新教材適用2023-2024學年高中化學專題8有機化合物的獲得與應用第1單元化石燃料與有機化合物第1課時天然氣的利用甲烷課件蘇教版必修第二冊

第一單元化石燃料與有機化合物第1課時天然氣的利用甲烷自主預習·新知導學合作探究·釋疑解惑課堂小結(jié)課標定位素養(yǎng)闡釋1.了解天然氣的組成,認識天然氣用作燃料的優(yōu)缺點。2.了解甲烷的結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì),掌握甲烷的化學性質(zhì)。3.通過搭建甲烷分子模型,能從分子微觀結(jié)構(gòu)的角度探析有機化合物中碳原子的成鍵特點,進而能推知烷烴的結(jié)構(gòu)模型,加深對同系物概念的理解。

自主預習·新知導學一、天然氣的組成與綜合利用1.煤、石油和天然氣等化石燃料是人們熟悉的物質(zhì),也是提高生活水平、發(fā)展國民經(jīng)濟、加強國防建設的重要資源。2.天然氣的主要成分是甲烷,它是最簡單的有機化合物。天然氣的水合物被人們稱為“可燃冰”。3.甲烷的物理性質(zhì)。4.甲烷的組成與結(jié)構(gòu)。

結(jié)構(gòu)特點:甲烷分子中碳原子最外層的4個電子分別與4個氫原子的電子形成4個C—H共價鍵;甲烷分子具有正四面體空間結(jié)構(gòu)?！咀灾魉伎?】

如何通過實驗證明甲烷中含有碳、氫兩種元素?提示:點燃甲烷,將干燥、潔凈的小燒杯罩在火焰的上方,小燒杯內(nèi)壁有水珠凝結(jié),證明甲烷中有氫元素;迅速將小燒杯倒轉(zhuǎn),向小燒杯中滴入少量澄清石灰水,石灰水變渾濁,證明甲烷中含有碳元素。5.甲烷的化學性質(zhì)。(1)穩(wěn)定性:甲烷性質(zhì)穩(wěn)定,不與強酸、強堿、KMnO4等物質(zhì)反應。(2)燃燒。甲烷燃燒的實驗。(3)取代反應。①定義:有機化合物分子中的某種原子(或原子團)被另一種原子(或原子團)所取代的反應。②甲烷與氯氣的反應?！咀灾魉伎?】

甲烷能使氯水褪色嗎?提示:不能。甲烷只與氣態(tài)的氯氣在光照條件下發(fā)生取代反應,不與氯水反應。二、烷烴的結(jié)構(gòu)與命名1.烴:由碳、氫兩種元素組成的有機化合物。2.烷烴。(1)含義:碳原子都以碳碳單鍵相連,其余的價鍵均用于與氫原子結(jié)合,達到“飽和”,這一系列化合物被稱為烷烴。(2)通式:CnH2n+2(n代表分子中碳原子的個數(shù))。(3)命名:3.同系物。(1)含義:結(jié)構(gòu)相似、分子組成相差1個或若干個“CH2”原子團的有機化合物互稱為同系物。(2)舉例:如甲烷(CH4)、乙烷(CH3CH3)、丙烷(CH3CH2CH3)互為同系物?！拘Ч詼y】

1.判斷正誤,正確的畫“√”,錯誤的畫“×”。(1)點燃甲烷氣體之前必須檢驗其純度。(

)(2)甲烷與氯水在光照條件下發(fā)生取代反應。(

)(3)取代反應指有機物分子中氫原子被其他原子或原子團所替代的反應。(

)(4)甲烷與氯氣在光照條件下反應生成四種化合物。(

)(5)烷烴的通式是CnH2n+2(n≥1),但符合通式CnH2n+2(n≥1)的不一定是烷烴。(

)√××××(6)戊烷的分子式為C5H12。(

)(7)CH4、C2H6、C4H10互為同系物。(

)√√2.下列反應屬于取代反應的是(

)。①Mg+H2SO4══MgSO4+H2↑②NaOH+CH3COOH══CH3COONa+H2OA.②③ B.①③C.②④ D.③④答案:D解析:反應①為置換反應;反應②屬于復分解反應;反應③中CH3CH3的2個H原子分別被2個Br原子替代,該反應為取代反應;反應④中CH2Cl2中的一個H原子被一個Br原子替代也為取代反應,D項符合題意。3.在一定條件下,下列物質(zhì)可以與甲烷發(fā)生化學反應的是(

