人类参考资料发现认识甲烷的历程

甲烷知识介绍甲烷在自然界的分布很广，甲烷是最简单的有机物，是天然气，沼气，坑气等的主要成分。

也是含碳量最小（含氢量最大）的烃，也是天然气、沼气、油田气及煤矿坑道气的主要成分。

它可用来作为燃料及制造氢气、碳黑、一氧化碳、乙炔、氢氰酸及甲醛等物质的原料。

甲烷，化学式CH4，是最简单的烃，由一个碳和四个氢原子通过sp3杂化的方式组成，分子结构呈正四面体结构，四个键的键长相同键角相等。

在标准状态下甲烷是一无色无味气体。

一些有机物在缺氧情况下分解时所产生的沼气其实就是甲烷。

甲烷主要是作为燃料，如天然气和煤气，广泛应用于民用和工业中。

作为化工原料，可以用来生产乙炔、氢气、合成氨、碳黑、硝氯基甲烷、二硫化碳、一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和氢氰酸等。

天王星的大气层也存在甲烷和氢气。

据德国核物理研究所的科学家经过试验发现，植物和落叶都产生甲烷，而生成量随着温度和日照的增强而增加。

另外，植物产生的甲烷是腐烂植物的10到100倍。

他们经过估算认为，植物每年产生的甲烷占到世界甲烷生成量的10%到30%。

行星中发现甲烷据国外媒体报道，美国天文学家19日宣布，他们首次在太阳系外一颗行星的大气中发现了甲烷，这是科学家首次在太阳系外行星探测到有机分子，从而增加了确认太阳系外存在生命的希望。

该小组还证实了先前的猜测，即这颗名叫HD 189733b的行星的大气中有水。

甲烷是创造适合生命存在的条件中，扮演重要角色的有机分子。

美国宇航局喷气推进实验室的天文学家，利用绕轨运行的“哈勃”太空望远镜得到了一张行星大气的红外线分光镜图谱，并发现了其中的甲烷痕迹。

甲烷最基本的氧化反应就是燃烧：CH4+2O2→CO2+2H2O甲烷的含氢量在所有烃中是最高的，达到了25%，因此相同质量的气态烃完全燃烧，甲烷的耗氧量最高。

点燃纯净的甲烷，在火焰的上方罩一个干燥的烧杯，很快就可以看到有水蒸气在烧杯壁上凝结。

倒转烧杯，加入少量澄清石灰水，振荡，石灰水变浑浊。

教学设计]天然气的利用甲烷二、教材分析《课程标准》对本课教学内容的基本要求是在初中的基础上进一步学习与人类生存和发展密切相关的一些有机化合物的重要知识；并不要求去追求知识的系统性和知识迁移。

本节内容是在学生通过初中学习，初步认识甲烷的燃烧反应和一些主要用途的基础上，进一步从甲烷的分子结构角度来认识甲烷的化学性质（氧化反应，取代反应）等。

学生在学习中需要初步应用已有的原子结构、化学键等基础知识，从宏观、微观的角度来全面认识甲烷。

但由于学生对教材的内容比较陌生，基本没有形成有机物的学习方法，空间想象思维较弱，所以在学习中应用辩证的观点从结构理解性质有一定的困难。

因而在教学中通过模型制作培养逻辑思维和空间想象力。

《学科教学指导意见·化学》对《天然气的利用甲烷》课时分配建议为1课时。

对甲烷的教学建议：初中化学中学生已经接触过甲烷，对甲烷的分子式、存在和应用有了一定的了解，所以高中教学应把结构、性质和用途作为学习的重点，尤其是化学性质的学习。

为了更好的激发学生的求知欲望，又能体现新课程的三维目标。

本课采用信息加工模式，充分体现化学和生活的紧密联系。

通过讲解甲烷的存在、用途、性质、结构，让学生以甲烷作载体去体会有机化学学习的内容和特点。

三、学情分析根据心理学研究表明：高一学生正处在求知欲强、好胜心强、兴趣广泛；但稳定的情感、态度、价值观尚未形成，自我认识能力不足，思维活跃但不深刻的阶段，这些是我们应该充分认识到的。

在初中化学中学生已经接触过甲烷，对甲烷的分子式、存在和应用有了一定的了解，高中重点是学生甲烷的化学性质，而且把所学的知识与生产、生活有机的结合起来，使学生感到既熟悉又有新知识可以学，因为这部分知识与生活息息相关，从而可以激发学生的学习热情。

