2016年人教版高一化学必修2第三章第一节甲烷,(学案+教案+典型例题+巩固练习)高品质版.doc

　第一节 最简单的有机化合物 — 甲烷 本节要览

　 本节主要学习甲烷的结构、性质，烷烃的概念、性质，同系物、同分异构体的概念，用2 课时完成。甲烷是最简单的有机物，利用甲烷的球棍模型和比例模型认识甲烷的分子结构，通过实验了解甲烷的取代反应，并进一步了解甲烷的物理性质和化学性质。通过观察乙烷、丙烷、丁烷等的球棍模型，分析它们的结构特点，从而得出烷烃的结构特点和概念；通过对正丁烷与异丁烷的结构与性质的比较，了解有机物的同分异构现象。

　第 第 1 课时

　甲烷 【学习目标】

　知识目标 1. 了解甲烷的存在和用途。

　2. 了解甲烷分子的立体结构。

　3. 掌握甲烷的化学性质。

　能力目标 1. 认识甲烷的空间结构。

　2. 理解取代反应的概念和特点。

　重点：甲烷的结构和性质 难点：甲烷的空间结构，取代反应的概念 课前自主预案

　【空格点击】

　一、有机化合物 组成有机物的元素除碳外，常有 氢、氧 ，还含有 氮、硫、卤素、磷 等，其中仅含 碳和氢两种 元素的有机物称为碳氢化合物，也称为烃，最简单的有机物是 甲烷 。

　二、甲烷 1. 甲烷的分子式为 CH 4 ，电子式为 ，结构式为 。甲烷的分子是一种对称的 正四面体 结构，四个 C-H 键的长度和强度 相同 ，夹角 相等 。

　 2. 甲烷是一种 没有 颜色 没有 气味的气体，密度比空气 小 ， 极难 溶于水。

　3. 通常情况下，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。但在一定条件下，甲烷也会发生某些反应。

　4. 请写出甲烷完全燃烧时的化学反应方程式 CH 4 +2O 2 CO 2 +2H 2 O 。

　5. 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。甲烷与氯气反应的第一步反应的化学方程式为：

　CH 4 +Cl 2 CH 3 Cl+HCl 。

　【思考交流】

　 1. 甲烷比较稳定，不能被任何氧化剂氧化，这种说法是否正确？ 提示：不正确。通常情况下，甲烷比较稳定，不能被高锰酸钾等强氧化剂，但在点燃条件下，

　甲烷能在空气或氧气中燃烧，即甲烷能氧气氧化。

　2. 根据实验，完成下表：

　序号 操作 实验现象 有关方程式 （1）

　将甲烷依次通入酸性高锰酸钾溶液、浓硫酸和溴水。

　 （2）

　点燃纯净甲烷，在火焰上罩一干燥烧杯，然后倒转烧杯并入少量澄清石灰水。

　 （3）

　用试管收集一定量甲烷与氯气，放在漫射光下照射。

　 （4）根据上述操作和现象，归纳总结甲烷的组成和性质。

　 ：

　提示：（1）酸性高锰酸钾溶液、浓硫酸和溴水均无明显变化

　不反应； （2）甲烷燃烧发出淡蓝色火焰，烧杯内壁有水珠，澄清石灰水变浑浊 CH 4 +2O 2 CO 2 +2H 2 O

　Ca(OH) 2 +CO 2

　 CaCO3 ↓+H 2 O

　（3）

　气体颜色变浅，试管壁上有油珠生成

　CH 4 +Cl 2

　HCl+CH 3 Cl（再写下几步亦可）

　（4）甲烷的组成元素中肯定有碳和氢，在通常情况下，甲烷的性质比较稳定，一般不与硫酸等强酸、高锰酸钾等强氧化剂反应，也不与溴水反应，在点燃条件下甲烷可以在氧气中燃烧，在光照条件下甲烷可以与氯气发生取代反应。

　课堂互动学案

　考点一 甲烷的分子结构 【知识归纳】

　 1. 甲烷的分子结构 实验证明，甲烷分子里 4 个氢原子并不在同一个平面上，整个分子是一种对称的正四面体结构，4 个氢原子分别位于正四面体的 4 个顶点上，4 个 C—H 键强度相同，夹角（109°28′）相同。下图分别为甲烷的球棍模型、比例模型和分子结构示意图：

