2023年化學(xué)新人教必修：甲烷的性質(zhì)含解析

教學(xué)資料范本2023化學(xué)人教必修：甲烷的性質(zhì)含解析編輯： 時(shí)間： 1/23第一節(jié) 機(jī)化合物——甲烷第1課時(shí) 甲烷的性質(zhì)學(xué)習(xí)目標(biāo)了解有機(jī)化合物的概念。在、用途。3．把握甲烷的化學(xué)性質(zhì)，生疏取代反響的特點(diǎn)。

核心素養(yǎng)建構(gòu)一、有機(jī)化合物和烴

[學(xué)問(wèn)梳理]概念 組成元素2/23有機(jī)烴自主思考】

含有碳元素的化合物的有機(jī)物

鹵素等C、H(寫(xiě)元素符號(hào))、CO2、H2CO3及碳酸鹽屬于有機(jī)物嗎？提示CO、CO2、H2CO3及碳酸鹽雖然含有碳元素，但其組成和性質(zhì)大多具有無(wú)機(jī)物的特點(diǎn)，因此屬于無(wú)機(jī)物。二、甲烷分子構(gòu)造(2)空間構(gòu)造：圖

構(gòu)造特點(diǎn)及空間構(gòu)型4個(gè)C—構(gòu)造【自主思考】假設(shè)把甲烷分子中的一個(gè)氫原子換成氯原子，還是正四周體構(gòu)造嗎？3/23C—ClCH3Cl是四周體構(gòu)造，但不是正四周體。物理性質(zhì)顏色 狀態(tài) 氣味無(wú)色 氣體 無(wú)味化學(xué)性質(zhì)

)比空氣小

的條件下，甲烷也能發(fā)生某些反響。氧化反響。

＋2O

CO

＋2HO；4現(xiàn)象為安靜地燃燒，火焰呈淡藍(lán)色。取代反響①試驗(yàn)探究：甲烷與Cl2的取代反響。

2――→ 2 2a.試管內(nèi)氣體顏色漸漸變淺；b.試管內(nèi)壁有油狀液滴試驗(yàn)消滅；c.試管中有少量白霧；d.試管內(nèi)液面上升；e.水槽中有現(xiàn)象固體析出B裝置：無(wú)明顯現(xiàn)象CH4與Cl2在光照時(shí)才能發(fā)生化學(xué)反響，有關(guān)化學(xué)方程式為試驗(yàn)CH＋Cl

