1、1第 1 课时 甲烷的性质1了解甲烷的存在和结构特点，掌握甲烷的性质。2理解取代反应的概念。一、有机化合物1元素组成：组成有机物的元素除碳外，常有氢、氧，还含有氮、硫、卤素、磷等。2烃：仅含碳和氢两种元素的有机物称为碳氢化合物，也称为烃。最简单的烃是甲烷。二、甲烷1甲烷的分子结构分子式 CH4,_电子式 ， 结构式 ，空间构型正四面体。2甲烷的物理性质颜色 状态 气味 密度 水溶性无色 气体 无味 比空气轻 极难溶于水3.甲烷的化学性质(1)氧化反应甲烷的燃烧甲烷燃烧的化学方程式 CH42O 2 CO22H 2O。 点 燃 (2)取代反应：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
2、的反应。2甲烷与氯气反应生成一氯甲烷的化学方程式 CH4Cl 2 CH3ClHCl。 光 1雾霾的化学成分较为复杂，包含有下列物质，其中属于有机物的是( )A臭氧 B二氧化硫C氮氧化物 D碳氢化合物解析：有机物的组成元素应有 C，故应选 D 项。答案：D2下列叙述中错误的是( )A点燃甲烷前要进行验纯B甲烷的密度比空气大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点燃甲烷不一定会爆炸解析：甲烷是可燃性气体，当甲烷与氧气混合达到一定比例范围时，点燃会发生爆炸，故点燃甲烷前要进行验纯，煤矿的矿井要严禁烟火，A、C、D 项正确；甲烷密度比空气小，B 项错误。答案：B3光照条件下，甲烷与氯气
3、在容积不变的密闭容器中可发生反应：下列说法错误的是( )A该反应中三种元素的非金属性：ClCHB该反应中有两种旧化学键断裂，同时有两种新化学键形成C该反应中，反应物和生成物中均只含共价键3D该反应中，反应物和生成物均为共价化合物解析：根据 Cl、C、H 三种元素在周期表中的位置可知，非金属性 ClCH，A 项正确；反应过程中断裂 CH 键和 ClCl 键，形成 CCl 键和 HCl 键，B 项正确；CH4、Cl 2、CH 3Cl、HCl 四种物质中所存在的化学键均为共价键，C 项正确；反应物 Cl2为单质，不属于化合物，D 项错误。答案：D甲烷分子的空间结构1甲烷分子的结构CH4分子的空间构型
4、为正四面体，4 条 CH 键的长度、强度和夹角完全相同，因此 CH4分子中的 4 个氢原子性质完全相同。(1)若将 CH4分子中的 4 个氢原子全部用其他的相同的原子或原子团替代，则形成的分子结构仍为正四面体，如 CCl4。(2)若 CH4分子中的 4 个氢原子被其他的不同原子或原子团替代，则该原子形成的分子结构仍为四面体，但不属于正四面体，如 CH3Cl、CH 2Cl2、CHCl 3。中学化学中常见的具有正四面体结构的物质有 CH4、CCl 4、P 4、金刚石、晶体硅、NH等。 42有机物组成和结构的表示方法(以 CH4为例)表示方法实例(CH 4) 含义及主要应用分子式 CH4用元素符号表
5、示物质分子组成的式子，可反映一个分子中原子的种类和数目结构式 表示分子中原子的结合或排列顺序，不表示空间构型4结构简式 CH4反映有机物分子的突出结构，有机物反应化学方程式中有机物常用结构简式表示球棍模型小球表示原子，短棍表示化学键，表示分子的立体结构比例模型不同体积的小球表示不同原子，真实反映分子的立体结构甲烷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，其理由是( )ACHCl 3只有一种结构BCH 2Cl2只有一种结构CCH 4分子受热分解DCH 4的四个共价键的长度和强度都相等【解析】 CH 4无论是正四面体结构还是平面正方形结构时，都符合选项 A、C、D 的说法，故不能用
