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1、天然气的利用 甲烷第1页，共46页，编辑于2022年，星期五化石燃料：化石燃料：煤煤石油石油天然气天然气:有机物和无机物组成的复杂混合物，含有机物和无机物组成的复杂混合物，含C(主主)，H和和O(次次)，S、P、N(少少):组成元素主要为组成元素主要为C、H，含少量，含少量S、O、N等元素；组成物质主要是各种等元素；组成物质主要是各种液态碳氢化合物液态碳氢化合物:主要为甲烷主要为甲烷 是最简单的有机化合物是最简单的有机化合物第2页，共46页，编辑于2022年，星期五 一般把含一般把含碳元素碳元素的化合物称为的化合物称为有机化合有机化合物物，简称为，简称为有机物。有机物。1.1.什么叫什么叫有机
2、物有机物？有机物有什么？有机物有什么特点特点?有机物简介有机物简介 CO、CO2、H2CO3及其盐、氢氰酸及其盐、氢氰酸（HCN）及其盐、硫氰酸（）及其盐、硫氰酸（HSCN）及其盐、）及其盐、SiC、CaC2等虽含有等虽含有碳元素碳元素，但它们的组成、，但它们的组成、结构和性质都跟无机物更相似，因此，它们结构和性质都跟无机物更相似，因此，它们属于属于无机物无机物。第3页，共46页，编辑于2022年，星期五2、有机物的结构特点：、有机物的结构特点：（1）在有机物中，碳均呈四价。）在有机物中，碳均呈四价。（2）碳原子可与其他原子形成共价键，碳原子间碳原子可与其他原子形成共价键，碳原子间也可相互成键
3、；也可相互成键；（3）碳碳之间可形成单键，也可形成双键或三键；）碳碳之间可形成单键，也可形成双键或三键；（4）碳碳之间可形成长长的碳链，也可形成碳环。）碳碳之间可形成长长的碳链，也可形成碳环。所以含碳元素化合物种类繁多。所以含碳元素化合物种类繁多。（5）有机物分子之间一般以分子间作用力形成的分子）有机物分子之间一般以分子间作用力形成的分子晶体，所以熔沸点比较低。晶体，所以熔沸点比较低。第4页，共46页，编辑于2022年，星期五1、有机物种类繁多，现已达有机物种类繁多，现已达2000多万多万种，而且每年种，而且每年仍以近百万种的速率不断增加。仍以近百万种的速率不断增加。2、有机物组成的元素：主要
4、是有机物组成的元素：主要是C、H、O，还有，还有N、S、X、P等。等。3、仅由仅由C、H两种元素两种元素组成的有机物，称为组成的有机物，称为碳氢化合物碳氢化合物，也称为也称为烃烃.（烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃等)4、甲烷是最简单的甲烷是最简单的烃烃，也是最简单的，也是最简单的有有机物，机物，也是含也是含氢量氢量（25%）最大）最大的有机物。的有机物。5、甲烷广泛存在于自然界中，天然气、沼气、油田气和煤甲烷广泛存在于自然界中，天然气、沼气、油田气和煤矿坑道气（瓦斯气）的矿坑道气（瓦斯气）的主要成分主要成分都是甲烷。都是甲烷。（深海可燃冰）（深海可燃冰）说说明明第5页，共46页，编辑于2022年，星
5、期五拓展视野：我国的石油与天然气资源拓展视野：我国的石油与天然气资源阅读教材。阅读教材。（1 1）我国的石油资源；）我国的石油资源；（2 2）我国的原油需求；）我国的原油需求；（3 3）“西气东输西气东输”就是将新疆等中西部地区的天然就是将新疆等中西部地区的天然气，通过管道东输到长江三角洲，最终到达上海的一气，通过管道东输到长江三角洲，最终到达上海的一项巨大工程。天然气是高效、低耗、污染小的清洁能项巨大工程。天然气是高效、低耗、污染小的清洁能源。它还是一种重要的化工原料。源。它还是一种重要的化工原料。（4 4）“可燃冰可燃冰”。第6页，共46页，编辑于2022年，星期五第7页，共46页，编辑于
