天然气的利用 甲烷.
甲烷
教学设计]天然气的利用甲烷二、教材分析《课程标准》对本课教学内容的基本要求是在初中的基础上进一步学习与人类生存和发展密切相关的一些有机化合物的重要知识；并不要求去追求知识的系统性和知识迁移。
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培养逻辑思维和空间想象力。
《学科教学指导意见·化学》对《天然气的利用甲烷》课时分配建议为1课时。
对甲烷的教学建议：初中化学中学生已经接触过甲烷，对甲烷的分子式、存在和应用有了一定的了解，所以高中教学应把结构、性质和用途作为学习的重点，尤其是化学性质的学习。
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。
三、学情分析根据心理学研究表明：高一学生正处在求知欲强、好胜心强、兴趣广泛；但稳定的情感、态度、价值观尚未形成，自我认识能力不足，思维活跃但不深刻的阶段，这些是我们应该充分认识到的。
在初中化学中学生已经接触过甲烷，对甲烷的分子式、存在和应用有了一定的了解，高中重点是学生甲烷的化学性质，而且把所学的知识与生产、生活有机的结合起来，使学生感到既熟悉又有新知识可以学，因为这部分知识与生活息息相关，从而可以激发学生的学习热情。
四、教学目标（一）知识与技能目标：1、知道化石燃料的主要成分，认识综合利用甲烷对于充分利用自然资源、环境保护及保障国民经济可持续发展等方面的意义；2、认识甲烷的分子组成、结构特征、主要化学性质及应用，初步认识取代反应的概念；3、了解有机化合物分子中基团——甲基的概念；4、知道可燃性气体在保存、点燃中的安全问题。
烃 习题
专题一第1单元天然气的利用甲烷习题1．下列气体的主要成分不是甲烷的是（）A．天然气B．沼气C．水煤气D．坑道产生的气体2．鉴别甲烷、一氧化碳和氢气等三种无色气体的方法是（）A．通入溴水→通入澄清石灰水C．点燃→罩上干冷烧杯→罩上涂有澄清石灰水的烧杯B．点燃→罩上涂有澄清石灰水的烧杯D．点燃→罩上涂有澄清石灰水的烧杯→通入溴水3.在一定条件下，能与甲烷发生反应的是（）A.浓硫酸B.氢氧化钠溶液C.溴蒸汽D.高锰酸钾溶液4.下列物质之间的反应，属于取代反应的是（）A.甲烷和氧气B.甲烷和氯气C.金属钠和水 C.碘化钾和氯水5.光照混合在试管中的甲烷和氯气的混合气体后，拔开试管塞，在实验的过程中不可能观察到的现象是（）A.试管中气体的黄绿色变浅B.试管中有火星出现C.试管壁上有油状液滴出现D.试管口有白雾6．1mol甲烷和1mol氯气在光照条件下发生反应，产物中物质的量最多的是（）A．CH3Cl B．HCl C．CH2Cl2D．CHCl37．将1molCH4与Cl2完全发生反应后测得四种取代物的物质的量相等，则消耗的Cl2物质的量为( ) A．0.5 mol B．2 mol C．2.5 mol D．4 mol8．下列物质：①金刚石②白磷③甲烷④四氯化碳，其中分子具有正四面体型的是（）A. ①②③B. ①③④ C .②③④ D. ①②③④9．“可燃冰”是天然气与水相互作用形成的晶体物质，主要存在于冻土层和海底大陆架中。
据测定每0.1m3固体“可燃冰”能释放出20m3甲烷气体，则下列说法中不正确的是（）A．“可燃冰”释放的甲烷属于烃B. “可燃冰”的分解与释放，可能会诱发海底地质灾害，加重温室效应C．“可燃冰”将成为人类的后续能源D．“可燃冰”是水变的油10.二氟甲烷是性能优异的环保产品，它可替代某些会破坏臭氧层的“氟里昂”产品，用作空调、冰箱和冷冻库的制冷剂。
试判断二氟甲烷的结构简式有（）A．4种 B. 3种 C. 2种 D. 1种11．甲烷分子式是_________，电子式是___________，结构式。
天然气的利用甲烷
C、溴蒸气 D、氢氧化钠
5、设计一个简单的实验来鉴别氢气 与甲烷。
