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1、1第第 1 1 课时课时 甲烷的性质甲烷的性质一、甲烷的存在、用途及结构1甲烷的存在与用途(1)甲烷的存在甲烷是天然气、沼气、油田气和煤矿坑道气的主要成分。我国的天然气主要分布在中西部地区及海底。(2)甲烷的主要用途以甲烷为主要成分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甲烷的组成与结构分子模型 分子式电子式结构式 球棍模型比例模型CH42甲烷分子空间构型为正四面体形，碳原子位于中心，4 个氢原子位于顶点，4 个 CH 键的长度和强度相等，夹角相等。例 1 下列各图均能表示甲烷的分子结构，其中更能反映其真实存在状况的是( )答案 D解析 在这几种形式中，分子结构示意图、球棍模
2、型及比例模型均能反映甲烷分子的空间构型，但比例模型更能形象的表达出 H、C 的位置及所占比例；电子式只反映原子的最外层电子的成键情况。例 2 下图是 CH4、CCl4、CH3Cl 分子的球棍模型图，下列说法正确的是( )ACH4、CCl4和 CH3Cl 都是正四面体结构BCH4、CCl4都是正四面体结构CCH4和 CCl4中的化学键均为非极性键DCH4、CCl4的结构相同，性质也相同考点 甲烷的组成和结构题点 甲烷分子结构的拓展答案 B解析 CCl4的分子结构同 CH4相似，为正四面体结构，CH3Cl 中的 CH 和 CCl 键不同，不是正四面体结构，而是四面体结构。思维启迪一个碳原子以 4
3、个单键与其他原子相结合时：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。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。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。3二、甲烷的性质1甲烷的物理性质甲烷是无色无味、极难溶于水、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：检验产物 燃烧现象 方法现象结论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淡蓝色火焰 在火焰上
4、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甲烷燃烧的化学方程式为 CH42O2CO22H2O。点燃(3)取代反应实验探究甲烷与氯气的反应实验操作实验现象A 装置：a.试管内气体黄绿色逐渐变浅，b.试管内壁有油状液滴出现，c.试管中有少量白雾生成，d.试管内液面上升，e.水槽中有固体析出；B 装置：无明显现象实验结论甲烷与氯气在光照时才能发生化学反应连续发生反应的化学方程式为CH4Cl2CH3ClHCl；光4CH3ClCl2CH2Cl2HCl；光CH2Cl2Cl2CHCl3HCl；光CHCl3Cl2CCl4HCl。光取代反应的概念有机物分子里的某些原子或原子团被其他原子或原子团替代
5、的反应。甲烷取代反应的相关规律反应条件甲烷与氯气无光照时，不发生反应；强光照射时会发生爆炸反应物甲烷与卤素单质反应，且卤素单质通常为气态。如甲烷与氯水、溴水不反应，但可以与氯气、溴蒸气发生取代反应生成物与氯气反应产物是 CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和 CCl4四种有机物与 HCl 形成的混合物，很难出现有机产物全部是某一种产物的现象，生成物中 HCl的物质的量最大物质的量关系每 1 mol 氢原子被取代，消耗 1 mol 氯气分子，同时生成 1 mol HCl分子例 3 (2017聊城高一检测)下列有关甲烷的取代反应的叙述正确的是( )A甲烷与氯气以物质的量之比 11 混合时发生取代反
6、应只生成 CH3ClB甲烷与氯气的取代反应产物中 CH3Cl 最多C甲烷与氯气的取代反应产物为混合物D1 mol 甲烷生成 CCl4，最多消耗 2 mol 氯气考点 甲烷的取代反应题点 甲烷取代反应的原理答案 C解析 甲烷与氯气一旦反应，不会停止在某一步，四种有机产物都会产生，得不到纯净的CH3Cl，A 错误，C 正确；甲烷与氯气的取代反应每取代 1 mol H 原子，消耗 1 mol 氯气，生成 1 mol HCl，故产生的 HCl 最多，B 错误；1 mol 甲烷生成 CCl4最多消耗 4 mol 氯气，D 项错误。特别提示(1)无论甲烷和氯气的比例如何，发生取代反应的产物都是 CH3Cl
