专题8 第一单元 第1课时 天然气的利用 甲烷-【金版新学案】2025-2026学年高中化学必修第二册同步课堂高效讲义教师用书word（苏教版）

本高中化学讲义聚焦甲烷的组成、结构、物理性质及化学性质，从天然气的利用引入，先阐述甲烷的分子式、电子式、正四面体空间结构，再介绍其无色无味气体、难溶于水等物理性质，最后重点讲解氧化反应和取代反应，通过交流研讨与习题构建完整学习支架。 资料以微观结构分析为切入点，结合甲烷与氯气取代反应实验探究，培养学生科学思维与科学探究能力。交流研讨设计如证明甲烷元素组成、计算相对分子质量等问题，助力学生深化化学观念，课中辅助教师教学，课后帮助学生巩固知识、查漏补缺。

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]　1.了解天然气的组成，认识天然气用作燃料的优缺点。　2.了解甲烷的结构、物理性质，掌握甲烷的化学性质。　3.通过分析甲烷分子特点，能从分子微观结构的角度探析有机化合物中碳原子的成键特点。 任务一　甲烷的组成、结构与物理性质 1.煤、石油和天然气等化石燃料是人们熟悉的物质，也是提高生活水平、发展国民经济、加强国防建设的重要资源。 2.天然气的主要成分是甲烷，它是最简单的有机化合物。天然气的水合物被人们称为“可燃冰”。 3.甲烷的物理性质 颜色 状态 气味 熔点/℃ 沸点/℃ 密度 水溶性 无色 气体 无味 －182.5 －164 比空气的小 难溶于水 4.甲烷的组成与结构 分子式 电子式 结构式 球棍模型 CH4 H 结构特点：甲烷分子中碳原子最外层的4个电子分别与4个氢原子的电子形成4个C—H共价键；甲烷分子具有正四面体空间结构。 [交流研讨1]　如何通过实验证明甲烷中含有碳、氢两种元素？ 提示：点燃甲烷，将干燥、洁净的小烧杯罩在火焰的上方，小烧杯内壁有液珠凝结，证明甲烷中有氢元素；迅速将小烧杯倒转，向小烧杯中滴入少量澄清石灰水，石灰水变浑浊，证明甲烷中含有碳元素。 [交流研讨2]　已知标准状况下，甲烷的密度是0.717 g·L－1，甲烷的相对分子质量是多少？ 提示：由M＝ρ·22.4 L·mol－1得，M(甲烷)≈16 g·mol－1，即甲烷的相对分子质量为16。 [交流研讨3]　甲烷中含碳元素的质量分数为75％，含氢元素的质量分数为25％，求甲烷的分子式。 提示：甲烷分子中，N(C)＝＝1，N(H)＝＝4，故甲烷的分子式为CH4。 1.下列叙述与甲烷无关的是(　　) A.天然气的主要成分 B.造成“光化学烟雾”的气体 C.“西气东输”工程运输气体的主要成分 D.煤矿中瓦斯爆炸 答案：B 解析：天然气的主要成分为甲烷，故A项不符合题意；造成 “光化学烟雾”的气体主要是氮氧化物，与甲烷无关，故B项符合题意；“西气东输”工程中输送的气体为天然气，主要成分是甲烷， 故C项不符合题意；煤矿中瓦斯爆炸是由于甲烷在煤矿中急剧燃烧造成的，D项不符合题意；故选B。 2.如图所示均能表示甲烷的分子结构，下列说法错误的是(　　) 学生用书⬇第59页 A.Ⅰ 将各原子看成了质点，为空间结构示意图 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 答案：B 解析：Ⅱ 表示电子式，但略去了碳原子的内层电子，甲烷分子中应含有10个电子。 3.下列说法错误的是(　　) A.甲烷分子为正四面体结构 B.甲烷分子的球棍模型： C.甲烷属于共价化合物 D.甲烷分子中四个C—H键完全相同 答案：B 解析：甲烷分子是正四面体结构，A正确；B项为甲烷分子的空间填充模型，B错误；1个甲烷分子中含有4个碳氢键，均为共价键，甲烷属于共价化合物，C正确；甲烷分子中四个碳氢键都相同，D正确。 任务二　甲烷的化学性质 　　通常状况下，甲烷比较稳定，不与高锰酸钾等强氧化剂反应，也不与强酸、强碱反应。但在特定的条件下，甲烷也会发生某些反应。 1.氧化反应(燃烧) (1)化学方程式：CH4＋2O2CO2＋2H2O。 (2)现象：甲烷在空气中安静地燃烧，火焰呈淡蓝色。 2.