专题8 第一单元 化学燃料与有机化合物 第一课时 讲义（知识点+练习）【新教材】2020-2021学年高一下学期化学（苏教版（2019）必修二）
展开专题8 有机物的获得与应用第一单元 化石燃料与有机化合物第1课时 天然气的利用 甲烷学习导航1、通过甲烷分子式的教学，使学生初步学会确定气态烃分子式的计算方法，培养学生计算过程的逻辑思维能力训练； 2、复习碳原子结构和共价键的知识，掌握甲烷的电子式、结构式的写法、甲烷的正四面体构型。认识物质结构本质，能透过现象看本质。培养空间想象能力。 3、掌握甲烷的重要化学性质，提高学生关心社会、能源等问题的意识。4、了解烷烃及同系物的概念，学会判断及书写简单烷烃的同分异构体，建立判断及书写同系物、同分异构体的思维模型。知识解读知识点一 甲烷的存在、用途及结构1．甲烷的存在及用途(1)甲烷的存在甲烷是天然气、沼气和“可燃冰”的主要成分，我国的天然气主要分布在西部地区及南海和东海的海底。(2)甲烷的主要用途以甲烷为主的天然气和沼气都是理想的清洁能源，甲烷还可用作化工原料。2．甲烷的组成与结构甲烷的分子式为CH4，电子式，结构式，甲烷的球棍模型为，由此可知碳原子位于中心，4个氢原子位于顶点，4个C—H键的长度和强度相同，夹角相等，甲烷具有正四面体空间结构。重点归纳一个碳原子以4个单键与其他原子相结合时：(1)如果这4个原子相同，则分别在四面体的顶点上，构成正四面体。(2)如果这4个原子不相同，则分别在四面体的顶点上，但不是正四面体。(3)无论这4个原子是否相同，都不可能在同一平面上，并且最多有3个原子共面。知识点二 甲烷的性质1．甲烷的物理性质甲烷是无色、无味、难溶于水、密度比空气小的气体。2．甲烷的化学性质(1)具有稳定性通常情况下，甲烷性质比较稳定，与强酸、强碱不反应，与高锰酸钾溶液等强氧化剂也不反应。(2)氧化反应——可燃性将甲烷在空气中点燃，观察燃烧现象并检验燃烧产物：甲烷燃烧的化学方程式为CH4＋2O2eq \o(――→,\s\up7(点燃))CO2＋2H2O。(3)取代反应重点归纳1、甲烷发生取代反应的注意问题（1）反应条件——光照(室温下在暗处不发生反应)。（2）反应物质——纯卤素单质，例如甲烷与氯水、溴水不反应，与氯气、溴蒸气在光照条件下发生取代反应。 （3）甲烷分子中的四个氢原子可逐一被取代，故甲烷的卤代物并非一种，而是4种卤代物的混合物。2、取代反应与置换反应的区别随堂演练1.公元前一世纪，我国已使用天然气，天然气的主要成分为甲烷。下列关于甲烷的叙述中，错误的是（ ） A. 通常情况下，甲烷跟强酸、强碱、强氧化剂不起反应 B. 甲烷化学性质比较稳定，不能被任何氧化剂氧化 C. 甲烷跟氯气反应无论生成CH3Cla、CH2Cl2、CHCl3还是CCl4 ， 都属于取代反应 D. 甲烷的四种取代物都难溶于水2.32g甲烷完全燃烧，生成二氧化碳气体和液态水，放出1780kJ热量。则甲烷燃烧热为（ ） A. 1780kJ•mol﹣1 B. ﹣1780kJ•mol﹣1 C. 890kJ•mol﹣1 D. ﹣890kJ•mol﹣13.下列关于甲烷的叙述正确的是（ ） A. 甲烷分子的立体构型是正四面体，所以，CH2Cl2有两种不同构型 B. 甲烷可以与氯气发生取代反应，因此，可以使氯水褪色 C. 甲烷能使酸性KMnO4溶液褪色 D. 甲烷能够燃烧，在一定条件下会发生爆炸，因此，是矿井安全的重要威胁之一4.甲烷中混有乙烯，欲除乙烯得到纯净的甲烷，可依次将其通过下列哪组试剂的洗气瓶（ ） A. 澄清石灰水，浓H2SO4 B. 溴水，NaOH溶液，浓H2SO4 C. 酸性高锰酸钾溶液，浓H2SO4 D. 浓H2SO4 ， 酸性高锰酸钾溶液5.下列关于甲烷和乙烯的说法正确的是 ( ) A. 乙烯能使酸性KMnO4溶液褪色 B. 甲烷和乙烯互为同分异构体 C. 甲烷可以使溴的四氯化碳溶液褪色 D. 甲烷和乙烯均易溶于水6.下列事实能够说明甲烷分子构型是正四面体的是（ ） A. 四个碳氢键的键能相同 B. 四个碳氢键的键长相等 C. 一氯甲烷没有同分异构体 D. 二氯甲烷没有同分异构体7.燃料的发展促进了人类文明的不断进步．（1）天然气、 ________和煤被称为“化石燃料”．煤燃烧时产生的溶于水形成酸雨的气体是 ________ （填序号）．A．SO2 B．CO C．CO2 D．NO2（2）在农村利用秸秆、杂草、人畜粪便等产生的沼气，沼气的主要成分是甲烷，甲烷的化学式为 ________．