专题8 第1单元 第1课时 天然气的利用 甲烷-【金版教程】2024-2025学年高中化学必修第二册创新导学案word（苏教版2019）

享学科网书城国 品牌书店·知名教辅·正版资源 b2XXk.com● 您身边的互联网+教辅专家 专题8 有机化合物的获得与应用 第一单元化石燃料与有机化合物 第一课时天然气的利用 甲烷 学习目标 1.认识甲烷的结构特点并会书写甲烷的分子式、结构式、电子式。2.知道甲 烷能发生氧化反应和取代反应，掌握取代反应的概念。3.理解烷烃及其同系物的概念。 学习理解 一、甲烷 1.甲烷是天然气的主要成分， 02 天然气的水合物外形似冰，被称为“可燃冰”。 2.甲烷分子的结构 分子模型 分子式 电子式 结构式 球棍模型 空间填充模型 H H CHa H文C文H H-C-H 卡 H 02 H 在甲烷分子中，碳原子与氢原子之间以单键相连，分子的空间结构为正四面体。 3.物理性质 甲烷是一种无色、门无味、生溶于水的气体，密度比空-尘， 4.化学性质 (1)稳定性 CH性质稳定，不与强酸、乃强酷、风0，等物质反应。 (②)氧化反应一一可燃性 04 甲烷完全燃烧生成二氧化碳和水。 1 享学科网书城国 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 (3)取代反应 ①甲烷和氣气的混合气体在光照下发生反应： H,+-cHCL+HC、风aHCL+h盟-cHC+Ha、 08CH.CI +CL 光腿-CHCL+HCl, 网gC+C光-c+iC. ②取代反应的概念 有机化合物分子中的某种10原子（或原子团被另一种 原子（或原子团所取代的反应。 二、烷烃 1,烃和烷烃的概念 烃：仅含回碳、氢两种元素的有机化合物 烷经：分子中碳原子都以②碳碳单键相连，其余的价健 均用于与网氢原子结合，达到“饱和”的烃 2.烷烃的通式和命名 (1)分子通式： 风Ha+m代表分子中碳原子的个数)。 (2)习惯命名 2 3 5 碳原子数n≤10 巴甲拉 2遊 拉 选 戊淀 以天干命名 6 7 8 9 10 己烷 庚烷 辛烷 王烷 癸烷 m>10 相应碳原子数+烷，如：C6H,称为士六途 3.同系物的概念 结构相似、分子组成上相差1个或若干个 2 CH”原子团的有机化合物互称为同系物，如 CH4和CHCH3。 基础辨析判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 ()天然气的主要成分是甲烷，其属于可再生能源。() (2)甲烷与C12反应的条件是点燃或加热。()） (3)甲烷能使酸性KMnO4溶液褪色。() (4)甲烷与Cl2在光照条件下反应的产物可能有4种。(） (⑤)分子组成相差1个或若干个“CH,”原子团的有机物互为同系物。() (6⊙烷烃分子中所有的原子有可能共面。() 2 享学科网书城国 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 答案：(1)×(2)×（③）×(4× ()× (6X 探究应用 启思研讨教师独具内容 实验操作：取一支试管，通过排饱和NaCI溶液的方法收集半试管CH,和半试管Clz,用铁架 台固定好（如图所示）。将试管放在光亮处（不要放在日光直射的地方）。静置，观察试管内的现 象。 仁漫射光 CH,和C 他和食 盐水 [问题探究 1,甲烷与氯气发生反应时，所得产物有几种？上述反应中能否得到纯净的CHC1? 提示：反应中得到CHC1、CH2Cl2、CHCl3、CCL四种有机物和HCl,共5种产物。不能， CH,和C的反应是连锁反应，不可能只发生第一步取代反应，生成物为混合物。 2.CH4和Cl2发生取代反应时，每有1mol氢原子被取代，消耗的C2分子及生成的HCI分 子的物质的量分别是多少？ 提示：每有1mol氢原子被取代，消耗1 mol Cl2分子，同时生成1 mol HCI分子。 3.烷烃能否与溴水发生取代反应？向溴水中加入少量辛烷，充分振荡后静置，有何现象？ 提示：不能。辛烷从溴水中萃取溴，静置后液体分层，上层为橙红色，下层几乎无色。 知识点一甲烷的结构与性质 。