取代反应 实验 装置 与操作 用排饱和食盐水法收集4/5体积的氯气和1/5体积的甲烷气体，用灯光照射瓶中的混合气体 实验 现象 集气瓶内壁有油状液体出现，瓶中有少量白雾，且瓶内液面上升，饱和食盐水中有固体析出 实验 结论 CH4与Cl2需在光照时才能发生化学反应，有关化学方程式： CH4＋Cl2HCl＋CH3Cl(一氯代物)， CH3Cl＋Cl2HCl＋CH2Cl2(二氯代物)， CH2Cl2＋Cl2HCl＋CHCl3(三氯代物)， CHCl3＋Cl2HCl＋CCl4(四氯代物) 产物 性质 水溶性：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4均难溶于水 状态：常温下除CH3Cl是气体，其余三种均为油状液体 取代反 应概念 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 [交流研讨]　某学习小组设计了如图装置探究甲烷与氯气在光照条件下的反应： (1)充分反应后，打开止水夹会有什么现象？ 提示：由于反应生成的氯化氢易溶于水，遇紫色石蕊溶液变红，且产物中的CH2Cl2、CHCl3、CCl4均为液体，使试管内压强减小，打开止水夹，滴有紫色石蕊溶液的蒸馏水会迅速进入上面的试管内，形成红色喷泉。 (2)甲烷和氯气发生反应时，所得的产物有几种？其反应类型是什么？ 提示：产物有5种，分别为CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl；取代反应。 (3)能否用CH4和Cl2反应制取纯净的CH3Cl？如果CH4和Cl2按体积比1∶1混合反应，能否只得到CH3Cl？ 提示：都不能。CH4与Cl2的取代反应是逐步连锁进行的，无论两者的物质的量之比是多少，反应一旦引发，就不会只停留在某一步上，所以四种取代产物都会生成，得不到纯净的CH3Cl。 (4)若甲烷分子中的一个氢原子被氯原子取代，生成的CH3Cl还是四面体结构吗？ 提示：CH3Cl中4个H和1个Cl仍位于四面体的4个顶点，仍为四面体结构，但不是正四面体结构。 学生用书⬇第60页 甲烷与氯气的取代反应 反应物 甲烷与氯气(不能用氯水) 反应 条件 漫散光照射(不用太阳光直射，以防爆炸) 生成物 甲烷与氯气反应生成四种有机产物CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和无机物HCl，其中HCl的量最多 反应 特点 连锁 反应 甲烷中的氢原子被氯原子逐步取代，各步反应同时进行，即第一步反应一旦开始，后续反应立即进行 数量 关系 每取代1 mol氢原子，消耗1 mol Cl2，生成1 mol HCl 1.下列物质在一定条件下能与甲烷发生取代反应的是(　　) A.氯气 B.酸性高锰酸钾溶液 C.氢氧化钠溶液 D.溴水 答案：A 解析：A项，氯气在光照条件下与甲烷可以发生取代反应；B项，酸性高锰酸钾溶液不能氧化甲烷，也不能与甲烷发生取代反应；C项，氢氧化钠溶液与甲烷不反应；D项，溴水与甲烷不反应。 2.取一支硬质大试管，通过排饱和食盐水的方法先后收集半试管甲烷和半试管氯气(如图)，下列对于试管内发生的反应及现象的说法正确的是(　　) A.反应在强光照射下完成 B.甲烷和 Cl2 反应后试管内壁的油状液滴物包括 CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4 C.盛放饱和食盐水的水槽底部会有少量晶体析出 D.CH4和Cl2 完全反应后液面上升，液体充满试管 答案：C 解析：CH4与Cl2在强光照射下会发生爆炸，A项错误；甲烷和Cl2在光照条件下发生取代反应生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl，其中CH2Cl2、CHCl3、CCl4是油状液体，B项错误；CH4和Cl2反应后产物最多的是HCl，HCl溶于饱和食盐 水会有少量NaCl晶体析出，C项正确；CH3Cl是不溶于水的气体，所以液体不会充满试管，D项错误。 3.