6、有A、B两种有机物，它们都是碳、 氢化合物，且碳元素的质量分数都是 85.7%。A在标准状况下的密度是 1.25g/L，B蒸气的密度是相同状况下 氢气的21倍。求A、B的分子式。
解法： Mr(A) = 22.4L/mol 1.25g/L = 28g/mol
主要元素
其他元素
Exercises:
A 下列物质属于有机物的是： (1) CH3Cl (2)C2H5OH (3)CaCO3 (4)CO2 (5)CH3COOH (6)C6H10O2N4
B 下列物质属于烃的是： (1)C2H2 (2)CH2O (3)CO (4)CH4 (5)C
种类 溶解性
耐热性
可燃性 电离性 化学键 化学 反应
（1）、计算甲烷的摩尔质量 M=0.717g/L×22.4L/mol=16g/mol
（2）、计算1mol甲烷分子中含碳和氢的 物质的量
（3）、得出甲烷的分子式：CH4
一、甲烷的组成和结构
Ｈ
电子式： 交流与讨结论构式：H－Ｃ－Ｈ Ｈ
写出甲烷的电子式和结构式，分析 其分子结构特点。
一、甲烷的组成和结构
思考：比较三者的热化学方程式，试分析 为何甲烷被称为高效、较洁净的燃料？
甲烷燃烧的热化学方程式
点燃
CH4(g) 2O2(g) CO2(g) 2H2O(l);H 889.60kJ mol 1
氢气燃烧的热化学方程式
H2(g)
1 2
点燃 O2(g) H2O(l);H
285.8kJ
mol
1
CH4 、 CH3CH3 、CH3CH2CH3 、
CH3(CH2)8CH3 、CH3(CH2)nCH3 4、以上物质能用一个通式表示吗？
利用天然气做燃料化学方程式
利用天然气做燃料化学方程式天然气是一种含有天然气组成的清洁化学燃料，被广泛用于家庭取暖、煮食、制冷等。
它由一系列气体组成，如甲烷、二氧化碳、氧气等，由物理或化学方式组装，而不同的方法会产生不同的燃料组合，以下是典型的天然气燃料化学方程式：1、甲烷（CH4） + 2 氧气（O2） --> 碳氢化物（CO2）+ 2 水（H2O)2、甲烷（CH4） + 氧气（O2） --> 碳氢化合物（CO1） + 水（H2O）3、乙烷（C2H6） + 3 氧气（O2） --> 2 碳氢化物（CO2） + 3 水（H2O）4、丙烷（C3H8） + 5 氧气（O2） --> 3 碳氢化物（CO2） + 4 水（H2O）5、壬烷（C9H20） + 11 氧气（O2） --> 9 碳氢化物（CO2） + 10 水（H2O）6、氢气（H2） + 氧气（O2）--> 水（H2O）天然气燃料化学方程式的主要作用是将化学物质的组成和比例细调并产生可再利用的能量。
当燃料混合物燃烧时，它与氧气在高温，高压和有限的供氧条件下发生化学反应，产生大量能量和水蒸气。
由于燃料和气体的特性是不稳定的，在燃烧过程中，细微的反应体系也会发生变化，这也就是燃料的组成需要精确的调整的原因。
燃烧时，物质由原始的有机状态吸收“低熵”状态，产生具有更高能量的反应物，如热能或光能。
甲烷是天然气的主要成分，一般来说，典型的甲烷化学反应如下：1、甲烷（CH4）+ 2氧气（O2） --> 碳氢化物（CO2）+ 2水（H2O）2、甲烷（CH4）+ 氧气（O2）--> 碳氢化合物（CO1）+ 水（H2O）3、甲烷（CH4）+ 4氧气（O2）--> 2碳氢化物（CO2）+ 4水（H2O）甲烷结合氧气，经过燃烧后，会形成碳氢化物，除产生大量的热能，也会释出大量的二氧化碳和水蒸气，因此甲烷通常被认为温室气体的重要来源之一，有着强烈的安全需求。
甲烷的利用
H 2O
4
2
已知1mol甲烷完全燃烧生成CO2气体和 液态水放出的热量为890.3KJ，试写出
热化学方程式。
讨论：如何证明甲烷的燃烧 产物为水和CO2？
在火焰上罩一个冷而干 燥的烧杯，烧杯内壁有 水雾，倒转烧杯，向内 加入一些澄清石灰水， 振荡后发现澄清的石灰 水边浑浊。
B.分解反应：
CH 4 高温C 2H 2
P58：拓展视野（自学）
探究活动：