光

Cl＋HCl；結(jié)論 4

2――→ 3CHCl＋Cl 光 CHCl＋HCl；3 2――→ 2 24/23CHCl＋Cl 光

＋HCl；2 2 2――→ 3CHCl

光＋Cl 3 2＋Cl

＋HCl②甲烷的四種氯代產(chǎn)物的性質(zhì)。a．水溶性：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4均難溶于水。b．狀態(tài)：常溫下除CH3Cl是氣體，其余三種均為液體。的反響。存在與用途染小的清潔能源，也是一種重要的化工原料。[效果自測(cè)]推斷正誤，正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”。(1)有機(jī)物都含有碳元素，則含有碳元素的化合物都是有機(jī)物( (2)有機(jī)物都易燃燒( )烴是含有碳元素和氫元素的化合物( )烴在氧氣中充分燃燒后只生成二氧化碳和水( )(5)自然氣的主要成分是甲烷，其屬于可再生能源( (6)在點(diǎn)燃甲烷氣體之前必需檢驗(yàn)其純度( )(7)甲烷與Cl2的反響是置換反響( )答案(1)× (2)×(3)× (4)√ (5)× (6)√(7)×瓦斯爆炸往往與礦坑中的甲烷有關(guān)，以下表達(dá)中錯(cuò)誤的選項(xiàng)是( A．點(diǎn)燃甲烷不必事先進(jìn)展驗(yàn)純B．甲烷燃燒放出大量的熱，所以是一種很好的氣體燃料C．煤礦的礦井要留意通風(fēng)并嚴(yán)禁煙火，以防爆炸事故的發(fā)生D．點(diǎn)燃混有空氣的甲烷不肯定會(huì)爆炸答案A5/23探究一、有機(jī)物組成和構(gòu)造的表示方法【合作溝通】1．從碳的原子構(gòu)造分析，有機(jī)物成鍵有什么特點(diǎn)？提示碳的原子構(gòu)造示意圖 ，其最外層2硫、氮等元素的原子相結(jié)合，也可以與碳原子形成多種形式的共價(jià)鍵。2CH2Cl構(gòu)造應(yīng)當(dāng)有幾種？26/23提示甲烷的立體構(gòu)造為 ，因此CH2Cl22Cl在空間肯定處于相鄰位置，CH2Cl2只有一種構(gòu)造?！军c(diǎn)撥提升】甲烷空間構(gòu)造的三點(diǎn)拓展應(yīng)用分子中的4個(gè)氫原子全部被其他一樣的原子或原子團(tuán)替代，則形成的分子構(gòu)造仍為正四周體構(gòu)造。分子中的4個(gè)氫原子被其他不同的原子或原子團(tuán)替代，則形成的分子構(gòu)造仍為四周體，但不屬于正四周體，如CH3Cl、CH2Cl2等。由CH4的空間構(gòu)造可推知CH3CH2CH3等有機(jī)物中的碳原子并不在一條直線上。2．常見(jiàn)有機(jī)物構(gòu)造的表示方法(以甲烷為例)表示方法CH4CH4

含義個(gè)分子中原子的種類(lèi)和數(shù)目表示物質(zhì)組成的各元素原子最簡(jiǎn)整數(shù)比的式子電子式：構(gòu)造式：

成鍵狀況的式子；②表示分子中原子結(jié)合或排列挨次的式子，但不表示空間構(gòu)型7/23球棍模型：小球表示原子，短棍表示價(jià)鍵(單鍵、雙鍵或三鍵)比例模型：用不同體積的小球表示不同大小的原子【典題例證1】 以下各圖均能表示甲烷的分子構(gòu)造，按要求答復(fù)以下問(wèn)題。甲烷的球棍模型是 ，甲烷的電子式是 (填序號(hào))。假設(shè)甲烷是平面構(gòu)造，則CH2Cl2應(yīng)當(dāng)有 種構(gòu)造，實(shí)際CH2Cl2有 種構(gòu)造，證明甲烷不是平面構(gòu)造，而是 構(gòu)造，上述中的 反映其真實(shí)存在狀況。解析(1)這幾種形式都可以表示甲烷這種物質(zhì)，其中分子構(gòu)造示意圖(A)、球棍模型(C)及比例模型(D)均能反映甲烷分子的空間構(gòu)型，但其中比例模型更能形象8/23(B)只反映原子最外層電子的成鍵狀況。(2)甲烷的構(gòu)造式為 ，其分子空間構(gòu)型假設(shè)為平面正方形構(gòu)造，則二氯甲烷有2種構(gòu)造： 、 ；實(shí)際上甲烷為空間正四周體構(gòu)造，所以1種構(gòu)造。答案(1)C B (2)2 1 正四周體 D【學(xué)以致用1】 以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是( A．甲烷分子的比例模型為，其二氯取代物有2種構(gòu)造9/23B．甲烷分子的球棍模型為11.2LCCl4中含有C—Cl鍵的數(shù)目為2NA解析甲烷分子的比例模型為 ，其二氯能源，C項(xiàng)正確。標(biāo)準(zhǔn)狀況下，CCl411.2LCCl4的物質(zhì)的0.5mol，D錯(cuò)誤。答案C探究二、甲烷的取代反響【合作溝通】CH4Br2(g)能否發(fā)生類(lèi)似的反響，如何用化學(xué)方程式表示？10/23提示能；CH