在光照的条件下，将1 mol CH4与一定量的氯气充分混合，经过一段时间，甲烷和氯气均无剩余，生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl，若已知生成的二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳的物质的量分别为0.1 mol、0.2 mol、0.3 mol，该反应中生成HCl的物质的量是(　　) A.2.4 mol B.2 mol C.4.2 mol D.4 mol 答案：A 解析：根据碳原子守恒，1 mol甲烷完全反应生成一氯甲烷的物质的量为1 mol－0.1 mol－0.2 mol－0.3 mol＝0.4 mol，根据H原子守恒，有机产物中被取代的H的物质的量是0.4 mol×1＋0.1 mol×2＋0.2 mol×3＋0.3 mol×4＝2.4 mol，而每取代1 mol H原子，生成1 mol HCl，则生成HCl的物质的量为2.4 mol。 取代反应的判断方法 1.依据取代反应的特点，有上有下或断一下一上一(有机化合物断裂一个化学键，下来一个原子或原子团就上去一个原子或原子团)。类似无机反应中的复分解反应，注意在书写化学方程式时，防止漏写产物中的小分子。 2.一看反应物，即参加反应的反应物中至少有一种是有机化合物；二看生成物是否都是化合物。 1.下列关于甲烷的叙述中不正确的是(　　) A.甲烷是一种无色、难溶于水的气体 B.将甲烷通入酸性高锰酸钾溶液，溶液褪色 C.甲烷只有1种二氯代物，证明它是正四面体结构 D.CH4和Cl2在光照条件下能发生反应，得到多种产物 答案：B 解析：常温下，甲烷是一种无色、无味、难溶于水的气体， A正确；甲烷不能与酸性高锰酸钾溶液反应使溶液褪色， B错误；正四面体结构中，任意两个顶点位置相同，甲烷的取代产物二氯甲烷只有1种，即可说明甲烷是正四面体结构， C正确；甲烷与氯气在光照条件下发生反应可以生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳四种有机产物，另外还有HCl气体生成， D正确。 2.鉴别CH4、CO、H2三种无色气体的方法是(　　) A.点燃——通入澄清石灰水——加入溴的四氯化碳溶液 B.点燃——罩上干燥的小烧杯——加入澄清石灰水 C.点燃——通入澄清石灰水 D.点燃——通入酸性KMnO4溶液 答案：B 解析：根据燃烧后的产物来判断，甲烷燃烧后生成CO2和H2O，氢气燃烧后生成H2O，CO燃烧后生成CO2。在燃烧的火焰上方罩一个干燥的小烧杯，出现水雾的是甲烷和氢气，没有水雾的是CO；然后在有水雾的两个小烧杯里加入澄清石灰水，振荡小烧杯，出现浑浊的是甲烷，无现象的是H2。 3.下列有关甲烷的取代反应的叙述正确的是(　　) A.甲烷与氯气以物质的量之比为1∶1混合发生取代反应，只生成CH3Cl B.甲烷与氯气的取代反应，生成的产物中CH3Cl的量最多 C.甲烷与氯气的取代反应，生成的产物为混合物 D.1 mol甲烷生成CCl4最多消耗2 mol氯气 答案：C 解析：甲烷与氯气一旦开始发生取代反应就不会停止在某一步，四种有机物都会产生，故得不到纯净的CH3Cl，A错误，C正确；甲烷与氯气的反应中每取代1 mol氢原子，消耗1 mol氯气，生成1 mol HCl，故产物中HCl最多，B错误；1 mol甲烷生成CCl4最多消耗4 mol氯气，D错误。 学生用书⬇第61页 4.某课外活动小组利用如图所示装置探究甲烷与氯气的反应。 根据题意，回答下列问题： (1)CH4与Cl2发生反应的条件是　　　　；若用日光直射，可能会引起　　　　。 (2)实验中可观察到的实验现象有量筒内壁出现油状液滴，饱和食盐水中有少量固体析出，　　　　　　　等。 (3)实验中生成的油状液滴中所含物质的化学式为　　　　　　　　　，其中　　　　　　是工业上重要的有机溶剂。 (4)用饱和食盐水而不用水的原因是　　　　　　　　　　　　　。 答案：(1)光照　爆炸　(2)量筒内黄绿色气体颜色变浅、量筒内液面上升　(3)CH2Cl2、CHCl3、CCl4　CHCl3、CCl4　(4)降低Cl2在水中的溶解度，抑制Cl2和水反应 解析：CH4和Cl2在光照条件下反应生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl等物质，随着反应进行，Cl2不断消耗，黄绿色逐渐消失。又由于生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4常温下是无色油状液体，故量筒内壁上有油状液滴。因生成的HCl易溶于水，量筒内的压强减小；量筒内液面上升。HCl溶于水后，溶液中Cl－浓度增大，使少量NaCl固体析出。 学科网（北京）股份有限公司 $