重点讲解 1.甲烷燃烧的实验 将甲烷在空气中点燃，观察燃烧现象并检验燃烧产物： 实验操作 实验现象 实验结论 3 享学科网书城圆 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 甲烷完全燃烧生成CO2和 迅速倒转 甲烷完全燃烧时火焰呈淡 CH. 蓝色； HO,反应方程式： 烧杯内壁有水珠产生： CH4+202 点燃 +C02+ 澄清石灰水变浑浊 石灰水 2H20 2.实验探究甲烷与氯气的反应 灯光照射 一CH,和C 实验操作 饱和食盐水 ①色变浅：试管内气体颜色逐渐变浅： ②出油滴：试管内壁有油状液体附着： 实验现象 ③生白雾：试管中有少量白雾出现： ④液上升：试管内液面逐渐上升： ⑤固体析：饱和食盐水中有少量固体析出 甲烷与氯气在光照时才能发生化学反应，连续发生反应的化学方程式为： 实验结论 CH+C,光照，CH,C1+HCl,CH,C1+C,光照-CH,C+HC CH,C,+C,光眼-CHCl,+HCl,CHCL,+C 光照 -cCL+HCI 3,甲烷发生取代反应的有关规律 ()反应条件：反应条件为光照，其光照为漫射光，强光直射易发生爆炸。 (②)反应物：反应物为甲烷与卤素单质，如甲烷与氯水、溴水不反应，但可以与氯气、溴蒸气 发生取代反应。 (③)反应产物：虽然反应物的比例、反应的时间长短等因素会造成各种产物的比例不同，但甲 烷与氯气反应的产物都是CHCl、CHzC2、CHCl3和CCL四种有机物与HCl形成的混合物。 ①反应产物中HC1的物质的量最多。 ②CH,和CCL是正四面体结构，CH,Cl、CH2C2和CHCl3均为四面体但不是正四面体。 ③三氯甲烷俗名氯仿，四氯甲烷又称四氯化碳，它们均不溶于水，比水重。 ④常温下，CHCI呈气态，CHzC2、CHCl、CCL均为油状液体。 (4)反应特点 ①连锁反应 甲烷的氢原子被氯原子逐步取代，但第一步反应一旦开始，后续反应立即进行。即当 享学科网书城国 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 CH:nC)=1:1时，并不只发生反应CH+Ch光照 →CH,C1+HCl,其他反应也在进 行。 ②数量关系 CH4与C2发生取代反应时，每有1molH被取代，则消耗1 mol Cl2,同时生成1 mol HCI, 即n(C)=n田-nHC)。1 mol CH与C2发生取代反应，最多消耗4 mol Cl2 对点练习 1.甲烷是天然气的主要成分，是一种高效、低耗、污染小的清洁能源。下列有关甲烷的说法 正确的是( ①甲烷是一种正四面体结构的分子②甲烷与氯气按物质的量之比为1：1发生取代反应时， 生成物只有CH3CI和HCl③0.5 mol CH4完全燃挠时消耗1molO2④1 mol CH全部生成 CCL,最多消耗2molC A.①② B.③④ C.①③ D,②④ 答案：C 解析：②甲烷与氯气按物质的量之比为1：1发生取代反应时，生成物不是只有CHC1和HCI, 还含有CH2CL2、CHCl3、CCL,错误；④根据取代反应的特点，1 mol CH全部生成CCL, 最多消耗4 mol Cl2,错误。 2.某课外活动小组利用如图所示装置探究CH,和Cl2的反应，据题意，回答下列问题： 一玻璃僧 CH:和C 胶寒 (体积比为1：4 (I)CH4和C2发生反应的条件是 ,若用日光直射，可能会引起 假设甲烷 与氯气充分反应，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之比为1：1，则得到的有机产物为 (填字母，下同) A.CH3CI B.CH:Cl CH2Cl C.CH,CI CH2Cl2 CHC13 D.CH,CI CH2Cl2 CHCl,CCL (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 5 享学科网书城圆 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 答案：(Q)散射光爆炸CH,+4C,-光 →CCL+4HCI(2)D(3)B 解析(3)甲烷和氯气在光照的条件下发生取代反应，U形管左端生成的氯化氢气体易溶于水， 压强减小，U形管右端液面下降，左端液面上升。 