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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
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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。
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，CH4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，CH4能在空气中燃烧，化学方程式为CH4＋2O2――→点燃CO2＋2H2O，燃烧火焰呈淡蓝色。
③与Cl2的取代反应
a．CH4与Cl2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CH3Cl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 - (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( )
- 1 - 甲烷加氧气的化学式
甲烷加氧气的化学式是CH4+2O2→CO2+2H2O。这个化学反应是一个燃烧反应，也被称为氧化反应。在这个反应中，甲烷（一种无色、无味、易燃的气体）和氧气（常见的空气成分）反应生成二氧化碳和水。这个反应是自然界和人类日常生活中的常见反应。例如，煤气灶燃烧煤气时，也是由甲烷和氧气反应生成二氧化碳和水蒸气。
甲烷加氧气的化学反应式可以帮助我们理解燃烧反应的基本原理。在这个反应中，首先需要燃料（甲烷）和氧气。然后，当燃料与氧气接触时，它们开始反应，并释放出能量。这个能量可以用来加热房屋、烹调食品、发电等。此外，这个反应还有环境影响，因为它会产生二氧化碳和水蒸气，这些化合物可以影响大气中的温室效应。
总之，甲烷加氧气的化学反应式是CH4 + 2O2 → CO2 +
2H2O，它是一个常见的燃烧反应，在我们的日常生活中发挥着重要作用。
甲烷完全燃烧的化学方程式
化学式是CH4，其燃烧的方程式为CH4+2O2=点燃=CO2+2H2O，该反应是甲烷（CH4）完全燃烧的方程式。甲烷（CH4）不完全燃烧生成一氧化碳和水，反应方程式为2CH4+3O2=点燃=2CO+4H2O。
甲烷是最简单的烃，由一个碳和四个氢原子通过sp3杂化的方式组成，因此甲烷分子的结构为正四面体结构，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。从理论上说，甲烷的键线式可以表示为一个点“·”，但实际并没有看到过有这种用法，可能原因是“·”号同时可以表示电子。所以在中学阶段把甲烷视为没有键线式。
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。
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。
甲烷的燃烧化学方程式
甲烷（CH4）燃烧化学方程式是：
CH4（g）+2O2（g）→CO2（g）+2H2O（g）
甲烷燃烧是一种发生在化学反应中的可燃物的氧化现象，它是由于燃烧物质（甲烷）吸收空气中的氧而发生的热量释放反应，形成有机物的氧化产物，一般表示为：CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O。
甲烷燃烧的反应机理是：甲烷接触空气中的氧，通过氧化反应，在温度较高时，甲烷分子内部的原子会以不同方式键合，从而释放出大量的能量。甲烷和氧化物发生反应，当氧化物与甲烷分子接触时，甲烷分子中的原子会以不同的方式键合，从而产生一系列的化学反应，如CO2的产生，同时释放出能量。
甲烷燃烧的热量是由于氧化反应而释放出来的，燃烧性能受到空气中氧浓度以及温度的影响，在常温下，甲烷大多数是不易燃烧的，但当温度达到一定程度时，甲烷就会自燃，其燃烧产物是CO2和H2O，产生的热量可用来提供能源。
甲烷燃烧是一种可再生能源，由于其反应产物中不含有硫，因此可以有效减少大气中的污染物，它也可以用于制造电力，因为它可以产生大量的热量，电力的生产工艺可以用甲烷替代煤炭，从而减少大气污染。
甲烷燃烧是一种重要的发电形式，它拥有良好的燃烧效果，可以有效的利用甲烷来发电，由于甲烷的燃烧产物没有硫，因此可有效减少大气污染，同时也可以减少能源的消耗，提高能源利用率，从而节约能源，保护环境。
