高中化学人教版 (2019)必修 第二册第一节 认识有机化合物第2课时学案及答案

这是一份高中化学人教版 (2019)必修 第二册第一节 认识有机化合物第2课时学案及答案，共16页。学案主要包含了烷烃的性质，有机物的性质等内容，欢迎下载使用。
第2课时　烷烃的性质 新课程标准学业质量目标1.认识甲烷的结构及其主要性质与应用。2.知道取代反应的特点。3.了解有机化合物的性质特点。合格性考试1.能从物质的微观结构解释烷烃化学性质的相似性和物理性质的递变性。(宏观辨识与微观探析——水平1)2.能根据教材给出的问题,设计简单的实验方案探究甲烷与氯气的取代反应的条件和反应方式。(科学探究与创新意识——水平1)3.能理解、描述和表示有机分子模型,并运用模型解释烷烃的性质与变化。(证据推理与模型认知——水平2)等级性考试　能从原子、分子水平分析烷烃取代反应的微观特征,能运用化学符号说明取代反应的特点。(宏观辨识与微观探析——水平3)  　　　　　　　　　　　　必备知识·自主学习答案P165一、烷烃的性质1.物理性质2.化学性质在通常情况下,烷烃比较稳定,与　　　、　　　、　　　　　　都不反应。如甲烷　　　使高锰酸钾溶液褪色。但是在特定条件下,烷烃也会发生某些反应。 (1)氧化反应烷烃在空气中完全燃烧,生成　　　　和　　　　　,放出热量。写出下列烷烃燃烧的化学方程式: 甲烷:　。(火焰呈　　　　　) 丙烷:　。 (2)在较高温度下会发生分解如:CH4C+2H2;应用:在　　　化工和　　　　　化工生产中,从烷烃可得到一系列重要的化工原料和燃料。 (3)取代反应——以甲烷为例:实验装置实验现象A装置:试管内气体颜色逐渐　　　;试管内壁有　　　　　　出现,试管中有少量白雾,且试管内液面　, 水槽内有固体析出B装置:　　　　　　　 实验结论CH4与Cl2需在　　　时才能发生化学反应,有关化学方程式: CH4+Cl2CH3Cl+HCl(一氯代物),CH3Cl+Cl2CH2Cl2+HCl(二氯代物),CH2Cl2+Cl2CHCl3+HCl(三氯代物),CHCl3+Cl2CCl4+HCl(四氯代物)。产物性质水溶性:CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4均　　溶于水。 状态:常温下除　　　　　　　　　是气体,其余三种均为液体。 取代反应概念有机物分子里的某些原子或原子团被其他　　　　　　　　　所替代的反应。  　(1)根据烷烃的通式,结合甲烷和丙烷燃烧的化学方程式,你能否写出烷烃燃烧的通式? (2)(前后串联)能否用CH4和Cl2按1∶1的体积比混合来制取纯净的CH3Cl? (3)(教材二次开发)将教材实验中的饱和NaCl溶液更换为AgNO3溶液,实验中装置会有什么不同现象产生?  (4)甲烷与氯气发生取代反应生成的有机物还和甲烷一样为正四面体结构吗? 二、有机物的性质1.物理性质:大多数有机物的熔点比较低,难溶于水,易溶于汽油、乙醇、苯等有机溶剂。2.化学性质:大多数有机物容易燃烧,受热会分解;有机物的化学反应比较复杂,常伴有副反应发生,很多反应需要在加热、光照或催化剂的条件下进行。　(1)有机物含有碳元素,含有碳元素的一定是有机物吗?有机物都难溶于水吗?举例说明。 (2)有机物燃烧生成CO2和H2O,说明有机物中一定只含有碳、氢两种元素,对吗?  (3)《水调歌头·明月几时有》是宋代大文学家苏轼公元1076年中秋在密州时所作。这首词以月起兴,与其弟苏辙七年未见之情为基础,围绕中秋明月展开想象和思考,把人世间的悲欢离合之情纳入对宇宙人生的哲理性追寻之中,反映了作者复杂而又矛盾的思想感情,又表现出作者热爱生活与积极向上的乐观精神。