最简单的有机化合物—甲烷教案
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最简单的有机化合物——甲烷
一、有机物概述
1、有机物:
含有碳元素的化合物为有机物。
( 但CO、CO2、碳酸、碳酸盐、金属碳化物 、CN-、SCN-、等看作无机物。)
2、组成元素：
碳、氢、氧、氮、硫、磷、卤素等
3、有机物种类繁多，其主要原因是：
（1）碳原子含有4个价电子，可以跟其它原子形成4个共价键；
（2）碳原子与碳原子之间可以形成单键、双键、三键
（3）碳原子相互之间可以形成碳链，也可以形成碳环
（4）含有相同原子种类和数目的分子可能具有不同结构
4、有机物的主要性质特点
（1）大多数有机物难溶于水,易溶于有机溶剂。
（2）绝大多数有机物受热容易分解,且易燃烧。
（3）多数有机物为非电解质，不易导电。
（4）多数有机物熔沸点低。
（5）有机物的反应复杂，一般比较慢，常常伴有副反应发生。
有机物的以上性质特点与其结构密切相关。
二、甲烷的结构、性质
仅含碳和氢两种元素的有机化合物称为碳氢化合物，又称为烃。根据结构的不同，烃可分为烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃等。甲烷是最简单的一种烃。
1、分子结构
甲烷分子不是平面四边形结构
键角：109°28′
与金刚石的结构相同
以碳原子为中心， 四个氢原子
为顶点的正四面体。
[思考与讨论]
CH4分子是极性分子还是非极性分子?为什么?
CH4是非极性分子.
因为,甲烷分子中,四条C-H键的极性,大小相等,方向相反,正好互相抵消,所以~~
例题1 甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构，而不是正方形的平面结构，理由是（ ）
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
2、物理性质
无色无味的气体，极难溶于水。密度是0.717g/L（标准状况)；
（密度求算公式：M=22.4ρ）
例题2 下列有关甲烷物理性质的叙述正确的是 （ ）
A、甲烷是一种黄绿色气体
B、甲烷是一种有臭味的气体
C、收集甲烷时常用排水法，是因为甲烷的密度与空气的密度相近。
D、甲烷能用排水法收集是因为甲烷难溶于水
3、化学性质
在通常情况下，甲烷比较稳定，不与强酸、强碱和强氧化剂反应。但在特定条件下，甲烷能与某些物质发生反应。
①氧化反应
现象：明亮的淡蓝色火焰，生成H2O和CO2，放出大量的热。
甲烷在点燃之前要验纯，否则可能发生爆炸。
②取代反应
HClClCHClCH324光
一氯甲烷（无色气体）
HClClCHClClCH2223
二氯甲烷（难溶于水的无色液体）
HClCHClClClCH3222光
三氯甲烷又叫氯仿（有机溶剂）
HClCClClCHCl423光
四氯甲烷又叫四氯化碳（有机溶剂、灭火剂）
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。
a、CH4与纯卤素单质（氯气、溴蒸气）在光照条件下发生取代反应，与氯水、溴水不反应。
b、甲烷的四种氯代产物都不溶于水。在常温下，ClCH3是气体22ClCH、
3CHCl、4CCl则都是无色油状液体。
1、CH4与Cl2反应后，产物有几种？哪些是有机物？哪种产物最多？
五种
一氯甲烷,二氯甲烷,三氯甲烷(氯仿),四氯化碳等4种都是有机物;
HCl 最多
2、CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3是极性分子还是非极性分子？
极性分子
③分解反应 OHCOOCH222422点燃
242HCCH高温
甲烷在隔绝空气并加热到1000℃的条件下分散为炭黑和氢气。炭黑和氢气都是重要的工业原料。
例题3 将1molCH4与Cl2发生取代反应，待反应完全后测得生成的四种有机取代产物的物质的量相等，则消耗的Cl2的物质的量是（ ）。
A、0.25mol B、1mol C、2.5mol D、5mol
解析：由碳原子守恒易求出四种有机取代产物的物质的量都是0.25mol。因参加反应的Cl2的物质的量与有机取代产物中Cl原子的物质的量相等，故参加反应的Cl2的物质的量=n（CH3Cl）×1+n（CH2Cl2）×2+n（CHCl3）×3+n（CCl4）×4=0.25×（1+2+3+4）=2.5mol。
例题4 一定量的甲烷燃烧后得到的产物为CO、CO2和水蒸气，此混合气体质量为49.6g，当其缓慢经过无水氯化钙（足量）时，氯化钙增重25.2g，则原混合气体中CO2的质量为（ ）。
