高中化学《甲烷的分子结构和性质》微课精讲+知识点+教案课件+习题

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知识点：

一、甲烷的存在、结构及物理性质

1．存在

甲烷是天然气、沼气、油田气和煤矿坑道气的主要成分。

2．分子结构

甲烷的分子式是CH4；电子式是；结构式是。

实验证明，甲烷分子具有正四面体结构，其中四个C—H键长度和强度相同，夹角相等。

3．物理性质

颜色	状态	气味	密度(与空气相比)	水溶性
无色	气体	无味	比空气小	极难溶

警示有机化合物必须含有碳元素，但含有碳元素的化合物不一定是有机化合物，如CO、CO2，碳酸及其盐等。

【讨论】

1．(1)CH4是正四面体结构，CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4也都是正四面体结构吗？

(2)如果甲烷是平面结构，则CH2Cl2有几种结构？实际上有几种结构？

答案　(1)CH4是正四面体结构，碳原子处于正四面体的中心，四个氢原子处于正四面体的四个顶点上。根据甲烷是正四面体结构推理，有机物分子中碳原子以4个单键与其他原子或原子团相结合，如，若a、b、c、d相同，则构成正四面体结构，如CCl4；若a、b、c、d不相同，则构成四面体，但不是正四面体，如CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3。

(2)如果甲烷是平面结构，则CH2Cl2有2种结构，分别是，实际为空间四面体结构，所以二氯甲烷只有一种结构。

二、甲烷的化学性质

通常状况下，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。但在特定的条件下，甲烷也会发生某些反应。

1．氧化反应(燃烧)

(1)化学方程式：CH4＋2O2点燃――→CO2＋2H2O。

(2)现象：甲烷在空气中安静地燃烧，火焰呈淡蓝色。

2．取代反应

(1)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的反应。

(2)甲烷与氯气的取代反应

①实验探究

②产物性质

	CH3Cl	CH2Cl2	CHCl3	CCl4
状态	气体	均为油状液体
水溶性	都不溶于水

点拨无论CH4和Cl2的比例如何，发生取代反应的产物都是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl的混合物。

视频教学：

练习：

【基础】

1．下列有关甲烷的说法中错误的是  (    )

 A．采煤矿井中的甲烷气体是植物残体经微生物发酵而来的

 B．天然气的主要成分是甲烷

 C．甲烷是没有颜色、没有气味的气体，极易溶于水

 D．甲烷与氯气发生取代反应所生成的产物四氯甲烷是一种效率较高的灭火剂

2．下列关于甲烷性质的说法中，错误的是（    ）

 A．甲烷是一种非极性分子              

 B．甲烷分子具有正四面体结构

 C．甲烷分子具有极性键                

 D．甲烷分子中H－C—H的键角为90℃

3．下列物质在一定条件下可与CH₄发生化学反应的是（    ）

 A．氯水       B．溴水      C．氧气       D．酸性KMnO₄溶液

4．将等物质的量的甲烷和氯气混合后，在漫射光的照射下充分反应，所得产物中物质的量最大的是（    ）

 A．CH₃Cl     B．CH₂Cl₂     C．CCl₄       D．HCl

5．下列气体在氧气中充分燃烧后 ，其产物既可使无水硫酸铜变蓝，又可使澄清石灰水变浑浊的是（    ）

 A．SO₂       B．CH₄        C．H₂        D．CO

6. 下列物质的分子中，属于正四面体结构的是（   A．CCl₄ B．CHCl₃ C．CH₂Cl₂ D．CH₃Cl

7. 下列微粒中，与甲烷分子具有相同的质子数和相同的电子数的是（  A．HCl B．NH₃ C．NH₄^＋ D．OH^－

【巩固】

1. 欲鉴别氢气、氧气、空气、二氧化碳、甲烷等五种气体，现有一盒火柴，还要用到下列实验用品中的 (    )