)。①Cl2

②濃硝酸③NaOH溶液④O2

⑤酸性KMnO4溶液A.①②

B.①④

C.①②⑤

D.①③⑤答案:B解析:甲烷與強酸、強堿、酸性KMnO4溶液均不發(fā)生反應,與Cl2在光照條件下發(fā)生取代反應,與O2在點燃條件下發(fā)生燃燒反應。4.下列有機化合物中,屬于烷烴的是(

)。A.CH2═CH2 B.CH3CH2CH2CH2ClC.CH3CH2CH2OH D.答案:D解析:分子中碳原子都以單鍵相連,碳原子的其他價鍵都被氫原子所“飽和”的烴屬于烷烴。5.把1體積CH4和4體積Cl2組成的混合氣體充入試管中,將此試管倒立在盛有AgNO3溶液的水槽中,放在光亮處,片刻后發(fā)現(xiàn)試管內(nèi)壁上有油狀液滴出現(xiàn),該油狀液滴可能是

,水槽中還觀察到

,原因是

(用離子方程式解釋)。若向水槽中再滴入幾滴紫色石蕊試液又觀察到

。

答案:CH2Cl2、CHCl3、CCl4有白色沉淀產(chǎn)生Ag++Cl-══AgCl↓溶液變紅解析:CH4和Cl2反應的產(chǎn)物中,HCl極易溶于水,能電離出H+和Cl-,其他產(chǎn)物均為有機化合物,部分為氣態(tài),部分為油狀液體。CH4與Cl2在光照條件下反應生成CH3Cl(氣體)、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl,隨著反應進行,Cl2不斷消耗,試管中黃綠色逐漸消失,又由于生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4常溫下均為無色液體,使試管內(nèi)壁上有油狀液滴出現(xiàn);因生成的HCl易溶于水,反應后,試管內(nèi)氣體壓強減小,試管內(nèi)水位上升,HCl溶于水后,與AgNO3反應生成AgCl白色沉淀,同時溶液顯酸性,故加入紫色石蕊試液后溶液變紅。

合作探究·釋疑解惑探究任務1探究任務2探究任務1甲烷的取代反應問題引領某學習小組設計了如圖裝置探究甲烷與氯氣在光照條件下的反應:請回答下列問題。1.充分反應后,打開止水夾會有什么現(xiàn)象?提示:由于反應生成的氯化氫易溶于水,遇紫色石蕊試液變紅,且產(chǎn)物中的CH2Cl2、CHCl3、CCl4均為液體,使試管內(nèi)壓強減小,打開止水夾,滴有紫色石蕊試液的蒸餾水會迅速進入上面的試管內(nèi),形成紅色噴泉。2.能否用CH4和Cl2反應制取純凈的CH3Cl?如果CH4和Cl2按體積比1∶1混合反應,能否只得到CH3Cl?提示:都不能。CH4與Cl2的取代反應是逐步進行的,無論兩者的物質(zhì)的量之比是多少,反應一旦引發(fā),就不會只停留在某一步上,所以四種取代產(chǎn)物都會生成,得不到純凈的CH3Cl。歸納提升甲烷與氯氣的取代反應。反應產(chǎn)物無論如何控制反應物的用量,反應產(chǎn)物都是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4與HCl共5種物質(zhì)形成的混合物,其中HCl最多產(chǎn)物狀態(tài)常溫下,HCl、CH3Cl是氣體,CH2Cl2、CHCl3、CCl4是液體物質(zhì)的量的關系參加反應的n(Cl2)=n(HCl)=n(CH3Cl)+2n(CH2Cl2)+3n(CHCl3)+4n(CCl4)典型例題【例題1】

實驗室中用如圖所示的裝置進行甲烷與氯氣在光照下反應的實驗。光照條件下反應一段時間后,下列裝置示意圖中能正確反映實驗現(xiàn)象的是(

)。答案:D解析:甲烷與氯氣在光照條件下反應,生成CH3Cl(氣體)、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl,HCl易溶于水,試管內(nèi)壓強減小,外壓大于內(nèi)壓,試管內(nèi)液面升高,且試管內(nèi)出現(xiàn)白霧和油狀液滴,D項正確?！纠}2】

標準狀況下,44.8LCH4與一定量Cl2在光照條件下發(fā)生取代反應,待反應完全后,測得四種取代產(chǎn)物的物質(zhì)的量相等,則消耗的Cl2為(