A、24.4g B、19.7g C、13.2g D、12.5g
解析：25.2g是甲烷燃烧生成的H2O（g）的质量，n（H2O）=25.2÷18g/mol=1.4mol，则甲烷的物质的量可由氢元素守恒求得n（CH4）=21×1.4mol=0.7mol。则混合气体中CO和CO2的物质的量之和为0.7mol，而其质量之和为（49.6g-25.2g）=24.4g。据此可得下列方程
gCOnmolgCOnmolgmolCOnCOn4.24)(44)(287.0)()(2112
解得 n（CO）=0.4mol，n（CO2）=0.3mol
则 m（CO2）=0.3mol×44g/mol=13.2g。
拓展：取代反应与置换反应的比较
取代反应 置换反应
概念区别 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 一种单质和一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物的反应
比较 ①可与化合物发生反应，产物中不一定有单质
②反应能否进行受催化剂、温度、光照等外界条件影响较大
③逐步取代，很多反应是可逆的。由于共用电子对破裂而交换原子或原子团 ①反应物、产物中一定有单质
②在水溶液中进行的置换反应遵循金属或非金属活动性的顺序
③反应一般单向进行。单质与化合物通过电子的转移而发生的氧化还原反应
[课堂练习]
1、下列反应不属于取代反应的是
A、HBrrr324BCHBCH光
B、2442nnHSOZSOHZ
C、OHCOOCH222422点燃
D、lll23HCCHFCHFCHC
2、某气态烃在标准状况下的密度为0.717g/L，其中氢元素的质量分数为25%，求该烃的分子式。
M＝22.4L/mol× 0.717g/L=16g/mol
H元素的原子个数＝16 ×25％÷1＝4
C元素的原子个数＝（16－4）÷12＝1
所以，该烃的分子式： CH4
三、烷烃的结构和性质
烃分子中的碳原子之间只以单键结合，剩余价键全部跟氢原子结合，使每个碳原子的化合价都达到“饱和”。这样的烃叫做“饱和烃”，也叫烷烃。
结合剩余价键与链状（可能有支链）”单键：“、结构特点HCCC1
2、通式：CnH2n+2 (n≥1，n∈N)
3、烷烃的性质：
（1）物理性质：
名称 结构简式 常温时的状态 熔点/℃ 沸点/ ℃ 相对
密度 水溶性
甲烷 CH4 气 -182 -164 0.466 不溶
乙烷 CH3CH3 气 -183.3 -88.6 0.572 不溶
丙烷 CH3CH2CH3 气 -189.7 -42.1 0.585 不溶
丁烷 CH3(CH2)2CH3 气 -138.4 -0.5 0.5788 不溶
戊烷 CH3(CH2)3CH3 液 -130 36.1 0.6262 不溶
十七烷 CH3(CH2)15CH3 固 22 301.8 0.7780 不溶
随碳数增加，呈递变性
状态：气→液→固； n≤4的烃常温下均为气态；
沸点依次增加 ；ρ依次增大（但小于1）；
均不溶水而易溶于有机溶剂。
（2）化学性质：通常情况下，不与酸、碱、强氧化剂反应。
① 氧化反应
OHnnCOOCnHnn22222)1(213点燃
均不能使酸性KMnO4溶液褪色。
②取代反应：在光照条件下进行，产物更复杂。
例如：
例题5 下列有关烷烃的叙述中，不正确的是 （ ）
A、在烷烃分子中，所有的化学键都为单键
B、所有的烷烃在光照条件下都能与Cl2发生反应
C、烷烃分子通式为CnH2n+2，符合该通式的烃不一定是烷烃
D、通常情况下，烷烃不与强酸、强碱和强氧化剂反应
例题6 写出下列反应化学方程式：
⑴CH3CH3在氧气中完全燃烧
⑵ CnH2n+2在氧气中燃烧
⑶ CH3CH3与氯气反应生成一氯乙烷
⑷ CH3CH3与氯气反应生成二氯乙烷
例题7（1）、若某烷烃的分子式为C12Hm，则m= ；
（2）、若某烷烃的分子式为CnH32，则n= ；
（3）、某烷烃的相对分子质量为142，则它的分子式为 。
4、同系物：
结构相似、分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质互相称为同系物。
同系物的判断及其规律
1、两化合物互为同系物的必备条件有三：
（1）同通式、同类物；
（2）结构相似；
（3）分子组成上相差一个或若干个CH2原子团
同时满足这三个条件的化合物才是互为同系物的关系。
2、同系物规律
（1）同系物随着碳原子数的增加，相对分子质量逐渐增大，分子间作用力逐渐增大，光照233ClCHCHCH3CH2Cl+