已知甲烷的密度在标准状况下是 0.717g/L，含碳75%，含氢25%。利用这 些数据怎样确定甲烷的分子式？
摩尔质量 （相对分子质量)
分子式
分子中各原子物质的量比 （各组成原子个数最简比）
根据有机物的组成和结构特点; 烃
有机物 烃的衍生物
高分子化合物（包括人工合成）
(4) CHCl3 Cl2 光CCl4 HCl
(四氯甲烷)
实验探究：P60（甲烷的取代反应） 讨论实验现象和结论。
想知道吗？
有机物烃分子中去掉一个氢原子后 剩余的部分叫做基团。例如： CH3—叫甲基。
根据反应物和生成物的性质推测、归纳 甲烷取代反应的现象。
1.气体颜色变浅； 2.水面上升； 3. 油状液体附着在试管壁； 4.NaCl晶体析出。
通式：CnH2n+2
具体有：10以下：甲、乙、丙、 丁、戊、已、庚、辛、壬、癸。 10以上用具体的数字表示。
结构式与结构简式的区别：
同系物：结构相似，在分子 组成上相差一个或若干个 “CH2”原子团的有机化合物 互称同系物。
注意与同位素、同分异构体、 同素异形体的区别。
二、化石燃料与有机化合物 1、天然气：主要成分是甲烷。
可燃冰是天然气（甲烷等）
天然气的化学成分
天然气的化学成分我们来讨论天然气中最主要的成分——甲烷。
甲烷是一种无色、无味、无毒的气体，化学式为CH4。
它是天然气的主要成分，占据天然气总体积的70-90%。
甲烷是一种优质的燃料，广泛用于家庭、工业和交通运输等领域。
它燃烧时产生的二氧化碳排放量较少，相对比较清洁。
然而，甲烷本身是一种温室气体，其大量排放会导致全球气候变暖。
乙烷是天然气中的另一种重要成分，化学式为C2H6。
它的含量通常占据天然气总体积的1-10%。
乙烷主要用于石化工业生产乙烯，乙烯是合成塑料和纤维的重要原料。
此外，乙烷还用于制冷和加热设备的燃料。
丙烷是天然气中的一种低浓度成分，化学式为C3H8。
它的含量通常在0.1-1%之间。
丙烷是一种重要的化工原料，广泛用于合成丙烯、丙烯酸和丙烯酸酯等化学品。
此外，丙烷也是一种常用的燃料，用于家庭烹饪和供暖。
丁烷和异丁烷是天然气中的其他常见成分。
它们的化学式分别为C4H10和C4H8。
丁烷主要用于合成丁二烯、异丁烯和异丁醇等化学品，也用于燃料和溶剂。
异丁烷主要用于合成高级润滑油和橡胶。
除了以上主要成分外，天然气中还含有少量的氮气、二氧化碳、氧气和其他杂质。
氮气是一种惰性气体，对天然气的燃烧性能没有直接影响。
但高含量的氮气会降低天然气的热值，增加运输和储存的成本。
二氧化碳是一种温室气体，其含量对天然气的环境影响较大。
因此，在天然气的提取和利用过程中，需要进行二氧化碳的分离和回收。
天然气的化学成分包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、异丁烷等多种成分。
这些成分具有不同的特性和用途，广泛应用于能源、化工和燃料等领域。
然而，天然气的利用也面临着环境问题，如甲烷排放导致的温室效应和二氧化碳排放。
因此，我们需要在天然气的开发和利用过程中，加强环境保护和可持续发展的意识，推动清洁能源的发展和应用。
甲烷的工业原理
甲烷的工业原理甲烷是一种无色无臭的气体，化学式为CH4。
它是天然气和沼气的主要组成部分，也是重要的工业原料。
甲烷的工业原理主要涉及甲烷的制备、提纯和应用等方面。
甲烷的制备主要有以下几种方法：天然气加工、煤矿瓦斯利用、生物发酵以及人工合成。
天然气加工方法是利用天然气中含有的甲烷进行提纯。
首先，对天然气进行除硫处理，然后通过压力摩尔处理使甲烷和杂质分离。
最后，通过液化和等温蒸发去除杂质，得到纯净的甲烷。
煤矿瓦斯利用主要是利用煤矿井下产生的瓦斯，通过集中处理和分离提炼出甲烷。
首先，使用瓦斯收集设备将井下瓦斯收集到地面。
然后，利用物理和化学方法将瓦斯中的甲烷进行提纯，得到高纯度的甲烷。
生物发酵方法是利用微生物的代谢作用产生甲烷。
一种常用的生物发酵方法是沼气池发酵法。