（3）罐装液化石油气的主要成分是丙烷、丁烷、丙烯、丁烯等，因此液化石油气属于 ________（“纯净物”或“混合物”）．（4）氢气是最清洁的燃料，用化学方程式表示其原因 ________8.如图所示，U形管的左端用橡胶塞封闭，充有甲烷和氯气(体积比为1:4)的混合气体，假定氯气在水中的溶解可以忽略不计。将封闭有甲烷和氯气混合气体的装置放置在有漫射光的地方让混合气体缓慢反应一段时间。 （1）假设甲烷与氯气反应充分，且只生成一种有机物，写出发生反应的化学方程式________。 （2）经过几个小时的反应，U形管右端的水面变化是________。 A.升高 B.降低 C.不变 D.无法确定（3）若水中含有Na2SiO3 ， 则在U形管左端会观察到________。 （4）右端玻璃管的作用是________。 （5）若把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里，放在光亮处，试推测可观察到的现象是 _______________________ ①黄绿色逐渐消失 ②试管壁上有黄色油珠出现 ③水位在试管内上升到一定高度 ④水槽内有少量晶体析出 ⑤液面上有白雾A.①③ B.①②③ C.①②③④⑤ D.①②④⑤（6）CH3CH(CH3)C(CH3)2C(CH3)(C2H5) CH =CH CH3用系统命名法命名，其名称为________ 答案解析1.【答案】 B 【解析】A. 通常情况下，甲烷化学性质较稳定，甲烷跟强酸、强碱、强氧化剂不起反应，A不符合题意； B. 甲烷化学性质比较稳定，但能被氧气等氧化剂氧化，B符合题意； C. 甲烷分子中的氢可以发生取代反应，甲烷跟氯气反应无论生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3还是CCl4 ， 都属于取代反应，C不符合题意； D. 卤代烃在水中通常难溶，甲烷的四种取代物都难溶于水，D不符合题意。 故答案为：B 2.【答案】 C 【解析】32g的甲烷是2mol,完全燃烧生成二氧化碳和液态水，放出1780kJ的热量，故1mol甲烷放出热量为890KJ。故CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l),∆H=-890KJ/mol 故答案为：C 3.【答案】 D 【解析】A．甲烷分子的空间构型是正四面体，所以CH2Cl2只有一种结构，A不符合题意； B．甲烷可以跟氯气在光照下发生取代反应，不能和氯水反应，故不能使氯水褪色，B不符合题意； C．甲烷性质稳定，不与强氧化剂如酸性高锰酸钾反应，故不能使高锰酸钾褪色，C不符合题意； D．甲烷是可燃性气体，与空气混合到一定比例后会爆炸，是矿井安全的重要威胁之一，D符合题意. 故答案为：D 4.【答案】 B 【解析】A. 澄清石灰水与甲烷或乙烯均不反应，A不符合题意； B. 溴水与乙烯发生加成反应，生成液态物质与甲烷分离，NaOH溶液吸收挥发的溴蒸气，浓H2SO4干燥甲烷得到纯净干燥的气体，B符合题意；C. 酸性高锰酸钾溶液与乙烯反应生成二氧化碳气体，甲烷中混有新的杂质，C不符合题意；D.酸性高锰酸钾溶液与乙烯反应生成二氧化碳气体，D不符合题意；故答案为B。5.【答案】 A 【解析】A.乙烯分子结构中含有碳碳双键，酸性KMnO4溶液具有氧化性，能将碳碳双键氧化，因此乙烯能使酸性KMnO4溶液褪色，A符合题意； B.甲烷的分子式为CH4 ， 乙烯的分子式为C2H4 ， 二者的分子式不同，不是同分异构体，B不符合题意；C.甲烷中只含有碳氢单键，与Br2不反应，因此不能使溴的CCl4溶液褪色，C不符合题意；D.甲烷和乙烯都属于有机物，均不溶于水，D不符合题意；故答案为：A6.【答案】 D 【解析】A.甲烷无论是正四面体结构还是平面正方形，四个碳氢键的键能都相同，A不符合题意； B.甲烷无论是正四面体结构还是平面正方形，四个碳氢键的键长都相等，B不符合题意； C.甲烷无论是正四面体结构还是平面正方形，一氯甲烷都没有同分异构体，C不符合题意； D.若甲烷分子为平面正方形结构，二氯甲烷有两种同分异构体，若甲烷为正四面体结构，二氯甲烷没有同分异构体，即二氯甲烷没有同分异构体说明甲烷分子是正四面体形，D符合题意； 故答案为：D。 7.