高中化学人教版 (新课标)必修2第一节 最简单的有机化合物--甲烷学案

这是一份高中化学人教版 (新课标)必修2第一节 最简单的有机化合物--甲烷学案，共17页。学案主要包含了.选择题等内容，欢迎下载使用。

 最简单的有机化合物—甲烷

1．认识有机物的组成和结构特点，建立有机物的立体结构模型；
2．认识甲烷的立体结构和取代反应，以及同系物和同分异构体

知识点一．有机化合物和烃

概念
组成元素
有机化合物
大部分含有碳元素的化合物
一定含有C，常含有H,O，有的还含有N,P,S,Cl等(写元素符号，下同)。
烃
仅含有C,H的有机物
有机化合物都含有碳元素，但含有碳元素的物质不一定都是有机物，如CO、CO2、碳酸盐、碳酸氢盐都属于无机物。
知识点二．甲烷
1．存在和用途
(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)用途：天然气是一种高效、低耗、污染小的清洁能源，还是一种重要的化工原料。
2．组成与结构
(1)表示方法
化学式
电子式
结构式
分子结构示意图
球棍模型
比例模型
CH4





(2)结构特点
甲烷分子是以碳原子为中心，氢原子为顶点的正四面体结构，其中C—H键的键长和键角相同。
3．物理性质
颜色
状态
气味
密度(与空气相比)
水溶性
无色
气态
无味
小
极难溶
4.化学性质
通常状况下，甲烷比较稳定，与KMnO4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，甲烷也能发生某些反应。
(1)氧化反应
纯净的甲烷在空气中安静的燃烧，火焰呈淡蓝色，放出大量的热，反应的化学方程式为
CH4＋2O2CO2＋2H2O。
(2)取代反应
①取代反应：有机化合物分子里的某些原子或原子团被其他原子或原子团所代替的反应。
②甲烷与氯气的取代反应
实验操作

实验现象
a.气体颜色变浅，最后消失
b.试管内壁有油状液滴出现
c.试管内液面逐渐上升
d.试管中有少量白雾
有关化学方程式
CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl；
CH3Cl＋Cl2CH2Cl2＋HCl；
CH2Cl2＋Cl2CHCl3＋HCl；
CHCl3＋Cl2CCl4＋HCl
③取代产物
水溶性：甲烷的四种氯代产物均不溶于水。状态：常温下除一氯甲烷是气体，其余三种均为液体。
④取代反应和置换反应的区别。
类
别
实
例
区
别

取代反应
置换反应
甲烷与氯气的反应
Zn＋H2SO4=== ZnSO4＋H2↑
定义
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代替的反应
一种单质跟一种化合物反应，生成另一种单质和另一种化合物的反应
参与物质
反应物和生成物中不一定有单质
反应物、生成物中一定有单质
反应条件
反应受催化剂、温度、光的影响
水溶液中置换遵循强制弱的原则
反应中
电子得失
不一定有电子的转移
一定有电子的得失


知识点三．烷烃
1．烷烃定义及通性：烃的分子里所有的碳原子均达到“饱和”的链烃即所有的碳原子间均以单键的形式连接叫做饱和链烃，也叫烷烃。通式：CnH2n+2（n≥1）,如乙烷、丙烷、丁烷等。通性：①n≤4为气体，溶沸点、密度随碳原子数增大而增大②通常状况下，很稳定，与酸、碱和氧化剂都不发生反应，也难与其它物质化合。③可燃：在空气中燃烧生成二氧化碳和水（充分）。④取代：在光照条件下，都能与氯气等发生取代反应。
2.同系物：结构相似，分子组成上相差若干个CH2的物质互称为同系物。如：甲烷、乙烷、丙烷互称为同系物，它们都属于烷烃。
3．同分异构体：化合物具有相同的化学式，但具有结构不同的化合物的现象，叫做同分异构现象。如正丁烷和异丁烷。具有同分异构现象的化合物互称为同分异构体。