6、选项 A、C、D 来确定 CH4是何种结构；若 CH4是平面正方形结构，则 CH2Cl2有如下两种结构： ，而 CH4为正四面体结构时，CH 2Cl2就只有一种结构。因此可由 CH2Cl2只有一种结构推知 CH4为正四面体结构。【答案】 B【点评】 有机物分子中，碳原子以四个单键与其他原子或原子团结合，该碳原子形成的分子结构就是四面体结构，若这四个原子或原子团相同，则该碳原子所形成的分子结构就是正四面体结构。下列关于甲烷分子结构的叙述中，正确的是( )A甲烷分子中 C、H 原子间是离子键B甲烷分子的空间结构是正方形5C甲烷的结构式为 CH4D甲烷分子中 4 个碳氢键完全相同解析：甲烷分子中 C
7、、H 原子间是共价键，A 项错误；甲烷分子的空间构型为正四面体形，B 项错误；甲烷的结构式为 ，C 项错误；甲烷分子中 4 个碳氢键完全相同，D项正确。答案：D甲烷的化学性质通常状况下，甲烷性质比较稳定，与高锰酸钾等强氧化剂不反应，与强酸、强碱也不反应。但是在特定条件下，甲烷也会发生某些反应。CH4通入酸性 KMnO4溶液中，现象是溶液不褪色，证明了甲烷不能被酸性 KMnO4氧化，即 CH4分子结构很稳定。1氧化反应甲烷的燃烧甲烷完全燃烧的化学方程式 CH42O 2 CO22H 2O 点 燃 现象：在空气中燃烧，火焰呈淡蓝色，在空气中燃烧火焰呈淡蓝色的物质还有H2S、H 2、CO、S、酒精。另
8、外 S 在氧气中燃烧火焰为蓝紫色。在火焰上罩上一个冷而干燥的小烧杯，内壁有水珠生成将小烧杯迅速倒转过来，向其中加入少量澄清石灰水，石灰水变浑浊。注意：a.点燃 CH4和空气或 O2的混合气体，可能会发生爆炸(CH 4在空气中的爆炸极限为 5%15.4%)，因此点燃 CH4之前必须要验纯。b.任何可燃气体在点燃前都必须验纯。2取代反应(1)实验探究：甲烷与 Cl2的取代反应实验操作6实验现象A 装置：试管内气体颜色逐渐变浅；试管内壁有油状液滴出现，试管中有少量白雾，且试管内液面上升；水槽中有固体析出B 装置：无明显现象实验结论CH4与 Cl2需在光照时才能发生化学反应，有关化学方程式为：CH4C
9、l 2 CH3ClHCl 光 CH3ClCl 2 CH2Cl2HCl 光 CH2Cl2Cl2 CHCl3HCl 光 CHCl3Cl 2 CCl4HCl 光 无论 CH4和 Cl2的比例如何，发生取代反应的产物都是 CH3Cl、CH 2Cl2、CHCl 3、CCl 4和HCl 的混合物。(2)甲烷的四种氯代产物的性质水溶性：CH 3Cl、CH 2Cl2、CHCl 3、CCl 4均难溶于水。状态：常温下除 CH3Cl 是气体，其余三种均为液体。(3)取代反应反应条件 光照(强光照射会发生爆炸)反应物 甲烷和气态卤素单质生成物 卤化氢和各种卤代甲烷的混合物，其中卤化氢的量最多7反应特点逐步取代，各步
10、反应同时进行取代 1 mol H 原子，消耗 1 mol X2，生成 1 mol HX注意：取代反应的特点可概括为八个字“上一下一，取而代之” 。(2018全国卷)实验室中用如图所示的装置进行甲烷与氯气在光照下反应的实验。光照下反应一段时间后，下列装置示意图中能正确反映实验现象的是( )【解析】 在光照条件下氯气与甲烷发生取代反应生成氯化氢和四种氯代烃，氯化氢极易溶于水，所以液面会上升。但氯代烃是不溶于水的气体或油状液体，所以最终水不会充满试管，D 正确。【答案】 D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( )ACH 3Cl BCH 2Cl2CCHCl 3
11、DHCl解析：甲烷和 Cl2是分步发生取代反应，各步产物中均有 HCl 生成，若生成 1 mol CH3Cl 同时生成 1 mol HCl， 若生成 1 mol CH2Cl2同时生成 2 mol HCl，若生成 1 mol CHCl3同时生成 3 mol HCl，故产物中 HCl 的物质的量最多。答案：D81.下列物质中属于有机物的是( )乙醇 食盐 二氧化碳 甲烷 硫酸 碳酸钠 一氧化碳 碳酸 乙酸A BC D解析：食盐、硫酸不含碳元素，属于无机物；二氧化碳、一氧化碳、碳酸钠、碳酸虽然含有碳元素，但性质上与有机物有很大差别，不属于有机物；乙醇、甲烷、乙酸属于有机物，故选 B 项。答案：B2在