通过将有机物质（如粪便、农作物秸秆等）投放到沼气池中，利用沼气菌的代谢作用产生甲烷。
甲烷可以在沼气中占到50-70%的体积比例。
人工合成方法是利用化学反应将其他化合物转化为甲烷。
这种方法常用于工业生产中。
其中一种常见的人工合成方法是通过碳氢化合物的部分氧化来生成甲烷。
这种方法主要应用于煤气或油气合成工艺中。
甲烷的提纯一般包括液化和洗涤两个步骤。
液化是将甲烷冷却至其临界温度以下，使其转化为液态。
洗涤是通过将液态甲烷与溶剂接触，将其中的氧气、水蒸气和杂质去除，得到高纯度的甲烷。
甲烷的应用非常广泛。
首先，甲烷是一种优质的燃料，广泛应用于工业、交通和家庭等领域。
其燃烧产生的二氧化碳和水蒸气相对较少，对环境的影响较小。
其次，甲烷可以作为合成气的重要原料，用于合成一氧化碳、氢气等化学品。
此外，甲烷还可以用作化工催化剂、溶剂、冷却剂等。
甲烷的工业化生产具有重要的经济和环境意义。
通过有效地利用天然气、煤矿瓦斯和生物资源，可以大大减少能源的浪费和环境污染。
同时，甲烷作为一种低碳燃料，可以为减少温室气体排放和应对气候变化做出重要贡献。
因此，进一步发展和应用甲烷，具有重要的战略意义。
天然气及其化工利用
天然气及其化工利用天然气是化学工业的重要原料资源，也是一种高热值、低污染的清洁能源。
随着我国“西气东输”工程的实现，天然气资源的开发利用前景更加广阔。
1.天然气的组成：天然气是蕴藏于地下的可燃性气体，主要成分是甲烷，同时含有CZ -C4的各种烷烃以及少量的硫化氢、二氧化碳等气体。
甲烷含量高于90%的天然气称为干气；C2—C4烷烃的含量在15%—20“以上的天然气称为湿气。
按来源，天然气可分为气井气、油田伴生气和煤层气。
气井气是单独蕴藏的天然气，多为干气。
油田伴生气是与石油共生的天然气，在石油开采的同时获得，多为湿气。
煤层气也称为瓦斯气，是吸附在煤层上的甲烷气体。
煤层气的储量很大，是一种很有竞争力的天然气资源，但目前的开采利用率很低。
我国天然气资源丰富，不同产地的天然气组成也有差异，下图开采出来的天然气，在输送前要除去其中的水、二氧化碳、硫化氢等有害物质。
常用的净化处理方法有化学吸收法、物理吸收法和吸附法。
例如用碱、醇胺等水溶液为吸收剂，吸收脱除其中的硫化氢、二氧化碳等酸性气体。
若天然气的处理量较小，有害杂质含量不高时，也可以采用吸附法脱除。
为了提高天然气资源利用的经济效益，可将甲烷与其中的CZ～C4烃类分离出来。
工业上采用的分离方法有吸附法、油吸收法和冷冻分离法。
2.天然气的化工利用天然气化工利用的主要途径如下：①转化为合成气（CO+H2），再进一步加工制造成合成氨、甲醇、高级酵等。
②在930～1230℃裂解生成乙炔、炭黑。
以乙炔为原料，可以合成多种化工产品，如氯乙烯、乙醛、醋酸、醋酸乙烯酯、氯化丁二烯等。
炭黑可作橡胶补强剂、填料，是油墨、涂料、炸药、电极和电阻器等产品的原料。
③通过氯化、氧化、硫化、氨氧化等反应转化成各种产品，如氯化甲烷、甲酵、甲醛、二硫化碳、氢氰酸等。
湿天然气经热裂解、氧化、氧化脱氢或异构化脱氢等反应，可加工生产乙烯、丙烯、丙烯酸、顺酐、异丁烯等产品。
天然气的化工利用见下图。
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天然气的利用 甲烷
【课前预习】1. 什么叫有机物？
一般把含_____元素的化合物称为有机化合物，简称为有机物。
但CO、CO2、H2CO3及其盐、氢氰酸（HCN）及其盐、硫氰酸（HSCN）及其盐、SiC、CaC
2
等虽含有碳元素，但它们的组成、结构和性质都跟无机物更相似，因此，它们属于无机物。
2、有机物的结构特点：
（1）碳原子均可与其他四个原子形成共价键，碳原子间也可相互成键；
（2）碳碳之间可形成____键，也可形成___键或_____键；
（3）碳碳之间可形成长长的碳______，也可形成碳_____。
所以含碳元素化合物种类繁多!
