高一化学必修二甲烷课件

第三章 有机化合物
P60-62-3min
酒
醋 蔗糖 C2H5OH CH3COOH C12H22O11
生活中常见的有哪些有机物吗？
煤油、汽油、轮胎 橡胶 酒 醋 蔗糖
酒精、 醋酸、
葡萄糖„„
有机化合物种类繁多(超过2000万种),分布广泛, 在人类的生活及生产中发挥重要作用。
燃料:
汽油、煤油、柴油
(CH3)2CH(CH2)2CH3
练习： 1. 写出甲烷、乙烷、丙烷的结构式和结构简式； 2. 写出下列结构表示的烷烃的结构简式。
(A) C－ C － C － C (B) C ∣ C－ C － C
(C)
C ∣ C－ C － C － C ∣ C
(D)
C ∣ C－ C － C － C － C ∣ C－ C ∣ C
一、甲烷分子的空间结构
分子式
电子式
H H C H H
结构式
H H C H H
结构简式
CH4
CH4
问题： 从甲烷的电子式/结构式是否可以推断甲烷分子 中碳原子和四个氢原子都在同一个平面上？
甲烷的分子模型
球 棍 模 型
比 例 模 型
甲烷分子的空间结构
空间构型：正四面体 4个C-H键的键长和强度相等， 夹角相等（109°28'）。
C、2.5mol
D、4mol
与甲烷结构相似的有机物很多： 分子式 名称 C2H6 乙烷 C3H8 丙烷
H H H H–C– C– C–H H H H
C4H10 丁烷 H H H H H–C– C– C– C–H H H H H
H H 结构 式 H–C– C–H H H
【思考与交流】请从结构上分析它们与甲烷具有哪些 相似点？

_________________________(三氯代物)
光照
C_H_2_C_l_2_+_C_l_2_______H_C_l_+_C_H_C_l_3(四氯代物)
其CH中Cl，3+CClH23Cl光、照CH2CHlC2l、+CCCHlC4l3、CCl4都_____于水，除 CH3Cl是_____外，其余三种都是液体。不溶
特 (3)很多反应进行不完全, 化合物
点 速率慢
(3)一般能进行完全,速率快
(4)产物不唯一
(4)产物唯一
取代反应
置换反应
反
应 反应受催化剂、温度、光 水溶液中置换遵循“以强制
条 照的影响
弱”的原则
件
实 CH4+X2
例
CH光3X照(一卤代物)+HX
Zn＋H2SO4====ZnSO4＋H2↑
【学而后思】 (1)甲烷与溴水能发生反应吗?与溴蒸气呢? 提示:甲烷除了能与氯气在光照时反应外,与其他的卤素单质的 气体也能发生反应,但必须是纯卤素如溴蒸气,与溴水不反应。 (2)假设1 mol甲烷中的氢原子完全被取代,最多能与多少氯气 反应? 提示:发生取代反应时1 mol氯气只能取代1 mol氢原子,1 mol 甲烷中的氢原子完全被取代,最多能与4 mol氯气反应。
【解题指南】解答本题时要注意以下两点: (1)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。 (2)甲烷与氯气分步取代,各步同时进行,四种有机物都会存在。
【解析】选C。甲烷与氯气一旦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。

探究课堂
甲烷的发现之旅
任务三：最简单的烷烃----甲烷
3000年前甲烷的记载：《周易》“泽中有火。”
1776年，意大利物理学家伏特在湖边淤泥中收集到甲烷
……我在湖边淤泥 中收集到一种无色、 无味气体，用木棒搅 动淤泥，让冒出的气 泡通入倒扣的、充满 水的瓶中。点燃这种 气体，火焰呈蓝色， 燃烧较慢，且和氢气 的燃烧不同……
探究课堂 2022年美国的“清洁”炭黑制造商投资3亿多美元的资金，用来支持甲烷为 原料的“下一代”氢、和碳项目的研发。
该公司通过商业规模的甲烷热解的突破性专利技术生产氢气和炭黑
(3）甲烷的热分解
CH4 高温 C + 2H2
探究课堂
取代反应与置换反应的区别
定义 反应物
取代反应 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
➢ 结论： 甲烷可以在空气中完全燃烧，发生氧化反应， 生成二氧化碳和水，并放出大量的热。
➢ 化学方程式： CH4 + 2O2 点燃 CO2 + 2H2O 注意：有机反应方程式书写用“ → ”不用“＝”
煤矿中的爆炸事故多与甲烷气体爆炸有关。 为了保证安全生产，必须采取通风、严禁烟火等措施。点燃之前要验纯。
甲烷物理性质
无色无味气体
密度比空气小 极难溶于水
探究课堂
甲烷的发现之旅
1790年，英国医生奥斯汀发表甲烷燃烧报告：甲烷燃烧生成水和二氧化 碳，确定甲烷是碳氢化合物，随后科学家测得分子式。
1858年，德国化学家凯库勒提出了碳原子是四价的概念，俄国的布特列 洛夫提出了分子中原子排列的状况
结构式仅能表明各原子的连接顺序，不能体现空间位置关系 甲烷的结构到底是怎么样的呢？
正四面体

