資源簡介

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
[核心素養發展目標]　1.認識甲烷的組成和結構特點。會書寫甲烷的分子式、結構式及電子式，形成“結構決定性質”的觀念，培養宏觀辨識與微觀探析的能力。2.知道甲烷能發生氧化反應和取代反應，掌握取代反應的概念，能通過分析、推理等方法，判斷有機物的取代反應，培養證據推理的能力。
一、甲烷的組成與結構
1．甲烷
甲烷是一種____色、____味、____溶于水的氣體，熔、沸點____、密度比空氣____。甲烷是________的主要成分，________的水合物外形似冰，被稱為“可燃冰”。
2．甲烷的組成與結構
(1)組成與結構
分子式 電子式 結構式 球棍模型
(2)結構特點
碳原子位于中心，與4個氫原子形成完全相同的4個C—H共價鍵，相鄰C—H共價鍵的夾角為109°28′，具有____________空間結構。
(1)甲烷分子中碳原子最外層有4個電子，可以形成4個共價鍵(　　)
(2)已知甲烷為正四面體結構，可推知CCl4也為正四面體結構(　　)
(3)天然氣就是純凈的甲烷氣體(　　)
(4)16 g CH4分子中含有2NA個C—H鍵(　　)
(5)甲烷和四氯化碳的分子中各原子均達到8電子穩定結構(　　)
已知標準狀況下，甲烷的密度是0.717 g·L－1。
(1)甲烷的相對分子質量是多少？
________________________________________________________________________
(2)甲烷中含碳元素的質量分數為75%，含氫元素的質量分數為25%，求甲烷的分子式。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
1．下列敘述與甲烷無關的是(　　)
A．天然氣、沼氣、可燃冰的主要成分
B．“西氣東輸”工程中運輸的氣體的主要成分
C．造成“光化學煙霧”的氣體
D．煤礦中瓦斯爆炸
2．如圖所示均能表示甲烷的分子結構，下列說法錯誤的是(　　)
A．Ⅰ將各原子看成了質點，為空間結構示意圖
B．Ⅱ為電子式，表示甲烷分子中有8個電子
C．Ⅲ為球棍模型，棍代表甲烷分子內含有的共價鍵
D．Ⅳ為空間填充模型，能表示出甲烷的空間結構及各原子的相對大小
一個碳原子與其他4個原子以4個單鍵相結合時：
(1)如果這4個原子相同，分別在四面體的頂點上，則構成正四面體；
(2)如果這4個原子不相同，則分別在四面體的頂點上，但不是正四面體；
(3)無論這4個原子是否相同，都不可能在同一平面上，并且最多有3個原子共面。
二、甲烷的化學性質
1．穩定性
CH4性質穩定，不與______、______、______等物質反應。
2．氧化反應
點燃甲烷氣體，觀察燃燒現象，并檢驗燃燒產物。
(1)猜想：根據甲烷(CH4)的組成，其燃燒后可能會生成______和______。
(2)實驗驗證
燃燒現象 檢驗產物
方法 現象 結論
______色火焰 在火焰上方罩一個干燥的燒杯 燒杯內壁有水珠產生
在火焰上方罩一個涂有澄清石灰水的燒杯 燒杯內壁變渾濁
(3)實驗結論
經測定，1 mol CH4完全燃燒生成________和__________，放出890 kJ的熱，熱化學方程式為________________________________________________，因此，甲烷是一種高效而潔凈的燃料。
3．取代反應
(1)實驗探究
實驗裝置與操作 用排飽和食鹽水法在集氣瓶中先后收集體積的氯氣和體積的甲烷氣體，用燈光照射瓶中的混合氣體
實驗現象 集氣瓶內黃綠色氣體顏色逐漸變淺，集氣瓶內壁有__________出現，瓶中有少量白霧，且瓶內液面______，水槽中有固體析出
實驗結論 CH4與Cl2需在______條件下發生化學反應，有關化學方程式為 CH4＋Cl2________________________________________； CH3Cl＋Cl2_________________________________________； CH2Cl2＋Cl2__________________________________________； CHCl3＋Cl2____________________________________________
特別提醒　①水溶性：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4均不溶于水。②狀態：常溫下除CH3Cl是氣體，其余三種均為油狀液體。