【答案】 石油；AD；CH4；混合物；2H2+O2═2H2O 【解析】（1）三大化石燃料是煤、石油、天然气；煤燃烧产生有害气体二氧化硫、二氧化氮是造成酸雨的两大主要气体，故答案为：石油；AD；（2）甲烷的化学式为CH4 ， 故答案为：CH4；（3）混合物含有多种物质，纯净物含有一种物质，石油气的主要成分是丙烷、丁烷、丙烯、丁烯等多种物质，是混合物，故答案为：混合物；（4）氢气的燃烧产物是水，条件是点燃，其方程式为：2H2+O2═2H2O，故答案为：2H2+O2═2H2O．8.【答案】 （1）CH4＋4Cl2 CCl4＋4HCl （2）B （3）有白色胶状沉淀生成 （4）平衡压强 （5）C （6）4、5、5、6-四甲基-4-乙基-2-庚烯 【解析】(1)甲烷与氯气能发生取代反应有①CH4+Cl2 →光照 CH3Cl+HC1；②CH3Cl+Cl2 →光照 CH2Cl2+HCl；③CH2Cl2+Cl2 →光照 CHCl3+HCl；④CHCl3+Cl2 →光照 CCl4+HCl，如果甲烷与氯气反应充分，且只生成一种有机物，则该反应方程式：CH4＋4Cl2 →光照 CCl4＋4HCl，故答案：CH4＋4Cl2 →光照 CCl4＋4HCl。(2)由反应方程式可知，反应生成的CCl4是液体，反应后气体的物质的量减少，且生成的HCl易溶于水，所以左端压强减小直至为零，气柱消失，右端的水面降低，所以B正确，故答案：B。(3)若水中含有Na2SiO3 ， 生成的HCl能够溶解于水，能与Na2SiO3反应生成硅酸，硅酸不溶于水，所以在U形管左端会观察到有白色胶状沉淀生成，故答案：有白色胶状沉淀生成。(4)因为甲烷与氯气能发生取代反应，最终能生成CCl4为液态物质，生成的HCl能够溶解于水，使反应中气体的物质的量减少，压强减小，U型管右端的玻璃管中水柱降低，所以右端玻璃管的作用是平衡压强，故答案：平衡压强。(5) ①氯气是黄绿色气体，氯代甲烷和氯化氢都是无色气体，光照条件下，甲烷和氯气发生取代反应生成氯代烃和氯化物，所以气体颜色变浅，最终逐渐消失，故①正确；②二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳都是液态有机物且不溶于水，所以瓶内壁有油状液滴生成，故②正确；③该反应中有氯化氢生成，氯化氢极易溶于水导致试管内压强减小，水进入试管水位上升到一定高度，故③正确；④氯化氢溶于水后溶液中氯离子浓度增大，导致氯化钠固体析出，故④正确；⑤因为生成的氯化氢溶于水，液面上不会产生白雾，故⑤不正确； 综上分析①②③④正确；故答案：C。(6)根据烯烃的命名原则，从距离官能团最近的一端编号，取代基从简到繁，所以CH3CH(CH3)C(CH3)2C(CH3)(C2H5) CH =CH CH3的系统名称为：4、5、5、6-四甲基-4-乙基-2-庚烯，故答案：4、5、5、6-四甲基-4-乙基-2-庚烯。 燃烧现象检验产物方法现象结论淡蓝色火焰在火焰上方罩一个干燥的烧杯烧杯内壁有液珠产生生成了水在火焰上方罩一个涂有澄清石灰水的烧杯烧杯内壁变浑浊生成了二氧化碳实验操作实验现象A装置：试管内气体颜色逐渐变浅；试管内壁有油状液滴出现，试管中有少量白雾，且试管内液面上升，水槽中有固体析出B装置：无现象实验结论CH4与Cl2需在光照条件下发生化学反应，有关化学方程式为：CH4＋Cl2eq \o(――→,\s\up7(光照))CH3Cl＋HCl(一氯代物)；CH3Cl＋Cl2eq \o(――→,\s\up7(光照))CH2Cl2＋HCl(二氯代物)；CH2Cl2＋Cl2eq \o(――→,\s\up7(光照))CHCl3＋HCl(三氯代物)；CHCl3＋Cl2eq \o(――→,\s\up7(光照))CCl4＋HCl(四氯代物)产物性质水溶性：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4均不溶于水。状态：常温下除CH3Cl是气体，其余三种均为液体取代反应概念有机化合物分子中的某种原子(或原子团)被另一种原子(或原子团)所取代的反应取代反应置换反应实例甲烷与氯气反应Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑定义有机化合物分子中的某种原子(或原子团)被另一种原子(或原子团)所取代的反应一种单质跟一种化合物反应，生成另一种单质和另一种化合物的反应参与物质反应物和生成物中不一定有单质反应物、生成物中一定有单质反应条件反应受催化剂、温度、光照等条件的影响水溶液中置换反应遵循“强制弱”(活泼性)的原则反应中电子转移情况不一定有电子的转移一定有电子的转移
