化学必修2第三章第一节教师.docx

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化学必修2第三章第一节教师

第三章　第一节　最简单的有机化合物——甲烷

第1课时　甲烷的性质

一、甲烷的存在与结构

1．甲烷的存在

甲烷是天然气、沼气、油田气和煤矿坑道气的主要成分。

天然气中甲烷所占的体积分数一般为80%～97%。

2．甲烷的组成与结构

在甲烷分子中，碳原子与4个氢原子形成4个C—H共价键，分子式为CH4，结构如下：

（1）结构式

在电子式的基础上，用一条短线表示一对共用电子所得的图式叫做结构式。

省略了部分或全部短线的结构式叫做结构简式。

甲烷的结构简式为CH4（它同时也是甲烷的分子式）。

（2）在CH4分子里，每个氢原子都以单键与碳原子结合，任意2个C—H键之间的夹角都是109°28′，使CH4分子的空间构型为正四面体。

甲烷在组成与结构上是最简单的有机化合物，但其分子空间构型是认识复杂有机化合物分子空间构型的基础。

（3）判断甲烷分子的空间构型是正四面体形而不是平面正方形的方法一般可以通过研究二氯甲烷只有一种结构来确定。

若甲烷分子呈正四面体形，则其二氯代物只有一种（Ⅰ）。

而若甲烷分子呈平面正方形，则其二氯代物可以有两种（Ⅱ、Ⅲ）。

（Ⅰ）（Ⅱ）（Ⅲ）

事实是甲烷的二氯代物只有一种，由此可判断甲烷分子的空间构型为正四面体形而非平面正方形。

二、甲烷的性质

1．物理性质

甲烷是一种没有颜色、没有气味的气体，极难溶于水，密度比空气小。

2．化学性质

（1）稳定性：

甲烷分子结构稳定，通常不与强酸、强碱或强氧化剂反应，也不能使溴水和酸性KMnO4溶液褪色。

但是在一定条件下，甲烷也能发生某些反应。

经硫酸酸化的KMnO4溶液有很强的氧化性，在有机化学的学习中经常通过观察某有机物是否能使紫色的酸性KMnO4溶液褪色来判断其性质是否活泼等。

（2）可燃性：

甲烷是一种优良的气体燃料，通常状况下，1mol甲烷在空气中完全燃烧，生成CO2和液态水，放出890kJ热量。

甲烷完全燃烧的化学方程式为：

CH4＋2O2

CO2＋2H2O。

（3）取代反应

取代反应是指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。

在室温下，甲烷和氯气的混合物可以在黑暗中共存而不发生反应，但光照时，混合物的颜色逐渐变浅，瓶壁出现油状液滴，瓶中有少量白雾。

反应的化学方程式为：

反应并没有到此终止，生成的一氯甲烷继续与氯气反应，依次生成二氯甲烷、三氯甲烷（又叫氯仿）和四氯甲烷（又叫四氯化碳），这些反应可分别表示如下：

在这些反应里，甲烷分子里的氢原子逐步被氯原子所取代，生成四种取代产物（CH3Cl，CH2Cl2，CHCl3，CCl4）及HCl的混合物。

甲烷与氯气取代反应的四种有机产物都不溶于水。

在常温下，一氯甲烷是气体，其他三种都是油状液体。

[特别提醒]

①甲烷的取代反应要注意：

反应条件：

光照（室温下，在暗处不发生反应，但不能用强光直接照射，否则会发生爆炸）。

反应物：

纯卤素单质，如甲烷通入溴水中不反应。

反应不会停留在某一步，因此产物是5种物质的混合物。

1molH被取代需要1molCl2，认为1个Cl2分子能取代2个H原子是一个常见的错误。

②有机物参加的反应往往比较复杂，常有副反应发生，生成副产物，因此，有关有机物反应的化学方程式通常不用“===”而用“―→”表示。

（3）甲烷的高温分解反应

甲烷在1500℃以上的高温条件下能较完全分解，生成炭黑和氢气。

反应的化学方程式为CH4

C＋2H2。

三、取代反应与置换反应的区别

取代反应是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，含义是指连接上某些原子或原子团的同时，要断下来某些原子或原子团。