四、教学目标（一）知识与技能目标：1、知道化石燃料的主要成分，认识综合利用甲烷对于充分利用自然资源、环境保护及保障国民经济可持续发展等方面的意义；2、认识甲烷的分子组成、结构特征、主要化学性质及应用，初步认识取代反应的概念；3、了解有机化合物分子中基团——甲基的概念；4、知道可燃性气体在保存、点燃中的安全问题。

沼气基本知识一、沼气的基本知识和发展历史人类发现、利用沼气，已有悠久的历史。

1776年，意大利科学家沃尔塔发现沼泽地里腐烂的生物质发酵，从水底冒出一连串的气泡，分析其主要成分为甲烷和二氧化碳等气体。

由于这种气体产生于沼泽地，故俗称“沼气”。

1781年，法国科学家穆拉发明人工沼气发生器。

200多年过去了，如今全世界约有农村家用沼气池530万个，中国就占了92％。

农村沼气池的主要填料是猪粪、秸秆、污泥和水等。

随着农村沼气使用的日益推广和大型厌氧工程技术的进步，90年代以来，世界范围内的一些大型沼气工程有了迅速发展。

1、什么是沼气?沼气是一种可燃气体，由于这种气体最先是在沼泽中发现的，所以称为沼气2、沼气含有哪些成分?沼气是一种混合气体，主要成分是甲烷(CH4)、其余为二氧化碳(CO2)、氧气(02)、氮气(N2)和硫化氢(H2S)。

其中甲烷含量约为55％一70％，二氧化碳含量约为30％——45％。

沼气能够作为燃料，是因为它所含大量甲烷气体可以燃烧。

甲烷完全燃烧时，火焰是淡蓝色，放出大量热能化学反应式：CH4 + 2O2--- CO2 + 2H2O +212.8千卡甲烷、氧---- 二氧化碳、水、热能１立方米甲烷完全燃烧可放出5500--6500千卡热量，3-4头猪的粪便所产沼气就可保证一家五口一日的炊事用气。

二、生物质能的概念生物质是地球上最广泛存在的物质，它包括所有动物、植物和微生物，以及由这些有生命物质派生、排泄和代谢的许多有机质。

各种生物质都具有一定的能量。

以生物质为载体、由生物质产生的能量，便是生物质能。

生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式。

它直接或间接来源于植物的光合作用。

地球上的植物进行光合作用所消费的能量，占太阳照射到地球总辐射量的0.2%。

这个比例虽不大，但绝对值很惊人：光合作用消费的能量是目前人类能源消费总量的40倍。

可见，生物质能是一个巨大的能源。

人类以柴薪为能源，历史长达百万年。

人类发现认识甲烷的历程甲烷是最简单的烷烧，同时甲烷也是最简单的有机物，是含碳虽最小含氢量最大的烧，是沼气、天然气、瓦斯、坑道气以及汕出气的主要成分，在这篇小文章里，似说甲烷，但实质上是通过人们对甲烷结构的认识来回溯一下人们认识微观世界分子中原子相互作用关系的历史。

甲烷的发现公元前1066至公元前771年，我国西周年代写成的算卦占卜的书《周易》中，在谈到一些自然界发生的现象时说：“象曰：'泽中有火。

'”这里的“泽”就是沼泽。

'‘火井”是我国古代人们给天然气井的形象命劣。

根据现已发现的文字记载，在我国辽阔的上地上，北起长城内外，南到云贵髙原，西至玉门关外，东临黄海之滨和台湾省，古代都曾发现过天然气，有的地方早在2000年前就钻凿了天然气井。

18世纪的欧洲科学家们发现了甲烷后，科学地研究了它。

发明电池的意大利物理学家伏打（A.Volta, 1745—1827）,在1776年11月14日、21日、26日和12月8日写给他的友人的信中，叙述了发现甲烷的经过。

他在意大利北部科摩（Como）湖的淤泥中收集到一种气体，是用木棒搅动淤泥，让冒岀的气泡通入倒转过来并充满水的瓶中。

他点燃了这一气体火焰呈青蓝色，燃烧较慢，需要10-12倍体积的空气才会燃烧爆炸，不同于可燃性空气（氢气）的燃烧。

提出原子论的英国化学家道尔顿也和伏打一样收集了沼气，并进行了研究。

1790 年英国医生奥斯汀发表燃烧甲烷和氢气的报告。

他测圧了甲烷比氢气重。

而且氢气燃烧生成水，甲烷燃烧生成水和二氧化碳。

他确定甲烷是碳和氢的化合物。

对甲烷的早期研究对于甲烷这么一个最简单的有机物，人类为了认识它的分子结构并达到了今天的程度，花去了百年以上的时间！更不知道有多少化学界的前辈，用了多少无眠的夜晚，一遍遍的思索想象和探求着。