1、甲烷是天然气、沼气、油田气和煤 矿坑道气的主要成分。
2、天然气是一种高效、低耗、污染小 的清洁能源。
3、天然气还是一种重要的化工原料。
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二、甲烷的组成与结构
(1) 表示方法
结构式：用短线来表示 一对共用电子的图式。
分子结 化学式 电子式 结构式 构示意
图
球棍 模型
比例 模型
CH4
用“→”
一般用“=”
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5、有机物的分类
有机物
烃 仅含碳和氢两种元素的有机 物称为碳氢化合物，也称为烃。 甲烷是最简单的烃。
烃的衍生物 从结构上看说，可以看成
烃分子里的氢原子被其他原 子或原子团取代而衍变成的 有机化合物。
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烃(通式：CxHy)
碳氢
烃
• 烃，读音ting，碳的声母和氢的韵母的 组合。
(1)若 A 洗气瓶的质量增加，B 洗气瓶的质量不变，则 X 气
体是 H2 。
(2)若 A 洗气瓶的质量不变，B 洗气瓶的质量增加，则 X 气
体是 CO 。
(3)若 A、B 两个洗气瓶的质量都增加，则 X 气体可能 是 CH4或H2、CO或H2、CH4或CO、CH4或H2、CO、CH。4
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①CO、O2 ②Cl2、CH4 ③NO2、O2 ④N2、H2
A．①②
B．②④
C．③④
D．②③
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12．常温下把体积相同的甲烷和氯气充入一个无色的集气瓶中，
光照一段时间后，发现气体的黄绿色变浅，集气瓶上有淡黄
绿色液滴，此时集气瓶中最多含有气体物质的种数是
(C )
A．5 种
B．6 种 C．4 种 D．3 种

反应方程式：CH4 + 2O2 点燃 CO2 + 2H2O 注意
凿
点燃甲烷与空气或氧气的混合
冰
取
气体会立即发生爆炸.因此，
火
点燃甲烷之前必须 验纯!!
思考: 怎么用最简单的方法把甲烷和氢气区分开?
点燃法
CH4
点燃纯净的气体，在火焰 烧杯内壁
的上方罩干燥洁净的烧杯 上有水珠
H2 烧杯内壁 上有水珠
向反应后的烧杯中注入 澄清的石灰水
天然气：
天然气的主要成分是甲烷，天然气 是当今世界上最重要的气体化石燃料。 我国是最早利用天然气的国家。
据了解，作为西气东输主供气 源，塔里木气田拥有天然气资源 量五千二百六十七亿立方米，截 至去年底，累计探明天然气地质 储量六千二百二十四亿立方米， 在年输气二百亿立方米的前提下， 有能够稳定供气三十年的资源保 证。
甲烷
甲烷
现象：试管①中气体呈淡黄绿色 试管②中淡黄绿色消失，试管壁有油状液体，
并有少量白雾。
结论：光照条件下，甲烷与氯气发生了反应
光照
CH4+Cl2
CH3Cl+HCl
光照
CH3Cl+Cl2
CH2Cl2+HCl
光照
CH2Cl2+Cl2
CHCl3+HCl
光照
CHCl3+Cl2
CCl4+HCl
产物为混合物
注意：甲烷氯代物的结构特点
CH4分子的立体构型为正四面体，4个C-H的长度、 强度和夹角完全相同，因此4个氢原子性质完全相同。 (1)将CH4的4个氢原子全部用其他相同的原子替代， 则该原子形成的分子结构仍为正四面体，如CCl4。 (2)若CH4分子中的4个氢原子被不同的原子替代，则 该原子形成的分子结构仍为四面体，但不属于正四 面体，如CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3。 (3)CH4取代产物均只有一种。