对小分子而言，自身要分成两部分，一部分参加取代，同时，另一部分和被取代下来的原子或原子团结合成新的分子，因此取代反应要形成两种产物。

从反应物的类型来看，取代反应中至少有一种是有机物，另一种反应物既可以是有机物也可以是无机物；

从分子组成的变化形式上看，有机物分子里被代替的既可以是原子又可以是原子团，代替连接到有机物分子中去的同样既可以是原子又可以是原子团。

而置换反应是一种单质和一种化合物之间的反应，产物是另一种单质和化合物，它一定是氧化还原反应。

类别

取代反应

置换反应

实例

CH4＋Cl2

CH3Cl＋HCl

Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑

区

别

定义

有机物分子里的原子或原子团被其他原子或原子团所代替的反应

一种单质与一种化合物反应，生成另一种单质和另一种化合物的反应

反应物

一种化合物和另一种化合物或单质

一种单质和一种化合物

生成物

一般生成两种化合物

另一化合物和另一种单质

电子得失

不一定发生电子转移，不一定是氧化还原反应

一定发生电子转移，一定是氧化还原反应

是否可逆

有不少是可逆反应

一般是不可逆反应

第2课时　烷　　烃

一、烷烃的组成和结构特点

1．烃：

只由碳和氢两种元素组成的化合物叫碳氢化合物，也叫烃。

2．烷烃：

烃的分子中碳原子之间只以C—C单键结合，剩余的价键全部跟氢原子结合，达到饱和状态，这样的烃叫饱和烃，也叫烷烃。

由于C—C连成链状，所以烷烃又叫饱和链烃。

3．烷烃的组成通式为CnH2n＋2（n≥1）。

二、烷烃的命名及性质

1．烷烃的简单命名

碳原子数在十个以内时，以甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸依次代表碳原子数，其后加“烷”字；碳原子数在十个以上时，直接用汉字数字来代表碳原子数。

如CH4：

甲烷；C4H10：

丁烷；C7H16：

庚烷；C12H26：

十二烷；C17H36：

十七烷。

2．烷烃的性质

（1）烷烃的物理性质

随着分子中碳原子数的增加，烷烃的物理性质呈现规律性的变化：

状态由气态到液态再到固态，熔、沸点逐渐升高，密度逐渐增大。

（2）烷烃的化学性质

烷烃的化学性质与甲烷相似，一般比较稳定，在通常情况下跟酸、碱和酸性高锰酸钾等强氧化剂都不起反应，也不跟其他物质化合。

但在特定条件下也能发生下列反应：

①取代反应；②氧化反应（燃烧）等。

烷烃完全燃烧的通式为CnH2n＋2＋

O2

nCO2＋（n＋1）H2O。

3．同系物

结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质互称为同系物。

（1）同系物必须结构相似，即组成元素相同，官能团（决定有机化合物化学特性的原子或原子团）的种类、个数与连接方式相同，分子组成通式相同。

（2）同系物的相对分子质量相差14或14的倍数（CH2的分子量）。

（3）同系物有相似的化学性质，而物理性质有一定的递变规律。

如乙烷和丁烷都是烷烃，是饱和烃，分子中碳原子间都是以碳碳单键相连，故结构相似，且C4H10－C2H6＝C2H4，即其分子组成相差2个CH2原子团，所以乙烷和丁烷属于同系物。

三、同分异构现象和同分异构体

1．同分异构现象

化合物具有相同的分子式，但具有不同结构式的现象称为同分异构现象。

2．同分异构体

分子式相同，结构不同的化合物互称为同分异构体。

同分异构体的特点分子式相同，结构不同，性质也不同。

如正丁烷（CH3—CH2—CH2—CH3）和异丁烷CH（CH3）3的分子式都是C4H10，但它们的碳原子排列不同，即结构不同，所以正丁烷和异丁烷互称为同分异构体。