类型一：甲烷的取代
例1.在光照下，将等物质的量的CH4和Cl2充分反应，得到产物的物质的量最多的是
A.CH3Cl B.CH2Cl2 C.CCl4 D.HCl
解析：由CH4与Cl2发生取代反应的化学方程式可知，每生成1 mol卤代烃，可生成1 mol HCl，由于CH4与Cl2发生的每一步取代反应中都有HCl生成，所以，产物中HCl的物质的量最多。这里注意，不要简单地按CH4＋Cl2 CH3Cl＋HCl进行考虑。其实，该反应一旦进行，生成的CH3Cl立即与Cl2发生“连锁”反应。
答案：D
类型二：燃烧的分析
例2.一定量的CH4燃烧后得到的产物是CO、CO2、H2O（g），此混合物的质量为49.6 g，当其缓缓通过足量的无水CaCl2时气体质量减少25.2 g，则混合气中CO的质量为
A.24.4 g B.13.2 g C.12.5 g D.11.2 g
解析： 设产物中CO的物质的量为x，CO2的物质的量为y。由C原子守恒可得CH4的物质的量为（x+y）,又由H原子守恒可得生成H2O的物质的量为2（x+y）。则 解得 x=0.4 mol，y=0.3 mol m（CO）=0.4 mol×28 g·mol－1=11.2 g
答案：D
类型三：化学中的四同
例3.下列各组物质：① 金刚石和C60 ② H2、D2和T2 ③ 和④ CH3(CH2)2CH3和(CH3)2CHCH3 ⑤ 乙烷和已烷⑥ CH3CH2CH2CH(CH2CH3)CH3和CH3(CH2)2CH(CH3)CH2CH3中，互为同位素的是（填序号，下同） ，互为同素异形体的是 ，互为同系物的是 ，属于同一物质的是 。
解析：互为同位素的是和，互为同素异形体的是金刚石和C60，互为同系物的是乙烷和已烷，属于同一物质的是CH3CH2CH2CH(CH2CH3)CH3和CH3(CH2)2CH(CH3)CH2CH3。
答案：③；①；⑤；⑥
类型四：取代产物与压强
例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、O2 ②Cl2、CH4 ③NO2、O2 ④N2、H2
A．①② 　　 B．②④
C．③④ 　 D．②③
解析：②Cl2、CH4光照下反应，且生成的HCl极易溶于水，使得集气瓶内气体压强减小；③3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO、2NO＋O2＝2NO2。
答案：D


基础演练
一．选择题
1．下列说法正确的是(　　)
A．有机物的水溶液都不导电
B．有机物都易燃烧
C．有机物只能从有机体中获得
D．有机物中都含有碳元素
2．烃是(　　)
A．含有碳、氢元素的有机物
B．含有碳元素的化合物
C．仅由碳、氢两种元素组成的有机物
D．完全燃烧只生成二氧化碳和水的化合物
3．下列物质属于烃类的是(　　)
A．C6H6
B．H2CO3
C．C2H4O
D．CHCl3
4．如图是CH4、CCl4、CH3Cl的分子球棍模型图。下列说法正确的是(　　)

A．CH4、CCl4和CH3Cl都是正四面体结构
B．CH4、CCl4都是正四面体结构
C．CH4和CCl4中的化学键完全相同
D．CH4、CCl4的结构相同，性质也相同
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是(　　)
A．CH3Cl只代表一种物质
B．CH2Cl2只代表一种物质
C．CHCl3只代表一种物质
D．CCl4只代表一种物质
6．下列叙述中错误的是(　　)
A．点燃甲烷不必事先进行验纯
B．甲烷燃烧放出大量的热，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．点燃甲烷不一定会爆炸
7．在光照条件下，将等物质的量的甲烷和氯气混合充分反应后，得到产物的物质的量最多的是(　　)
A．CH3Cl
B．CHCl3
C．CCl4
D．HCl
8．CH4和H2混合气体10 mL，完全燃烧后生成6 mL CO2气体(气体的体积在相同状况下测定)，则混合气体中CH4和H2的体积之比为(　　)
A．2∶3
B．3∶2
C．2∶1
D．1∶2
9．关于取代反应和置换反应的下列说法中，正确的是(　　)
A．取代反应和置换反应中一定都有单质生成
B．取代反应和置换反应一定都属于氧化还原反应
C．取代反应大多是可逆的，反应速率慢，而置换反应一般是单向进行的，反应速率快
D．取代反应和置换反应的产物都是惟一的，不会有多种产物并存的现象
10．1 mol CH4与Cl2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Cl2为(　　)
A．0.5 mol B．2 mol C．2.5 mol D．4 mol
二．填空题
11．衣服上沾有动、植物油污，用水洗不掉，但可用汽油洗去，这是因为大多数有机物难_________而易__________________。有机化工厂附近严禁火种，这是因为绝大多数有机物_________。
12．某元素的原子最外层电子数是次外层电子数的两倍，该元素是 ，它和氢元素组成的最简单的化合物的化学式为 ，在这种化合物中氢元素的质量分数为 。
13．将一支试管中盛满甲烷和氯气的混合气体，倒置于盛有饱和食盐水的水槽中，在漫射光的照射下，产生的现象是：①____________________，②____________________，
③____________________，④____________________。