　 2. 有机物与无机物的区别

　有机物 无机物 结构 大多数有机物只含共价键 有些含离子键，有些含共价键或同时含离子键和共价键 溶解性 多数不溶于水，易溶于汽油、酒精、 多数溶于水，而难溶于有机溶剂

　苯等有机溶剂 耐热性 多数不耐热，熔点较低（一般低于400℃）

　多数耐热，熔点较高 可燃性 多数能燃烧 多数不能燃烧 电离性 多数为共价化合物，多数是非电解质 有离子化合物，也有共价化合物，多数（如酸、碱、盐等）是电解质 反应特点 一般比较复杂，副反应多，反应速率慢，方程式一般用“→”连接 一般比较简单，副反应少，反应速率快，方程式用“===” 连接

　【典例解析】

　例 例 1、 、 （2009 江苏学业水平测试）下列关于甲烷的叙述 错误．．的是（

　 ）

　A．天然气的主要成分 B．最简单的有机物 C．含碳质量分数最大的有机物

　 D．与氯气在光照条件下能发生取代反应 审题导读：根据甲烷的组成、结构及性质分析。

　思路解析：甲烷是含碳质量分数最小、含氢质量分数最大的有机物，C 项错误。

　参考答案：C 规律总结：甲烷是天然气、沼气、煤矿坑道气等的主要成分，也是最简单的有机物，同时也是含碳质量分数最小、含氢质量分数最大的有机物，其主要性质是燃烧和光照条件下发生取代反应。

　【跟踪训练】

　1. 下列说法中正确的是

　 （

　 ）

　A. 有机物都是从有机体中分离出来的物质

　B. 有机物都是共价化合物 C. 有机物不一定都不溶于水

　D. 有机物不具备无机物的性质 解析：从无机体中也能提取有机化合物，A 项不正确；有机物分子里各原子大都以共价键结合为共价化合物，但也有形成离子键的离子化合物，如 CH 3 COONa，CH 3 COONH 4 ：B 项不正确；有机化合物大多数不溶于水，但也有溶于水的，如乙醇、乙酸、葡萄糖等，C 项正确；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 (CH 3 COOH) 具有酸性等，D 项不正确。

　答案：C 2. 2010 年 6 月 5 日是第 39 个世界环境日，联合国环境规划署确定今年“六·五”世界环境日主题是：“多样的物种·惟一的星球·共同的未来”，呼吁保护生物多样性和呵护地球家园；我国确定今年世界环境日的主题为：“低碳减排·绿色生活”，号召公众从我做起，推进污染减排，践行绿色生活，为建设生态文明、构建环境友好型社会贡献力量。为了减少大气污染，许多城市推广汽车使用清洁燃料。目前使用的清洁燃料主要有两类，一类是压缩天然气（CNG），另一类是液化石油气（LPG）。这两类燃料的主要成分都是（

　 ）

　A. 碳水化合物

　B. 烃类

　 C. 氢气

　 D. 醇类 解析：天然气的主要成分是甲烷，液化石油气的主要成分是丙烷、丁烷等混合物，它们都仅含碳和氢两种元素，都属于碳氢化合物，即属于烃。

　答案：B 考点二 取代反应与置换反应 比较

　【知识归纳】

　取代反应 置换反应 定义 有机物分子里的某些原子或原子团被 一种单质和一种化合物反应生成另一

　其他原子或原子团所替代的反应。

　种单质和另一种化合物的反应。

　反应特点 反应物：有机化合物与单质或化合物；生成物：不一定有单质； 很多反应进行不完全，速度慢 反应物和生成物中都一定有单质 一般能反应完全，速度较快 本质 反应中无电子转移 反应中有电子转移 反应条件 反应的进行受温度、光照和催化剂等外界条件影响 反应的进行受金属活动性顺序或非金属活动性顺序的限定，水溶液中置换遵循“以强制弱”的原则 【典例解析】

