甲烷总结习题

甲烷总结习题

甲烷(总结+习题)

年级高一学科化学

内容标题甲烷

编稿老师计志坚

【本讲教育信息】

一、教学内容

甲烷

二、考点清单

1. 甲烷的正四面体结构，键角、电子式、结构式的表达；

2. 甲烷的重要化学性质：燃烧、取代反应；

3. 烷烃的组成及结构特点，同系物的概念的理解，同系物之间的物理性质及化学性质的相似性和相异性。

三、全面突破

知识点1：（一）有机物概述

1. 有机物的含义：绝大多数含碳的化合物，都是有机化合物（简称有机物）。CO、CO2、碳酸及其盐等由于其结构和性质类似于无机物，所以属于无机物的范畴。

2. 有机物和无机物在性质上的区别

有机物无机物

溶解性多数易溶于有机溶剂，难溶于水多数易溶于水，难溶于有机溶剂

稳定性和可燃性绝大多数受热易分解，容易烧多数受热难分解，不易燃烧

熔点绝大多数较低多数较高

溶解或熔化后的导电性绝大多数不导电多数导电

化学反应反应速率慢，往往比较复杂，常有副反应发生反应较快，一般没有副反应

3. 有机物的种类繁多，达千万种，无机物只有十来万种。碳元素位于元素周期表的IVA族，所以构成人类已知化合物种类最多的元素位于周期表的IVA族。

（二）甲烷

有机物里，有一大类仅是由碳和氢两种元素组成，叫做碳氢化合物，简称烃。该类物质中组成最简单的是CH4。

1. 分子结构

甲烷分子式为CH4，电子式为，结构式为。科学实验证明，甲烷分子里的一个碳原子与四个氢原子不在同一平面上，而是形成一个对称的正四面体的立体结构（碳原子位于正四面体的中心，4个H原子分别位于正四面体的顶点）。分子中的C—H键为极性键。

2. 物理性质

通常甲烷是一类没有颜色，没有气味的气体。比空气轻，极难溶于水。天然气、沼气、油田气和煤矿坑道气的主要成分都是甲烷。甲烷又名沼气或坑气。

3. 化学性质

（1）通常情况下，甲烷稳定，如与强酸、强碱和强氧化剂等一般不发生化学反应。甲烷不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，也不能使溴的四氯化碳溶液褪色。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。

（2）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叫做取代反应。在日光照射下，CH4和Cl2发生反应可生成3Cl、CH2Cl2、CHCl3（俗名氯仿）、CCl4四种卤代烃和氯化氢。

CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl

CH3Cl+ Cl2 CH2Cl2+ HCl

CH2Cl2 + Cl2 CHCl3 + HCl

CHCl3+ Cl2 CCl4 + HCl

室温中，甲烷和氯气的混合气体无光照时，不发生化学反应。有光照时，瓶内气体的黄绿色逐渐变

浅，瓶壁出现油状液滴，瓶中有少量

白雾。

【特别提示】①反应物状态：纯卤素，例如甲烷不跟溴水起反应，与溴蒸气见光起取代反应；反应条件：光照。

②由于有机反应的副反应较多，所以有机化学方程式中，“生成”多用“”而不用“＝”表示。

③CH4与Cl2的取代反应的特点是逐步取代的连锁反应，反应得到的是各种取代产物的混合物，其中HCl的物质的量为最多。

④要注意取代1个H原子需要l个Cl2而不是1个Cl，1 mol有机物CxHy与Cl2发生完全取代反应时，消耗Cl2的最大物质的量为y mol。

⑤与Cl2相似，其他卤素单质在光照条件下，也能与CH4发生取代反应。

⑥CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、C均为组成和结构相似的物质（除CCl4为正四面体结构外，其余均为四面体结构），因而具有相似的性质：都不溶于水；随相对分子质量的增大，沸点逐渐升高。常温下，只有CH3Cl是气体，其他都是液体。CHC、CCl4都是重要的工业溶剂；CCl4中的C元素已达+4价，CCl4不燃烧，也不支持燃烧，常作剂。

（3）氧化反应：CH4可以在空气或氧气中安静地燃烧，产生淡蓝色火焰。化学方程式为：

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O 。

【典型例题】

例1. 能够证明甲烷分子的空间结构为正四面体的事实是（）

A. 甲烷的四个碳氢键的键能相等

B. 甲烷的四个碳氢键的相等

C. 甲烷的一氯代物只有一种

D. 甲烷的二氯代物只有一种

解析：D。

点拨：甲烷的结构式为，其分子空间构型可能有两种：①为平面正方形结构，②为空间正四面体结构。无论是①还是②的空间构型，A、B、C都是成立的，或者说A、B、C成立并不能证明甲烷分子的空间构型是①还是②。若是构型①，则二氯甲烷有两种结构：

。若是构型②，则二氯甲烷只有一种结构。

例2. 在标准状况下，甲烷的密度为H2密度的8倍，32g甲烷完全燃烧，生成CO2 88 g，H2O 72g，求甲烷的分子式。

解析：在标准状况下，甲烷的密度是H2密度的8倍，则甲烷的相对分子质量为16，摩尔质量为16g/mol，32g甲烷的物质的量为2 mol，32g甲烷完全燃烧后生成CO2的物质的量为88g44g?mol-1 = 2mol，生成H2O的物质的量为72 g18 g?mol-1= 4mol，则l mol甲烷中碳的质量为12g，共1 mol，氢的质量为4g

例3. 把1体积CH4和4体积Cl2组成的混合气体充入大试管中，将此试管倒立在盛有饱和食盐水的水槽中，放在光亮处，片刻后发现试管中气体颜色，试管中液面，试管壁上有出现，水槽中观察到。

解析：变浅；上升；黄色油滴；有晶体析出

点拨：CH4和Cl2在光照下生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl等物质，随着反应的进

行，Cl2不断消耗，黄绿色逐渐消失。又因为CH3Cl为气体、CH2Cl2、CHCl3、CCl4在常

温下均为无色油状液体，Cl2易溶于有机溶剂，所以会使试管壁上有黄色油滴出现。因生成的HCl易溶于水，使溶液中的Cl－浓度增大，有NaCl晶体析出。