3．存在

同分异构现象广泛存在于有机化合物中，也存在于及有机物与无机物之间有机化合物和无机化合物之间。

例如：

尿素和氰酸铵，化学式：

CO（NH2）2和NH4CNO尿素是有机物，氰酸铵是无机物。

互为同分异构体的物质必然具有相同的分子式和相对分子质量，那么具有相同的相对分子质量的物质是不一定互为同分异构体。

如H2SO4和H3PO4、C3H8和CO2等，它们的相对分子质量相同而分子式不同，不是同分异构体。

同分异构体是有机物的分子式相同但是分子结构不同。

同素异形体是同一种元素形成的多种单质互为同素异形体。

例如金刚石和石墨、红磷和白磷是同素异形体。

同系物与同分异构体的区别:

同系物之间，分子式不同，但性质相似;同分异构体之间，分子式相同，但性质不同。

四、有机物种类繁多的原因

碳在地壳中的含量不高，质量分数只占0.087%，但是它的化合物，尤其是有机化合物，不仅数量众多，而且分布极广。

迄今为止，从自然界发现的和人工合成的有机物已超过3000万种，而且新的有机物仍在以每年近百万种的速度增加。

有机物种类繁多的原因主要有：

1．有机物中每个碳原子可与其他原子形成4个共价键，而且碳碳之间也能相互形成共价键，不仅可以形成单键，还可以形成双键或三键。

2．多个碳原子可相互结合形成碳链，也可形成碳环。

3．一个有机物的分子中可能只含有一个碳原子，也可能含有几千甚至上万个碳原子，而且有机物中普遍存在着同分异构现象。

五、确定有机物分子式的一般方法

实验式（也叫最简式）是表示化合物分子中所含各元素的原子数目最简单整数比的式子。

用化合物的相对分子质量除以其实验式的式量就可以确定其分子式。

最简式相同的有机物 

1.CH：

C2H2、C6H6和C8H8（苯乙烯或环辛四烯）  

2.CH2：

烯烃和环烷烃

3.CH2O：

甲醛、乙酸、甲酸甲酯、葡萄糖

4.CnH2nO：

饱和一元醛（或饱和一元酮）与二倍于其碳原子数的饱和一元 羧酸或酯.例：

乙醛（C2H4O）与丁酸及异构体（C4H8O2）

5.炔烃（或二烯烃）与三倍于其碳原子数的苯及苯的同系物 

例：

丙炔（C3H4）与丙苯（C9H12） 

在有机化学的学习中，确定有机物的结构式或结构简式的前提是先确定其分子式，在分子式的基础上再根据某些性质推导出结构特点，从而确定出结构式或结构简式。

―→分子式

1．确定实验式的方法

（1）根据各种元素的质量之比：

如丁烷中m（C）∶m（H）＝24∶5，则n（C）∶n（H）＝

∶

＝2∶5，可知其实验式为C2H5。

（2）根据燃烧产物的量：

如1mol某烃完全燃烧生成CO2和H2O的物质的量之比为1∶1.5，可知该烃的实验式为CH3。

2．计算化合物的相对分子质量

（1）在标准状况下的气体的摩尔质量，M＝22.4ρ。

ρ=m/V=nM/nVm=M/Vm

标况下Vm=22.4L/mol

M=ρ*22.4ρ的单位：

g/L

（2）根据气体的相对密度，M＝D·Mr（D为相对密度，Mr为已知气体的相对分子质量）。

相对密度是指物质的密度ρ1与参考物质的密度ρ2之比。

符号为D。

D=ρ1/ρ2M＝D·Mr

在同温同压下，相对密度就是相对分子质量之比。

D=ρ1/ρ2=（nM1/22.4）/（nM2/22.4）=M1/M2