   A．装有蒸馏水的烧杯         B．干而冷的烧杯   

   C．装有碳酸钠溶液的烧杯      D．内壁蘸有澄清石灰水的烧杯

2. 某物质在空气中完全燃烧时，生成H₂O和CO₂的分子数比为2：1，则该物质可能是 (    )

①CH₄、②C₂H₂、③C₂H₅OH、④CH₃OH。

   A．②③     B．①④    C．①③   D．②④

3. 甲烷在高温下分解为乙炔(C₂H₂)和氢气，若这一反应在密闭容器中进行，甲烷完全分解后，容器内气体的密度是相同条件下甲烷密度的                    (    )   

   A．2倍B．相同     C．0.5倍D．0.25倍

4. 将一定量的甲烷完全燃烧，使所生成的气体依次通过装有足量无水氯化钙和氢氧化钠的玻璃管，盛有氢氧化钠的玻璃管质量增加了1.1g，则甲烷在标准状况下的体积为 (    )           

   A．2.24LB．1.12L     C．0.56LD．0.28L

5. 下列事实中能证明甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构的          (    )

   A．CH₂Cl₂有两种不同的结构   B．在常温常压下CH₂Cl₂是液体

   C．CH₂Cl₂只有一种空间结构   D．CH₂Cl₂是一种极性分子

【拔高】

1. 某有机物在氧气里充分燃烧生成CO₂和H₂O的物质的量之比为1：1，可以得出该有机物

   A.分子中C、H、O的个数比为1：2：3       B.分子中C和H的个数比为1：2

   C.分子中肯定不含氧原子                   D. 分子中肯定含有氧原子

2. 已知天然气的主要成分CH₄是一种能产生温室效应的气体，等物质的量的CH₄和CO₂产生的温室效应，前者大。下面是有关天然气的几种叙述：①天然气与煤相比是较清洁的能源；②等质量的CH₄和CO₂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

3. 一端封闭的U形管，封闭的一端有一段CH₄和Cl₂的混合气体，在水平部分有一段气柱，其他两段为液柱，已知液体与气体不反应．使CH₄和Cl₂在稍暗的光线下缓慢反应，则中间气柱的长度将（假设中间气柱未移出U形管水平部分）（　　）

 A.变大      B. 变小         C.不变       D.难以确定

4.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，集气瓶内气体是 (      )

①CO、O₂②Cl₂、CH₄③NO₂、O₂④N₂、H₂

A．①②  B．②④   C．③④  D．②③

5. 如图所示，某气体X可能由H₂、CO、CH₄中的一种或几种组成，将X气体燃烧，把燃烧生成的气体通过A、B两个洗气瓶．试回答下列问题：

(1)若A洗气瓶的质量增加，B洗气瓶的质量不变，则气体X是____________

(2)若A洗气瓶的质量不变，B洗气瓶的质量增加，则气体X是____________

(3)若A、B两个洗气瓶的质量都增加，则气体X可能是____________

课件：

教案：

【学习目标】

1、了解甲烷在自然界的存在和用途，初步认识甲烷分子的空间结构。

2、掌握甲烷电子式、结构式的正确写法。

3、了解甲烷的化学性质，通过实验探究理解并掌握甲烷的取代反应原理。

【学习重点】甲烷的结构特点和取代反应

【预习案】

一阅读课本P58、60~62的内容，用双色笔勾画重要内容，并用红笔标记疑难问题。

二、有机化合物和烃（课本P58）

	定义	组成元素
有机化合物	大部分含有___ ___元素的化合物	一定含有__   _元素，常含有  ___、__  _，有的还含有氮、硫、卤素、磷等
烃	仅含有__    _______的有机物，最简单的烃是__   ____

【注意】有机化合物都含有__        _元素，但含有__      __元素的物质不一定都是有机物，如CO、CO₂、碳酸盐、碳酸氢盐都属于            。