12、光照条件下，将 1 mol CH4与 1 mol Cl2混合充分反应后，得到的产物是( )ACH 3Cl HClBCCl 4 HClCCH 3Cl CH 2Cl2DCH 3Cl CH 2Cl2 CHCl 3 CCl 4 HCl解析：CH 4和 Cl2的反应中，无论二者的比例如何，都可发生 4 步反应，故所得产物为CH3Cl、CH 2Cl2、CHCl 3、CCl 4、HCl，故选 D 项。答案：D3下列反应属于取代反应的是( )AZnCuSO 4=CuZnSO 4BNaClAgNO 3=AgClNaNO 3CCl 22NaBr= =2NaClBr 2DCH 2Cl2Cl 2 HClCHCl 3
13、光 照 解析：A 项、C 项反应为置换反应；B 项反应为复分解反应；D 项为取代反应。9答案：D4(2018福建师大附中期末)二氟甲烷(CH 2F2)是性能优异的环保产品，它可替代某些会破坏臭氧层的“氟利昂”产品，用作空调、冰箱和冷冻库的制冷剂。对二氟甲烷的叙述正确的是( ) A只有 1 种结构 B属于烃C有 2 种结构 D为正四面体结构解析：二氟甲烷属于烃的衍生物，是四面体结构，只有 1 种结构。答案：A5某气态烃的摩尔质量为 16 gmol1 ，该烃中氢元素的质量分数为 25%，则该烃的分子式为_，结构式为_，在点燃条件下该烃与氧气完全反应的化学方程式为_。解析：该烃中含 H 个数为 4，
14、含 C 个数为 1，故该烃的分子式1625%1 1675%12为 CH4，其结构式为 。CH 4与 O2完全反应的化学方程式为CH42O 2 CO22H 2O。 点 燃 答案：CH 4 CH 42O 2 CO22H 2O 点 燃 1下列有关有机化合物组成的叙述不正确的是( )A有机化合物大多数难溶于水，熔点低B有机物中一定含碳元素C有机物只含碳、氢两种元素10D大多数有机物易燃烧解析：有机物中一定含有碳元素，另外还可以含有 H、O、N、Cl 等，如C2H5OH、CHCl 3、CCl 4等均为有机物，有机物不一定只含 C、H 两种元素，C 项错误。答案：C2天然气的主要成分为甲烷。下列关于甲烷的
15、叙述错误的是( )A通常情况下，甲烷与强酸、强碱、强氧化剂都不反应B甲烷的化学性质比较稳定，点燃前不必验纯C甲烷与氯气反应，无论生成 CH3Cl、CH 2Cl2、CHCl 3或 CCl4，都属于取代反应D可用排水法收集甲烷解析：CH 4性质稳定，不与强酸、强碱、强氧化剂反应，A 项正确；CH 4为可燃性气体点燃之前要验纯，B 项错误；CH 4与 Cl2的反应是逐步进行的，每步反应都属于取代反应，C 项正确；CH 4不溶于水，可用排水法收集甲烷，D 项正确。答案：B3下列关于烃的说法中，正确的是( )A烃是指分子里含碳元素的化合物B烃是指仅由碳和氢两种元素组成的化合物C烃是指燃烧反应后生成二氧化
16、碳和水的有机物D烃是指分子里含有碳、氢元素的化合物解析：根据烃的定义：仅含碳、氢两种元素的有机物。答案：B4把纯净的甲烷和氯气混合，用玻璃片盖住瓶口，放在光亮的地方，片刻后移动玻璃片，留一条缝，此时观察到的现象有：有固体产生；瓶口有白雾；瓶内气体颜色变浅；瓶内有油状物。其中正确的是( )A BC D11解析：CH 4和 Cl2在光照条件下生成 CH3Cl(气体)、CH 2Cl2、CHCl 3、CCl 4和 HCl，随着反应的进行，Cl 2不断被消耗，黄绿色逐渐消失，又由于生成的 CH2Cl2、CHCl 3、CCl 4常温下均为无色液体，故瓶壁上有油状液滴生成，所生成的 HCl 遇空气中的水分形
