第一节 (第1课时)甲烷的性质(解析版)高一化学提升(人教版必修2)

第一节 最简单的有机化合物——甲烷第1课时 甲烷的性质一 甲烷的存在、用途及结构 1.化石燃料的组成与成分2.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)甲烷的主要用途通常状况下，1 mol 甲烷完全燃烧放出890 kJ 能量。

因此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。

3.组成与结构特别强调：1.结构式：用一条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：(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.物理性质2.化学性质(1)稳定性：在通常情况下，甲烷是比较稳定的，跟强酸、强碱或强氧化剂等一般不起反应。

甲烷不能使酸性KMnO 4溶液褪色，也不能使溴的四氯化碳溶液褪色。

(2)氧化反应：纯净的甲烷在空气中安静的燃烧，火焰呈淡蓝色，放出大量的热，反应的化学方程式为：CH 4＋2O 2――→点燃CO 2＋2H 2O 。

(3)取代反应 ①实验探究：②概念：有机化合物分子中的某种原子(或原子团)被另一种原子(或原子团)所替代的反应叫取代反应。

①甲烷与氯气反应：在光照条件下发生反应得到的产物有CH 3Cl 、CH 2Cl 2、CHCl 3、CCl 4、HCl 。

写出生成CH 3Cl 的方程式：CH 4＋Cl 2――→光CH 3Cl ＋HCl ； CH 3Cl ＋Cl 2――→光CH 2Cl 2＋HCl ； CH 2Cl 2＋Cl 2――→光CHCl 3＋HCl ； CHCl 3＋Cl 2――→光CCl 4＋HCl 。

强调：CH 4和Cl 2反应的四种取代产物都不溶于水，除一氯甲烷常温下是气体外，其他三种都是油状液体。

拓展训练:1.若把甲烷分子中的一个氢原子换成氯原子变成一氯甲烷，还是正四面体结构吗？ 答案:因C—H 键与C—Cl 键的长度不同，故CH 3Cl 是四面体结构，但不是正四面体结构。

2.CH 4与Cl 2发生取代反应时，有机取代产物的总物质的量与CH 4的物质的量有何关系？ 答案:根据碳元素守恒，四种有机取代产物的总物质的量等于反应物CH 4的物质的量。

3.CH 3Cl 、CCl 4只有一种结构，能说明CH 4分子是以碳原子为中心的正四面体结构而不是正方形的平面结构吗？答案:不能。

因为不论CH 4分子是以碳原子为中心的正四面体结构，还是正方形的平面结构，CH 3Cl 、CCl 4均只有一种结构。

4.CH 2Cl 2只有一种结构，能说明CH 4分子是以碳原子为中心的正四面体结构而不是正方形的平面结构吗？答案:能。

因为如果CH 4分子是以碳原子为中心的正四面体结构，则CH 2Cl 2只有一种结构；若CH 4分子是正方形的平面结构，则CH 2Cl 2有两种结构，即：、。

(4)分解反应：甲烷隔绝空气并加热至1 500 ①以上分解的反应方程式为：CH 4――→高温C ＋2H 2。

课堂练011.已知甲烷的密度在标准状况下是0.717 g·L－1，含碳75%，含氢25%，试通过计算确定甲烷的分子式。

答案：甲烷的摩尔质量为M＝22.4 L·mol－1×0.717 g·L－1≈16 g·mol－11 mol甲烷气体中含碳原子的物质的量：16 g·mol－1×1 mol×75%12 g·mol－1＝1 mol；1 mol甲烷气体中含氢原子的物质的量：16 g·mol－1×1 mol×25%1 g·mol－1＝4 mol。

所以甲烷的分子式为CH4。

2.二氯甲烷可以写成两种形式，它们是同分异构体吗？答案：不是，甲烷是正四面体结构，所以这两种形式表示为同一种物质。

3.如何用最简单的方法和操作验证CH4燃烧有H2O和CO2生成？答案：可在火焰上方罩一冷而干燥的烧杯，若出现水雾，证明有水产生；取下烧杯，立即加入澄清石灰水，振荡变浑浊，证明有CO2产生。

4.如果CH4和Cl2按体积比1①1混合反应，能否只得到CH3Cl?答案：不能。

CH4与Cl2的取代反应是逐步进行的，无论二者的物质的量之比是多少，反应一旦引发，反应不会停留在哪一步上，所以四种取代产物都会生成，得不到纯净的CH3Cl。

5.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。

6.能够证明甲烷分子的空间结构为正四面体的事实是()A.甲烷的4个碳氢键的键能相等B.甲烷的4个碳氢键的键长相等C.甲烷的一氯代物只有1种D.甲烷的二氯代物只有1种答案D【解析】先把CH4分子空间构型的几何可能性画出来，然后依次思考排列可得到答案。

7.下列叙述中错误的是()A.点燃甲烷不一定会爆炸B.甲烷燃烧放出大量的热，所以是一种很好的气体燃料C.煤矿的矿井要注意通风并严禁烟火，以防爆炸事故的发生D.点燃甲烷前不必进行验纯答案：D【解析】甲烷与氧气混合达到一定比例范围时，点燃会发生爆炸，因此，甲烷点燃前要进行验纯。