1.下列关于有机物的说法正确的是   （     ）

A．凡是含碳元素的化合物都属于有机物          B．有机物只含有碳、氢两元素

C．有机物不但存在于动植物体内，而且可以通过人工的方法合成

D．烃是指燃烧后只生成CO₂和H₂O的有机物

三、甲烷（课本P60~62）

1、存在和用途

(1)存在：甲烷是____   ____、____     ___、油田气和煤矿坑道气的主要成分。

(2)用途：天然气是一种_     _、       、       的清洁能源，还是一种重要的       原料。

【探究案】

【合作探究一】甲烷的结构

1、组成和结构：

分子式	电子式	结构式	空间构型

2、剪纸，拼出甲烷的立体模型

（每个小组根据课本P60的实践活动制作一个甲烷的立体模型，要求：课前完成。）

3、根据立体模型，用小球和棍子拼出甲烷的分子结构模型，感受甲烷的空间构型。

甲烷分子具有_______________结构，其中，____个________键的长度和强度相同，夹角相等。

a、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。

b、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。

【自我检测1】以下关于甲烷的说法中错误的是(　     　)

A．甲烷分子是由极性键构成的分子             B．甲烷分子具有正四面体结构

C．甲烷分子中四个C—H键是完全等价的键      D．甲烷分子中具有非极性键

【合作探究二】甲烷的性质

一、物理性质

颜色	气味	状态	密度	水溶性

二、化学性质

1、甲烷分子结构稳定，化学性质比较稳定，通常不与       、      和                  反应。

2、氧化反应：

a.现象：火焰呈              

b.如何检验甲烷燃烧的产物？有什么现象？

c.化学方程式为：                                                             

【注意】①点燃甲烷前需                 。

②有机反应比较复杂，常伴随很多副反应发生，因此有机反应方程式常用“→”而不用“==”。

3、取代反应

【探究】P61科学探究：甲烷与氯气反应

<观察>认真观察实验现象，注意试管液面、气体颜色、试管壁有什么变化？   

反应方程式（一氯取代）：                                                                            

取代反应：______________________________________________________________

【自我检测2】下列反应属于取代反应的是(　     　)

A．CH₄高温C＋2H₂                        B．2HI＋Cl₂===2HCl＋I₂

C．CH₄＋2O₂点燃CO₂＋2H₂O       D．CH₄＋Cl₂光CH₃Cl＋HCl

【知识链接】甲烷的四种氯代产物的性质

a.水溶性：CH₃Cl、CH₂Cl₂、CHCl₃、CCl₄

b.状态：常温下除CH3Cl是气体外，其余三种均液体

【课堂练习】请仿照生成一氯甲烷的化学方程式，分别用分子式和结构简式写出一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷分别与氯气进一步反应的化学反应方程式：

                                                                                   ；

                                                                                   ；

                                                                                   ；

【自我检测3】甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体形结构，而不是正方形的平面结构，以下事实可作为论据的是（         ）

A．CH₃Cl只有一种结构         B．CH₂Cl₂只有一种结构

C．CHCl₃只有一种结构         D．CH₄只有一种结构

【合作探究三】甲烷发生取代反应的有关规律

1、比较取代反应和置换反应的异同点？

2、在标准状况下，22.4LCH₄和氯气在光照下发生取代反应，待反应完全后，测得四种有机取代物的物质的量相等，则消耗的氯气为（    ）

A、0.5mol       B、2mol         C、2.5mol         D、4mol

【训练案】

1．下列叙述错误的是 (     )

A．通常情况下，甲烷跟强酸、强碱都不反应

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、CH₂C1₂、CHCl₃、CCl₄，都属于取代反应

D．甲烷的四种有机氯代产物都难溶于水

2. 如右图所示，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，集气瓶内气体可能是(　   　)