(2)取代反應
①概念：有機化合物分子中的某種原子(或原子團)被另一種______________所取代的反應。
②特點
a．反應條件，在光照條件下，甲烷與鹵素單質發生取代反應。
b．連續反應，甲烷分子中的氫原子被氯原子逐步取代，反應一旦開始，后續反應立即進行，且各步反應可同時進行。
③因為有機化學反應的副產物較多，所以寫化學方程式時用“―→”連接反應物和目標產物。
(1)甲烷性質穩定，與任何氧化劑都不反應(　　)
(2)CH4和Cl2按體積比1∶1混合，發生取代反應生成的產物只有兩種(　　)
(3)CH4和Cl2發生取代反應時，每生成1 mol HCl，則有1 mol Cl2參加反應(　　)
(4)CH4分子為正四面體結構，因此其生成物CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4都為正四面體結構(　　)
(5)取代反應和置換反應都是物質中某些原子或原子團被其他原子或原子團代替，因此本質相同(　　)
1．若甲烷分子中的一個氫原子被氯原子取代，生成的CH3Cl還是四面體結構嗎？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
2．甲烷中每有1 mol氫原子被取代，消耗Cl2的物質的量是多少？
________________________________________________________________________
1．下列物質在一定條件下能與甲烷發生取代反應的是(　　)
A．氯氣
B．酸性高錳酸鉀溶液
C．氫氧化鈉溶液
D．溴水
2．實驗室中用如圖所示的裝置進行甲烷與氯氣在光照條件下反應的實驗。
光照下反應一段時間后，下列裝置示意圖中能正確反映實驗現象的是(　　)
3．在光照條件下，將1 mol CH4與Cl2反應，得到四種有機產物CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4的物質的量之比為1∶2∶3∶4，則消耗Cl2的物質的量為(　　)
A．0.5 mol B．1.25 mol
C．2.5 mol D．3 mol
甲烷的取代反應(共32張PPT)
專題8　第一單元　
第1課時　天然氣的利用　甲烷
核心素養
發展目標
1.認識甲烷的組成和結構特點。會書寫甲烷的分子式、結構式及電子式，形成
“結構決定性質”的觀念，培養宏觀辨識與微觀探析的能力。
2.知道甲烷能發生氧化反應和取代反應，掌握取代反應的概念，能通過分析、
推理等方法，判斷有機物的取代反應，培養證據推理的能力。
一、甲烷的組成與結構
二、甲烷的化學性質
課時對點練
內容索引
甲烷的組成與結構
一
1.甲烷
甲烷是一種____色、____味、____溶于水的氣體，熔、沸點____、密度比空氣____。甲烷是_______的主要成分，_______的水合物外形似冰，被稱為“可燃冰”。
無
無
難
低
小
天然氣
天然氣
2.甲烷的組成與結構
(1)組成與結構
分子式 電子式 結構式 球棍模型
______ ________ _________
CH4
(2)結構特點
碳原子位于中心，與4個氫原子形成完全相同的4個C—H共價鍵，相鄰C—H共價鍵的夾角為109°28′，具有_________空間結構。
正四面體
正誤判斷
(1)甲烷分子中碳原子最外層有4個電子，可以形成4個共價鍵
(2)已知甲烷為正四面體結構，可推知CCl4也為正四面體結構
(3)天然氣就是純凈的甲烷氣體
(4)16 g CH4分子中含有2NA個C—H鍵
(5)甲烷和四氯化碳的分子中各原子均達到8電子穩定結構
√
×
×
√
×
已知標準狀況下，甲烷的密度是0.717 g·L－1。
(1)甲烷的相對分子質量是多少？
深度思考
提示　由M＝ρ·22.4 L·mol－1得，M(甲烷)≈16 g·mol－1，即甲烷的相對分子質量為16。
(2)甲烷中含碳元素的質量分數為75%，含氫元素的質量分數為25%，求甲烷的分子式。
深度思考
1.下列敘述與甲烷無關的是
A.天然氣、沼氣、可燃冰的主要成分
B.“西氣東輸”工程中運輸的氣體的主要成分
C.造成“光化學煙霧”的氣體
D.煤礦中瓦斯爆炸
√
應用體驗
2.如圖所示均能表示甲烷的分子結構，下列說法錯誤的是
應用體驗
A.Ⅰ將各原子看成了質點，為空間結構示意圖
B.Ⅱ為電子式，表示甲烷分子中有8個電子
C.Ⅲ為球棍模型，棍代表甲烷分子內含有的共價鍵
D.Ⅳ為空間填充模型，能表示出甲烷的空間結構及各原子的相對大小
√
Ⅱ表示電子式，但略去了碳原子的內層電子，甲烷分子中應含有10個電子。