例如：

氧气相对于同温同压下氢气的相对密度为16。

则氧气的M=16*2=32

（3）求平均相对分子质量＝Μ1×a%＋Μ2×b%＋…（Μ1、Μ2……表示各组分气体的相对分子质量，a%、b%……表示各组分气体的体积分数）。

（4）根据定义计算：

M＝m/n（m：

质量，n：

物质的量）。

3．用相对分子质量除以实验式的式量，得到的整数倍数值，与实验式相乘，就得到了分子式。

如果实验式的式量等于其相对分子质量，那么实验式就是该化合物的分子式。

六、烃燃烧耗氧规律

1mol某烃CxHy完全燃烧的反应方程式为：

CxHy +（x + y/4）O2 → xCO2 + y/2H2O 

由此可知，每摩烃完全燃烧时耗氧量相当于每摩烃中碳元素和氢元素分别燃烧时耗氧量之和，（x +y/4）。

等质量的烃类完全燃烧时，耗氧量最多的是含氢量最高的。

耗氧量最少的是含碳量最高的。

等物质的量的烃完全燃烧是，看x +y/4数值越大，耗氧量越多。

第三章　第一节　最简单的有机化合物—甲烷练习题

1.瓦斯爆炸是空气中含甲烷5%～15%（体积分数）时遇火所产生的，发生爆炸最剧烈时，甲烷在空气中的体积分数大约为（　　）

A．10.5%B．9.5%C．8%D．5%

答案　B

解析：

可燃性气体在空气中往往有爆炸极限，当它的含量高于或低于这个极限时，就不会爆炸。

当它与氧气的比例与反应比例一致时，爆炸最剧烈。

由CH4＋2O2―→CO2＋2H2O可知瓦斯爆炸最剧烈时，CH4和O2的体积比应为1∶2，空气中氧含量在21%左右。

100体积空气21体积氧

X体积空气2体积氧

X=2×

因此CH4与空气的体积比为1∶（2×

）≈1∶9.5，那么它在空气中的体积分数为

×100%≈9.5%，选B项。

2.将标准状况下的11.2L甲烷和22.4L氧气混合后点燃，恢复到原状况时，气体的体积共（　　）

A．11.2LB．22.4LC．33.6LD．44.8L

答案　A

由CH4＋2O2―→CO2＋2H2O知,当温度超过100℃时,反应前后气体体积不变。

在标准状况下水为液态,11.2L甲烷和22.4L氧气恰好反应,最后只剩下二氧化碳,其体积为11.2L。

3.将1molCH4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，则消耗的氯气为（　　）

A．0.5molB．2molC．2.5molD．4mol

答案　C

解析　解法一：

1molCH4与Cl2发生取代反应，得到的四种取代物的物质的量相等，则生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各为0.25mol，该四种取代物中n（Cl）＝0.25mol×（1＋2＋3＋4）＝2.5mol。

根据取代反应的特点知，n（HCl）＝2.5mol，故生成物中含氯原子物质的量为5mol，根据元素守恒可判断参加反应的n（Cl2）＝2.5mol。

解法二：

生成的四种有机取代物的物质的量相等，则总反应的化学方程式可写为4CH4＋10Cl2―→CH3Cl＋CH2Cl2＋CHCl3＋CCl4＋10HCl，由此可知，1molCH4与2.5molCl2反应。