1808年，被恩格斯誉为近代化学之父的原子论创立者道尔顿用表示甲烷的分子结构，这个表示方法表明，道尔顿认为甲烷分子是有两个氢原子和一个碳原子构成的，这在今天看来显然是很不正确的，但是这么表示是利用了当时初建的原子分子学说，这个表示式是化学科学中出现最早的一个结构式，它的提出开创了深入认识物质本性的先例。

甲烷与温室效应温室效应是大气对于地球保暖作用的总称。

地球大气中能够吸收大量的红外线辐射能的气体物质被称为温室气体，如二氧化碳和甲烷等。

在到达大气层的太阳辐射能中大约有50%能够到达地球并被地球吸收，使地球表面增漫，而另一部分能量则被辐射出去。

由于地球表面温度较低，所以这些被地表辐射出去的辐射能几乎人事部都在红外波段。

如果这些红外波段的辐射能被大气中的温室气体吸收，就会使大气变暖，使地表气温升高，且维持在较高温度。

日常生活中的玻璃温室、塑料大棚等就是利用温室气体产生的这一温室效应。

温室效应对地球生态所带来的灾难是极为严重的。

据国家气象变化问题研究小组研究后预测，今后100年，如果人类不采取有效措施，切实减少温室气体的排放，全球平均气温将升高6℃，最低也将上升2℃。

而气温上升3℃，地球两极的冰川就将熔化，大量的冰川融化水将涌入大洋、大海，海平面奖因此而上升1 4~80㎝。

海平面的上升，可使沿海城市淹没，数以亿计的人将被迫迁移。

并且冰川熔化后，将失去作为“温度调节器”的作用，地球生态系统将遭受更严重的破坏。

大气层中的温室气体主要是二氧化碳，其次就是甲烷。

甲烷是一种无色、无味的气体，密度比空气小，极难溶于水，是一种最简单的有机物。

大气中的甲烷可以像CO2一样吸收地表辐射的能量，减少地表热量向太空的散失，且效果是C O2的21倍。

甲烷在大气中含量很少，但目前增长速度很快。

仅2个世纪，大气中的甲烷量就增长了1倍。

下表为甲烷气体的主要来源。

来源排放量（100Kg/年）占总量的比率化石燃料的开采及泄漏110~15013.5~16.7反刍动物65~10010.3~15.9稻田秸秆20~150 3.2~23.8动物粪便20~40 3.2~6.3工业和生活等垃圾20~60 3.2~9.5由上可知，化石燃料的滥采滥用和牛、羊等反刍动物消化后产生的甲烷是大气中甲烷的主要来源。

牛、羊等反刍动物是怎样制造甲烷的呢？这与反刍动物的消化器官的结构及其进食特点有密切的关系。

化学发现年表化学作为一门研究物质及其性质、结构、变化规律的科学，自古至今，通过多个世纪的发展和探索，积累了丰富的知识和发现。

本文将按照时间顺序，回顾化学发现的重要事件和里程碑，以年表形式呈现，展示化学在不同历史时期的进展和突破。

1. 公元前1000年左右：古希腊化学的起源在古希腊，化学的雏形开始形成。

早期的一些哲学家和学者，如巴比伦人、古埃及人、塔科斯等，通过实验和观察，逐渐认识到物质的基本性质和变化规律，奠定了化学研究的基础。

2. 1661年：罗伯特·博义兄弟发现气体英国化学家罗伯特·博义兄弟首次成功地制备并观察到了静电放电产生的气体，此后被称为“博义兄弟气体”。

这一发现为后来对气体性质的研究奠定了基础，推动了气体化学的发展。

3. 1777年：卡尔·威尔斯巴赫提出氧概念瑞典化学家卡尔·威尔斯巴赫提出了氧气的概念，将其称为“火气”。

这一发现对于理解燃烧和氧化过程起到了重要作用，为后来的化学研究提供了新的视角。

4. 1803年：约翰·道尔顿提出原子理论英国化学家约翰·道尔顿提出了原子理论，认为物质由不可再分的小颗粒组成，每种元素具有独特的原子。

这一理论成为后来化学研究的基石，为元素周期表的建立和化学反应机理的解释提供了理论依据。

5. 1828年：弗里德里希·魏勒发现无机化合物的等价比例定律德国化学家弗里德里希·魏勒总结了大量无机化合物的实验数据，提出了等价比例定律，即元素在化合物中的质量比例是固定的。