8.在光照条件下，将等物质的量的甲烷和氯气充分反应，所得产物中物质的量最多的是()A.CH3ClB.CH2Cl2C.CHCl3D.HCl答案：D【解析】在光照条件下，将等物质的量的甲烷和氯气充分反应，会发生取代反应，由于取代反应是逐步进行的，每一步在产生氯代烃的同时，都会产生HCl，所以在所得产物中物质的量最多的是HCl。

基础巩固1.下列有关有机化合物的判断正确的是()A.有机化合物都是从有机体中提取分离出来的B.有机化合物都能燃烧C.有机化合物不一定都不溶于水D.有机化合物不具备无机化合物的性质答案：C【解析】人们可以制备有机化合物，选项A错误；四氯化碳等少数有机物不能燃烧，选项B错误；有机化合物大多数不溶于水，但也有易溶于水的，如乙醇、乙酸、葡萄糖等，选项C正确；有机化合物与无机化合物性质差别较大，但有些有机化合物也具有某些无机化合物的性质，如乙酸（CH3COOH）具有酸性等，选项D错误。

2.若甲烷与氯气以物质的量之比1①3混合，在光照下得到的产物可能是①CH3Cl①CH2Cl2①CHCl3①CCl4，其中正确的是()A.只有①B.只有①C.①①①的混合物D.①①①①的混合物答案：D【解析】甲烷与氯气在光照的条件下，发生取代反应时总共有五种产物，①CH3Cl，①CH2Cl2，①CHCl3，①CCl4和氯化氢，因此答案选D。

3.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；①澄清石灰水；①无水硫酸铜。

正确的顺序是()A.①①①B.①①C.①①①D.①①答案：D【解析】检验甲烷的燃烧产物中的水分，应先将燃烧产物通过无水硫酸铜检验是否有水生成，再将产物通入澄清的石灰水检验是否有CO2生成，D项正确。

4.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。

下列化学反应中不属于取代反应的是( ) A.CH 2Cl 2＋Br 2――→光照CHBrCl 2＋HBr B.CH 3OH ＋HCl――→光照CH 3Cl ＋H 2O C.2Na ＋2H 2O===2NaOH ＋H 2↑D.CH 3—CH 2—Br ＋H 2O――→NaOH①CH 3—CH 2—OH ＋HBr 答案：C【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。

C 项中的反应为置换反应，不是有机反应，更不是取代反应。

5.下列叙述中错误的是 ( )A.点燃甲烷不必像点燃氢气那样事先验纯B.甲烷燃烧能放出大量的热，所以是一种很好的气体燃料C.煤矿的矿井要注意通风和严禁烟火，以防爆炸事故的发生D.如果隔绝空气，将甲烷加热到1000 ①以上，甲烷分解生成炭黑和氢气 答案：A6.下列关于甲烷的叙述正确的是( )A.甲烷分子的空间构型是正四面体形，所以CH 2Cl 2有两种不同构型B.甲烷可以与氯气发生取代反应，因此可以使氯水褪色C.甲烷能够燃烧，在一定条件下会发生爆炸，因此是矿井安全的重要威胁之一D.将甲烷与氯气按1①1体积比混合，光照条件下就可得到比较纯净的CH 3Cl 答案：C【解析】A 中结合甲烷空间结构可知，CH 2Cl 2只有一种构型；甲烷能与干燥的氯气在光照条件下发生取代，但与氯水不反应，B 错误；甲烷与氯气的取代反应无论量的多少，生成物都是混合物，D 错误。

7.在光照条件下，下列物质中能与甲烷反应的是( ) A.盐酸 B.Cl 2C.NaOH 溶液D.酸性KMnO 4溶液答案：B【解析】甲烷与氯气在光照的条件下能发生取代反应，所以答案选B 。

8.在标准状况下，11.2 L 甲烷和22.4 L 氧气混合后点燃，恢复到原状况时，气体的体积共( ) A.11.2 L B.22.4 L C.33.6 L D.44.8 L 答案：A【解析】甲烷燃烧的化学方程式为CH 4＋2O 2――→点燃CO 2＋2H 2O ，当温度超过100 ①时(即水为气态)，反应前后气体体积不变。

而在标准状况下，水是液态，11.2 L 甲烷与22.4 L 氧气恰好完全反应，最后只剩下二氧化碳，其体积为11.2 L 。

9.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( )①CO 、O 2 ①Cl 2、CH 4 ①NO 2、O 2 ①N 2、H 2 A.①① B.①① C.①① D.①① 答案：D【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取代反应生成的HCl，HCl易溶于水，因此应选D。

10.将一定体积的CH4在O2中完全燃烧，将燃烧后生成的气体全部通入足量的澄清石灰水中，生成了10 g白色沉淀，则原甲烷气体在标准状况下的体积是()A.2.24 LB.3.36 LC.4.48 LD.6.72 L答案：A【解析】根据“C原子守恒”有CH4～CO2～CaCO3，产生10 g CaCO3需要CH4 1.6 g，即2.24 L（标准状况下）。

11.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1①4)的混合气体，假定氯气在水中的溶解度可以忽略。