4.在光照条件下，将1molCH4与1molCl2混合充分反应后，得到的产物是（　　）

A．CH3Cl和HClB．CH2Cl2和HCl

C．CH3Cl和CH2Cl2D．CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl

答案　D

解析　CH4与Cl2在光照条件下反应，反应的特点是分步发生但同时进行，所以四种卤代物和HCl必然都有，其中HCl的物质的量最多。

5．在西部大开发中，国家投入巨资兴建“西气东输”工程，将西部蕴藏的丰富资源通过管道输送到东部地区。

这里所指的“西气”的主要成分是（　　）

A．COB．CH4C．H2D．NH3

答案　B

6．下列各图均能表示甲烷的分子结构，其中不能反映出甲烷是正四面体结构的是（　　）

A．

B．

C．

D．

答案　B

7．下列物质中不属于有机物的是（　　）

A．CH4B．CCl4C．Na2CO3D．CHCl3

答案　C

8．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．HClB．NH3C．NH4＋D．OH－

答案　B

9．某有机物在O2中完全燃烧，生成CO2和H2O，则下列关于该有机物组成的叙述中最合理的是（　　）

A．一定含C、H、O三种元素B．一定含C、H两种元素，可能含O元素

C．一定含C、H两种元素，一定不含O元素D．一定含C元素，可能含H元素和O元素

答案　B

10．光照对下列反应几乎没有影响的是（　　）

A．氯气与氢气反应B．氯气与甲烷反应C．甲烷与氧气反应D．次氯酸分解

答案　C

11．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．有机物一定都是共价化合物

C．有机物不一定不溶于水D．有机物不具备无机物的性质

答案　C

解答：

A、有机物不一定要从有机体中分离出来，如用无机物可制取有机物：

CO+2H2

CH3OH（甲醇），故A错误；

B、有些有机盐如CH3COONa、CH3COONH4等属于离子化合物，故B错误；

C、大多数有机物不能溶于水，有的能溶，比如乙醇、乙酸等有机物能溶于水，故C正确；

D、无机物与有机物没有绝对界限，必然有某些共同特点与性质如乙酸具有酸性，故D错误．

12．“可燃冰”是天然气与水相互作用形成的固体物质，主要存在于冻土层和海底大陆架中。

据测定每0.1m3固体的“可燃冰”能释放出20m3甲烷气体。

则下列说法中不正确的是（　　）

A．“可燃冰”释放出的甲烷属于烃类物质

B．“可燃冰”释放出甲烷，为“水变油”提供了依据

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”

答案　B

A．“可燃冰”释放出甲烷，甲烷属于烃，故A正确；

B．可燃冰是天然气与水的混合物，水不能变为油，故B错误；

C．由题意可知，“可燃冰”将成为人类的后继能源，故C正确；

D．“可燃冰”是水与天然气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，故青藏高原冻土层可能存在丰富的“可燃冰”。

13．等物质的量的甲烷和氯气组成的混合气体，经较长时间的光照，生成物中物质的量最大的是（　　）

A．CH3ClB．CH2Cl2C．CCl4D．HCl

答案　D

14．将装有甲烷和氯气混合气体的三个集气瓶，用玻璃片盖好瓶口后，分别作如下处理。

写出实验现象：

（1）置于黑暗中：

________________。

（2）将点燃的镁条靠近集气瓶外壁：

__________________。

（3）放在有光线的房间里：

__________________________________，甲烷和氯气发生的一系列反应都是____________（填反应类型），请写出甲烷和氯气反应生成四氯化碳的化学方程式：

______________________________。

答案　

（1）无明显现象

（2）爆炸

（3）黄绿色逐渐变浅，有油状液滴生成；取代反应；CH4＋4Cl2

CCl4＋4HCl

15．目前大部分城市居民所使用的燃料是管道煤气，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是CO、H2，天然气的主要成分是CH4。

它们的燃烧反应如下：

2CO＋O2

2CO22H2＋O2

2H2OCH4＋2O2

CO2＋2H2O

根据以上化学方程式，判断燃烧相同体积的管道煤气与天然气，消耗空气体积较大的是__________。

因此燃烧管道煤气的灶具如需改烧天然气，灶具的改进方法是________（填“增大”或“减小”）进风口，如不作改进可能产生的不良后果是________________________。

答案　天然气；增大；天然气不能充分燃烧，生成有毒的CO

解析　本题是利用化学知识解决生活问题的一道好题，根据化学方程式的化学计量数之比是物质的量之比也是相同条件下气体的体积之比可以看出，甲烷的耗氧量比水煤气多，因此为保证甲烷完全燃烧应当增大进风口。

16．将甲烷与氯气按物质的量之比1∶3混合，光照条件下发生化学反应后，得到的有机产物是（　　）

①CH3Cl　②CH2Cl2　③CHCl3　④CCl4

A．只有①B．只有③C．①②③的混合物D．①②③④的混合物

答案　D

17．将一定量的甲烷与足量的O2混合后充分燃烧，将所生成的气体依次通过装有足量无水CaCl2和NaOH固体的玻璃管。

结果盛NaOH固体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．2.24LB．1.12LC．0.56LD．0.28L