CHCl3 + Cl2
光
CCl4 + HCl
四氯甲烷又叫四氯化碳（有机溶剂、灭火剂）
甲烷还能与其它的卤素单质发生取代反应
人教版必修2《有机化合物》
一氯甲烷的形成 H
+ Cl—Cl
光
H
C H
Cl + H Cl (一氯甲烷)
CH3Cl 气态 （g）
分子式 状态 （S T P）
人教版必修2《有机化合物》
向下排气法
收集
排水法
俗名：沼气、坑气、瓦斯、天然气、可燃冰
人教版必修2《有机化合物》
三、甲烷的分子结构
1.分子式： CH4 电子式： H
H C H H
结构式：
H
H C H H
人教版必修2《有机化合物》
2、甲烷分子的立体结构：
以碳原子为中心， 四个氢原子为顶 。 ， 点的正四面体。键角：109 28
液态 （l） CH2Cl2
人教版必修2《有机化合物》
三氯甲烷的形成 Cl
H C Cl H + Cl—Cl
光
Cl
H C Cl
Cl + H Cl (三氯甲烷)
氯仿 CHCl3
液态 （l）
俗称 分子式 状态 （S T P）
人教版必修2《有机化合物》
四氯甲烷的形成
Cl Cl C Cl H Cl
光
+ Cl—Cl
人教版必修2《有机化合物》
温馨提示：但由于有机物的 立体结构式书写起来比较费 事，为方便起见，一般采用 平面的结构式。
(平面)
人教版必修2《有机化合物》
四、甲烷的化学性质 1、甲烷的氧化反应
因其含碳量低，其火焰为淡 蓝色火焰。

沸点/ ℃
-164 -88.6 -42.1 -0.5 36.1 301.8
相对 密度
0.466 0.572 0.585 0.5788 0.6262 0.7780
水溶性 不溶 不溶 不溶 不溶 不溶 不溶
分析表3-1烷烃的结构简式，写出对应的分子式。相邻
两个烷烃结构和分子组成上有什么联系？
表3-1几种烷烃的物理性质
现象与结论：
室温时，混合气体无光照时，不发生反 现象 应；光照时混合气体的黄绿色变浅，试 管壁上出现油滴，试管中有少量白雾， 试管内的液面上升。
分析上述实验中所观察到的现象，从中可以 讨论 得到那些结论？ 1 说明试管内的混合气体在光照的条件下发 生了化学反应。 结论 2 试管壁上出现液滴，说明反应中生成了新 的油状物质，且不溶与水。 3 试管内液面上升，说明随着反应的进行， 试管内的气压在减小，即气体总体积在减小。
生成物中不一定有单质
反应物和生成物中一定 有单质
反应能否进行，受温度、光 在水溶液中进行的反应， 照、催化剂等外界条件的影 遵循金属活动性顺序等 响较大 反应逐步进行，很多 反应是可逆的 反应一般为单方向进行
(3)甲烷的受热分解
CH4
高温
C+2H2
决定用途
决定 结构
性质
应用： 三氯甲烷和四氯甲烷是工业上重 要的溶剂。 氢气是合成氨和合成汽油等工业 的原料；炭黑是橡胶和染料的工业原 料。
在特定条件下甲烷能与某些物质发生 化学反应，如可以燃烧和发生取代反应等。
（1）氧化反应：
CH4+2O2
点燃
CO2+2H2O
现象：安静燃烧，淡蓝色火 焰，产生使澄清石灰水变浑 浊的气体，放热
注意：点燃甲烷与空气或氧气的混合气体 会立即发生爆炸.因此，点燃甲烷之前必须 验纯!!

第2课时 烷烃
一、烷烃 1.结构特点:
碳碳单键 氢原子
2.通式:_C_n_H_2n_+_2(_n_≥__1_)_ 3.物理性质: (1)递变规律(随碳原子数n递增)。
气态
升高
增大
(2)相似性:烷烃均_难__溶于水,相对密度均小于1。
4.化学性质(与CH4相似):
稳定性
具体体现
烷烃比较稳定,在通常情况下跟强 酸、强碱、酸性高锰酸钾溶液等 都不发生反应
(CH3)2CHCH(CH3)2含有2种等效氢,所以能生成2种沸点 不同的有机物,故C错误;(CH3)3CCH2CH3中有3种位置不 同的氢,所以其一氯代物有3种,能生成3种沸点不同的 产物,故D正确。
【延伸探究】题目中给出的有机物都是烷烃吗?属于同 分异构体的是哪几项? 提示:结构不同。注意从两个方面考虑,一是原子或原子 团的连接顺序不同,二是原子的空间排列不同。
2.烷烃同分异构体的书写——减碳链法: (1)遵循的原则。 主链由长到短,支链由整到散;位置由心到边,排列对 (位)邻(位)到间(位)。
(2)书写的步骤。 ①先写出碳原子数最多的主链。 ②写出少一个碳原子的主链,另一个碳原子作为甲基 (—CH3)接在主链某碳原子上。
【补偿训练】 1.下列4组数字,代表有机物的4个同系物相对分子质量 的是 ( ) A.16、32、48、64 B.16、17、18、19 C.16、30、44、58 D.16、28、40、52
【解析】选C。同系物的相对分子质量相差14或14的倍 数。
2.关于CH4、C2H6和 是( )
的叙述正确的
命名为_异__丁__烷__。
二、同系物 1.概念:结构相似,在分子组成上相差一个或若干个 _C_H_2 原子团的物质互称为同系物。 2.实例:CH4与CH3CH2CH(CH3)2(异戊烷)属于同系 物;CH3OH(甲醇)与CH3CH2OH(乙醇)属于同系物。