①有机物在生产生活中无处不在,观察上图说明哪些物品中含有有机物?  ②根据生活中常见的有机物分析其物理性质、化学性质有哪些通性?  　　　　　　　　　　　　关键能力·合作学习答案解析P166　知识点一　有机物的表示方法 有机物的表示方法:种类实例含义分子式CH4用元素符号表示物质分子组成的式子,可反映出一个分子中原子的种类和数目最简式(实验式)乙烷C2H6最简式为CH3①表示物质组成的各元素原子最简整数比的式子②由最简式可求最简式量电子式H用小黑点等记号代替电子,表示原子最外层电子成键情况的式子结构式①具有化学式所能表示的意义,能反映物质的结构②表示分子中原子的结合或排列顺序的式子,但不表示空间构型结构简式(示性式)CH3CH3将结构式中碳碳单键、碳氢键等短线省略后得到的式子即为结构简式,它比结构式书写简单,比较常用,是结构式的简便写法,着重突出结构特点(官能团)键线式(戊烷)(丙烯)将结构式中碳、氢元素符号省略,只表示分子中键的连接情况,每个拐点或终点均表示一个碳原子,即为键线式球棍模型小球表示原子,短棍表示价键,用于表示分子的空间结构(立体形状)空间填充模型①用不同体积的小球表示不同大小的原子②用于表示分子中各原子的相对大小和结合顺序 　(1)(思维升华)上述有机物的表示方法中,哪一种更能体现有机物的空间结构?(宏观辨识与微观探析)  (2)一种烷烃的球棍模型为,试写出其分子式和结构简式。(宏观辨识与微观探析)  【典例】下列各图均能表示甲烷的分子结构,按要求回答下列问题。(1)填写下列空白(填序号):甲烷的球棍模型是　　　　,甲烷的电子式是　。 (2)如果甲烷是平面结构,则CH2Cl2应该有　　　　种结构,实际CH2Cl2有　　　　种结构,证明甲烷不是平面结构,而是　　　　结构,上面　　　　更能反映其真实存在状况。 　【母题追问】(1)CHCl3只有一种结构,能否说明甲烷是正四面体结构? (2)甲烷的二溴代物可写作、,两者什么关系? 　(1)有机物M的球棍模型如图所示,该有机物只含C、H、O三种元素。不同大小、颜色的小球代表不同的原子,小球之间的“棍”表示共价键。判断下列叙述是否正确。①小黑球代表氢原子,白球代表氧原子,大黑球代表碳原子。 (　　)②该有机物为饱和烃。 (　　)③该有机化合物中只有极性共价键。 (　　)(2)已知碳原子与氧原子之间可以形成双键。如图是某有机物分子(含有C、H、O三种元素)的空间填充模型,则该有机物的分子式为　　　　　　　;结构简式为　。 　知识点二　认识烷烃取代反应的特点 　 (1)有机反应比较复杂,常伴随很多副反应发生,因此有机反应的化学方程式常用“”。(2)CH4与Cl2的反应逐步进行,应分步书写。(3)当n(CH4)∶n(Cl2)=1∶1时,反应并不只发生CH4+Cl2CH3Cl+HCl,其他反应仍发生。(4)甲烷与氯气发生取代反应时,取代H原子的个数是难以控制的,因此制备CH3Cl一般不采用取代反应。1.(思维升华)CH4和Cl2的取代反应中,CH4的物质的量和4种有机产物的物质的量之和有什么关系?(变化观念与平衡思想)  2.(教材二次开发)在氯气和甲烷的取代反应中,有哪些化学键的断裂与形成?(宏观辨识与微观探析) 3.若0.5 mol甲烷和Cl2完全发生反应,并生成相同物质的量的4种有机物,则需Cl2的物质的量是多少?(宏观辨识与微观探析) 【典例】(2020·厦门高一检测)三个装有CH4和Cl2混合气体的集气瓶,用玻璃片盖好瓶口后,分别作如下处理,各有怎样的现象发生?(1)①置于黑暗中:　; ②将点燃的镁条靠近集气瓶外壁:　; ③放在有光线的房子里:　。 (2)CH4和Cl2发生的一系列反应都是　　　　(填反应类型)反应,请写出CH4和Cl2反应生成一氯甲烷的化学方程式:　 　。 (3)若要使1 mol CH4完全和Cl2发生取代反应,生成的CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4的物质的量之比为1∶2∶3∶4,则需要Cl2的物质的量为　　　　。 A.2 mol　　B.2.5 mol　　C.3 mol　　D.4 mol　【母题追问】(1)产物中具有正四面体结构的是哪些物质? (2)第(3)小题中产生的HCl的物质的量为多少? 　丙烷常用作烧烤、便携式炉灶和机动车的燃料。丙烷通常被用来驱动火车、公交车、叉车和出租车,也被用来充当休旅车和露营时取暖和做饭的燃料。(1)丙烷是一种清洁能源,有同学认为丙烷在任何情况下均不与强酸、强碱、氧化剂反应,你同意吗?说明原因。 (2)丙烷分子中3个碳原子　　　　(填“是”或“不是”)在一条直线上。 (3)1 mol丙烷在光照条件下,最多可以与　　　　mol Cl2发生取代反应。 (4)丙烷(C3H8)发生取代反应生成C3H7Cl的结构有　　　　种。 三言两语话重点1.甲烷结构与性质的记忆口诀性质稳定是甲烷,光照氯代四连环;立体构型四面体,易燃防爆分解难。2.甲烷与氯气的取代反应是分步进行的,每有1 mol氢原子被取代,需消耗1 mol氯气。3.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替代的反应。4.随着碳原子数的增加,烷烃的熔、沸点逐渐升高,密度逐渐增大,其中碳原子数不超过4的烷烃标准状况下为气体。5.烷烃的化学性质与甲烷类似,能发生取代反应和氧化反应,烷烃燃烧的通式为CnH2n+2+O2nCO2+(n+1)H2O。　　　　　　　　　　　　课堂检测·素养达标答案解析P1661.“可燃冰”是天然气与水相互作用形成的晶体物质,主要存在于冻土层和海底大陆架中。据测定每0.1 m3固体“可燃冰”能释放20 m3的甲烷气体,则下列说法中不正确的是              (　　)A.“可燃冰”释放的甲烷属于烃B.“可燃冰”是水变油,属于化学变化C.“可燃冰”将成为人类的后续能源D.青藏高原可能存在巨大体积的“可燃冰”2.实验室中用如图所示的装置进行甲烷与氯气在光照下反应的实验。光照下反应一段时间后,下列装置示意图中能正确反映实验现象的是              (　　)3.(2020·合肥高一检测)“灯会元宵初”打一化学词语为“烷”。下列有关烷烃的叙述中,正确的是 (　　)①在烷烃分子中,所有的化学键都是单键②烷烃中除甲烷外,很多都能使酸性KMnO4溶液的紫色褪去③分子通式为CnH2n+2的烃不一定是烷烃④所有的烷烃在光照条件下都能与氯气发生取代反应⑤光照条件下,乙烷通入溴水中,可使溴水褪色A.①③⑤　　　B.②③　　　C.①④　　　D.①②④ 4.有机化合物分子里的原子(或原子团)被其他原子(或原子团)所取代的反应叫做取代反应。下列反应中属于取代反应的是              (　　)A.AgNO3+HClAgCl↓+HNO3B.CH4+2O2CO2+2H2OC.CH2Br2+Cl2CHClBr2+HClD.CH3CH2OHCH2CH2↑+H2O素养新思维5.为了充分利用资源,国家大力提倡在农村建设沼气池,将粪便、垃圾、植物秸秆等转化为沼气。(1)沼气的主要成分是什么? (2)已知甲烷的密度在标准状况下是0.717 g·L-1,含碳75%,含氢25%,利用这些数据怎样确定它的分子式? (3)按照如图装置进行甲烷的取代反应实验。请根据图示回答下列问题:①把1体积的甲烷和4体积的氯气组成的混合气体充入大试管中,并将试管倒立在盛有硝酸银溶液的烧杯中,然后放置在光亮处,预测观察到的现象。 ②写出上述过程中反应的化学方程式,并指明反应的类型。 ③上述实验装置能否说明甲烷和氯气发生的是取代反应?      一、1.升高　增大　小　难溶2.强酸　强碱　强氧化剂　不能(1)CO2　H2OCH4+2O2CO2+2H2O　淡蓝色C3H8+5O23CO2+4H2O(2)石油　天然气(3)变浅　油状液体　上升　无明显现象　光照　难　CH3Cl　原子或原子团【自主探索】　(1)提示:CnH2n+2+O2nCO2+(n+1)H2O。(2)提示:不能。CH4和Cl2的反应是连锁反应,不可能只发生第一步取代反应,生成物为混合物,即CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4四种有机物与氯化氢形成的混合物。(3)提示:除原来产生的现象外,还会看到白色沉淀生成。反应生成的HCl溶于水,与AgNO3反应生成AgCl沉淀。(4)提示:CCl4为正四面体结构,其他不是。只有碳原子连接相同的4个原子时,才会形成正四面体结构。二、【自主探索】　(1)提示:含有碳元素的不一定是有机物,如CO2、Na2CO3等属于无机物;大多数有机物难溶于水,但少数有机物溶于水,如乙醇、乙酸。(2)提示:不对。有机物燃烧生成CO2和H2O,说明有机物中一定含有碳、氢两种元素,但无法确定是否含有氧元素。(3)①提示:花草树木、衣帽服饰、酒(乙醇)中均含有有机物。②提示:熔沸点较低、易燃烧等。知识点一【合作探究】　(1)提示:空间填充模型。空间填充模型表示分子中各原子的相对大小和结合顺序。(2)提示:分子式为C4H10,结构简式为CH3CH2CH2CH3。【典例示范】【典例】【解析】这几种形式都可以表示甲烷这种物质,其中分子结构示意图(A)、球棍模型(C)及空间填充模型(D)均能反映甲烷分子的空间构型,但其中空间填充模型更能形象地表示出H、C的相对位置及所占比例;电子式(B)只反映原子最外层电子的成键情况。答案:(1)C　B　(2)两　一　正四面体　D【母题追问】(1)提示:不能。若甲烷为平面结构,CHCl3也只有一种结构。(2)提示:同一种物质。甲烷的二溴代物为四面体结构,两个溴原子的位置关系只有一种。【素养训练】　【解析】(1)题目已限制M含碳、氢、氧三种元素,碳、氢、氧原子最外层电子数分别为4、1、6,每个原子形成共价键数目依次为4、1、2,观察球棍模型,发现大黑球最多形成了4条共价键,小黑球只形成1条共价键,白球最多形成2条共价键,即小黑球代表氢原子,白球代表氧原子,大黑球代表碳原子,①对;进一步分析环上的碳原子没有达到饱和,为不饱和烃,②错;碳碳之间形成的键是非极性键,③错。(2)根据常见元素原子的成键个数,由有机物分子的空间填充模型可知其结构简式为,分子式为C3H6O3。答案:(1)①√　②×　③×(2)C3H6O3　知识点二【合作探究】1.提示:4种有机产物分别为CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4,根据碳原子守恒,4种有机产物的物质的量之和与甲烷的物质的量相等。2.提示:反应过程中断裂的是C—H键和Cl—Cl键,形成的是C—Cl和Cl—H键。3.提示:CH4与Cl2发生取代反应生成4种取代产物CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4,根据碳原子守恒,4种取代产物的物质的量分别为0.5 mol/4=0.125 mol,根据取代反应的特点,每个CH4分子中1个氢原子被取代时消耗1个Cl2分子,则需要Cl2的物质的量等于被取代的氢原子的物质的量,即0.125 mol×(1+2+3+4)=1.25 mol。