6、2022年，星期五 千年的希望千年的希望 “可燃冰可燃冰”可燃冰是天然气（甲烷等）的水合可燃冰是天然气（甲烷等）的水合物，它易燃烧，外形似冰，被称为物，它易燃烧，外形似冰，被称为“可燃冰可燃冰”。“可燃冰可燃冰”储量较大，可储量较大，可燃冰将成为最理想替代能源。燃冰将成为最理想替代能源。第8页，共46页，编辑于2022年，星期五1、已知甲烷的密度在标准状况下是、已知甲烷的密度在标准状况下是0.717 g/L，含碳含碳75%，含氢，含氢25%。请同学们利用这些数据请同学们利用这些数据推出甲烷中的碳、氢元素的质量比、原子数比推出甲烷中的碳、氢元素的质量比、原子数比和分子式。和分子式。2、甲烷分子的
7、电子式，说明它的分子结构特、甲烷分子的电子式，说明它的分子结构特点。点。3、甲烷完全燃烧的生成物是什么？写出甲烷燃、甲烷完全燃烧的生成物是什么？写出甲烷燃烧的热化学方程式。烧的热化学方程式。CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）；）；H=-889.6kJ/mol 第9页，共46页，编辑于2022年，星期五分子式分子式分子式的确定：分子式的确定：分子中各原子的物质的量之比分子中各原子的物质的量之比 （各组成原子个数的最简比）（各组成原子个数的最简比）摩尔质量摩尔质量 （相（相对分子质量对分子质量)第10页，共46页，编辑于2022年，星期五1.分子式：分子式：CH4电子式：电子
8、式：HHHCH结构式：结构式：CHHHH+1-4一、甲烷的分子结构一、甲烷的分子结构第11页，共46页，编辑于2022年，星期五第12页，共46页，编辑于2022年，星期五2.甲烷分子呈甲烷分子呈正四面体正四面体结构结构甲烷分子不是平面四边形结构甲烷分子不是平面四边形结构键角：键角：10928与金刚石的结构相同与金刚石的结构相同稳定结构稳定结构但由于有机物的立体结构式书写起来比较但由于有机物的立体结构式书写起来比较费事，为方便起见，一般采用平面的结构费事，为方便起见，一般采用平面的结构式。式。（立体）（立体）第13页，共46页，编辑于2022年，星期五二、甲烷的物理性质：二、甲烷的物理性质：色
9、色 味的味的 体，密度比空气体，密度比空气 ，溶于水。溶于水。无无气气无无小小难难向下排气法向下排气法排水法排水法收集收集收集收集0.717g/L(标准状况下标准状况下)甲烷在自然界中的存甲烷在自然界中的存在：在：池沼的底部池沼的底部(沼气沼气)，油田气和煤矿坑道，油田气和煤矿坑道(坑坑气、瓦斯气、瓦斯)，天然气，天然气(一一般含般含CH4 80809797)。第14页，共46页，编辑于2022年，星期五三、甲烷的化学性质三、甲烷的化学性质1 1、可燃性、可燃性CH4+2O2 CO2+2H2O点燃点燃因其含碳量低，其火焰为淡蓝色火焰。因其含碳量低，其火焰为淡蓝色火焰。注意注意:1 1、点燃甲烷
