第一节最简单的有机化合物——甲烷课时1甲烷学习目标：1.了解有机化合物的概念。
2.掌握甲烷的分子结构，了解甲烷的物理性质及存在、用途。
3.掌握甲烷的化学性质，认识取代反应的特点。
(重点)[自主预习·探新知]1．有机化合物和烃及其包含关系【提醒】含碳化合物不一定都是有机物。
如CO、CO2、碳酸盐、氰化物等为无机物。
2．甲烷的存在组成与结构(1)甲烷的存在和用途(2)组成和结构(3)空间结构甲烷分子以碳原子为中心，四个氢原子为顶点形成正四面体形，4个C —H 键的长度和强度相同，夹角相等。
【提醒】 可利用CH 4分子中共价键的夹角为109°28′且相同，说明CH 4为正四面体形而不是正方形。
3．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 无色 气体 无味比空气小 极难溶于水(2)化学性质①稳定性通常状况下，CH 4性质稳定，与强酸、强碱、强氧化剂均不反应。
②氧化反应(燃烧)点燃条件下，CH 4能在空气中燃烧，化学方程式为CH 4＋2O 2――→点燃CO 2＋2H 2O ，燃烧火焰呈淡蓝色。
③与Cl 2的取代反应a ．CH 4与Cl 2在光照条件下，反应生成一氯甲烷的化学方程式(用结构式表示物质) 。
b ．甲烷的4种氯代产物都不溶于水，常温下CH 3Cl 为气体，其他三种为液体。
(3)有机物取代反应概念：有机物分子中的某些原子或原子团被其他的原子或原子团所替代的反应。
[基础自测]1．判断对错(对的打“√”，错的打“×”)。
(1)含碳化合物一定为有机物，含碳、氢的化合物一定是烃( )(2)沼气、坑道气、天然气的主要成分均为甲烷( )(3)甲烷的结构式为，空间构型为正方形()(4)CH4易燃易爆，是一种还原性气体，能使酸性KMnO4溶液褪色()(5)CH4、H2、CO的燃烧火焰相似，均为淡蓝色火焰()2．写出下列反应的化学方程式(1)甲烷与氧气的反应：_______________________________________。
(2)甲烷与氯气的反应：_______________________________________、____________________________________________________________、____________________________________________________________、____________________________________________________________。
[合作探究·攻重难]CH4的两个主要反应实验探究1.甲烷的氧化反应(1)实验探究点燃纯净的甲烷―→―→现象：火焰呈结论：甲烷易在火焰上方罩－干燥、洁净的烧杯―→―→现象：烧杯内壁有____结论：甲烷燃烧有____生成向烧杯中注入少量的澄清石灰水，振荡―→―→现象：澄清石灰水变____结论：甲烷燃烧有____生成(2)化学方程式是________________。
2．甲烷与Cl2取代反应的实验探究图①图②[问题思考](1)图①和图②中有哪些现象？(从试管内，水槽内两方面思考)(2)图①与图②的现象说明甲烷与Cl2反应的条件是什么？(3)写出Cl2与CH4发生反应的系列方程式(用结构简式表示物质)。
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。
(3)反应特点①连锁反应甲烷的取代反应是一种连锁反应，即第一步反应一旦开始，后续反应立即进行。
生成物中各物质均含有，其中HCl的物质的量最多。
②数量关系CH4与Cl2发生取代反应时，每1 mol H被取代，消耗1 mol Cl2，同时生成1 mol HCl。
即1 mol CH4与Cl2发生完全取代，消耗Cl2最多为4 mol。
n(Cl2)＝n(H)＝n(HCl)。
[对点训练]1．(2018·全国卷Ⅱ)实验室中用如图所示的装置进行甲烷与氯气在光照下反应的实验。