【典例示范】【典例】【解析】对于有机反应,反应条件非常重要,通过控制反应条件,可使CH4和Cl2的取代反应发生的现象不同。1 mol CH4生成的CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4的物质的量之比为1∶2∶3∶4,即0.1 mol CH3Cl、0.2 mol CH2Cl2、0.3 mol CHCl3、0.4 mol CCl4,则所需n(Cl2)=0.1 mol×1+0.2 mol×2+0.3 mol×3+0.4 mol×4=3 mol,故选C项。答案:(1)①无明显现象　②爆炸　③黄绿色逐渐变浅,有油状液滴生成(2)取代　CH4+Cl2CH3Cl+HCl　(3)C【母题追问】(1)提示:只有CCl4具有正四面体结构,另外三种有机产物虽然也是四面体结构,但不是正四面体结构。(2)提示:因为产生的HCl与消耗的Cl2的物质的量相同,消耗的Cl2为3 mol,则产生的HCl也为3 mol。【素养训练】　【解析】(1)丙烷只含有C、H元素,充分燃烧生成CO2和H2O,所以丙烷是清洁能源,丙烷不能被酸性KMnO4氧化,但是在点燃时能被氧气氧化;(2)丙烷分子中每个碳原子均在四面体的中心,分子中所有的碳原子不在同一条直线上;(3)丙烷分子式为C3H8,分子中有8个H原子,每个H原子被取代需要1个Cl2分子,8个H原子全部被取代需消耗8个Cl2分子;(4)丙烷分子中有3个碳原子,位于两端的两个碳原子相同,所以分子中共有两种碳原子,因此C3H7Cl有2种同分异构体:CH3CH2CH2Cl和。答案:(1)不同意,丙烷不能被酸性KMnO4氧化,但是在点燃时能被氧气氧化　(2)不是　(3)8　(4)21.B　2.D　3.C　烷烃分子中无论是碳碳键还是碳氢键,都是单键,①说法正确;烷烃属饱和链烃,其化学性质一般比较稳定,通常烷烃不与酸、碱、氧化剂(如酸性KMnO4溶液)反应,也不能使溴水褪色,②⑤说法不正确;因分子通式CnH2n+2中的碳原子已达完全饱和,因此符合通式CnH2n+2的有机物一定是烷烃,③说法不正确;烷烃在光照下都能与氯气发生取代反应,这是烷烃的主要特性之一,④说法正确。4.C　A反应不是有机反应,不属于取代反应;B反应为CH4的燃烧,是氧化反应,而D反应中没有原子或原子团被替代,故B、D也不属于取代反应。5.(1)提示:沼气的主要成分是甲烷。(2)提示:甲烷的摩尔质量为M=22.4 L·mol-1×0.717 g·L-1≈16 g·mol-1, 1 mol甲烷气体中含碳原子的物质的量: =1 mol, 1 mol甲烷气体中含氢原子的物质的量:=4 mol,所以甲烷的分子式为CH4。(3)①提示:CH4与Cl2光照条件下反应生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl,随着反应的进行,Cl2不断消耗,黄绿色逐渐消失,又由于生成的CH2Cl2、CHCl3和CCl4常温下均为无色液体,Cl2易溶于有机溶剂,使试管内壁上有黄色油滴出现;因生成的HCl易溶于水,反应后,试管内压强减小,水位在试管内上升,HCl溶于水后,与AgNO3反应生成AgCl白色沉淀。②提示:甲烷与氯气的反应方程式为CH4+Cl2CH3Cl+HCl;CH3Cl+Cl2CH2Cl2+HCl;CH2Cl2+Cl2CHCl3+HCl;CHCl3+Cl2CCl4+HCl。反应的类型为取代反应。生成白色沉淀的反应为HCl+AgNO3AgCl↓+HNO3,反应的类型为复分解反应。③提示:甲烷与氯气的取代反应生成HCl,可以通过证明HCl生成说明此反应为取代反应,但是体系中过量的氯气会干扰实验的验证,因此本实验装置不能证明甲烷与氯气发生的是取代反应。