＋Br(g) 光 CHBr＋HBr。4 2 ――→ 3CH4Cl2取代反響的產(chǎn)物中物質(zhì)的量最多的是什么？它與Cl2在物質(zhì)的量上有什么關(guān)系？HCl生成，故產(chǎn)物中物質(zhì)的HCl1molHCl1molCl2，故HClCl2的物質(zhì)的量相等。CH4Cl2反響共有幾種產(chǎn)物？依據(jù)取代反響的原理，思考能否用CH4Cl21∶1CH3Cl?提示CH4Cl2的反響是連鎖反響，不行能只發(fā)生第一步取代反響，生成物為CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4四種有機(jī)物與氯化氫形成的混合物，CH3Cl的產(chǎn)率低。因此不能用CH4Cl21∶1的體積比混合來(lái)制取純潔的CH3Cl?！军c(diǎn)撥提升】甲烷與鹵素單質(zhì)的取代反響反響物生成物

)氣態(tài)鹵素單質(zhì)和甲烷量最多①鹵素單質(zhì)不同，反響速率不同②逐步取代，各步反響同時(shí)進(jìn)展③取代1molH原子，消耗1molX2，生成1molHX甲烷與鹵素單質(zhì)發(fā)生取代反響時(shí)易錯(cuò)的四個(gè)方面反響物：鹵素單質(zhì)(純鹵素)和甲烷，不能是鹵素單質(zhì)的水溶液。(四種)的混合物，其中鹵化氫的物質(zhì)的量最多。(3)反響條件：光照(室溫下在暗處不發(fā)生反響)。(4)反響特點(diǎn)：用“―→”而不用“===”，仍遵守質(zhì)量守恒定律，需要配平?！镜漕}例證2】 以下有關(guān)甲烷的取代反響的表達(dá)正確的選項(xiàng)是( )1∶1，混合發(fā)生取代反響只生成CH3ClB．甲烷與氯氣的取代反響，生成的產(chǎn)物中CH3Cl最多11/23C．甲烷與氯氣的取代反響生成的產(chǎn)物為混合物mol甲烷生成CCl4最多消耗2mol氯氣解析錯(cuò)誤，C1mol氫1mol1molHCl，故產(chǎn)物中HCl最多，B錯(cuò)誤；1molCCl44mol氯氣，D錯(cuò)誤。答案C【學(xué)以致用2】 在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，22.4L與Cl2在光照下發(fā)生取代反響，待反響完全后，測(cè)得四種有機(jī)取代物的物質(zhì)的量相等，則消耗的Cl2為( )A．0.5molC．2.5mol解析方法一 守恒法

B．2molD．4mol1molCH4Cl2發(fā)生取代反響，生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各0.25mol×(1＋2＋3＋4)＝2.5mol，依據(jù)取代反響特n(HCl)＝2.5mol2.5mol＋2.5mol＝5mol，參與Cl2n(Cl2)＝2.5mol。方法二依據(jù)化學(xué)方程式進(jìn)展計(jì)算1mol，寫(xiě)出取代反響總的化學(xué)方程式：4CH4＋10Cl

光CH2――→ CH

2Cl2＋CHCl3＋CCl4＋10HCl，由此可知，4molCH4正10molCl21molCH4反響時(shí)，消耗Cl22.5mol。答案C12/23以下關(guān)于甲烷的說(shuō)法中錯(cuò)誤的選項(xiàng)是( A．甲烷分子具有正四周體構(gòu)造B．甲烷分子的球棍模型：C．甲烷分子中具有極性鍵C—H鍵是完全等價(jià)的鍵解析A項(xiàng)，甲烷是正四周體構(gòu)造，正確；B項(xiàng)為甲烷的比例模型，故錯(cuò)誤；CD項(xiàng)，甲烷中四個(gè)碳?xì)滏I都一樣，故正確。答案B以下表達(dá)錯(cuò)誤的選項(xiàng)是( )B.甲烷化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，不能被任何氧化劑氧化13/23C.甲烷跟氯氣反響無(wú)論生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3還是CCl4，都屬于取代反響D.甲烷的四種取代物都難溶于水CO2H2O，肯定條件下，也(O2)氧化。答案B3．將1mol甲烷與肯定量的氯氣混合于一量筒中，倒立于盛有飽和食鹽水的水槽(如圖所示)，對(duì)于此反響，有關(guān)表達(dá)不正確的選項(xiàng)是( )A．該反響屬于取代反響B(tài)．該反響的條件是光照D．該反響現(xiàn)象有量筒內(nèi)氣體顏色變淺，器壁上有油狀液滴解析CH4Cl2在光照條件下發(fā)生取代反響，該反響的生成物有一氯甲烷、二淺，器壁上有油狀液滴。答案C4．以下化學(xué)反響中不屬于取代反響的是(

