甲烷的高中化学性质和用途

第一节 最简单的有机化合物——甲烷

课时1 甲烷

1.会写甲烷的分子式、结构式、电子式，知道甲烷的结构特点。

2.知道甲烷能发生氧化反应和取代反应，会写相应的化学方程式。重点3.知道取代反应的概念和甲烷发生取代反应时的断键和成键情况。

甲烷的组成与结构

[基础·初探]

教材整理1 有机物与烃

1．有机化合物

(1)定义：含碳元素的化合物叫有机物。

(2)组成元素：除含碳元素外，常含有氢元素、氧元素，有些有机物还含有氮、硫、卤素、磷等。

2．烃

(1)定义：仅由碳和氢两种元素组成的有机物称为碳氢化合物，也称为烃。

(2)典型代表物：最简单的烃是甲烷。

3．甲烷的存在和用途

教材整理2 甲烷的组成与结构

1．甲烷的组成与结构 分子式CH4，电子式为，结构式为。

2．甲烷分子结构示意图

甲烷分子具有正四面体结构，碳原子为中心，氢原子为顶点，其中4个C—H的长度和强度相同，夹角相等，其角度为109°28′。

3．甲烷的分子模型

为球棍模型， 为比例模型。

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小球表示原子，棍表示共价键。 用不同体积的小球表示不同大小的原子，更能反映分子的结构。

特别说明：可利用CH4分子中共价键的夹角为109°28′且相同，说明CH4为正四面体形而不是正方形。

[题组·冲关]

1．下列说法中不正确的是( )

A．有机物一定含有碳元素

B．烃属于有机物，只含碳、氢两种元素，不少有机物还含有氧、氮、硫等元素

C．有机物都不溶于水，如CCl4、CS2等

D．有机物有2000多万种，所以在周期表中形成化合物种类最多的是第ⅣA族

【解析】 大多数有机物都不溶于水，但有一部分有机物溶于水，如乙酸、乙醇等，所以C项错。第ⅣA族的元素中，硅是地壳和岩石的主要成分，所以人们称硅是无机非金属的主角；碳是有机物必含的元素，所以人们称碳是有机界的主角，故D项正确。

1.甲烷的定义及其化学性质是什么？实验室是怎样制取甲烷的？

（1）甲烷分子是正四面体空间构型，分子式为CH4。是最简单的有机化合物。甲烷是没有颜色、没有气味的气体，沸点-161.4℃，比空气轻，它是极难溶于水的可燃性气体。甲烷和空气成适当比例的混合物，遇火花会发生爆炸。甲烷在自然界分布很广，是天然气、沼气、坑气及煤气的主要成分之一。它可用作燃料及制造氢、一氧化碳、炭黑、乙炔、氢氰酸及甲醛等物质的原料。

化学性质相当稳定，跟强酸、强碱或强氧化剂（如KMnO4）等一般不起反应。在适当条件下会发生氧化、取代及加热分解等反应。

（2）甲烷的实验室制法

[原理]无水醋酸钠和NaOH混合共热时发生脱羧反应，即-COOH被H原子取代生成甲烷。

甲烷难溶于水且密度比空气小，可用排水法收集，也可用瓶口向下的排空气集气法收集。

[用品]无水醋酸钠、碱石灰、试管、酒精灯、水槽、铁架台。

[操作]

a.把无水醋酸钠放在瓷蒸发皿里用酒精灯加热，同时用玻璃棒不断搅拌，除去其中的水分后，研细，装入干燥的试剂瓶中密封待用。

b.把碱石灰研细，也在蒸发皿中加热除去水分，放入试剂瓶中密封待用。

c.把无水醋酸钠与碱石灰按3∶2的质量比混合均匀，迅速放入试管中，装上带导管的胶塞，固定在铁架台上。

d.用酒精灯加热并用排水法收集。若用排空气集气法收集时，只能根据产气速率和集气瓶容积的大小，凭经验估计是否集满。

[备注]

a.醋酸钠的脱羧反应须在无水条件下才能顺利进行，故在临使用前对无水醋酸钠和碱石灰均应经过煅烧、烘干处理。

b.制取甲烷时，碱石灰中的生石灰并不参加反应，生石灰除起吸湿作用外，还可减少固体NaOH在高温时对玻璃的腐蚀作用。

c.加热时应由试管口向后逐渐移动。如先加热试管底部，产生的甲烷气可能会把前面的细粉末冲散，引起导管口堵塞。

d.加热温度不可过高，以免发生副反应，而使产生的甲烷中混入丙酮等气体。

e.在导管口点燃甲烷前，应先检验纯度。 2.从哪些方面学习烷烃？

6 教学设计

一、指导思想与理论依据

甲烷在生活生产中有重要的用途。它作为重要的资源，能够为社会生产生活提供能源保障和物质保障，解决了社会发展的需求问题。人们研究甲烷参与化学变化的规律，从而控制变化实现资源的有效利用。学生在日常生活中也积累了对甲烷的一些感性认识，并且有兴趣进一步了解甲烷的性质与用途，有学习甲烷的内驱力。