10、前必须验纯，否则会爆炸。、点燃甲烷前必须验纯，否则会爆炸。2 2、有机反应方程式中用、有机反应方程式中用“”不用不用“”；第15页，共46页，编辑于2022年，星期五 你能设计一个实验验证你能设计一个实验验证CHCH4 4燃烧的产燃烧的产物是什么吗？物是什么吗？用一只冷而且干燥的烧杯罩在火焰上方，用一只冷而且干燥的烧杯罩在火焰上方，烧杯内壁有水珠出现，证明有水生成。把烧杯内壁有水珠出现，证明有水生成。把烧杯迅速倒转过来，立即向杯内注入少量烧杯迅速倒转过来，立即向杯内注入少量澄清石灰水振荡，石灰水变浑浊，证明有澄清石灰水振荡，石灰水变浑浊，证明有二氧化碳生成。二氧化碳生成。请请 讨讨 论论:第1
11、6页，共46页，编辑于2022年，星期五通常情况下，甲烷比较稳定。通常情况下，甲烷比较稳定。结论：甲烷与结论：甲烷与KMnO4溶液不发生反溶液不发生反应应，也不与溴水发生反应。，也不与溴水发生反应。把甲烷气体分别通入酸性把甲烷气体分别通入酸性KMnOKMnO4 4溶液与溴水中，观察现象。溶液与溴水中，观察现象。与强酸、强碱或强氧化剂一般不反应。与强酸、强碱或强氧化剂一般不反应。第17页，共46页，编辑于2022年，星期五2 2、通常情况下通常情况下，甲烷，甲烷稳定稳定。一般。一般不不与强酸、与强酸、强碱和强氧化剂等发生化学反应。强碱和强氧化剂等发生化学反应。产物用途：产物用途：H H2 2是合
12、成氨及合成汽油等工业的原料。是合成氨及合成汽油等工业的原料。C C是橡胶工业的原料，可以用于制造颜料、油墨、是橡胶工业的原料，可以用于制造颜料、油墨、油漆等。油漆等。甲烷常温时很稳定，但在高温时可分解；甲烷常温时很稳定，但在高温时可分解；3、甲烷的分解反应、甲烷的分解反应CH4 C2H2高温高温甲烷的高温分解反应方程式：甲烷的高温分解反应方程式：第18页，共46页，编辑于2022年，星期五现象：现象：瓶壁上有瓶壁上有 状状 生成。生成。量筒内液面量筒内液面 。油油 液滴液滴 甲烷与氯气反应：甲烷与氯气反应：上升上升 4、取代反应取代反应定义：定义：有机物分子里的某些原子或原子团被其有机物分子里
13、的某些原子或原子团被其他原子或原子团所代替的反应。他原子或原子团所代替的反应。第19页，共46页，编辑于2022年，星期五一氯甲烷一氯甲烷二氯甲烷二氯甲烷四氯甲烷四氯甲烷(四四氯化碳氯化碳)三氯甲烷三氯甲烷(氯氯仿仿)第20页，共46页，编辑于2022年，星期五CH3Cl Cl2 CH2Cl2HCl光照光照CH2Cl2 Cl2 CHCl3 HCl光照光照CHCl3 Cl2 CCl4 HCl光照光照CH4 Cl2 CH3Cl HCl光照光照第21页，共46页，编辑于2022年，星期五 常温下，一氯甲烷常温下，一氯甲烷(CH3Cl)是气体，其它三种是液是气体，其它三种是液体，三氯甲烷体，三氯甲烷(
14、CHCl3)和四氯甲烷和四氯甲烷(CCl4)是工业上重要是工业上重要的溶剂，四氯甲烷的溶剂，四氯甲烷(CCl4)还是一种效率较高的灭火剂，还是一种效率较高的灭火剂，这四种取代物都不溶于水。这四种取代物都不溶于水。注意：注意：(1)(1)甲烷与氯气反应可能有五种产物，其中有两甲烷与氯气反应可能有五种产物，其中有两 种气体产物；种气体产物；(3)(3)多数有机物都难溶于水，易溶于有机溶剂。多数有机物都难溶于水，易溶于有机溶剂。(2)(2)有机反应很复杂，产物较多；有机反应很复杂，产物较多；第22页，共46页，编辑于2022年，星期五取代反应取代反应置换反应置换反应适用于有机反应适用于有机反应适用于