知识点二烷烃 同系物 令重点讲解 1.烷烃 (1)烷烃的结构特点 ①烷烃分子中只含有C、H两种元素。 ②烷烃分子中只含有两种键：碳碳单键和碳氢键。每个碳原子都以四个共价单键与其他碳原 子或氢原子相连接。 ③烷烃是饱和烃，碳原子数一定的烷烃分子中氢原子数已达到最多，且一定是偶数，其他含 有相同碳原子数的烃分子中的氢原子数都比烷烃的少。 ④烷烃分子中碳原子间结合成链状，链状不是“直线状”（甲烷、乙烷除外），而是呈“锯齿 状”，链上还可分出支链，如下图所示。 20Q 正戊烷 异戊烷 新戊烷 (2)烷烃的物理性质 ①烷烃的熔、沸点随碳原子数的增加一般逐渐升高；碳原子数相同时， 支链越多，沸点越低，如沸点：正戊烷>异戊烷>新戊烷 ②碳原子数≤4的烷烃在常温常压下是气体（新戊烷在常温常压下也为气 递变性 体)，其他烷烃在常温常压下是液体或固体 ③烷烃的相对密度都较小，且随碳原子数的增加，烷烃的相对密度一般 逐渐增大 相似性 烷烃不溶于水而易溶于有机溶剂，液态烷烃的密度均小于1gcm3 (③)烷烃的化学性质（与甲烷类似） ①通常较稳定，不能被酸性高锰酸钾溶液等强氧化剂氧化，也不能与强酸、强碱发生反应。 ②链状烷烃完全燃烧的通式为C,H2zm+2 3叶1。，点燃-nC0,+m+1H,0. 20 ③在光照条件下，烷烃与Cz、B2等卤素单质的气体发生取代反应，生成多种卤代产物和相 应的卤化氢气体。 6 享学科网书城画 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 2.同系物 (1)互为同系物的物质物理性质不同，化学性质相似。 (2)同系物判断的三个关键点 ①“同”一互为同系物的物质必须属于同一类物质。 ②“似”—结构相似，是指化学键类型相似，分子中各原子的结合方式相似。 ③“差”组成上相差n个“CH2”原子团(m≥1)。 a.同系物一定具有不同的碳原子数（或分子式）。 b.同系物一定具有不同的相对分子质量（相差14m) 对点练习 3.下列有关烷烃的叙述中，正确的是() ①在烷烃分子中，所有的化学键都是单键 ②烷烃能使酸性KMnO4溶液褪色 ③分子通式为CHzm+2的烃不一定是烷烃 ④所有的烷烃在光照条件下都能与氯气发生取代反应 ⑤光照条件下，乙烷通入溴水中，可使溴水褪色 A.①③⑤ B.②③ C.①④ D.①②④ 答案：C 解析：烷烃的化学性质稳定，不能使酸性KMO,溶液褪色，②错误；分子通式为CHzm+2的 烃一定是烷烃，③错误光照条件下，乙烷通入澳水中不能发生反应，故不能使澳水褪色，⑤ 错误。 4.现有下列6种有机物： ①CH2CH2 ②CH,CH2C=CH ③CHC=CCH ④CH3COOC2H CH3-C-CH-CH3 ⑤ CH3 ⑥CH,一CH2一CH 请回答： (1)其中不属于烃类的是 (填序号，下同) (2)其中属于烷烃的是 (3)其中与①互为同系物的是 (4)其中与②互为同分异构体的是 答案：(1)④(2)©(3)⑤(4)③ 7 享学科网书城画 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 微专题 同分异构体的书写与数目判断 重点讲解 1.同分异构体的概念 分子式相同而结构不同的化合物互称为同分异构体。 2.[示例写出CH2的同分异构体。 (1)将分子中全部碳原子连成直链作为主链。 C-C-C-C-C (2)从主链一端取下一个碳原子作为支链（即甲基），依次连在主链中心对称线（虚线）一侧的各个 碳原子上，此时碳骨架只有一种。 [注意]甲基不能连在①位和④位上，否则会使碳链变长，2位和③位等效，只能用一个， 否则重复。 (3)从主链上取下两个碳原子作为一个支链（即乙基）或两个支链（即2个甲基依次连在主链中心 对称线一侧或两侧的各个碳原子上，此时碳骨架结构只有一种。 [注意]②位上不能连乙基，否则会使主链上有4个碳原子，使主链变长。 