人教版 (新课标)必修2第一节 最简单的有机化合物--甲烷学案设计

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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。
[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。
⇓ ⇓
eq \(\a\al(小球表示原子，,棍表示共价键。)) eq \x(\a\al(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。
【答案】 C
2．下列各图均能表示甲烷的分子结构，哪一种更能反映其真实存在状况( )
【导学号：30032048】

Ⅰ.结构示意图 Ⅱ.电子式 Ⅲ.球棍模型 Ⅳ.比例模型
A．ⅠB．Ⅱ
C．ⅢD．Ⅳ
【答案】 D
[基础·初探]
教材整理 甲烷的物理性质与化学性质
1．物理性质
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＋2O2eq \(――→,\S\UP7(点燃))CO2＋2H2O，燃烧火焰呈淡蓝色。
(3)与Cl2的取代反应
①CH4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) 。
②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。
[探究·升华]
[思考探究]
探究 甲烷与Cl2取代反应的实验探究
图① 图②
问题思考：
(1)图①和图②中有哪些现象？
【提示】 图①无明显现象。
图②：试管内——气体颜色逐渐变浅；内壁有油状液滴出现；有少量白雾；液面上升，
水槽中——有固体析出。
(2)图①与图②的现象说明甲烷与Cl2反应的条件是什么？
【提示】 光照。
(3)写出Cl2与CH4发生反应的系列方程式(用结构简式表示物质)。
【提示】 CH4＋Cl2eq \(――→,\S\UP7(光照))CH3Cl＋HCl，
CH3Cl＋Cl2eq \(――→,\S\UP7(光照))CH2Cl2＋HCl，
CH2Cl2＋Cl2eq \(――→,\S\UP7(光照))CHCl3＋HCl，
CHCl3＋Cl2eq \(――→,\S\UP7(光照))CCl4＋HCl。
[认知升华]
升华 甲烷的取代反应及产物特点
1．甲烷与氯气的取代反应
2．甲烷氯代物的结构特点
CH4分子的立体构型为正四面体，4个C—H的长度、强度和夹角完全相同，因此CH4分子中的4个氢原子性质完全相同。
(1)若将CH4分子中的4个氢原子全部用其他相同的原子或原子团替代，则该原子形成的分子结构仍为正四面体，如CCl4。
(2)若CH4分子中的4个氢原子被其他不同的原子或原子团替代，则该原子形成的分子结构仍为四面体，但不属于正四面体，如CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3。
(3)CH4的一取代、二取代、三取代、四取代产物均只有一种。
[题组·冲关]
题组1 甲烷的结构与性质
1．下图是CH4、CCl4、CH3Cl的分子球棍模型图。下列说法正确的是( )
A．CH4、CCl4和CH3Cl都是正四面体结构
B．CH4、CCl4都是正四面体结构
C．CH4和CCl4中的化学键完全相同
D．CH4、CCl4的结构相同，性质也相同
【解析】 CH4、CCl4中各自的键的长度、键的强度相等，故为正四面体结构；CH3Cl中含C—H和C—Cl两种不同的化学键，不是正四面体结构。
【答案】 B
2．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
D．甲烷能使酸性KMnO4溶液褪色
【解析】 A中，由于甲烷是正四面体结构，四个顶点中任意两个氢原子都是相邻关系，故CH2Cl2不存在不同构型；B中，CH4只能跟氯气在光照下反应，与氯水不反应；D中，CH4比较稳定，不能被酸性KMnO4溶液氧化。
【答案】 C
题组2 取代反应及其数量关系
3．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叫取代反应。下列化学反应中不属于取代反应的是( )
A．CH2Cl2＋Br2eq \(――→,\S\UP7(光照))CHBrCl2＋HBr
B．CH3OH＋HCleq \(――→,\S\UP7(光照))CH3Cl＋H2O
C．CH2===CH2＋H2Oeq \(――→,\S\UP7(催化剂))CH3CH2OH
D．CH3—CH2—Br＋H2Oeq \(――→,\S\UP7(NaOH),\s\d15(△))CH3—CH2—OH＋HBr
【答案】 C
4．在标准状况下，22.4 L CH4与氯气在光照下发生取代反应，待反应完全后，测得四种有机取代物的物质的量相等，则消耗的氯气为( )
A．0.5 mlB．2 ml
C．2.5 mlD．4 ml
【解析】 1 ml CH4与氯气发生取代反应，生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各0.25 ml，该四种取代物中n(Cl)＝0.25 ml×(1＋2＋3＋4)＝2.5 ml，根据取代反应特点，1/2的氯原子进入氯化氢，所以n(HCl)＝2.5 ml，故生成物中所含氯原子共2.5 ml＋2.5 ml＝5 ml，参加反应的氯气为n(Cl2)＝2.5 ml。
【答案】 C
【题后归纳】 取代反应的模式
X—Y＋W—Z―→X—Z＋W—Y
甲烷的组成与结构
甲烷的性质
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