甲烷作为高中有机化学的起始课，学生通过对其结构与性质的学习能够迁移到认识有机物分子结构的角度和研究有机物的方法。

结合不同的知识特点，组织不同形式的学习活动，让学生在有效的学习活动中掌握基本的知识，体会迁移的方法，帮助学生形成与发展核心观念。

例如，甲烷的学习过程中，需要研究其分子结构，并用分子结构认识氯代反应的特点。这都是微观层面的认识，具有抽象性。教师可以通过组织学生运用模型的方法，模拟微观过程，帮助学生形象化地理解并最终形成上位的认识。

二、课程标准、教材以及学生分析

1．课程标准和教材分析

对于《最简单的有机化合物——甲烷》的教学，《课程标准》要求了解甲烷的组成、结构、主要性质。通过对甲烷分子结构的认识，了解有机化合物中碳的成键特征。

人教版《化学2》让学生从熟悉的有机化合物入手，认识到有机化学与我们生活息息相关，初步了解有机化学研究的对象、目的、内容和方法，提供有机化学中最基本的核心知识，满足公民基本科学素养的要求，能用所学的知识，解释和说明一些常见的生活现象和物质用途。教材从学生生活实际和已有的知识出发，学习甲烷立体结构和甲烷与氯气的取代反应，重点认识取代反应的特点，使学生在初中知识的基础上有所提高。初步体会有机物分子结构的特点及其对性质的影响，让学生进一步从结构的角度，加深对有机物和有机化学的整体认识。初步学会对有机物进行科学探究的基本思路和方法，激发学生对有机化学领域的学习兴趣。

6 2．学生分析

学生在九年级化学学习中，已经学习了甲烷的物理性质和甲烷能燃烧的化学性质，在学习这一章有机化合物之前，又较系统地学习了无机化合物，初步了解了学习元素化合物的一般方法，初步建立物质性质和用途间的关系，为学习有机化合物奠定了一定基础。有机化合物学习和无机化合物学习的不同点是：有机化合物更强调从结构角度认识机化合物的性质，建立有机物“（组成）结构——性质——用途”的认识关系，使学生了解学习和研究有机物的一般方法，形成一定的分析和解决问题的能力。本课教学内容起点低，强调知识与应用的融合，让学生在已有知识的基础上，一方面通过同学动手搭建甲烷结构模型，进一步深化认识甲烷的立体结构，促使学生积极地参与到课堂学习中来。另一方面从科学探究甲烷和氯气的化学反应入手，充分利用实验研究物质的性质，并从结构角度提升学生对取代反应的认识，符合学生认知螺旋式上升的特点。

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最简单的有机化合物—甲烷

知识点一．有机化合物和烃

概念 组成元素

有机化合物 大部分含有碳元素的化合物 一定含有C，常含有H,O，有的还含有N,P,S,Cl等(写元素符号，下同)。

烃 仅含有C,H的有机物

有机化合物都含有碳元素，但含有碳元素的物质不一定都是有机物，如CO、CO2、碳酸盐、碳酸氢盐都属于无机物。

知识点二．甲烷

1．存在和用途

(1)存在：甲烷是天然气、沼气、油田气和煤矿坑道气的主要成分。

(2)用途：天然气是一种高效、低耗、污染小的清洁能源，还是一种重要的化工原料。

2．组成与结构

(1)表示方法

化学式 电子式 结构式 分子结构示意图 球棍模型 比例模型

CH4

(2)结构特点

甲烷分子是以碳原子为中心，氢原子为顶点的正四面体结构，其中C—H键的键长和键角相同。 2

3．物理性质

颜色 状态 气味 密度(与空气相比) 水溶性

无色 气态 无味 小 极难溶

4.化学性质

通常状况下，甲烷比较稳定，与KMnO4等强氧化剂不反应，与强酸、强碱也不反应。

但在特定的条件下，甲烷也能发生某些反应。

(1)氧化反应

纯净的甲烷在空气中安静的燃烧，火焰呈淡蓝色，放出大量的热，反应的化学方程式为

CH4＋2O2――→点燃CO2＋2H2O。

(2)取代反应

①取代反应：有机化合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。

②甲烷与氯气的取代反应

实验操作

实验现象 a.气体颜色变浅，最后消失

b.试管内壁有油状液滴出现

c.试管内液面逐渐上升

d.试管中有少量白雾 3

有关化学方程式 CH4＋Cl2――→光 CH3Cl＋HCl；

CH3Cl＋Cl2――→光CH2Cl2＋HCl；

CH2Cl2＋Cl2――→光CHCl3＋HCl；

CHCl3＋Cl2――→光CCl4＋HCl

③取代产物

水溶性：甲烷的四种氯代产物均不溶于水。状态：常温下除一氯甲烷是气体，其余三种均为液体。