答案　C

氢氧化钠、氯化钙都具吸水性，氯化钙先吸水，剩下CO2与NaOH反应。

2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O NaOH的玻璃管质量增加了1.1g，所以生成的CO2质量就是1.1g，物质的量为1.1/44=0.025（mol）

CH4＋2O2

CO2＋2H2O

甲烷物质的量也是：

0.025（mol）甲烷在标准状况下的体积为0.025×22.4=0.56（L）

18．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）装置A有三项作用：

①控制气流速度；②均匀混合气体；③________________。

（2）装置C的石棉中均匀混有KI粉末，其作用是____________________。

（3）装置D的作用是________（填字母，下同），使用球形干燥管的目的是________。

a．收集多余的甲烷b．吸收氯气c．防止倒吸d．吸收氯化氢

（4）装置D中除生成盐酸外，还含有有机物，从D中分离出盐酸的最佳方法是____________。

（5）该装置还有缺陷，原因是没有进行尾气处理，其尾气中主要有害成分为________（填字母）。

a．CH3Cl　　　　　b．CH2Cl2c．CHCl3d．CCl4

答案　

（1）干燥混合气体

（2）吸收过量的氯气（3）d；c（4）分液（5）a

甲烷与氯气取代反应的四种有机产物都不溶于水。

在常温下，一氯甲烷是气体，其他三种都是油状液体。

19．将标准状况的下CH4和过量O2的混合气体840mL点燃，再将燃烧后的气体用过量的碱石灰吸收，碱石灰增重0.600g。

求：

（1）燃烧后的气体用碱石灰吸收后所剩气体的体积（标准状况下）。

（2）原混合气体中CH4和O2的体积比。

解析　CH4与O2反应生成的CO2和H2O全部被碱石灰吸收。

CH4＋2O2　　

　　　CO2＋2H2O

22.4L＋44.8L44g＋36g

V0.600g

＝

V＝

＝0.504L

即反应掉的CH4与O2的总体积为504mL，其中V（CH4）∶V（O2）＝1∶2，故V（CH4）＝504mL/3=168mL，V（O2）总＝840mL-168mL=672mL，V（O2）余＝840-504=336mL。

答案　

（1）336mL

（2）168ml：

672ml=1∶4

20.下列关于碳氢化合物的叙述中正确的是（　　）

A．碳氢化合物的通式为CnH2n＋2

B．燃烧产物为二氧化碳和水的化合物一定是碳氢化合物

C．碳氢化合物的碳原子间均以单键相连

D．碳氢化合物的相对分子质量一定是偶数

答案　D

解析：

A：

CnH2n＋2是烷烃的通式，A项错误；

B：

燃烧产物为二氧化碳和水的化合物不一定是碳氢化合物，还可能含氧，B项错误；

C：

碳氢化合物的碳原子间可以是单键，也可以是双键或三键，C项错误；

因为碳原子的相对原子质量（12）为偶数，烃分子中的氢原子数也一定为偶数，所以碳氢化合物的相对分子质量一定是偶数，D项正确。

21.下列有关烷烃的叙述中正确的是（　　）

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CH3

A．①和③B．②和③C．只有①D．①和②

答案　D

22.下列各组物质中不属于同系物的是（　　）

答案　C

解析　对题中的各组物质以同系物的概念为标准进行判断可知，只有C项中的物质不属于同系物。

23.下列关于同系物的说法中错误的是（　　）

A．同系物一定具有相同的实验式

B．同系物能符合同一通式

C．相邻的同系物彼此在组成上相差一个CH2原子团

D．同系物的化学性质基本相似，物理性质随碳原子数的增加而呈现规律性的变化

答案　A

24.CH4分子的结构是由碳原子为中心的正四面体结构，而不是正方形的平面结构，理由是（　）

A．CH3Cl不存在同分异构体B．CH2Cl2不存在同分异构体

C．CHCl3不存在同分异