　例 例 2 、将 1 mol CH 4 与 Cl 2 发生取代反应，待反应完全后，测得四种有机取代物的物质的量相等，则消耗 Cl 2 的物质的量为 （

　）

　A. 0.5 mol

　 B. 2 mol

　 C. 2.5 mol

　 D. 4 mol 审题导读：根据 CH 4 与 Cl 2 的各步取代反应及物质的量关系进行计算。

　思路解析：1 mol CH 4 生成四种有机取代物的物质的量各为 0.25mol，根据取代反应的特点可知，每取代 1molH，即有 1molCl 2 参加反应，共消耗 Cl 2 的物质的量：0.25mol ×(1+2+3+4)=2.5 mol。故 C 项正确。

　参考答案：C 规律总结：CH 4 与 Cl 2 发生取代反应时，由于各步取代反应可同时发生，得到的产物一般均为混合物，最多可以有氯化氢、一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷（氯仿）、四氯甲烷（四氯化碳）等五种产物。

　【跟踪训练】

　3. 1 mol CH 4 和 1 mol Cl 2 在光照条件下反应，下列叙述正确的是（

　）

　A. 化合物与单质间的置换反应

　B. 取代反应

　 C. 既是置换反应，又是取代反应 D. 只生成一氯甲烷和氯化氢 解析：CH 4 与 Cl 2 在光照条件下反应中没有单质生成，不属于置换反应而属于取代反应，A项和 C 项不正确，B 项正确；产物除一氯甲烷和氯化氢外还可能有二氯甲烷、三氯甲烷等生成，D 项不正确。

　答案：B 4. 将漫射日光照射到装有氯气和甲烷混合气体（体积比为 4:1）的装置上（如下图）。现列出如下现象，其中正确的是（

　 ）

　①试管内黄绿色逐渐消失

　②试管内黄绿色加深

　③无任何现象

　④试管内液面上升

　 ⑤试管内壁上有油状物生成 A. ①

　 B. ①④和⑤ C. ①和⑤

　D. ②和⑤ 解析：氯气和甲烷在光照条件下能发生取代反应，生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳等有机物和氯化氢，其中只有氯气为黄绿色，其他均为无色，随着反应进行，氯气被消耗，黄绿色逐渐消失，则①正确，②和③不正确；生成物中二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳都是油状液体，且氯化氢溶于饱和食盐水，试管内压强减小，液面上升，④和⑤也正确。

　故正确的为①④和⑤，答案为 B 项。

　答案：B 课后巩固练案

　1. 下列物质在一定条件下，可与甲烷发生取代反应的是（

　 ）

　A. 氧气

　B. 氯气

　 C. 高锰酸钾溶液

　 D. 浓硫酸 解析：通常情况下，甲烷的性质比较稳定，一般不与硫酸等强酸、高锰酸钾等强氧化剂反应，在点燃条件下甲烷可以在氧气中燃烧，在光照条件下甲烷可以与氯气发生取代反应。故答案为 B 项。

　答案：B 2. 下列反应中，光照对反应几乎没有影响的是（

　 ）

　A. 氯气与氢气的反应

　B. 氯气与甲烷的反应

　C. 氧气与甲烷的反应

　D. 次氯酸的分解 解析：氯气与氢气的混合气在光照条件下能发生爆炸；氯气与甲烷在光照条件下发生取代反应；次氯酸在光照条件下加速分解；只有氧气与甲烷的反应光照几乎没有影响。故答案为 C项。

　答案：C 3. 下列叙述错误的是（

　）

　A. 通常情况下，甲烷跟强酸、强碱、强氧化剂不反应

　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 CH 3 Cl、CH 2 Cl 2 、CHCl 3 还是 CCl 4 ，都属于取代反应