Cl＋Br CHBrCl

＋HBr2 2 2――→ 2

△――→

CH3

Cl＋H2OC．2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑

—CH

—CH

—OH＋HBr3 2

―→ 3 2解析取代反響是指有機(jī)物分子里的某些原子或原子團(tuán)被其他原子或原子團(tuán)所替代的反響。C項(xiàng)中的反響為置換反響，不是有機(jī)反響，更不是取代反響。答案C5．如圖是某同學(xué)利用日常用品注射器設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易試驗(yàn)裝置。甲管中注入10mLCH4，同溫同壓下乙管中注入50mLCl2，將乙管氣體推入甲管中，氣體在甲管中反響，試管放在光亮處一段時(shí)間。14/23以下是某同學(xué)推測(cè)的試驗(yàn)現(xiàn)象：①氣體最終變?yōu)闊o(wú)色；②試驗(yàn)過(guò)程中，甲管活塞向內(nèi)移動(dòng)；③甲管內(nèi)壁有油珠；④產(chǎn)生火花。其中正確的選項(xiàng)是 。甲管中發(fā)生化學(xué)反響的類(lèi)型為 。反響后，甲管中剩余氣體能用以下試劑吸取的是 。AB．NaOH溶液C．AgNO3D．飽和食鹽水反響后，假設(shè)將甲中的物質(zhì)全部推入盛有適量AgNO3溶液的小試管中會(huì)觀看到 其中滴入幾滴石蕊溶液，又觀看到 。解析在光照條件下，甲烷與氯氣發(fā)生反響：CH

＋Cl 光

Cl＋HCl，4 2――→ 3CHCl＋Cl 光 CHCl＋HCl，CHCl＋Cl 光 CHCl＋HCl，CHCl＋3 2――→ 2 2 2 2 2――→ 3 3Cl 光