巩固提高
一．选择题
1．下列气体的主要成分不是甲烷的是(　　)
A．沼气 B．煤气 C．天然气 D．坑道气
2．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
3．有机物中的烃是__________________的化合物(　　)
A．含有碳元素
B．含有碳元素和氢元素
C．仅含有碳元素和氢元素
D．燃烧后生成二氧化碳和水
4．用于制造隐形飞机的物质具有吸收微波的功能，其主要成分的结构如下图，它属于(　　)
A．无机物
B．烃
C．高分子化合物
D．有机物
5．下列反应属于取代反应的是(　　)
A．CH4C＋2H2
B．2HI＋Cl2===2HCl＋I2
C．CH4＋2O2CO2＋2H2O
D．CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl
6．常温下把体积相同的甲烷和氯气充入一个无色的集气瓶中，光照一段时间后，发现气体的黄绿色变浅，集气瓶上有淡黄绿色液滴，此时集气瓶中最多含有气体物质的种数是(　　)
A．5种
B．6种
C．4种
D．3种
7．某有机物在O2中充分燃烧生成CO2和H2O的物质的量之比为1∶1，由此可得出的结论是(　　)
A．该有机物分子中C、H、O原子个数比为1∶2∶3
B．该有机物分子中C、H原子个数比为1∶2
C．该有机物中必定含有氧元素
D．该有机物化学式为C2H4
二．填空题
8.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气体点燃，将燃烧后的气体通过A、B两个洗气瓶。试根据实验现象回答下列问题：
(1)若A洗气瓶的质量增加，B洗气瓶的质量不变，则X气体是________。
(2)若A洗气瓶的质量不变，B洗气瓶的质量增加，则X气体是________。
(3)若A、B两个洗气瓶的质量都增加，则X气体可能是________。
9.如图所示，U形管的左端被水和胶塞封闭有甲烷和氯气(体积比为1∶4)的混合气体，假定氯气在水中的溶解度可以忽略。将封闭有甲烷和氯气的混合气体的装置放置在有光亮的地方，让混合气体缓慢地反应一段时间。
(1)假设甲烷与氯气反应充分，且只产生一种有机物，请写出化学方程式：
________ 。
(2)若题目中甲烷与氯气的体积比为1∶1，则得到的产物为________。
A．CH3Cl　HCl
B．CCl4　HCl
C．CH3Cl　CH2Cl2
D．CH3Cl　CH2Cl2　CHCl3　CCl4　HCl
(3)经过几个小时的反应后，U形管右端的水柱变化是________。
A．升高
B．降低
C．不变
D．无法确定
(4)若水中含有Na2SiO3，则在U形管左端会观察到________。
(5)右端玻璃管的作用是_________。