CHCHCH2CH3 综上所述，C,H12共有3种同分异构体，分别为CH3 CH2CH2CH2CH3 CH3 和 CH3 CH3-C-CH3 CHa 3.烃的一元取代物同分异构体数目的判断 烃分子中的一个氢原子被其他原子或原子团所代替，称为烃的一元取代物，其同分异构体数 目的判断是常见重要题型，其确定方法常用“等效氢法”。 要用等效氢法判断某烃的一元取代物的同分异构体的数目，首先要观察烃的结构是否具有对 8 享学科网书城国 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 称性。 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。 CH3 CH3C—CH ②同一个碳原子上所连接的甲基（一CH)上的氢原子等效。如新戊烷 CH3 ，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 CHa CH3 CH-C- C-CH CH3 CH3 分子中的18个氢原子是等效的。 烃分子中等效氢原子有几种，则该分子一元取代物就有几种同分异构体。 4.烃的二元取代物同分异构体数目的判断一“定一移一”法 (1)先写出烃的同分异构体。 (2)然后再利用“定一移一”法，即先固定一个支链的位置，再移动另一个支链，让两个支链 的位置由“对”到“邻”再到“间”（由近及远），以确定同分异构体的数目，同时要仔细考 虑是否出现重复的情况。 专题精练 1,下列烷烃进行一氯取代反应后，只能生成两种不同的取代产物的是() A.(CH3)CHCH2CH2CH, B.(CHCH2)2CHCH2CH, C.(CH3)CHCH(CH3)2 D.(CH3)CCH2CH 答案：C 解析：(CH)2 CHCH2CH2CH,中有5种不同环境的氢原子；(CH,CH2)2CHCH2CH3中有3种不 同环境的氢原子；(CH)2CHCH(CH)2中有2种不同环境的氢原子；(CH)3 CCHCH3中有3种 不同环境的氢原子。 2.CH12有三种不同结构，甲：CH3(CH2)3CH3,乙：CH3CH(CH)CH.CH3,丙：C(CH)4, 下列相关叙述正确的是() A.丙有三种不同沸点的二氯取代物 B.CH2表示一种纯净物 C.甲、乙、丙属于同分异构体，具有相同的物理、化学性质 D.甲、乙、丙中，乙的一氯代物数目最多 答案：D 解析：A项，丙[C(CH)4]只有一种氢原子，其二氯代物有两种结构：取代同一个碳原子上的 9 享学科网书城国 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 两个氢原子和取代不同碳原子上的两个氢原子，错误B项，CH2有三种同分异构体，可表 示三种物质，错误；C项，甲、乙、丙属于同分异构体，物理性质不同，化学性质相似，错 误；D项，甲的一氯代物有三种，乙的一氯代物有四种，丙的一氯代物只有一种，正确。 3.分子式为CHC2的有机物共有（不含立体异构）() A.7种 B.8种 C.9种 D.10种 答案：C 解析：CHC2实际为丁烷的二氯代物，因此可以以丁烷为思维模型，丁烷的结构有 CH3CH2CHCH3和(CH)3CH,然后在此基础上考虑其中的两个氢原子被领原子取代，可写出 结构骨架：C1 CI 、C1C ,因此分子式为CHgC2 的有机物共有9种。 4,在分子式为CH1:的烷烃分子中： (1)含有三个甲基的同分异构体的数目为 (填字母)。 A.2种 B.3种 C.4种 D.5种 (2)含有4个甲基的同分异构体的结构简式为 CHs CH CH-CHCH CH3-C- -CH2-CH3 答案：(1)A(2) CH3 CHa CHs 解析：(I)CH4 的同分异构体共有5 种，其中含三个甲基的有 CH3CH-CH2-CH2-CH3CH3CH2一CH-CH2—CHg CHs CHs 2种。 (2)CH4分子中含4个甲基，则结构中应含2个支链，2个支链（甲基）可以在不同的碳原子上 CHa CHCH-CHCH3 CH3-C-CH2-CH3 也可以在同一碳原子上，故同分异构体为 CH3CH3和 CHs 总结提升 本课总结 10