＋HCl。2――→ 4理論上，甲烷與氯氣體積比為1∶4時(shí)，二者恰好完全反響，而甲中甲烷與氯產(chǎn)生火花。產(chǎn)物中只有氯化氫和一氯甲烷為氣體，所以氣體的總物質(zhì)的量減小，內(nèi)部壓強(qiáng)減小，甲管活塞向內(nèi)移動(dòng)。甲烷分子中的四個(gè)氫原子可被氯原子逐一取代，故甲管中發(fā)生的是取代反響。15/23剩余氣體中含有氯氣和氯化氫，可用氫氧化鈉溶液吸取剩余氣體。HClAgNO3AgClCH2Cl2、CHCl3、CCl4難溶于水而看到液體分為兩層，因Cl2有剩余，假設(shè)參加幾滴石蕊溶液，溶液會(huì)先變紅后褪色。答案(1)②③ (2)取代反響(3)B(4)液體分為兩層，產(chǎn)生白色沉淀溶液先變紅后褪色課時(shí)作業(yè)(含甲烷等)的水合物，它易燃燒，外形似冰，被稱(chēng)為“可燃冰”?！翱扇急钡拈_(kāi)采，有助于解決人類(lèi)面臨的能源危機(jī)。以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是( )①甲烷屬于烴類(lèi)②在一樣條件下甲烷的密度大于空氣③甲烷難溶于水④可燃冰是一種極具潛力的能源A．①②③B．②③④C．①③④D．①②④16，故一樣條件下密CO2H2O，所以可燃冰是一種C正確。答案C2.1.6mol與Cl2發(fā)生取代反響，待反響完成后測(cè)得4種氯代物的物質(zhì)的量依次增大0.2mol，則參與反響的Cl2為( )A.5mol B.2mol16/23C.2.5mol D.4mol解析1.6molCH4Cl24種氯代物的物質(zhì)的量依次增大0.2molCH3ClxmolCH2Cl2的物質(zhì)的量是(x＋0.2)mol，CHCl3(x＋0.4)mol，CCl4的物質(zhì)的量為(x＋0.6)mol，依據(jù)碳原子守恒可得x＝0.1mol，依據(jù)取代反響的特點(diǎn)，生成、CH2Cl2、CHCl3、CCl40.1mol、0.3mol×2＝0.6mol、0.5mol×3＝1.5mol、0.7mol×4＝2.8mol，共消耗氯氣的物質(zhì)的量是0.1mol＋0.6mol＋1.5mol＋2.8mol＝5.0mol。答案A3．以下關(guān)于甲烷分子構(gòu)造的說(shuō)法正確的選項(xiàng)是( A．甲烷的電子式為 ，分子中各原子都到達(dá)“8電子”穩(wěn)定構(gòu)造只有一種構(gòu)造，說(shuō)明甲烷是以碳原子為中心的正四周體構(gòu)造C．CH4比SiH4分子穩(wěn)定，說(shuō)明碳元素比硅元素非金屬性強(qiáng)D．CH3Cl的四個(gè)價(jià)鍵的長(zhǎng)度和強(qiáng)度一樣，夾角相等8電子”，故錯(cuò)誤；B項(xiàng)，假設(shè)甲烷是正方形，三氯甲烷也只有一種構(gòu)造，故錯(cuò)誤；C項(xiàng)，非金屬性越強(qiáng)，其氫化物越穩(wěn)定，反之也成立，故正確；D項(xiàng)，一氯甲烷的四個(gè)價(jià)鍵的鍵長(zhǎng)和強(qiáng)度不同，故錯(cuò)誤。答案C以下關(guān)于甲烷的表達(dá)正確的選項(xiàng)是( )甲烷分子的空間構(gòu)型是正四周體，所以，CH2Cl2有兩種不同構(gòu)型B.甲烷可以與氯氣發(fā)生取代反響，因此，可以使氯水褪色D.甲烷能使KMnO4溶液褪色解析A中，由于甲烷是正四周體構(gòu)造，四個(gè)頂點(diǎn)中任意兩個(gè)氫原子都是相鄰關(guān)B中，CH4只能跟氯氣在光照下反響，與氯水不D中，CH4KMnO4溶液氧化。答案C17/23集氣瓶?jī)?nèi)布滿某混合氣體，置于光亮處，將滴管內(nèi)的水?dāng)D入集氣瓶后，燒杯中的水會(huì)進(jìn)入集氣瓶，則集氣瓶中的氣體可能是( )①CO、O2③NO2、O2④N2、H2A.①②B.②④C.③④D.②③解析從題目的表達(dá)狀況看，所選氣體組必需是與水作用后混合氣體總體積減小CH4Cl2的取代反響生成HCl，HClD。答案D量的甲烷和氯氣混合后，在光的照耀下充分反響，生成物中物質(zhì)的量最多的是( )A．CH3Cl B．CH2Cl2 C．CCl4 D．HCl解析甲烷和氯氣反響生成一氯甲烷和氯化氫，然后一氯甲烷和氯氣連續(xù)反響生氯氣再反響生成四氯化碳和氯化氫，所以氯化氫的物質(zhì)的量最多。答案D5%～15%(體積分?jǐn)?shù))時(shí)遇火所產(chǎn)生的，發(fā)生爆炸最猛烈時(shí)，甲烷在空氣中的體積分?jǐn)?shù)大約為()A．10.5%D．5%

B．9.5% C．8%18/23解析

＋2O

CO

＋2H

O的體4 2――→ 2 2 4 2

與空氣的體積比為1∶(2

100

≈1∶9.5，那么它在空氣中的體積分?jǐn)?shù)為1

4×100%≈9.5%。

×21)9.5＋1答案B8.取肯定量的CH4與肯定量的O2混合點(diǎn)燃，生成CO、CO2和H2O(g)的混合物49.6g，將燃燒產(chǎn)物通過(guò)無(wú)水CaCl2，CaCl2的質(zhì)量增加25.2g，則燃燒產(chǎn)物中CO的質(zhì)量是( )A.11.2gC.5.6g