　D. 通常状况下 CH 3 Cl 为气体 解析：在点燃条件下甲烷可以燃烧，即被氧气氧化，B 项不正确。

　答案：B 4. 鉴别甲烷、一氧化碳和氢气三种无色气体的方法，是将它们分别（

　 ）

　A. 先后通人溴水和澄清的石灰水 B. 点燃后罩上涂有澄清石灰水的烧杯 C. 点燃，先后罩上干燥的冷烧杯和涂有澄清石灰水的烧杯 D. 点燃后罩上涂有澄清石灰水的烧杯，通人溴水 解析：根据甲烷、一氧化碳和氢气燃烧产物的不同，甲烷燃烧生成 CO 2 和 H 2 O，烧杯中有水珠，澄清石灰水变浑浊，一氧化碳燃烧生成 CO 2 ，烧杯中无水珠，澄清石灰水变浑浊，氢气燃烧生成 H 2 O，烧杯中有水珠，澄清石灰水不变浑浊，三者现象不同，可以鉴别。故答案为C 项。

　答案：C 5. 下列叙述中错误的是（

　 ）

　A. 点燃甲烷不必先验纯 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. 在人类已知的化合物中，品种最多的是第 IVA 族元素的化合物 解析：可燃性气体在点燃前都必须检验纯度，以防止因气体不纯而发生爆炸，A 项错误。故答案为 A 项。

　答案：A 6. 下列分子式不只代表一种物质的是（

　 ）

　A. CH 2 Cl 2

　 B. CHCl 3

　C. CH 3 Cl

　 D. C 解析：CH 2 Cl 2 、CHCl 3 、CH 3 Cl 都以看作 CH 4 分子中氢原子被氯原子取代的产物，CH 4 是正四面

　体结构，4 个氢的位置完全等价，因此 CH 2 Cl 2 、CHCl 3 、CH 3 Cl 都只代表一种物质；而 C 有多种同素异形体如金刚石、石墨等，故答案为 D 项。

　答案：D 7. 经过马拉松式的艰难谈判，联合国气候变化大会当地时间 19 日下午在达成不具法律约束力的《哥本哈根协议》后闭幕。所有在哥本哈根会议上预期要实现的目标都要在 2010 年墨西哥会议上继续进行。《哥本哈根协议》中要求：从科学角度出发，必须大幅度减少全球碳排放，并应当依照 IPCC 第四次评估报告所述愿景，将全球气温升幅控制在 2 摄氏度以下。

　已知天然气的主要成分 CH 4 是一种会产生温室效应的气体，等物质的量的 CH 4 和 CO 2 产生的温室效应，前者大。下面是有关天然气的几种叙述：①天然气与煤、石油相比是较清洁的能源；②等质量的 CH 4 和 CO 2 产生的温室效应也是前者大；③燃烧天然气也是酸雨的成因之一。其中正确的是（

　）

　A. ①②③

　 B. 只有①

　C. ①和②

　 D. 只有③ 解析：天然气的燃烧产物只有 CO 2 和 H 2 O，是一种比清洁的能源，不会形成酸雨，①正确，③不正确；据题意，等物质的量的 CH 4 和 CO 2 产生的温室效应，前者大，则等质量时，CH 4的物质的量大，因而 CH 4 温室效应更大，②正确。故答案为 C 项。

　答案：C 8. 2010 年 5 月 3 日据《新华网》报导，贵州省金沙县一乡镇煤矿发生瓦斯爆炸事故，事故发生在 2 日上午 7 时 50 分左右，当时煤矿井下工作人员共有 68 人，事故发生后，有 61 人安全升井，7 人死亡，1 人受伤。如果空气中混入甲烷的体积达到总体积的 4.9%～16%，点燃时就会发生爆炸。则发生爆炸最剧烈时，甲烷在空气中的体积分数约为（

　 ）

　A. 5%

　B. 8%

　 C. 9.1%

　 D. 10.5% 解析：爆炸最剧烈时也就是甲烷与空气中的氧气恰好完全反应时，设空气中甲烷的体积为xL，根据甲烷燃烧的方程式 CH 4 +2O 2 →CO 2 +H 2 O 可知，xL 甲烷完全燃烧需 2xL 氧气，另外空气中还有氮气的体积约为 8xL，则甲烷在空气中的体积分数约为：

　x x **8 2  ×100=9.1%，故答案为 C 项。

　答案：C 9. 下列反应中属于置换反应的是

　，属于取代反应的是

　 。

　①Zn+H 2 SO 4 ===ZnSO ...

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