15、无机反应适用于无机反应反应物、生成物中不一定反应物、生成物中不一定有单质有单质反应物、生成物中一定有单反应物、生成物中一定有单质质逐步取代逐步取代，很多反应是可逆的，很多反应是可逆的反应一般是单向进行反应一般是单向进行 反应能否进行受催化剂、温度、反应能否进行受催化剂、温度、光照等外界条件影响较大光照等外界条件影响较大 在水溶液中进行的置换反应在水溶液中进行的置换反应遵循金属或非金属的活动顺序遵循金属或非金属的活动顺序取代反应与置换反应的区别：取代反应与置换反应的区别：第23页，共46页，编辑于2022年，星期五甲烷化学性质甲烷化学性质 总体：总体：一定条件下一定条件下燃烧反应燃烧反应取代反应
16、取代反应受热分解受热分解性质较稳定性质较稳定第24页，共46页，编辑于2022年，星期五四、甲烷的用途四、甲烷的用途甲烷在一定条件下氧化生成一氧化碳、氢甲烷在一定条件下氧化生成一氧化碳、氢气的混合物，用它们可以合成甲醇。气的混合物，用它们可以合成甲醇。除了做气体燃料，还是一种化工原料除了做气体燃料，还是一种化工原料。甲烷热分解的产物炭黑是橡胶工业的重甲烷热分解的产物炭黑是橡胶工业的重要原料，也可用于制造颜料、油墨和油漆要原料，也可用于制造颜料、油墨和油漆等。等。从甲烷可以制得氯仿和氟利昂。从甲烷可以制得氯仿和氟利昂。CHCl3+HF CHFCl2+HCl第25页，共46页，编辑于2022年，星
17、期五1、下列有关甲烷物理性质的叙述正确的是、下列有关甲烷物理性质的叙述正确的是 （）A、甲烷是一种黄绿色气体、甲烷是一种黄绿色气体B、甲烷是一种有臭味的气体、甲烷是一种有臭味的气体C、收集甲烷时常用排水法，是因为甲烷的密、收集甲烷时常用排水法，是因为甲烷的密度与空气的密度相近。度与空气的密度相近。D、甲烷能用排水法收集是因为甲烷难溶于水、甲烷能用排水法收集是因为甲烷难溶于水D学以致用学以致用第26页，共46页，编辑于2022年，星期五3、在光照下，将等物质的量的在光照下，将等物质的量的CH4和和Cl2充分反应，充分反应，得到的产物物质的量最多的是（得到的产物物质的量最多的是（）A、CH3Cl
18、B、CH2Cl2 C、CCl4 D、HClD2、下列物质常温下呈气态的是、下列物质常温下呈气态的是（）A、CH3Cl B、CH2Cl2 C、CHCl3 D、CCl4A第27页，共46页，编辑于2022年，星期五 光 C、CH4+2O2 CO2+2H2O D、CHCl3+HF CHFCl2+HClB、Zn+H2SO4 ZnSO4+H24、下列反应不属于取代反应的是下列反应不属于取代反应的是A、CH4+Br2 CH3Br+HBr 点燃点燃BC第28页，共46页，编辑于2022年，星期五 设计实验确定甲烷中是否含有氧元素，设计实验确定甲烷中是否含有氧元素，并写出实验方案。并写出实验方案。课外思考：课
19、外思考：第29页，共46页，编辑于2022年，星期五乙烷乙烷从石油炼制的产品中可以获得一系列和甲烷从石油炼制的产品中可以获得一系列和甲烷结构相似的化合物，如：结构相似的化合物，如：丙烷丙烷丁烷丁烷第30页，共46页，编辑于2022年，星期五戊烷戊烷己烷己烷 每个碳原子的化合价都已充分利用，都达到每个碳原子的化合价都已充分利用，都达到“饱和饱和”。这样的烃叫做这样的烃叫做饱和烃饱和烃，又叫，又叫烷烃烷烃。以上分子结构有什么特点？以上分子结构有什么特点？第31页，共46页，编辑于2022年，星期五庚烷庚烷辛烷辛烷 每个碳原子的化合价都已充分利用，都达到每个碳原子的化合价都已充分利用，都达到“饱和饱
