专题8 第1单元 第1课时 天然气的利用 甲烷-【新课程学案】2025-2026学年高中化学必修第二册教师用书word（苏教版）

本讲义聚焦有机化合物基础，核心知识点包括甲烷的正四面体结构、稳定性及取代反应，烷烃的通式（CₙH₂ₙ₊₂）、命名与化学性质，同系物和同分异构体的概念，形成从具体物质到系统理论的认知支架。 资料以实验探究为特色，通过甲烷与氯气取代反应的现象分析（如油状液体生成、液面上升）培养科学探究能力，结合典例与多维训练（如结构判断、性质应用）深化结构决定性质的化学观念，课中辅助教师引导学生构建知识网络，课后助力学生查漏补缺，强化科学思维。

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 学习目标 重点难点 1.知道有机化合物分子是有空间结构的,以甲烷、乙烯、乙炔、苯为例认识碳原子的成键特点。 2.知道有机化合物存在同分异构现象。 3.认识甲烷、乙烯、苯的结构及其主要性质与应用;结合典型实例认识结构与性质的关系。 4.知道氧化、加成、取代等有机反应类型。知道有机化合物之间在一定条件下是可以转化的。 重 点 1.甲烷的结构与性质,取代反应的概念。 2.乙烯的结构与性质,加成反应的概念。 3.苯的结构与性质。 难 点 1.烷烃同分异构体的书写。 2.乙烯的化学性质。 3.苯的分子结构与化学性质。 第1课时　天然气的利用　甲烷 新知探究(一)——甲烷的存在、结构与性质 1.甲烷的存在 (1)天然气:天然气往往在地层与煤、石油伴生,其主要成分是甲烷,它是最简单的有机化合物。 (2)可燃冰:在我国南海和东海的海底发现了储量较大的天然气的水合物。 2.分子结构 甲烷的分子式是CH4;电子式是;结构式是。 实验证明,甲烷分子具有正四面体空间结构。 [微点拨]　①天然气、瓦斯、沼气、坑道气的主要成分都是甲烷。 ②甲烷中各C—H键完全相同,H—C—H的键角为109°28'。 3.物理性质 颜色 状态 气味 密度(与空气相比) 水溶性 无色 气体 无味 比空气小 难溶于水 4.化学性质 (1)稳定性:CH4性质稳定,不与强酸、强碱、KMnO4等物质反应。 (2)氧化反应——燃烧 甲烷是一种高效而洁净的燃料,完全燃烧的化学方程式:CH4+2O2CO2+2H2O。 (3)取代反应 ①实验探究 实验 操作 实验 现象 a.黄绿色逐渐消失,最后变为无色; b.集气瓶内壁有油状液体生成物附着; 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 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 ②取代反应: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。 [微点拨]　①甲烷是可燃性气体,点燃前必须检验纯度。 ②甲烷与氯气的反应条件为光照,该光照只能是日光漫射,若是强光直射则会发生爆炸。 [典例]　取一支硬质大试管,通过排饱和NaCl溶液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不正确的是 (　　) A.反应过程中试管内黄绿色逐渐消失,试管壁上有油珠产生 B.甲烷和Cl2反应后的有机产物有4种 C.盛放饱和NaCl溶液的水槽底部有晶体析出 D.CH4和Cl2完全反应后液面上升,液体充满试管 [解析]　Cl2被消耗完,黄绿色消失,生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4均为油状液体,所以试管壁上有油珠产生,A正确;CH4与Cl2反应生成4种有机物和1种无机物,B正确;CH4与Cl2反应有HCl生成,HCl溶于饱和NaCl溶液会有NaCl晶体析出,C正确;取代产物CH2Cl2、CHCl3、CCl4是油状液体,而CH3Cl是气体,不溶于饱和NaCl溶液,故液体不会充满试管,D错误。 [答案]　D [归纳拓展]　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的产量最多 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 [题点多维训练] 题点(一)　甲烷的分子结构 1.下列关于甲烷的叙述不正确的是 (　　) A.甲烷的分子式为CH4 B.甲烷的电子式为 C.甲烷的结构式为 D.甲烷的空间填充模型为 解析:选D　甲烷的分子式为CH4,A正确;甲烷的电子式为,B正确;甲烷的结构式为,C正确;甲烷的空间填充模型为,D错误。 2.下列能说明CH4分子的5个原子不在同一平面而为正四面体空间结构的是 (　　) A.