B.8.4gD.2.8g解析、CO2H2O(g)49.6gCaCl2，CaCl2的質(zhì)量增加25.2g25.2g，n(HO)＝

25.2g ＝1.4mol，2CH4～2H2O molC守恒，n(CO＋CO2)＝0.7mol

18g·mol－1gCO、CO2x、yx＋y＝0.7 x＝0.4， 得28x＋44y＝24.4 y＝0.3，CO的質(zhì)量：28g·mol1×0.4mol＝11.2。答案A質(zhì)組成的過(guò)程，請(qǐng)答復(fù)以下問(wèn)題：某物質(zhì)A在氧氣中完全燃燒只生成二氧化碳和水。則說(shuō)明 母)。A．A肯定是烴肯定含有C、H兩種元素，確定不含氧元素肯定含有C、H兩種元素，可能含有氧元素D．A肯定含有C、H、O三種元素甲烷在空氣中完全燃燒的化學(xué)方程式為 。19/23假設(shè)2.24)甲烷完全燃燒后，將生成的氣體通過(guò)足量堿石灰，那么堿石灰增重的質(zhì)量是 g。AC、H兩種元素，由于氧氣參與反響，故無(wú)法確定是否含有氧元素。

＋2O

CO

＋2H

O知，2.24L(0.1mol)4 2――→ 2 20.2molH2O，通過(guò)堿石灰被完全吸取，堿石灰0.1mol×44g·mol－1＋0.2mol×18g·mol－1＝8g。答案(1)C

＋2O

CO

＋2HO 84 2――→ 2 2某爭(zhēng)論性學(xué)習(xí)小組為了驗(yàn)證CH4是否具有復(fù)原性，設(shè)計(jì)了如下試驗(yàn)：學(xué)習(xí)小組的同學(xué)查閱資料得知：用無(wú)水醋酸鈉與堿石灰混合加熱可得到甲烷，

CaO―△→CH4＋X(已配平)，則X的成分是 。試驗(yàn)過(guò)程中觀看到無(wú)水CuSO4漸漸變藍(lán)，澄清石灰水消滅渾濁現(xiàn)象，則CH4與C反響的化學(xué)方程式 。爭(zhēng)論小組將CH4通入溴水時(shí)，覺(jué)察溴水漸漸褪色，你認(rèn)為緣由可能是 。計(jì)一個(gè)試驗(yàn)方案證明你的結(jié)論(用文字表示，不必畫(huà)試驗(yàn)裝置圖) 20/23 。解析(1)XNa2CO3。無(wú)水硫酸銅變?yōu)樗{(lán)色，說(shuō)明有水生成，澄清石灰水消滅渾濁，說(shuō)明有二氧化碳

＋4CuO △ CO4＋4Cu＋2H2O。

4 ――→ 2反響或溴單質(zhì)被甲烷氣體帶走。假設(shè)發(fā)生了取代反響，有溴化氫生成，反響后溶液的pH會(huì)明顯變??；假設(shè)溴單質(zhì)被甲烷氣體帶走，雖然溴單質(zhì)溶于水也會(huì)使溶液顯酸pH不會(huì)有明顯變化。答案(1)Na2CO3

＋4CuO

△――→

CO2

＋4Cu＋2H2O溴單質(zhì)與甲烷發(fā)生了取代反響或溴單質(zhì)被甲烷氣體帶走pH，假設(shè)pH明顯變小，則說(shuō)明二者發(fā)生了取代反響；假設(shè)pH沒(méi)有明顯變化，則說(shuō)明溴單質(zhì)被甲烷氣體帶走如下圖，U形管的左端被水和膠塞封閉有甲烷和氯氣(體積比為1∶4)的混合置放置在有光的地方，讓混合氣體緩慢地反響一段時(shí)間。假設(shè)甲烷與氯氣反響充分，且只