歸納總結
一個碳原子與其他4個原子以4個單鍵相結合時：
(1)如果這4個原子相同，分別在四面體的頂點上，則構成正四面體；
(2)如果這4個原子不相同，則分別在四面體的頂點上，但不是正四面體；
(3)無論這4個原子是否相同，都不可能在同一平面上，并且最多有3個原子共面。
返回
甲烷的化學性質
二
1.穩定性
CH4性質穩定，不與_____、_____、________等物質反應。
2.氧化反應
點燃甲烷氣體，觀察燃燒現象，并檢驗燃燒產物。
(1)猜想：根據甲烷(CH4)的組成，其燃燒后可能會生成_____和____。
強酸
強堿
KMnO4
CO2
H2O
(2)實驗驗證
燃燒現象 檢驗產物 方法 現象 結論
_____色火焰 在火焰上方罩一個干燥的燒杯 燒杯內壁有水珠產生 _________
在火焰上方罩一個涂有澄清石灰水的燒杯 燒杯內壁變渾濁 _______________
淡藍
生成了水
生成了二氧化碳
(3)實驗結論
經測定，1 mol CH4完全燃燒生成________和__________，放出890 kJ的熱，熱化學方程式為________________________________________
______________，因此，甲烷是一種高效而潔凈的燃料。
液態水
二氧化碳
CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝
－890 kJ·mol－1
3.取代反應
(1)實驗探究
實驗裝置 與操作
實驗現象 集氣瓶內黃綠色氣體顏色逐漸變淺，集氣瓶內壁有_________出現，瓶中有少量白霧，且瓶內液面_____，水槽中有固體析出
實驗結論 CH4與Cl2需在_____條件下發生化學反應，有關化學方程式為
CH4＋Cl2　　　______________________；
CH3Cl＋Cl2　　　______________________；
CH2Cl2＋Cl2　　　___________________________；
CHCl3＋Cl2　　　_____________________________
油狀液體
上升
光照
CH3Cl(一氯甲烷)＋HCl
CH2Cl2(二氯甲烷)＋HCl
CHCl3(三氯甲烷或氯仿)＋HCl
CCl4(四氯甲烷或四氯化碳)＋HCl
特別提醒　①水溶性：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4均不溶于水。
②狀態：常溫下除CH3Cl是氣體，其余三種均為油狀液體。
(2)取代反應
①概念：有機化合物分子中的某種原子(或原子團)被另一種_________
________所取代的反應。
②特點
a.反應條件，在光照條件下，甲烷與鹵素單質發生取代反應。
b.連續反應，甲烷分子中的氫原子被氯原子逐步取代，反應一旦開始，后續反應立即進行，且各步反應可同時進行。
③因為有機化學反應的副產物較多，所以寫化學方程式時用“―→”連接反應物和目標產物。
原子(或
原子團)
正誤判斷
(1)甲烷性質穩定，與任何氧化劑都不反應
(2)CH4和Cl2按體積比1∶1混合，發生取代反應生成的產物只有兩種
(3)CH4和Cl2發生取代反應時，每生成1 mol HCl，則有1 mol Cl2參加反應
(4)CH4分子為正四面體結構，因此其生成物CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4都為正四面體結構
(5)取代反應和置換反應都是物質中某些原子或原子團被其他原子或原子團代替，因此本質相同
×
√
×
×
×
1.若甲烷分子中的一個氫原子被氯原子取代，生成的CH3Cl還是四面體結構嗎？
深度思考
提示　CH3Cl中3個H和1個Cl仍分別位于四面體的4個頂點，仍為四面體結構，但不是正四面體結構。
2.甲烷中每有1 mol氫原子被取代，消耗Cl2的物質的量是多少？
提示　1 mol。
1.下列物質在一定條件下能與甲烷發生取代反應的是
A.氯氣 B.酸性高錳酸鉀溶液
C.氫氧化鈉溶液 D.溴水
√
應用體驗
A項，氯氣在光照條件下與甲烷可以發生取代反應；
B項，酸性高錳酸鉀溶液不能氧化甲烷，也不能與甲烷發生取代反應；
C項，氫氧化鈉溶液與甲烷不反應；
D項，溴水與甲烷不反應。
2.實驗室中用如圖所示的裝置進行甲烷與氯氣在光照條件下反應的實驗。
光照下反應一段時間后，下列裝置示意圖中能正確反映實驗現象的是
應用體驗
√
甲烷與氯氣在光照條件下發生取代反應，黃綠色的
氯氣減少，因此試管內氣體顏色逐漸變淺；反應生