两个键之间夹角为109°28' B.C—H键为极性共价键 C.4个C—H键的键能、键长相同 D.碳的价层电子都形成共价键 解析:选A　键长是衡量共价键稳定性的主要参数,键长相同,两个键之间夹角为109°28',能说明CH4的空间结构为正四面体,故A正确;C—H键为极性共价键,与分子的空间结构无关,故B错误;键能是衡量共价键稳定性的主要参数,CH4的C—H键的键能、键长相同,不能判断分子的空间结构,故C错误;碳的价层电子都形成共价键,只能说明原子间的成键方式,不说明分子的空间结构为正四面体,故D错误。 题点(二)　甲烷的性质 3.(2025·北京西城区高一期中)实验小组探究甲烷与氯气的取代反应,装置、现象如下: 装置 现象 ⅰ.光照后,产生白雾,混合气体颜色变浅 ⅱ.试管内液面上升 ⅲ.试管壁出现油状液滴 下列说法不正确的是 (　　) A.饱和NaCl溶液可以减少氯气的溶解 B.出现油状液滴,说明CH4全部转化为CCl4 C.产生白雾以及试管内液面上升与HCl的生成有关 D.若用铝箔套住装满CH4和Cl2的试管,一段时间后没有明显变化 解析:选B　氯气和水的反应是可逆反应:Cl2+H2OHCl+HClO,饱和食盐水中的氯离子能使平衡左移,从而减少氯气的溶解,故A正确;CH4和Cl2混合后在光照条件下发生的取代反应是连续的:CH4+Cl2CH3Cl+HCl、CH3Cl+Cl2CH2Cl2+HCl、CH2Cl2+Cl2CHCl3+HCl、CHCl3+Cl2CCl4+HCl,故油状液滴是二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳的混合物,故B错误;氯化氢易溶于水,可产生白雾,导致试管内液面上升,故C正确;此反应是在光照条件下发生的,若用铝箔套住装满甲烷和氯气的试管,一段时间后进行观察试管内没有明显变化,即可得出结论,故D正确。 4.下列关于甲烷的叙述正确的是 (　　) A.甲烷分子的空间结构是正四面体,所以CH2Cl2有两种不同结构 B.甲烷可以与氯气发生取代反应,因此可以使氯水褪色 C.甲烷能使酸性KMnO4溶液褪色 D.甲烷能够燃烧,在一定条件下会发生爆炸,因此是矿井安全的重要威胁之一 解析:选D　甲烷为正四面体空间结构,所以CH2Cl2只有一种结构,故A错误;甲烷与氯气在光照条件下发生取代反应,是与氯气单质取代,与氯水不反应,故B错误;甲烷与高锰酸钾溶液不反应,不能使酸性KMnO4溶液褪色,故C错误;甲烷与氧气混合,一定范围内会发生爆炸,即不纯甲烷点燃易爆炸,是矿井安全的重要威胁之一,故D正确。 5.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　　　　　　　　　　。  (2)实验中可观察到的实验现象有:试管内壁出现油状液体,饱和食盐水中有少量固体析出,　　　　　　　　　　,　　　　　　　　　等。  (3)实验中生成的油状液体的化学式为　　　　　　　　　　　　　。  (4)用饱和食盐水而不用水的原因是 　。  解析:CH4和Cl2在光照条件下反应生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl,随着反应进行,Cl2不断被消耗,黄绿色逐渐变浅;又由于生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4常温下是无色油状液体,故试管内壁上有油状液体,同时生成的HCl易溶于水,使得试管内的压强减小,故试管内液面上升;HCl溶于水后,溶液中Cl-浓度增大,使NaCl固体析出。 答案:(1)光照　(2)试管内黄绿色气体颜色变浅　试管内液面上升　(3)CH2Cl2、CHCl3、CCl4 (4)降低Cl2在水中的溶解度,抑制Cl2和水的反应 新知探究(二)——烷烃、同系物及同分异构体 (一)烷烃 1.烃 由碳、氢两种元素组成的有机化合物,称为碳氢化合物,又叫烃。 2.烷烃 (1)概念:碳原子都以碳碳单键相连,其余的价键均用于与氢原子结合,达到“饱和”,这一系列化合物被称为烷烃。 (2)烷烃结构上的特点 结构 特点 单键:碳原子之间以碳碳单键结合成链状 饱和:碳原子剩余价键全部跟氢原子结合 通式 CnH2n+2(n≥1) [微点拨]　烷烃中碳碳结合成链状,链状不是“直线状”,而是呈锯齿状,链上还可分出支链,如图所示。 3.烷烃的命名 碳原子数(n)及表示 n≤10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 甲 乙 丙 丁 戊 己 庚 辛 壬 癸 n>10 直接根据碳原子数称为某烷,如:C6H14命名为己烷,C18H38命名为十八烷 4.