光照下反应一段时间后，下列装置示意图中能正确反映实验现象的是( )A B C D2．下列化学反应中不属于取代反应的是( )A ．CH 2Cl 2＋Br 2――→光CHBrCl 2＋HBrB ．CH 3OH ＋HCl ―→CH 3Cl ＋H 2OC ．CH 2===CH 2＋H 2O ――→催化剂CH 3CH 2OHD ．CH 3—CH 2—Br ＋H 2O ――→NaOH △CH 3—CH 2—OH ＋HBr 3．在标准状况下，22.4 L CH 4与氯气在光照下发生取代反应，待反应完全后，测得四种有机取代物的物质的量相等，则消耗的氯气为( )A ．0.5 molB ．2 molC ．2.5 molD ．4 mol甲烷的结构(1)从碳的原子结构分析，有机物成键有什么特点？(2)若甲烷分子中的一个氢原子被氯原子取代，生成的CH 3Cl 还是四面体结构吗？(3)根据甲烷的正四面体结构推测CH 2Cl 2结构应该有几种？甲烷取代物的结构特点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CH4分子中的4个氢原子性质完全相同。
(1)若将CH4分子中的4个氢原子全部用其他相同的原子或原子团替代，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个氢原子被其他不同的原子或原子团替代，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的一取代、二取代、三取代、四取代产物均只有一种。
(4)CH4的二卤代物有一种可说明CH4是正四面体结构而不是正四边形结构。
[对点训练]4．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()Ⅰ.结构示意图Ⅱ.电子式Ⅲ.球棍模型Ⅳ.比例模型A．ⅠB．ⅡC．ⅢD．Ⅳ5．下图是CH4、CCl4、CH3Cl的分子球棍模型图，下列说法正确的是()A．CH4、CCl4和CH3Cl都是正四面体结构B．CH4、CCl4都是正四面体结构C．CH4和CCl4中的化学键均为非极性键D．CH4、CCl4的结构相同，性质也相同[当堂达标·固双基]1．在我国的南海、东海海底已发现天然气(含甲烷等)的水合物，它易燃烧，外形似冰，被称为“可燃冰”。
“可燃冰”的开采，有助于解决人类面临的能源危机。
下列说法正确的是()①甲烷属于烃类②在相同条件下甲烷的密度大于空气③甲烷难溶于水④可燃冰是一种极具潜力的能源A．①②③B．②③④C．①③④D．①②④2．下列关于甲烷分子结构的说法正确的是()A．甲烷的电子式为，分子中各原子都达到“8电子”稳定结构B．CHCl3只有一种结构，说明甲烷是以碳原子为中心的正四面体结构C．CH4比SiH4分子稳定，说明碳元素比硅元素非金属性强D．CH3Cl的四个价键的长度和强度相同，夹角相等3．鉴别甲烷、一氧化碳和氢气3种无色气体的方法，是将它们()A．先后通入溴水和澄清石灰水B．点燃后罩上涂有澄清石灰水的烧杯C．点燃，先后罩上干燥的冷烧杯和涂有澄清石灰水的烧杯D．点燃后罩上涂有澄清石灰水的烧杯，通入溴水4．下列叙述错误的是()A．通常情况下，甲烷跟强酸、强碱、强氧化剂不起反应B．甲烷化学性质比较稳定，不能被任何氧化剂氧化C．甲烷跟氯气反应无论生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3还是CCl4，都属于取代反应D．甲烷的四种取代物都难溶于水5．如图所示，U形管的左端被水和胶塞封闭，充有甲烷和氯气(体积比为1∶4)的混合气体，假定氯气在水中的溶解可以忽略不计。
将封闭有甲烷和氯气的混合气体的装置放置在光亮的地方，让混合气体缓慢反应足够长的时间。
(1)假设甲烷与氯气充分反应，且只生成一种有机物，请写出该反应的化学方程式_______________________________________________________ ____________________________________________________________。
(2)经过几个小时的反应后，U形管右端的水面变化是________。
A．升高B．降低C．不变D．无法确定(3)U形管左端的气柱变化是________。
A．体积增大B．体积减小C．消失D．不变(4)U形管右端的水面变化的原因是________________________________________________________________________________________________________________________。