成的HCl極易溶于水，使試管內氣體壓強減小，因
此試管內液面上升；生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4
均為無色油狀液體，附著在試管壁上，因此試管壁上出現無色油狀液滴；生成的HCl氣體遇到水蒸氣溶解生成鹽酸小液滴，形成白霧，因此試管中有少量白霧。
3.在光照條件下，將1 mol CH4與Cl2反應，得到四種有機產物CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4的物質的量之比為1∶2∶3∶4，則消耗Cl2的物質的量為
A.0.5 mol　 　　　B.1.25 mol　 　　　C.2.5 mol　 　　　D.3 mol
√
應用體驗
四種有機產物的物質的量之比為n(CH3Cl)∶n(CH2Cl2)∶n(CHCl3)∶　n(CCl4)＝1∶2∶3∶4，則四種取代物的物質的量分別為n(CH3Cl)＝
0.1 mol，n(CH2Cl2)＝0.2 mol，n(CHCl3)＝0.3 mol，n(CCl4)＝0.4 mol，發生取代反應時，一半的Cl進入HCl，消耗氯氣的物質的量為0.1 mol＋2×0.2 mol＋3×0.3 mol＋4×0.4 mol＝3 mol。
歸納總結
甲烷的取代反應
返回第一單元　化石燃料與有機化合物
第1課時　天然氣的利用　甲烷
[核心素養發展目標]　1.認識甲烷的組成和結構特點。會書寫甲烷的分子式、結構式及電子式，形成“結構決定性質”的觀念，培養宏觀辨識與微觀探析的能力。2.知道甲烷能發生氧化反應和取代反應，掌握取代反應的概念，能通過分析、推理等方法，判斷有機物的取代反應，培養證據推理的能力。
一、甲烷的組成與結構
1．甲烷
甲烷是一種無色、無味、難溶于水的氣體，熔、沸點低、密度比空氣小。甲烷是天然氣的主要成分，天然氣的水合物外形似冰，被稱為“可燃冰”。
2．甲烷的組成與結構
(1)組成與結構
分子式 電子式 結構式 球棍模型
CH4
(2)結構特點
碳原子位于中心，與4個氫原子形成完全相同的4個C—H共價鍵，相鄰C—H共價鍵的夾角為109°28′，具有正四面體空間結構。
(1)甲烷分子中碳原子最外層有4個電子，可以形成4個共價鍵(　　)
(2)已知甲烷為正四面體結構，可推知CCl4也為正四面體結構(　　)
(3)天然氣就是純凈的甲烷氣體(　　)
(4)16 g CH4分子中含有2NA個C—H鍵(　　)
(5)甲烷和四氯化碳的分子中各原子均達到8電子穩定結構(　　)
答案　(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×
已知標準狀況下，甲烷的密度是0.717 g·L－1。
(1)甲烷的相對分子質量是多少？
提示　由M＝ρ·22.4 L·mol－1得，M(甲烷)≈16 g·mol－1，即甲烷的相對分子質量為16。
(2)甲烷中含碳元素的質量分數為75%，含氫元素的質量分數為25%，求甲烷的分子式。
提示　甲烷分子中，N(C)＝＝1，N(H)＝＝4，故甲烷的分子式為CH4。
1．下列敘述與甲烷無關的是(　　)
A．天然氣、沼氣、可燃冰的主要成分
B．“西氣東輸”工程中運輸的氣體的主要成分
C．造成“光化學煙霧”的氣體
D．煤礦中瓦斯爆炸
答案　C
2．如圖所示均能表示甲烷的分子結構，下列說法錯誤的是(　　)
A．Ⅰ將各原子看成了質點，為空間結構示意圖
B．Ⅱ為電子式，表示甲烷分子中有8個電子
C．Ⅲ為球棍模型，棍代表甲烷分子內含有的共價鍵
D．Ⅳ為空間填充模型，能表示出甲烷的空間結構及各原子的相對大小
答案　B
解析　Ⅱ表示電子式，但略去了碳原子的內層電子，甲烷分子中應含有10個電子。
一個碳原子與其他4個原子以4個單鍵相結合時：
(1)如果這4個原子相同，分別在四面體的頂點上，則構成正四面體；
(2)如果這4個原子不相同，則分別在四面體的頂點上，但不是正四面體；
(3)無論這4個原子是否相同，都不可能在同一平面上，并且最多有3個原子共面。
二、甲烷的化學性質
1．穩定性
CH4性質穩定，不與強酸、強堿、KMnO4等物質反應。
2．氧化反應
點燃甲烷氣體，觀察燃燒現象，并檢驗燃燒產物。
(1)猜想：根據甲烷(CH4)的組成，其燃燒后可能會生成CO2和H2O。
(2)實驗驗證
燃燒現象 檢驗產物
方法 現象 結論
淡藍色火焰 在火焰上方罩一個干燥的燒杯 燒杯內壁有水珠產生 生成了水
在火焰上方罩一個涂有澄清石灰水的燒杯 燒杯內壁變渾濁 生成了二氧化碳
(3)實驗結論