①CO、O₂　  ②Cl₂、CH₄　  ③NO₂、O₂   ④N₂、H₂

A．①②               B．②④                   

C．③④                    D．②③

3．甲烷在氧气里燃烧生成二氧化碳和水的实验事实说明（      ）

A．甲烷的分子式为CH₄            B．甲烷气体中含有碳元素和氢元素

C．甲烷气体中只含碳元素和氢元素   D．甲烷的化学性质比较稳定

4．甲烷和氯气组成的混合气体经光照完全反应后，生成的气态产物的种类有（     ）

A．2种    B．3种     C．4种     D．1种

第三章第1节    最简单的有机化合物——甲烷

第2、3课时 烷烃

【学习目标】

1、了解有机物中碳的成健特点。了解烷烃的组成、结构和通式。

2、了解烷烃物理性质的递变规律，掌握烷烃的化学通性。

3、了解同系物、同分异构现象和同分异构体，并会判断简单烷烃的同分异构体。

【学习重点】烷烃的结构简式，烷烃的性质。

【学习难点】同系物、同分异构体的概念。

【预习案】

阅读课本P62~64的内容，用双色笔勾画重要内容，并用红笔标记疑难问题。

【探究案】

【合作探究一】烷烃的结构式和结构简式

有机物除用结构式表示外，还可以用结构简式表示。

请根据以下列子，说明有机物分子式、结构式和结构简式在书写上的区别。并尝试写出第4个有机物的分子式、结构式、结构简式。

1              2                3                     4

分子式：                                                     _________________  

结构式：                                                     _________________

结构简式：                                                   _________________

1、总结烷烃的分子结构特点：                                                          

2、概念：烷烃又叫           。结构特点是碳原子间都以            结合成        ，剩余价键均与            相结合，使每个碳原子的化合价都达到“饱和”。

【自我检测1】下列有关饱和链烃的叙述正确的是                               (   )

  ①都是易燃物②特征反应是取代反应③相邻两个烷烃在分子组成上相差一个甲基（—CH₃）

     A．①②③      B．只有①       C．①②       D．只有③

【合作探究二】烷烃的分子通式

结合【合作探究一】中的四种有机物的结构简式，尝试找出每个有机物中氢原子个数与碳原子个数的关系。若用n表示碳原子的个数，则氢原子个数为__    ______。

【总结】烷烃的通式：___        ___  （n≥1）

【例1】若某烷烃的分子式为C₁₂H_m，则m=           ；若某烷烃的分子式为C_nH₃₂，则n=         ；某烷烃的相对分子质量为142，则它的分子式为                 ；

【自我检测2】某烷烃含有200个氢原子，那么该烃的分子式是（       ）

A．C₉₇H₂₀₀     B．C₉₈H₂₀₀     C．C₉₉H₂₀₀      D．C₁₀₀H₂₀₀

【合作探究三】烷烃的简单命名法

【例2】给下列烷烃命名并总结命名方法

C₂H₆：                C₄H₁₀：              C₁₀H₂₂：          C₂₆H₅₄：           

—CH₃：               —CH₂CH₃：            

 ：                ：             

：                       ：              

【合作探究四】烷烃的性质

一、物理性质：烷烃的物理性质随着分子里碳原子数的增多，呈规律性的变化。一般情况下，

1—4个碳原子烷烃为         ，5—16个碳原子为           ，16个碳原子以上为        

熔沸点逐渐          ，相对密度逐渐           。

【例3】下列烷烃的沸点是：根据以下数据推断丙烷的沸点可能是（      ）      

物质	甲烷	乙烷	丁烷	戊烷
沸点	—162℃	—89℃	—1℃	+36 ℃

A.约—40℃        B.低于—162 ℃      C.低于—89℃           D.高于+36℃

【自我检测3】下列有机物常温下呈液态的是（       ） 

A、CH₃(CH₂)₂CH₃      B、CH₃(CH₂)₁₅CH₃      C、CHCl₃        D、CH₃Cl

二、化学性质：与甲烷类似，通常较稳定，空气中能          ，光照下能与             反应。

请写出下列反应方程式，并判断反应类型。

①C_nH_2n+2 + _______O₂             +             反应类型：           

【例4】1mol某烷烃在氧气中完全燃烧，需要消耗氧气246.4L（标准状况下），求该烷烃的分子式？

【自我检测4】完全燃烧0.2mol某烃后，将产物依次通过浓硫酸和碱石灰，测得浓硫酸质量增加21.6g，碱石灰质量增加44g，则该烃的分子式为________

【自我检测5】天然气、液化石油气(主要成分看作C₃H₈)燃烧的化学方程式分别是

现有一套以天然气为燃料的灶具，改烧液化石油气，应采取的正确措施是 (      )