1.某烷烃含200个氢原子，则该烃的分子式是
A．C97H200 B．C98H200
C．C99H200 D．C100H200
2.可燃冰是天然气与水相互作用形成的晶体物质，主要存在于冻土层和海底大陆架中。据测定每0.1m3固体“可燃冰”要释放20ｍ3的甲烷气体，则下列说法中不正确的是（ ）
A．“可燃冰”释放的甲烷属于烃　　
B．“可燃冰”是水变油，属于化学变化
C．“可燃冰”将成为人类的后续能源　
D．青藏高原可能存在巨大体积的“可燃冰”
3.在光照下，将等物质的量的CH4和Cl2充分反应，得到产物的物质的量最多的是（ ）
A.CH3Cl B.CH2Cl2
C.CCl4 D.HCl
4.把纯净的甲烷与氯气混合气放在集气瓶中，用玻璃片盖好瓶口，放在光亮的地方一段时间后，下列说法中，不正确的是( )
A．气体发生爆炸反应
B．瓶内气体的颜色变浅
C．用一根蘸有浓氨水的玻璃棒伸入瓶内时有白烟产生
D．集气瓶壁有油状液体生成
5.甲烷气体在氧气中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．甲烷气体中含碳元素和氢元素
C．甲烷气体中只含有碳元素和氢元素
D．甲烷的化学性质比较稳定
6.已知瓦斯气又叫煤层气，它与天然气成分无异，下列有关说法不正确的是（ ）
A．瓦斯气主要成分是甲烷
B．瓦斯气在空气中占任意体积分数时，均会发生爆炸
C．井下及时通风透气、加强监测，控制瓦斯气的浓度并严禁明火，是安全生产的关键之一
D．煤层气直接排放到空气中，不仅浪费资源还会加剧温室效应。


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-
8.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CaCl2和NaOH的玻璃管。结果盛NaOH的玻璃管质量增加了1.1g，则原来甲烷在标准状况下的体积为（ ）
A.2.24L B.1.12L
C.0.56L D.0.28L
二．填空题
9.目前上海大部分城市居民所使用的燃料主要是管道煤气，浦东新区居民开始使用东海天然气作为民用燃料。管道煤气的主要成分为CO、H2和少量烃类，天然气的主要成分是CH4。它们的燃烧反应如下：

根据以上化学方程式判断，燃烧相同体积的管道煤气和天然气，消耗空气体积较大是 。因此燃烧管道煤气的灶具如需改燃天然气，灶具的改进方法是 进风口（填“增大”或“减少”），如不作改进可能产生的不良后果是 ，管道煤气中含有的烃类，除甲烷外，还有少量乙烷、丙烷、丁烷等，它们的某些性质见下表：

乙烷
丙烷
丁烷
熔点（℃）
-183.3
-189.7
-138.4
沸点（℃）
-88.6
-42.1
-0.5
试根据以上某个关键数据解释冬天严寒的季节有时管道煤气火焰很小，并且呈断续状态的原因是 。
10.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

根据要求填空：
(1) B装置有三种功能：①_________________；②____________；③_____________。
(2) 设 (Cl2)/  (CH4) =，若理论上欲获得最多的氯化氢，则值的取值范围为___________。
(3) D装置的石棉中均匀混有KI粉末，其作用是___________________。
(4)E装置的作用是_______________（填编号）。
A．收集气体                   B．吸收氯气
C．防止倒吸                   D．吸收氯化氢
(5)在C装置中，经过一段时间的强光照射，发现硬质玻璃管内壁有黑色小颗粒产生，写出置换出黑色小颗粒的化学方程式　　　　　　　　　　。
(6)E装置除生成盐酸外，还含有有机物，从E中分离出盐酸的最佳方法为　　　　。
该装置还有缺陷，原因是没有进行尾气处理，其尾气主要成分为　　　　（填编号）。
A．CH4        B．CH3Cl C．CH2Cl2      D．CHCl3 E．CCl4