經測定，1 mol CH4完全燃燒生成液態水和二氧化碳，放出890 kJ的熱，熱化學方程式為CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－890 kJ·mol－1，因此，甲烷是一種高效而潔凈的燃料。
3．取代反應
(1)實驗探究
實驗裝置與操作 用排飽和食鹽水法在集氣瓶中先后收集體積的氯氣和體積的甲烷氣體，用燈光照射瓶中的混合氣體
實驗現象 集氣瓶內黃綠色氣體顏色逐漸變淺，集氣瓶內壁有油狀液體出現，瓶中有少量白霧，且瓶內液面上升，水槽中有固體析出
實驗結論 CH4與Cl2需在光照條件下發生化學反應，有關化學方程式為 CH4＋Cl2CH3Cl(一氯甲烷)＋HCl； CH3Cl＋Cl2CH2Cl2(二氯甲烷)＋HCl； CH2Cl2＋Cl2CHCl3(三氯甲烷或氯仿)＋HCl； CHCl3＋Cl2CCl4(四氯甲烷或四氯化碳)＋HCl
特別提醒　①水溶性：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4均不溶于水。②狀態：常溫下除CH3Cl是氣體，其余三種均為油狀液體。
(2)取代反應
①概念：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特點
a．反應條件，在光照條件下，甲烷與鹵素單質發生取代反應。
b．連續反應，甲烷分子中的氫原子被氯原子逐步取代，反應一旦開始，后續反應立即進行，且各步反應可同時進行。
③因為有機化學反應的副產物較多，所以寫化學方程式時用“―→”連接反應物和目標產物。
(1)甲烷性質穩定，與任何氧化劑都不反應(　　)
(2)CH4和Cl2按體積比1∶1混合，發生取代反應生成的產物只有兩種(　　)
(3)CH4和Cl2發生取代反應時，每生成1 mol HCl，則有1 mol Cl2參加反應(　　)
(4)CH4分子為正四面體結構，因此其生成物CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4都為正四面體結構(　　)
(5)取代反應和置換反應都是物質中某些原子或原子團被其他原子或原子團代替，因此本質相同(　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×
1．若甲烷分子中的一個氫原子被氯原子取代，生成的CH3Cl還是四面體結構嗎？
提示　CH3Cl中3個H和1個Cl仍分別位于四面體的4個頂點，仍為四面體結構，但不是正四面體結構。
2．甲烷中每有1 mol氫原子被取代，消耗Cl2的物質的量是多少？
提示　1 mol。
1．下列物質在一定條件下能與甲烷發生取代反應的是(　　)
A．氯氣
B．酸性高錳酸鉀溶液
C．氫氧化鈉溶液
D．溴水
答案　A
解析　A項，氯氣在光照條件下與甲烷可以發生取代反應；B項，酸性高錳酸鉀溶液不能氧化甲烷，也不能與甲烷發生取代反應；C項，氫氧化鈉溶液與甲烷不反應；D項，溴水與甲烷不反應。
2．實驗室中用如圖所示的裝置進行甲烷與氯氣在光照條件下反應的實驗。
光照下反應一段時間后，下列裝置示意圖中能正確反映實驗現象的是(　　)
答案　D
解析　甲烷與氯氣在光照條件下發生取代反應，黃綠色的氯氣減少，因此試管內氣體顏色逐漸變淺；反應生成的HCl極易溶于水，使試管內氣體壓強減小，因此試管內液面上升；生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4均為無色油狀液體，附著在試管壁上，因此試管壁上出現無色油狀液滴；生成的HCl氣體遇到水蒸氣溶解生成鹽酸小液滴，形成白霧，因此試管中有少量白霧。
3．在光照條件下，將1 mol CH4與Cl2反應，得到四種有機產物CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4的物質的量之比為1∶2∶3∶4，則消耗Cl2的物質的量為(　　)
A．0.5 mol
B．1.25 mol
C．2.5 mol
D．3 mol
答案　D
解析　四種有機產物的物質的量之比為n(CH3Cl)∶n(CH2Cl2)∶n(CHCl3)∶n(CCl4)＝1∶2∶3∶4，則四種取代物的物質的量分別為n(CH3Cl)＝0.1 mol，n(CH2Cl2)＝0.2 mol，n(CHCl3)＝0.3 mol，n(CCl4)＝0.4 mol，發生取代反應時，一半的Cl進入HCl，消耗氯氣的物質的量為0.1 mol＋2×0.2 mol＋3×0.3 mol＋4×0.4 mol＝3 mol。
甲烷的取代反應

展開更多......

收起↑