下两组实验方案。
甲方案探究甲烷与氧化剂反应(如图1所示);乙方案探究甲烷与氯气反应的条件(如图2所示)。
甲实验现象:溴水无颜色变化,澄清石灰水变浑浊,无水硫酸铜变蓝色。
乙实验操作过程:通过排饱和食盐水的方法收集两瓶甲烷与氯气(体积比为1∶4)混合气体(Ⅰ、Ⅱ),Ⅱ瓶用预先准备好的黑色纸套套上,Ⅰ瓶放在光亮处(不要放在日光直射的地方,以免引起爆炸)。
按图2安装好装置,并夹紧止水夹a和b。
(1)写出碳化铝与硫酸反应的化学方程式:。
(2)实验甲中浓硫酸的作用是 ,集气瓶中收集到的气体能否直接排入空气中? (填“能”或“否”)。
(3)下列对实验甲有关现象与结论的叙述都正确的是。
A.酸性高锰酸钾溶液不褪色,结论是通常条件下,甲烷不能与强氧化剂反应B.硬质玻璃管里黑色粉末无颜色变化,结论是甲烷不与氧化铜反应C.硬质玻璃管里黑色粉末变红色,推断氧化铜与甲烷反应只生成水和二氧化碳D.甲烷不能与溴水反应,推知甲烷不能与卤素单质反应(4)写出硬质玻璃管里可能发生的化学方程式:(按甲烷与氧化铜物质的量之比2∶7)。
(5)过一段时间,打开图2的a、b止水夹,Ⅰ、Ⅱ中观察到的现象是。
解析:(1)碳化铝与硫酸反应可理解为碳化铝(Al4C3)与水反应,产物再和硫酸反应,所以产物为硫酸铝和甲烷。
(2)甲方案探究甲烷与氧化剂反应,盛放浓硫酸的装置放置在氧化剂氧化铜之前,所以实验甲中浓硫酸的作用是干燥CH4,甲烷和氧化铜反应,碳元素化合价升高,生成碳的氧化物,产物中可能有一氧化碳生成,所以集气瓶中收集到的气体不能直接排放到空气中。
(3)酸性高锰酸钾溶液不褪色,结论是通常条件下,甲烷不能与强氧化剂反应,故A正确;甲烷能与氧化铜反应,若少量甲烷参加反应,硬质玻璃管里为大量黑色粉末氧化铜和少量铜或氧化亚铜的混合物,无明显颜色变化,故B错误;氧化铜与甲烷反应生成水和二氧化碳、一氧化碳,硬质玻璃管里黑色粉末也能变红色,故C错误;甲烷不能与溴水反应,但甲烷能与卤素单质发生取代反应,故D错误。
(4)甲烷中碳元素化合价为-4价,甲烷与氧化铜反应,碳元素化合价升高,甲烷与氧化铜物质的量之比为2∶7,先根据氢原子守恒确定水前化学计量数,再根据碳、氧原子守恒确定CO2、CO的化学计量数。
(5)由于甲烷和氯气在光照条件下发生反应,生成物有CH3Cl(气体)、CH2Cl2(油状液体)、CHCl3(油状液体)、CCl4(油状液体)、HCl(极易溶于水),所以在Ⅰ瓶中:颜色逐渐变浅,有油状液体产生,出现白雾,且可以看见水倒吸入Ⅰ瓶中。
答案:(1)Al4C3+6H2SO42Al2(SO4)3+3CH4↑(2)干燥CH4否(3)A(4)2CH4+7CuO7Cu+CO+CO2+4H2O(5)在Ⅰ瓶中:颜色逐渐变浅,有油状液体产生,出现白雾,且可以看见水倒吸入Ⅰ瓶中14.如图所示,U形管的左端被水和胶塞封闭有甲烷和氯气(体积比为1∶4)的混合气体,假定氯气在水中的溶解度可以忽略。