这一定律对于化学计算和元素之间的定量关系研究产生了重要影响。

6. 1828年：弗里德里希·瓦勒克发现有机化合物的同分异构现象瑞典化学家弗里德里希·瓦勒克发现了有机化合物中的同分异构现象，即相同化学式但结构不同的分子。

这一现象挑战了当时对于化合物结构的认识，推动了有机化学的发展。

7. 1869年：德米特里·门捷列夫发现元素周期表俄国化学家德米特里·门捷列夫根据元素的物理性质和化学性质，成功地构建了元素周期表。

人类发现认识甲烷的历程甲烷是最简单的烷烃，同时甲烷也是最简单的有机物，是含碳量最小含氢量最大的烃，是沼气、天然气、瓦斯、坑道气以及油田气的主要成分，在这篇小文章里，似说甲烷，但实质上是通过人们对甲烷结构的认识来回溯一下人们认识微观世界分子中原子相互作用关系的历史。

甲烷的发现公元前1066至公元前771年，我国西周年代写成的算卦占卜的书《周易》中，在谈到一些自然界发生的现象时说：“象曰：‘泽中有火。

’”这里的“泽”就是沼泽。

“火井”是我国古代人们给天然气井的形象命名。

根据现已发现的文字记载，在我国辽阔的土地上，北起长城内外，南到云贵高原，西至玉门关外，东临黄海之滨和台湾省，古代都曾发现过天然气，有的地方早在2000年前就钻凿了天然气井。

18世纪的欧洲科学家们发现了甲烷后，科学地研究了它。

发明电池的意大利物理学家伏打（A.Volta,1745—1827）,在1776年11月14日、21日、26日和12月8日写给他的友人的信中，叙述了发现甲烷的经过。

他在意大利北部科摩（Como）湖的淤泥中收集到一种气体，是用木棒搅动淤泥，让冒出的气泡通入倒转过来并充满水的瓶中。

他点燃了这一气体火焰呈青蓝色，燃烧较慢，需要10-12倍体积的空气才会燃烧爆炸，不同于可燃性空气（氢气）的燃烧。

提出原子论的英国化学家道尔顿也和伏打一样收集了沼气，并进行了研究。

1790年英国医生奥斯汀发表燃烧甲烷和氢气的报告。

他测定了甲烷比氢气重。

而且氢气燃烧生成水，甲烷燃烧生成水和二氧化碳。

他确定甲烷是碳和氢的化合物。

对甲烷的早期研究对于甲烷这么一个最简单的有机物，人类为了认识它的分子结构并达到了今天的程度，花去了百年以上的时间！更不知道有多少化学界的前辈，用了多少无眠的夜晚，一遍遍的思索想象和探求着。

1808年，被恩格斯誉为近代化学之父的原子论创立者道尔顿用表示甲烷的分子结构，这个表示方法表明，道尔顿认为甲烷分子是有两个氢原子和一个碳原子构成的，这在今天看来显然是很不正确的，但是这么表示是利用了当时初建的原子分子学说，这个表示式是化学科学中出现最早的一个结构式，它的提出开创了深入认识物质本性的先例。