不是正方形的平面结构，理由是：( B ) A. CH3Cl只存在一种结构
B. CH2Cl2只存在一种结构
C. CHCl3只存在一种结构
D. CCl4中四个价键的键角和键长都相等
例二.若甲烷与氯气以物质的量之比1:3混合,在光照下可
能得到的产物有:①CH3Cl;②CH2Cl2; ③ CHCl3 ; ④CCl4.
[答案]
⑴2C2H6+7O2 点→燃 4CO2+6H2O
⑵ CnH2n+2+
3n 1 2
O2点→燃
nCO2+(n+1)H2O
⑶ CH3CH3+Cl2 →光 CH3CH2Cl+HCl ⑷ CH3CH3+2Cl2 光→ C2H4Cl2+2HCl
(三)同系物
[讨论]观察下列烷烃的结构及组成分析有什么相似 和不同的地方？并由此得出同系物的概念。
CH2
D、CH2=CH2
CH3CH=CH2
[小结]
1.烷烃的组成结构特点:
⑴通式:CnH2n+2 ; ⑵分子内每个碳原子与其他四个原子相连组成四面体; 碳原子与碳原子以单键结合形成碳链,余下价键全部与 氢原子结合.
⑶结构简式的书写. 2.烷烃的性质
⑴物理性质相似且递变
⑵化学性质与甲烷相似. 3.同系物的概念.
⑵元素组成:一定含有碳,常含有H、O，还可能含有 氮、硫、卤素、磷等。一般为共价化合物。
⑶烃：仅含碳、氢两元素的有机化合物，也叫碳氢 化合物，最简单的烃为甲烷。
烃字的由来：
火 + 气=烃
tàn qīng
[练习1]下列物质属于烃的是：
BEJ
A．H2S E．CH4 I．CO2

解析：甲烷分子无论是正四面体结构，还 是正方形的平面结构，A、C、D 三项都是成立 的，CH2Cl2 若是正方形的平面结构，则其结构
应有两种，即 和 ，若是正四面体结构， 则其结构只有一种。无论是正四面体结构还是 正方形结构，CH4 中都含有 4 个 C－H 极性键。
答案：选 B
2．下列各图均能表示甲烷的分子结构， 哪一种更能反映其真实存在状况( )
。
3．甲烷的四种氯代产物都 不 溶于 水。除一氯甲烷常温下是 气 体外，其他 三种都是 油状液体 。
[名师点拨] 甲烷发生取代反应的有关规律 1．反应条件和反应物 反应条件为光照，反应物为甲烷与 卤素单质。如甲烷与氯水、溴水不反应， 但可以与氯气发生取代反应。
2．反应产物 甲烷与氯气反应生成的产物是 CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3 和 CCl4 四种有 机物与氯化氢形成的混合物，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，但很难出现全 部是某一种产物的情况。
[课堂互动区]
[新知探究] 1．已知甲烷的密度在标准状况下是 0.717 g/L，含碳 75%，含氢 25%，利用 这些数据怎样确定它的分子式？
提 示 ： 甲 烷 的 摩 尔 质 量 为 M ＝ 22.4 L/moL×0.717 g/L＝16 g/moL
1 mol 甲烷气体中含碳原子的物质的量： 16 g/mo1L2×g/1mmoLol×75%＝1 mol， 1 mol 甲烷气体中含氢原子的物质的量： 16 g/moL1 ×g/m1 moLol×25%＝4 mol， 所以甲烷的分子式为 CH4。
2．甲烷是一种无 色、无味的气体 ， 密度比空气 小 ，极难 溶于水。在自然界 中，甲烷存在于 天然气、沼气、油田气 和煤矿坑道气中。“西气东输”工程中的 气体主要是 甲烷 ，发生瓦斯爆炸的主要 气体是 甲烷 。