烷烃的化学性质 (1)稳定性:CH4性质稳定,不与强酸、强碱、KMnO4等物质反应。 (2)氧化反应:烷烃都能燃烧,燃烧通式为Cn+O2nCO2+(n+1)H2O。 (3)取代反应:在光照条件下,烷烃与Cl2、Br2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。Cn+X2CnX+HX,CnX可与X2继续发生取代反应。 (二)同系物 1.同系物 (1)概念:结构相似、分子组成相差1个或若干个“CH2”原子团的有机化合物互称为同系物。 (2)实例:CH4、C2H6、C3H8互为同系物。 (3)同系物判断的三个关键点 “同” 互为同系物的物质必须属于同一类物质 “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 “差” 组成上相差n个“CH2”原子团(n≥1) 2.同分异构体 (1)概念:分子式相同而结构不同的化合物互称为同分异构体。例如, C4的同分异构体有两种:正丁烷 (CH3—CH2—CH2—CH3 )和异丁烷 。 (2)烷烃同分异构体的书写 两注意 写出最长的碳链为主链;找出中心对称线 三句话 主链由长到短,支链由整到散,位置由心到边 3.同系物、同分异构体、同素异形体、同位素概念的比较 概念 内涵 比较 实例 相同 不同 同系物 结构相似,在分子组成上相差1个或若干个“CH2”原子团的有机化合物互称为同系物 结构相似 组成上相差1个或若干个“CH2”原子团 CH3CH3与 CH3CH2CH3 同分 异构体 分子式相同而结构不同的化合物互称为同分异构体 分子式相同 结构(碳骨架)不同 正戊烷与异戊烷 同素 异形体 同一种元素形成的几种性质不同的单质 元素种类 相同 性质不同 O2与O3、白磷与红磷 同位素 质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子互称为同位素 质子数相同 中子数不同 CC与C [题点多维训练] 1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)乙烷能与溴水发生取代反应而褪色。 (×) (2)分子组成符合通式Cn(n为正整数)的烃不一定是烷烃。 (×) (3)同系物一定具有不同的碳原子数(或分子式)。 (√) (4)同系物一定具有不同的相对分子质量(相差14n)。 (√) (5)具有同一通式的有机化合物一定是同系物。 (×) (6)同系物的相对分子质量一定不相同。 (√) 2.若要验证某有机化合物属于烃,应完成的实验内容是 (　　) A.测定该有机化合物分子中C、H原子的个数之比 B.证明其完全燃烧的产物只有H2O和CO2 C.测定其燃烧产物中H2O和CO2的物质的量之比 D.测定该有机化合物试样的质量及试样完全燃烧后生成CO2和H2O的质量 解析:选D　通过测定其燃烧产物中H2O和CO2物质的量的比值只能确定C、H元素的原子个数比,不能确定是否含有O,因此不能确定其是否为烃,A错误;烃的含氧衍生物或烃燃烧都生成H2O和CO2,不能确定是否含有O,B错误;测定完全燃烧时消耗有机化合物与生成的CO2、H2O的物质的量之比,只能确定C、H元素的比值,不能确定是否含有O,C错误;测定该试样的质量及其试样完全燃烧后生成CO2和H2O的质量,可以确定一定质量的有机化合物中含有C、H元素的质量,根据质量守恒可确定是否含有O元素,D正确。 3.(2025·山东淄博高一月考)概念是化学学习的基础,下列说法错误的是 (　　) A.Xe与Xe互为同位素 B.二聚硫(S2)与环八硫(S8)互为同素异形体 C.CH3CH3与互为同系物 D.与互为同分异构体 解析:选D　根据甲烷是正四面体结构可知,D项是同种物质,错误。 4.写出C5H12的所有同分异构体的结构简式。 答案:CH3CH2CH2CH2CH3、。 5.有下列各组物质: A.O2和O3(臭氧) BC和C C.CH3—CH2—CH2—CH3和 D.和 E.、、、、 、 (1)　　　　(填字母,下同)组两物质互为同位素。  (2)　　　　组两物质互为同素异形体。  (3)　　　　组两物质是同一种物质。  (4)E中的几种结构简式代表了　　种不同的烃。  解析:A组O2和O3都是单质,属于同素异形体;B组C和C为质子数相同,中子数不同的原子,属于同位素;C组二者互为同分异构体;D组是甲烷的二溴代物,属于同一种物质;E组中第一种烃与第六种烃是同一种烃,第二种烃与第五种烃是同一种烃,第三种烃与第四种烃是同一种烃。 答案:(1)B　(2)A　(3)D　(4)3 学科网（北京）股份有限公司 $