20、和”。这样的烃叫做这样的烃叫做饱和烃饱和烃，又叫，又叫烷烃烷烃。第32页，共46页，编辑于2022年，星期五五、五、烷烃烷烃 碳原子都以碳碳单键相连，其余的价碳原子都以碳碳单键相连，其余的价键均用于与氢原子结合，达到键均用于与氢原子结合，达到“饱和饱和”的一的一系列化合物系列化合物。结构特点结构特点：碳碳单键、链状、碳碳单键、链状、C C原子剩余价原子剩余价键全部和氢结合键全部和氢结合1.烷烃的概念烷烃的概念第33页，共46页，编辑于2022年，星期五(1)结构式：乙烷：乙烷：H H 丙烷：丙烷：H H H|HCCH HCCCH|H H H H H 丁烷：丁烷：H H H H 异丁烷：异丁烷：
21、H|HCCCCH H-C-H|H H H H H H|H CCCH|H H H2、烷烃的结构、烷烃的结构第34页，共46页，编辑于2022年，星期五(2)结构简式结构简式：例：H H H H H|H C C C C CH|H HC H H H H|H CH CHCHCHCH CH33322 省略CH键 把同一C上的H合并省略横线上CC键 CH CHCH CH CH CH33322或者：CH CH（CH）CH CH CH22333第35页，共46页，编辑于2022年，星期五它们对应的结构简式：CH3CH3CH3CH2CH3CH3CH2CH2CH3乙烷：乙烷：H H 丙烷：丙烷：H H H|HCC
22、H HCCCH|H H H H H 丁烷：丁烷：H H H H 异丁烷：异丁烷：H|HCCCCH H-C-H|H H H H H H|HCCCH|H H HCH3CHCH3 CH3第36页，共46页，编辑于2022年，星期五碳原子数相邻的烷烃之间相差碳原子数相邻的烷烃之间相差“CH2”原子团原子团 比较甲烷与乙烷，乙烷与丙烷，丙烷与比较甲烷与乙烷，乙烷与丙烷，丙烷与丁烷，在分子组成上的差异。丁烷，在分子组成上的差异。3 3、烷烃的通式、烷烃的通式:CnH2n+2第37页，共46页，编辑于2022年，星期五4、烷烃的名称、烷烃的名称碳原子数碳原子数12345分子式分子式CH4C2H6C3H8C4
23、H10C5H12名称名称甲甲烷烷乙乙烷烷丙丙烷烷丁丁烷烷戊戊烷烷碳原子数碳原子数678910分子式分子式C6H14C7H16C8H18C9H20C10H22名称名称己己烷烷庚庚烷烷辛辛烷烷壬壬烷烷癸癸烷烷第38页，共46页，编辑于2022年，星期五5、烷烃的性质、烷烃的性质：(1)物理性质物理性质名称名称结构简式结构简式常温时常温时的状态的状态熔点熔点/沸点沸点/相对相对密度密度水溶性水溶性甲烷甲烷CH4气气-182-1640.466不溶不溶乙烷乙烷CH3CH3气气-183.3-88.60.572不溶不溶丙烷丙烷CH3CH2CH3气气-189.7-42.10.585不溶不溶丁烷丁烷CH3(CH
24、2)2CH3气气-138.4-0.50.5788不溶不溶戊烷戊烷CH3(CH2)3CH3液液-13036.10.6262不溶不溶十七烷十七烷CH3(CH2)15CH3固固22301.80.7780不溶不溶规律规律：CnH2n+2(n1)状态：气状态：气液液固；熔沸点依次升高，固；熔沸点依次升高，相对密度依次增大且小于相对密度依次增大且小于1，均不溶于水。，均不溶于水。第39页，共46页，编辑于2022年，星期五(2)(2)化学性质（与化学性质（与CHCH4 4相似相似）氧化反应氧化反应均不能使均不能使KMKMn nOO4 4褪色，不与强酸，强碱反应。褪色，不与强酸，强碱反应。取代反应取代反应其