_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________

一．选择题
1．北京奥运会“祥云”火炬所用燃料的主要成分是丙烷，下列有关丙烷的叙述错误的是（ ）
A．分子中的3个碳原子在一条直线上
B．在光照条件下能和氯气发生取代反应
C．充分燃烧的产物是水和二氧化碳
D．丙烷和丁烷互为同系物
2．将等体积的甲烷与氯气混合于一集气瓶中，加盖后置于光亮处，下列有关此实验的现象和结论叙述不正确的是（ ）
A．瓶中气体的黄绿色逐渐变浅
B．瓶内壁有油状液滴形成
C．若日光直射，可能发生爆炸
D．生成物只有CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4
3．一定质量的甲烷燃烧后得到的产物为CO、CO2和水蒸气，此混合气体质量为49.6g，当其缓慢经过无水CaCl2时，CaCl2增重25.2g。原混合气体中CO的质量为（ ）
A．24.4 g B．19.7g C．13.2g D．11.2g
4．若要使1 mol 甲烷和Cl2发生取代反应，反应后CH4与Cl2均无剩余，并生成相同物质的量的四种取代物， 则需要Cl2的物质的量为（ ）
A．0.5 mol B．2 mol C．2.5 mol D．4 mol
5.1mol某烷烃完全燃烧，需要8mol氧气，这种烷烃的化学式是（ ）
A.C3H8 B.C4H10 C.C5H12 D.C6H14
6.下列物质在一定条件下，可与CH4发生化学反应的是（ ）
A.氯气 B.溴水 C.氧气 D.KMnO4溶液
7．下列各组物质中，互为同系物的是（ ）
A．CH4和CH3CH2CH3 B．和
C． D．
8.互称为同分异构体的物质不可能具有（ ）
A．相同的相对分子质量 B.相同的结构
C．相同的通式 D.相同的化学式

二．填空题
9. 据报道，某煤矿井下采煤面瓦斯突出，发生爆炸，当场造成56人死亡，92人生死不明。截至记者发稿时，经过全力搜救，目前又发现4名遇难矿工遗体，死亡人数增加至60人。其中，55人系窒息死亡。目前，尚有88名矿工下落不明。根据以上信息回答下列问题：
(1)写出瓦斯爆炸的化学方程式
(2)可燃性气体的爆炸都有一个爆炸极限，所谓爆炸极限是指可燃气体（或蒸汽或粉尘等）与空气混合后，遇火产生爆炸的最高或最低浓度（通常以体积百分数表示）。下表是甲烷在空气和纯氧气中的爆炸极限。

空气中
纯氧气中
甲烷的爆炸极限
5.0~15%
5.0~60%
下面是瓦斯和空气组成的混和气体中瓦斯的体积含量，从是否能够爆炸方面考虑，请判断哪些是不安全的 。
A．3％ B．10％ C．30％ D．60％
(3)请分析人为什么在瓦斯爆炸的矿中会窒息死亡：
。
(4)由矿井中的瓦斯爆炸，根据你的化学实验经验，你可以得出什么启示？（提示：对可燃性气体的加热、点燃操作应该注意的问题） 。














本讲参考答案
基础演练
一．选择题
1．D　2.C 3．A　4．B 5．B　6．A　7．D　 8．B 9．C　10．C
二．填空题
11．难溶于水易溶于有机溶剂易燃烧
12．碳；CH4；25％
13．①颜色变浅②液面上升③有黄色油状物生成④溶液中有沉淀生成
巩固提高
一．选择题
1．B
2．D　3．C　4．D　5．D　6．C 7．B　
二．填空题
8．(1)H2　(2)CO　(3)CH4或H2、CO或H2、CH4或CO、CH4或H2、CO、CH4
9．(1)CH4＋4Cl2CCl4＋4HCl　(2)D　(3)B　(4)有白色胶状沉淀生成　(5)平衡气压
当堂检测
一 .选择题
1. C 2.B 3．D 4．A 5．B 6．B 7．B 8．C
二．填空题
9．天然气；增大；不能充分燃烧，生成有毒的CO；丁烷遇冷凝结为液体使管道内气流不畅。
10.(1)①控制气流速度　②均匀混合气体　③干燥混合气体
(2) 大于或等于4
(3) 吸收过量的氯气
(4)CD
(5) CH4+2Cl2C+4HCl(6) 分液　ab

家庭作业
一．选择题
1.A 2.D 3.D 4.C 5.C 6.AC 7．A 8．B
二．填空题
9.（1）；（2）B；
（3）从上述瓦斯爆炸的化学方程式可以看出这是一个耗氧性的反应，爆炸时耗尽了矿井的几乎所有的氧气，所以人在其中会窒息死亡；
（4）可燃性气体的加热、点燃操作前必须进行验纯操作。