)。A.1mol B.2mol C.4mol D.5mol答案:D解析:標準狀況下44.8

L

CH4的物質(zhì)的量為2

mol,與Cl2發(fā)生取代反應,生成四種取代產(chǎn)物的物質(zhì)的量相等,均為0.5

mol,根據(jù)取代反應的特點,反應中消耗Cl2的物質(zhì)的量為0.5

mol×(1+2+3+4)=5

mol。探究任務2同系物的判斷方法問題引領分析四種烷烴的結(jié)構(gòu)特點,并回答下列問題。1.上述四種烷烴互為同系物嗎?為什么?提示:互為同系物,因為這四種烴結(jié)構(gòu)相似且分子組成上相差了n個“CH2”。2.由烷烴的分子通式計算烷烴分子中能形成多少個共價鍵?提示:烷烴的通式為CnH2n+2(n代表分子中的碳原子數(shù)),碳、氫原子提供的成鍵電子數(shù)之和為4n+2n+2=6n+2,電子對數(shù)也就是共價鍵數(shù)為

(6n+2)=3n+1,即能形成3n+1個共價鍵。3.同系物一定具有不同的分子式,而同分異構(gòu)體為分子式相同、結(jié)構(gòu)不同的化合物。有機物中同分異構(gòu)現(xiàn)象非常普遍。請分別寫出丁烷和戊烷的同分異構(gòu)體的名稱和結(jié)構(gòu)簡式。提示:歸納提升1.同系物的“相似”與“不同”。2.表示有機化合物組成和結(jié)構(gòu)的化學用語。

3.烷烴的化學性質(zhì)。(1)氧化反應。通常情況下烷烴性質(zhì)穩(wěn)定,不能使酸性KMnO4溶液和溴水褪色,不與強酸、強堿反應。②現(xiàn)象:在相同情況下,隨著烷烴分子里的碳原子數(shù)的增加,燃燒越來越不充分,且火焰明亮,并伴有黑煙。(2)取代反應。烷烴的取代反應與甲烷的取代反應相同,在光照條件下可與Cl2發(fā)生取代反應,其通式為CnH2n+2+Cl2CnH2n+1Cl+HCl(第一步)。典型例題【例題3】

下列有關同系物的說法中錯誤的是(

)。①丙烷和丁烷互為同系物②分子組成相差1個或若干個“CH2”原子團的有機化合物是同系物③互為同系物的兩者中碳、氫元素的物質(zhì)的量之比一定相同④互為同系物的兩種有機化合物的物理性質(zhì)有差別,但化學性質(zhì)相似A.①②③④

B.②③C.③④

D.①②④答案:B解析:丙烷和丁烷的結(jié)構(gòu)相似,分子組成上相差1個“CH2”,兩者互為同系物,①正確;互為同系物的有機化合物結(jié)構(gòu)首先相似,②錯誤;甲烷與乙烷互為同系物,兩者中碳、氫元素的物質(zhì)的量之比不同,③錯誤;同系物之間化學性質(zhì)相似,物理性質(zhì)不同,④正確。

同系物判斷的三個關鍵點。(1)“同”——互為同系物的物質(zhì)必須屬于同一類物質(zhì)。(2)“似”——結(jié)構(gòu)相似,是指化學鍵類型相似,分子中各原子的結(jié)合方式相似。(3)“差”——組成上相差n個“CH2”原子團(n≥1)?！纠}4】

一定質(zhì)量的鏈狀烷烴X完全燃燒后生成17.6gCO2和9.0gH2O,下列說法不正確的是(

)。A.X的分子式為C4H10B.X可能的結(jié)構(gòu)簡式為CH3CH2CH2CH3或C.將X通入酸性KMnO4溶液中,溶液褪色D.X與Cl2在光照條件下發(fā)生取代反應,可能生成2種一氯代物答案:C解析:17.6

g

CO2和9.0

g

H2O的物質(zhì)的量分別為0.4

mol、0.5

mol,據(jù)此可得C∶H=0.4

mol∶1

mol=4∶10,結(jié)合烷烴的通式CnH2n+2,可知該鏈狀烷烴X的分子式只能為C4H10,A項正確;丁烷有兩種同分異構(gòu)體,B項正確;烷烴不與酸性KMnO4溶液反應,故溶液不褪色,C項錯誤;正丁