3. 有机物的性质特点
(1)多数有机物_____溶于水，_____溶于有机溶剂；
(2)多数有机物受热易分解，易燃烧；
(3)多数有机物是____电解质，不易导电，为分子晶体，熔点低；
(4)有机物所参与的反应比较复杂，常伴有_____反应，且一般速率较____；
4．化石燃料：
煤:有机物和无机物组成的复杂混合物，含C(主)，H和O(次)，S、P、N(少)
石油:组成元素主要为____，含少量S、O、N等元素；组成物质主要是各种液态碳氢化合物
天然气:主要成分_______ ，是最简单的有机化合物
甲烷在自然界中的存在：池沼的底部(______)，油田气和煤矿坑道(坑气、_______)，天然气
(一般含CH4 80﹪－97﹪)，可燃冰等。
[知识回顾]
一、甲烷的物理性质：
_____色 味的 体，密度比空气 ， 溶于水。
【交流与讨论】
1、已知甲烷的密度在标准状况下是0.717 g/L ，含碳75%，含氢25%。请同学们利用这些
数据推出甲烷中的碳、氢元素的质量比、原子个数比和分子式。
2、写出甲烷分子的电子式，说明它的分子结构特点。
3、甲烷完全燃烧的生成物是什么？写出甲烷燃烧的热化学方程式。（已知1g甲烷燃烧生成
液态水放出55.6kJ的热量）
二、甲烷的分子结构
1.分子式： 电子式： 结构式：
2.甲烷分子呈_______________结构 键角：
三、甲烷的化学性质
1、________反应
注意: ①、点燃甲烷前必须验纯，否则会爆炸。 (思考：什么时候甲烷会爆炸最强烈?)
CH4爆炸极限：5%~15.4%
②、有机反应方程式中用“ _______ ”不用“＝”。
[动动脑]:你能设计一个实验验证CH4燃烧的产物是什么吗？
[观察与思考]：甲烷与氯气反应
现象：瓶壁上有 状 生成。 量筒内液面 。
生成物是什么？(有几种)______________________________________________________
[信息提示]常温下，一氯甲烷(CH3Cl)是气体，二氯甲烷(CH2Cl2)、三氯甲烷(CHCl3)和四氯甲
烷(CCl4)都是液体，三氯甲烷(CHCl3)和四氯甲烷(CCl4)是工业上重要的溶剂，三氯甲烷又叫
做氯仿，可作麻醉剂；四氯甲烷(CCl4)还是一种效率较高的灭火剂，这四种取代物都不溶于
水。
2、__________反应：___________________________________________________________
有关反应方程式：
[信息]甲烷常温时很稳定，但在高温时可分解
3、___________反应
天然气的利用 甲烷
甲烷在自然界中的存在：池沼的底部(______)，油田气和煤矿坑道(坑气、_______)，天然气
(一般含CH4 80﹪－97﹪)，可燃冰等。
[知识回顾]
一、甲烷的物理性质：
_____色 味的 体，密度比空气 ， 溶于水。
【交流与讨论】
1、已知甲烷的密度在标准状况下是0.717 g/L ，含碳75%，含氢25%(是质量分数)。请同学
们利用这些数据推出甲烷中的碳、氢元素的质量比、原子个数比和分子式。
2、观察甲烷分子的比例模型、球棍模型，掌握它的分子结构特点。
二、甲烷的分子结构
（1）分子式： 电子式： 结构式：
（2）甲烷分子呈_______________结构 键角：_____________
3、甲烷完全燃烧的生成物是什么？写出甲烷燃烧的热化学方程式。（已知1g甲烷燃烧生成
液态水放出55.6kJ的热量）
三、甲烷的化学性质
1、________反应
注意: ①、点燃甲烷前必须_______，否则会爆炸。 (思考：什么时候甲烷会爆炸最强烈?)
CH4爆炸极限：______________
②、有机反应方程式中用“ _______ ”不用“＝”。
[动动脑]:你能设计一个实验验证CH4燃烧的产物是什么吗？
[观察与思考]：甲烷与氯气反应
现象：瓶壁上有 状 生成。 量筒内液面 。
生成物是什么？(有几种)______________________________________________________
[信息提示]常温下，一氯甲烷(CH3Cl)是气体，二氯甲烷(CH2Cl2)、三氯甲烷(CHCl3)和四氯甲
烷(CCl4)都是液体，三氯甲烷(CHCl3)和四氯甲烷(CCl4)是工业上重要的溶剂，三氯甲烷又叫
做氯仿，可作麻醉剂；四氯甲烷(CCl4)还是一种效率较高的灭火剂，这四种取代物都不溶于
水。
2、__________反应：___________________________________________________________
有关反应方程式：
[信息]甲烷常温时很稳定，但在高温时可分解
3、___________反应
有关反应方程式：
总体
甲烷的化学性质
一般条件下
【课堂小结】
1、知识的角度
2、方法的角度
3、体会有机化学学习的内容
4、与无机化学相比有机化学学习的最大特点