17、成白雾，反应没有固体产生，故正确，选 C 项。答案：C5(2018湛江市期末)为验证甲烷分子中含有碳、氢两种元素，可将其燃烧产物依次通过下列试剂： 浓硫酸；澄清石灰水；无水硫酸铜。正确的顺序是( )A BC D解析：甲烷分子中含有碳氢两种元素，碳元素燃烧产物是二氧化碳，可以用澄清石灰水来检验，氢元素燃烧产物是水，可以用无水硫酸铜来检验，但是澄清石灰水中含有水，所以检验水之后才能检验二氧化碳，故 A 正确。答案：A6将 1 mol 甲烷和适量的 Cl2混合后光照，充分反应后生成的CH3Cl、CH 2Cl2、CHCl 3、CCl 4四种有机产物的物质的量依次增大 0.1 mol，则参加反应的Cl2
18、的物质的量为( )A1.5 mol B3 molC4.5 mol D6 mol解析：设生成 CH3Cl 的物质的量为 x，则 CH2Cl2、CHCl 3、CCl 4的物质的量分别为x0.1、 x0.2、 x0.3，根据碳原子守恒可得 x x0.1 x0.2 x0.31，解得x0.1 mol，根据氯离子守恒可得反应消耗 Cl2的物质的量为 0.1 mol1(0.10.1)mol2(0.20.1) mol3(0.30.1)mol43 mol，故选 B 项。答案：B7下列各图均能表示甲烷的分子结构，按要求回答下列各问题。12(1)甲烷的球棍模型是_，甲烷的电子式是_。(填序号)(2)如果甲烷是平面形
19、，则 CH2Cl2应该有_种结构，实际 CH2Cl2有_种结构，证明甲烷不是平面形，而是_结构，上面_更能反映其真实存在状况。解析：(1)这几种形式都可表示甲烷这种物质，其中分子结构示意图(A)，球棍模型(C)，比例模型(D)均能反映甲烷分子的空间构型，但比例模型更能形象地表达出 C、H 的相对位置及所占比例；电子式(B)只反映原子最外层电子的成键情况。(2)甲烷若为平面结构，则 CH2Cl2有两种结构 ，实际上 CH2Cl2只有一种结构，故 CH4为空间正四面体结构。答案：(1)C B (2)2 1 正四面体 D8三个装有 CH4和 Cl2混合气体的集气瓶，用玻璃片盖好瓶口后，分别作如下处理
20、。各有怎样的现象发生？(1)置于黑暗中：_。将点燃的镁条靠近集气瓶外壁：_。放在有光线的房子里：_。(2)CH4和 Cl2发生的一系列反应都是_(填反应类型)反应，请写出 CH4与 Cl2反应生成一氯甲烷的化学方程式_。(3)若要使 0.5 mol CH4完全和 Cl2发生取代反应，并生成相同物质的量的四种取代产13物，则需要 Cl2的物质的量为( )A2.5 mol B2 molC1.25 mol D0.5 mol解析：对于有机反应，反应条件非常重要，通过控制反应条件，可使 CH4和 Cl2的取代反应发生的现象不同。0.5 mol CH4生成等物质的量的 4 种取代产物，即CH3Cl、CH
21、2Cl2、CHCl 3、CCl 4各 0.125 mol，则所需 n(Cl2)0.125 mol10.125 mol20.125 mol30.125 mol41.25 mol。答案：(1)无明显现象 爆炸 黄绿色逐渐变浅，有油状液滴生成 (2)取代 CH4Cl 2 CH3ClHCl (3)C 光 1在我国的南海、东海海底已发现天然气(甲烷等)的水合物，它易燃烧，外形似冰，被称为“可燃冰” 。 “可燃冰”的开采，有助于解决人类面临的能源危机。下列说法正确的是( )甲烷属于烃类 在相同条件下甲烷的密度大于空气 甲烷难溶于水 可燃冰是一种极具潜力的能源A BC D解析：甲烷是最简单的烃，难溶于水，其
22、相对分子质量为 16，小于空气的平均相对分子质量(29)，相同条件下密度小于空气，甲烷燃烧放出大量的热，故可燃冰是一种极具潜力的能源，故 C 项正确。答案：C2下图是 CH4、CCl 4、CH 3Cl 的分子球棍模型图。下列说法正确的是( )14ACH 4、CCl 4和 CH3Cl 都是正四面体结构BCH 4、CCl 4都是正四面体结构CCH 4和 CCl4中的化学键完全相同DCH 4、CCl 4的结构相同，性质也相同解析：CH 3Cl 中 CCl 键与 CH 键键长不同，故 CH3Cl 不是正四面体结构，A 项错误；CH4中的化学键为 CH 键，CCl 4中的化学键为 CCl 键，由于 C、