A．空气和燃气的进气量都减小       B．增大空气进入量或减少液化石油气进入量

C．两种气体的进入量都增大         D．减小空气进入量或增大液化石油气进入量

②乙烷与氯气在光照下的反应方程式（用结构简式表示）：

_________________________________________________      反应类型：            

④丙烷与溴蒸气在光照下的反应方程式（用结构简式表示）：

_________________________________________________      反应类型：            

【注意】烷烃不能与氯水和溴水反应，故烷烃不能使氯水和溴水褪色。

【自我检测6】下列关于丙烷结构、性质的推断中正确的是(　  　)

A．丙烷能使溴水、酸性KMnO₄溶液都褪色    B．丙烷可与氯水发生取代反应

C．丙烷的3个碳原子不在同一直线上         D．丙烷可与强酸或强碱反应

【自我检测7】1mol乙烷在光照条件下，最多可以与多少摩尔Cl₂发生取代反应     (      )

 A．4 mol        B．8 mol          C．2 mol          D．6 mol

【合作探究五】同系物、同分异构现象与同分异构体

1、结构          ，在分子组成上相差                        原子团的物质互称为同系物。

【例5】根据同系物的概念，判断下列各组内的物质属于同系物的是(         )

2、化合物具有相同的              ，但具有不同                现象，叫做同分异构现象。具有同分异构现象的化合物互称为                       。

根据课本P64正丁烷和异丁烷的结构，及表3-2，完成下列填空。

同分异构体的特点：

①分子式            (填“相同”或“不同”，以下相同)

②结构               ；

③互为同分异构体的烷烃，物理性质                        (填“相同”或“不同”)， 支链越多，熔沸点越                  。

【例6】判断下列各组内的物质是同分异构体的是（        ）

A．CH₃(CH₂)₂CH₃和(CH₃)₂CHCH₃           B．和

C．和

【自我检测8】下列说法正确的是(　  　)

A.相对分子质量相同的物质是同种物质    

B.分子式相同的不同有机物一定是同分异构体

C.具有同一通式的物质属于同系物        

D.分子中含有碳与氢元素的化合物是烃类

【合作探究六】同分异构体的书写和判断

一、书写的步骤。

①先写出碳原子数最多的主链。

②写出少一个碳原子的主链，另一个碳原子作为甲基接在主链某碳原子上。

③写出少两个碳原子的主链，另两个碳原子作为乙基或两个甲基接在主链碳原子上，以此类推。

【例7】写出C₆H₁₄的同分异构体

【自我检测9】下列化学式仅代表一种物质的是(      )

 A. CH₄    B. C₃H₈    C. C₄H₁₀    D. C₅H₁₂

二、利用等效氢法判断一卤代烃的同分异构体数目

①连在同一碳原子上的氢原子等效，如甲烷中的4个氢原子等效。

②同一个碳原子上所连接的甲基(—CH3)上的氢原子等效。如新戊烷 ，其四个甲基等效，各甲基上的氢原子完全等效，也就是说新戊烷分子中的12个氢原子是等效的。

③分子中处于镜面对称位置(相当于平面镜成像时，物与像的关系)上的氢原子是等效的。如 分子中的18个氢原子是等效的。

【例8】分子式为C₄H₁₀的烃的一氯代物的同分异构体有（   ）

A.3种            B.4种              C.5种             D.6种

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