8.1.1 天然气的利用 甲烷-【导与练】2022-2023学年新教材高中化学必修第二册同步全程学习全书word（苏教版2019）

第一单元　化石燃料与有机化合物 第1课时　天然气的利用　甲烷 学习目标 课程标准 学业评价 1.认识有机化合物中碳原子的成键特点及有机化合物的空间结构。 2.了解同系物和有机化合物存在同分异构现象。 1.会书写甲烷的分子式、结构式、电子式,知道甲烷分子的结构特点。 2.知道甲烷能发生氧化反应和取代反应,会书写相应的化学方程式。 3.知道取代反应的概念。 素养解读:(教师备用) 1.宏观辨识与微观探析:能从物质的组成元素、结构分析烃的定义,了解甲烷的组成、结构与性质,培养宏观辨识与微观探析核心素养。 2.证据推理与模型认知:通过概括有机化合物中碳原子的成键类型建立认知模型,认识有机化合物的结构特点,培养证据推理与模型认知核心素养。 知识点一　甲烷的组成与结构 　　　　　　 　　　　　 　　　　　 1.甲烷的存在 天然气的主要成分是甲烷,在地层与煤、石油伴生。在我国南海和东海的海底已经发现了储量较大的天然气的水合物,这种水合物被称为“可燃冰”。 2.甲烷的组成与结构 分子 式 电子式 结构式 空间 结构 甲烷的分 子模型 CH4 H 正四面体结构,C原子位于正四面体中心,H原子位于四个顶点上 [想一想] 二氯甲烷可以写成和两种形式,它们互为同分异构体吗? 提示:不互为同分异构体,甲烷是正四面体结构,所以这两种形式表示同一种物质。 甲烷正四面体结构的论证及应用 1.证明甲烷分子是正四面体结构的方法 甲烷的正四面体结构,可以通过研究CH2Cl2存在几种结构来确定。CH4有四个等同的C—H键,在空间上可能有两种对称分布:正四面体结构和平面正方形结构,如图所示。 若是正四面体结构,甲烷分子中任意两个氢原子被两个氯原子取代,CH2Cl2的结构只有一种;若是平面正方形结构,则取代的两个氢原子分邻位和对位,CH2Cl2的结构有两种。科学研究发现,CH2Cl2的结构只有一种,说明甲烷是正四面体结构。 2.甲烷空间结构的两点拓展应用 (1)若CH4分子中的4个氢原子全部用其他相同的原子替代,则形成的分子结构仍为正四面体。 (2)若CH4分子中的4个氢原子被其他不同的原子替代,则形成的分子结构仍为四面体,但不属于正四面体。 1.下列气体的主要成分不是甲烷的是(　B　) A.沼气 B.水煤气 C.天然气 D.坑道气 解析:水煤气的主要成分为一氧化碳和氢气,沼气、天然气、坑道气的主要成分都为甲烷。 2.(2022·山东日照月考)如图所示均能表示甲烷的分子结构,下列说法错误的是(　B　) A.Ⅰ将各原子看成了质点,为立体结构示意图 B.Ⅱ为电子式,表示甲烷分子中有8个电子 C.Ⅲ为球棍模型,棍代表甲烷分子内含有的共价键 D.Ⅳ为空间填充模型,能表示出甲烷的空间结构及各原子的相对大小 解析:Ⅱ表示电子式,略去了碳原子的内层电子,甲烷分子中应含有10个电子。 3.下列事实能够说明甲烷分子为正四面体结构,而不是平面正方形结构的是(　C　) A.甲烷分子中的C—H键完全相同 B.甲烷分子的结构具有对称性 C.甲烷分子的二氯代物只有一种结构 D.分子组成为CHCl3的物质具有固定的熔、沸点 解析:若甲烷不是正四面体结构,而是平面正方形结构,则其二氯代物有两种结构,C符合题意。 知识点二　甲烷的性质 　　　　　　 　　　　　 　　　　　 1.物理性质 颜色 状态 气味 密度(与空 气相比) 水溶性 熔、沸点 无色 气体 无味 比空气小 难溶 于水 熔点为 -182.5 ℃, 沸点为 -164 ℃ 2.化学性质 (1)稳定性:在通常情况下,甲烷性质稳定,跟强酸、强碱或强氧化剂等一般不反应。所以甲烷不能使酸性KMnO4溶液褪色,也不能使溴的四氯化碳溶液褪色。 (2)氧化反应:纯净的甲烷在空气中安静地燃烧,火焰呈淡蓝色,放出大量的热,反应的化学方程式为CH4+2O2CO2+2H2O。 (3)取代反应。 ①定义:有机化合物分子中的某种原子(或原子团)被另一种原子(或原子团)所取代的反应。 ②甲烷与氯气的反应。 实验操作 实验现象 a.黄绿色逐渐变淡; b.集气瓶内壁有油状液滴出现; c.集气瓶内液面上升,水槽内有少量固体析出 反应原理 CH4+Cl2CH3Cl+HCl CH3Cl+Cl2CH2Cl2+HCl CH2Cl2+Cl2CHCl3+HCl CHCl3+Cl2CCl4+HCl [想一想1] 1 mol甲烷与1 mol Cl2在光照条件下充分反应,所得的产物只有一氯甲烷吗? 提示:1 mol CH4与1 mol Cl2在光照条件下发生取代反应得到一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳及氯化氢的混合物。 [想一想2] CH4和Cl2取代反应的产物中物质的量最多的是什么?它与Cl2在物质的量上有什