23、H、Cl 的非金属性不同，非金属性 ClCH，故 CH4、CCl 4中的化学键不同，C 项错误；CH 4、CCl 4所含元素不完全相同，二者性质也不同，常温 CH4为气体，CCl 4为液体，CH 4易燃，CCl 4不易燃，D 项错误。答案：B3下列有关甲烷的取代反应的叙述正确的是( )A甲烷与氯气的物质的量之比为 11，混合发生取代反应只生成 CH3ClB甲烷与氯气的取代反应，生成的产物中 CH3Cl 最多C甲烷与氯气的取代反应生成的产物为混合物D若 1 mol 甲烷完全转化为 CCl4最多消耗 2 mol 氯气解析：甲烷与氯气一旦发生取代反应就不会停止在某一步，四种有机物都会产生，故得不到纯
24、净的 CH3Cl，A 项错误，C 项正确；甲烷与氯气的反应中每取代 1 mol 氢原子，消耗 1 mol 氯气，生成 1 mol HCl，故产物中 HCl 最多， B 项错误；1 mol 甲烷完全转化为CCl4最多消耗 4 mol 氯气，D 项错误。答案：C4(2017湖南省宁远一中期中)一定质量的甲烷燃烧后的产物为 CO、CO 2和水蒸气，此混合气体质量为 99.2 g，当其缓慢经过无水 CaCl2时，CaCl 2增重 50.4 g。原混合气体中 CO 的质量为( )A13.2 g B22.4 g15C24.4 g D26.4 g解析：CaCl 2增加的是水的质量，即 m(H2O)50.4
25、g， n(H2O) 2.8 50.4 g18 g/molmol， n(H)5.6 mol，由氢原子守恒可知 n(CH4) n(H)1.4 mol，则 n(C)1.4 mol。14由题中数据可得Error!解得 m(CO)22.4 g， m(CO2)26.4 g。答案：B5(2018南昌十中期末)利用甲烷与氯气发生取代反应制取副产品盐酸的设想在工业上已成为现实。某化学兴趣小组拟在实验室中模拟上述过程，其设计的模拟装置如下图所示：根据要求填空：(1)写出 A 装置中反应的化学方程式_。(2)B 装置有三种功能：将气体混合均匀；干燥混合气体；_。(3)设 V(Cl2)/V(CH4) x，若理论上欲获
26、得最多的氯化氢，则 x 值的取值范围为_。(4)在 C 装置中，经过一段时间的强光照射，生成的有机物有_种，其中常温下以气态存在的是_(填化学式)。(5)E 装置中除了有盐酸生成外，还含有有机物，从 E 中分离出盐酸的最佳方法为_，该装置的主要缺陷是_。解析：(1)实验室用 MnO2和浓盐酸在加热下反应制备 Cl2，反应的化学方程式为MnO24HCl(浓) MnCl2Cl 22H 2O。(2)B 装置将气体混合均匀及干燥混= = = = = 合气体外，还有控制气流速度的作用。(3)氯气与甲烷发生取代反应，反应特点是 1 mol 氯16气可取代 1 mol H 原子生成 1 mol HCl，设 V(Cl2)/V(CH4) x，若理论上欲获得最多的氯化氢，则应保证甲烷被完全取代， x 应大于或等于 4。(4)CH 4与 Cl2在光照下反应生成的一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳 4 种有机物，其中只有一氯甲烷是气体。(5)盐酸和有机物不能互溶，所以可以采用分液的方法分离；反应过程中，Cl 2还有剩余，Cl 2有毒会污染环境，故该装置的主要缺陷是没有进行尾气处理。答案：(1) MnO24HCl(浓) MnCl2Cl 22H 2O (2)控制气流速度 = = = = = (3)大于或等于 4 (4)4 CH 3Cl (5)分液 没有进行尾气处理