阅读下面的文字，完成下面小题。

千古功罪话甲烷甲烷，化学式为C．H4．是最简单的有机物。

标准状态下的甲烷是一种无色无味的气体。

甲烷由于其高度可燃性，通常是作为燃料（天然气及沼气等的主要成分）为我们日常生活所用。

并且甲烷也可作为化工原料，广泛应用于氢气、一氧化碳、乙炔及甲醛等的制造。

说到人类对于甲烷最早的发现，那自然不能不提我国西周时期成书的《易经》。

该书在谈到一些自然界发生的现象时就说：“象曰：泽中有火。

’”这里的“泽”就是沼泽。

而“火井”则是我国古代人们给天然气井的形象命名。

不过由于技术与认识的局限，古代的中国人并没有将甲烷与天然气区分开来。

直到1790年，英国医生奥斯汀研究发现甲烷燃烧生成水和二氧化碳，从而确定甲烷是碳和氢的化合物。

在随后的漫长岁月里，通过一代代化学家不懈的努力，人类对于甲烷的认识逐渐清晰。

1874年，范霍夫提出了甲烷的四面体假说：即甲烷分子中，碳原子位于正四面体的中心，连接氢原子的四个键伸向四面体的四个顶点。

在此之后，随着化学键概念以及量子化学的先后诞生，人类对于甲烷分子构型的理论解释才日渐完善。

前面已经提到，甲烷是天然气的最主要成分，作为一种清洁能源得到了广泛的普及使用。

然而，甲烷对于人类的重要性绝不仅是燃料二字可以囊括的。

也许为许多人所不知的是，甲烷也是一种主要的温室气体，并且是使人类造成全球气候变暖的第二大温室气体。

根据相关机构的研究，以单位分子数而言，甲烷的温室效应要比二氧化碳大上25倍。

而最新的计算方式甚至得出甲烷的温室效应比二氧化碳强72倍。

在全球气候持续变暖的大环境下，当你知道了甲烷的这一属性后，是否对这一小小的气体也陡增了一丝丝复杂的情感呢？甲烷从何而来呢？甲烷的产生，除了来自大自然，如海洋、永冻层和一些湿地外，人类的活动是其最大的来源。

导致甲烷排放的主要人类活动为畜牧业和生质燃烧（在开垦土地或改变土地用途时燃烧土地上的草木）。

据专家报告，全球的牛、羊等反刍动物每年至少产生了8千万吨的甲烷，不仅导致了饲料中营养和能量的损失，而且还加速了气候暖化进程。

5、教学过程：教学过程设计教学环节教师活动学生活动设计意图激趣引题媒体展示：我国天然气资源，“西气东送”工程及其意义和神奇的可燃冰。

参考资料：西气东输视频参考资料：可燃冰及利用观看资料，加强对天然气的认识。

从自然界和日常生活中与人类相关的有机化合物入手，激发学生的学习兴趣。

【引入】天然气的主要成分是什么？【板书】一、甲烷下面我们以甲烷为例，来研究有机化合物的性质。

回答：甲烷倾听回忆自己对甲烷的已有认识。

提出本节学习内容，明确本节学习目标。

探究甲烷的组成和可燃性提出问题【提问】首先大家能否写出甲烷的化学式、电子式？这种用短线来表示一对共用电子的图式叫结构式。

甲烷的电子式和结构式只能表示甲烷中碳、氢原子的结合方式，但不能表示甲烷分子中原子在空间的排布情况。

这个问题在后面我们将会在细讲【板书】甲烷的结构知道了结构，你知道它有哪些物理性质？【板书】甲烷的物理性质书写：CH4；回答：它是一种无色无味的气体，难溶于水，可以燃烧。

加深记忆；为学习新知识做铺垫，做到温故而知新。

设计实验【引导】你们说甲烷的化学式是CH4，那你能否通过设计实验来思考、分组设计实验方案。

激发学生思考、研究问题的求知欲，培养学甲烷的化学性质：（见附） 2H 2O Ca(OH)2+CO 2=CaCO 3+H 2O记录、加深理解应用拓展【思考】我国的许多煤矿都是瓦斯煤矿,容易发生瓦斯爆炸事故,造成人员伤亡和财产损失.请你分析,在什么情况下容易发生矿井瓦斯爆炸?对此应该采取哪些安全措施?” 结合甲烷的可燃性利用P 61 “资料卡片”回答：在甲烷的爆炸极限内（5%--15.4% ）；煤矿内通风良好，定期的检查甲烷的含量。

培养分析、解决实际问题的迁移应用能力。

提出新问【过渡】甲烷除具有可燃性外，还有哪些化学性质？倾听、思考提出问题，引发思考，激发兴趣。

实 验【实验演示】P61 “科学探究” 甲烷与氯气的反应教学环节教师活动学生活动 设计意图 探 究 甲 烷 结 构 及 其 与 氯 气反应探究甲烷与氯气的反应参考资料：甲烷与氯气的反应【指导观察】观察现象，并组织讨论： 1、你从实验中得到哪些信息？2、从所得信息中你能获得哪些启示？认真观察实验现象，并以小组为单位进行讨论，得出一些有关实验的信息，再进行交流。