7、、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl 的混合物。5(2)甲烷与氯气发生取代反应的产物中，CH3Cl 为气体，CH2Cl2、CHCl3和 CCl4为液体。例 4 下列反应属于取代反应的是( )ACH4C2H2高温B2HICl2=2HClI2CCH42O2CO22H2O点燃DC2H6Cl2C2H5ClHCl光考点 甲烷的取代反应题点 取代反应类型判断答案 D解析 取代反应是指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。选项 A 中的反应为分解反应；选项 B 中的反应为置换反应，不属于有机反应类型；选项 C中的反应为甲烷的氧化反应。思维启迪无机反应中的置换反应不属于取代反应
8、。抓住取代反应“有上有下”的特点，看有机物中的原子或原子团是否被其他原子或原子团替换，若是，则为取代反应。1下列叙述中错误的是( )A点燃甲烷不一定会爆炸B甲烷燃烧放出大量的热，所以是一种很好的气体燃料C煤矿的矿井要注意通风并严禁烟火，以防爆炸事故的发生D点燃甲烷前不必进行验纯考点 甲烷的氧化反应题点 甲烷的燃烧与爆炸答案 D解析 甲烷与氧气混合达到一定比例范围时，点燃会发生爆炸，因此，甲烷点燃前要进行6验纯。2为验证甲烷分子中含有碳、氢两种元素，可将其燃烧产物通过浓硫酸 澄清石灰水 无水硫酸铜。正确的顺序是( )A BC D考点 甲烷的氧化反应题点 甲烷燃烧产物的检验答案 D解析 要证明 C
9、H4中含有碳、氢两种元素，可通过证明 CO2和 H2O 的存在来证明，可选择和；但应注意检验的先后顺序，即先证明水后证明 CO2。3(2017成都月考)若甲烷与氯气以物质的量之比 13 混合，在光照下得到的有机产物可能是CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4，其中正确的是( )A只有 B只有C的混合物 D的混合物考点 甲烷的取代反应题点 甲烷取代反应的原理答案 D解析 甲烷与氯气在光照的条件下，发生取代反应时总共有五种产物，CH3Cl，CH2Cl2，CHCl3，CCl4和氯化氢，因此答案选 D。4如果使 0.5 mol 甲烷完全跟 Cl2发生取代反应并生成等物质的量的四种氯代物，则需要
10、消耗氯气( )A0.5 mol B1 molC1.5 mol D1.25 mol考点 甲烷的取代反应题点 甲烷取代反应的原理答案 D解析 利用原子守恒法：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4中的碳原子都是从 CH4中来的，故这四种氯代物共 0.5 mol，每种氯代物均为 0.125 mol，含氯原子的物质的量为 0.125 mol10.125 mol20.125 mol30.125 mol41.25 mol。而从甲烷分子中每取代 1 mol 氢原子，就消耗 1 mol Cl2。因此消耗的 Cl2的物质的量也为 1.25 mol。5按如图所示装置进行实验，烧瓶内盛有等体积的 CH4和
11、Cl2，光照一段时间后，下列说法正确的是( )7A只能生成 CH3Cl 一种有机物和 HClB烧瓶内液面不可能上升C烧杯内的液体会分层D向水中加入紫色石蕊溶液后无变化考点 甲烷的取代反应题点 甲烷的取代反应实验答案 C解析 甲烷与氯气在光照条件下发生取代反应生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和氯化氢，A 项错误；生成物中的氯化氢易溶于水，使烧瓶内压强减小，在外界大气压作用下，烧瓶内液面上升，B 项错误；生成物中一氯甲烷为气体，二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳均为液体，它们都不溶于水，所以烧杯中液体会分层，C 项正确；生成物中含有氯化氢，氯化氢溶于水电离生成氢离子，使溶液显酸性，可使紫色石蕊
12、溶液变红，D 项错误。对点训练题组一 甲烷的结构、存在与用途1(2017四川资阳高一期末)下列关于甲烷分子结构的说法正确的是( )A甲烷分子的电子式为，分子中各原子都达到 8 电子稳定结构B甲烷分子中的化学键全部为非极性键CCH4分子比 SiH4分子稳定，说明碳元素的非金属性比硅元素的非金属性强DCH3Cl 的四个价键的键长和强度相同，夹角相等考点 甲烷的组成和结构题点 甲烷的分子结构答案 C解析 甲烷分子中 H 原子最外层只有 2 个电子，不是 8 电子稳定结构，A 项错误；甲烷分子中的化学键均为极性键，B 项错误；元素的非金属性越强，其简单氢化物越稳定，反之也成立，C 项正确；一氯甲烷中