25、它烷烃与甲烷一样，一定条件下能发生其它烷烃与甲烷一样，一定条件下能发生取代反应。因为可以被取代的氢原子多，所以发生取代反取代反应。因为可以被取代的氢原子多，所以发生取代反应，其它烷烃比甲烷复杂。应，其它烷烃比甲烷复杂。例如：例如：会产生会产生9 9种产物。种产物。第40页，共46页，编辑于2022年，星期五六、同系物：六、同系物：结构相似、分子组成上相差一个或若干结构相似、分子组成上相差一个或若干个个CH2原子团的物质互相称为原子团的物质互相称为同系物同系物。碳原子均饱和。碳原子均饱和。链状链状碳原子数不同。碳原子数不同。烷烃同系物烷烃同系物结构相似：结构相似：分子组成：分子组成：第41页，共
26、46页，编辑于2022年，星期五同位素、同素异形体、同系物、同分异构体同位素、同素异形体、同系物、同分异构体四概念的比较四概念的比较概念概念内涵内涵比较对象比较对象实例实例同位素同位素同素异形体同素异形体同系物同系物同分异构体同分异构体质子数等，中子数质子数等，中子数不等，原子之间不等，原子之间原子原子氕、氚氕、氚同一元素同一元素 形成的不形成的不同单质同单质单质单质O2、O3结构相似，组成结构相似，组成上差一个或上差一个或n个个CH2化合物化合物C2H6、C4H10相同分子式，不相同分子式，不同结构的化合物同结构的化合物化合物化合物CH3(CH2)3CH3、C(CH3)4第42页，共46页，
27、编辑于2022年，星期五练习：练习：1、下列五组物质中、下列五组物质中_互为同位素，互为同位素，_是同素异形体，是同素异形体，_ 是同分异构体，是同分异构体，_是同系物，是同系物，_是同一物质是同一物质。1、2、白磷、红磷、白磷、红磷3、H H 4、CH3CH3、CH3CHCH3|HCCl 、ClCCl CH3|Cl H5、CH3CH（CH3）CH2CH3C（CH3）4 1 25 4 3第43页，共46页，编辑于2022年，星期五练习：练习：2、在烷烃的同系物中，没有同分异构体的有、在烷烃的同系物中，没有同分异构体的有 （）A.1种种 B.2种种 C.3种种 D.4种种C3、已知丙烷的二氯代物
28、有、已知丙烷的二氯代物有4种异构体，则其六种异构体，则其六氯代物的异构体种类有氯代物的异构体种类有 （）A.2种种 B.3种种 C.4种种 D.5种种C第44页，共46页，编辑于2022年，星期五 4、在光照下，将、在光照下，将CH4和和Cl2按质量比按质量比16:71混合在密闭容器中，充分反应后容器中有混合在密闭容器中，充分反应后容器中有_种成分？其中取代产物有种成分？其中取代产物有_种成分？得种成分？得到的产物中物质的量最多的是到的产物中物质的量最多的是_。练习：练习：74HCl 5、1 mol1 mol甲烷完全与氯气发生取代反应，甲烷完全与氯气发生取代反应，若生成四种相同物质的量的取代物，则消耗若生成四种相同物质的量的取代物，则消耗氯气物质的量为氯气物质的量为 （）A.1 mol B.2 mol C.2.5 mol D.4 molC第45页，共46页，编辑于2022年，星期五6、为验证、为验证CH4分子中含分子中含C、H两种元素，可将两种元素，可将其燃烧产物通过：其燃烧产物通过：a.浓硫酸；浓硫酸；b.澄清石灰水；澄清石灰水；c.无水硫酸铜。正确的顺序是无水硫酸铜。正确的顺序是 （）A.a、b、c B.b、c C.b、c、a D.c、b练习：练习：D第46页，共46页，编辑于2022年，星期五