13、CCl 键与 CH 键的键长和强度不同，故四个键的键角也8不完全相等，D 项错误。2(2017宁波八校模拟)能够证明甲烷分子空间结构为正四面体的事实是( )A甲烷的四个碳氢键的强度相等B甲烷的四个碳氢键的键长相等C甲烷的一氯代物只有一种D甲烷的二氯代物只有一种考点 甲烷的组成和结构题点 甲烷的分子结构答案 D解析 甲烷的结构式为，其分子的空间构型可能有两种：平面正方形结构，空间正四面体结构。A、B、C 项成立并不能证明甲烷分子空间构型是还是。若是构型，则二氯甲烷有两种结构：和；若是构型，则二氯甲烷只有一种结构，故选 D。3(2017济南高一检测)在我国的南海、东海海底已发现天然气(含甲烷等)的
14、水合物，它易燃烧，外形似冰，被称为“可燃冰” 。 “可燃冰”的开采，有助于解决人类面临的能源危机。下列说法正确的是( )甲烷属于烃类 在相同条件下甲烷的密度大于空气 甲烷难溶于水 可燃冰是一种极具潜力的能源A BC D考点 甲烷的存在、物理性质与用途题点 甲烷的存在、物理性质与用途答案 C解析 甲烷是最简单的烃，难溶于水，因其相对分子质量为 16，故相同条件下密度小于空气，甲烷燃烧放出较多的热量且产物为 CO2和 H2O，所以可燃冰是一种极具潜力的能源，因此 C 项正确。题组二 甲烷的燃烧及相关计算4鉴别甲烷、一氧化碳和氢气等三种无色气体的方法是( )A通入溴水通入澄清石灰水9B点燃罩上涂有澄
15、清石灰水的烧杯C点燃罩上干冷烧杯罩上涂有澄清石灰水的烧杯D点燃罩上涂有澄清石灰水的烧杯通入溴水考点 甲烷的氧化反应题点 甲烷燃烧产物的判断答案 C解析 点燃，用干燥的烧杯可以检验出是否生成水，从而确定原气体是否含有氢元素；用涂有澄清石灰水的烧杯可检验出是否生成 CO2，从而确定原气体中是否含有碳元素。5在标准状况下，11.2 L 甲烷和 22.4 L 氧气混合后点燃，恢复到原状况时，气体的体积共( )A11.2 L B22.4 LC33.6 L D44.8 L考点 甲烷的氧化反应题点 甲烷燃烧的计算答案 A解析 甲烷燃烧的化学方程式为 CH42O2CO22H2O，当温度超过 100 时(即水为
16、点燃气态)，反应前后气体体积不变。而在标准状况下，水是液态，11.2 L 甲烷与 22.4 L 氧气恰好完全反应，最后只剩下二氧化碳，其体积为 11.2 L。6(2017内蒙古包头九原区校级期中考试)一定质量的甲烷燃烧后得到的产物为 CO、CO2和水蒸气，此混合气体质量为 49.6 g，当其缓慢经过无水 CaCl2时，CaCl2增重 25.2 g，原混合气体中 CO2的质量为( )A12.5 g B13.2 gC19.7 g D24.4 g考点 甲烷的氧化反应题点 甲烷燃烧的计算答案 B解析 题组三 甲烷的取代反应107在常温下，把一个盛有一定量甲烷和氯气混合气体的密闭玻璃容器放在光亮的地方，
17、两种气体发生反应，下列叙述中正确的是( )A反应产物物质的量最多的是 CH3ClB如果氯气过量，则最终产物只有一种C反应前后容器内压强不变D发生的反应都属于取代反应考点 甲烷的取代反应题点 甲烷的取代反应原理答案 D8(2017四川宜宾期末考试)取一支硬质大试管，通过排饱和食盐水的方法先后收集半试管甲烷和半试管氯气(如图)，下列对于试管内发生的反应及现象的说法正确的是( )A反应过程中试管内黄绿色逐渐消失，试管壁上有油珠产生B甲烷和 Cl2反应后的产物有 4 种C盛放饱和食盐水的水槽底部不会有晶体析出DCH4和 Cl2完全反应后液面上升，液体充满试管考点 甲烷的取代反应题点 甲烷的取代反应实验
18、答案 A解析 Cl2被消耗后，黄绿色消失，生成的 CH2Cl2、CHCl3、CCl4均为油状液体，所以试管壁上有油珠产生，A 项正确；CH4与 Cl2反应生成 4 种有机物和 1 种无机物，共有 5 种产物，B 项错误；CH4与 Cl2反应后最多的产物是 HCl，HCl 溶于饱和食盐水会有 NaCl 晶体析出，C 项错误；取代产物 CH2Cl2、CHCl3、CCl4是油状液体，而 CH3Cl 是气体，不溶于饱和食盐水，故液体不会充满试管，D 项错误。9已知正四面体形分子 E 和单质分子 G 反应，生成四面体形分子 L 和分子 M(组成 E 分子的元素的原子序数小于 10，组成 G 分子的元素为
19、第三周期的元素)，如图所示，则下列判断中不正确的是( )A常温常压下，E、L 均为气态有机物11BE 是一种含有 10 个电子的分子C上述反应的类型是置换反应D上述 4 种物质中有 3 种为共价化合物考点 甲烷的取代反应题点 取代反应类型的判断答案 C解析 正四面体形分子 E，组成 E 分子的元素的原子序数都小于 10，E 由两种元素组成，灰色球只形成一个共价键，所以是 H，黑色球表示 C，所以 E 是甲烷；直线形分子 G，组成G 分子的元素为第三周期的元素，且 G 是双原子分子，所以 G 是 Cl2，该反应是甲烷和氯气发生取代反应生成一氯甲烷和氯化氢，即 L 是一氯甲烷，M 是氯化氢。常温常
20、压下，甲烷、一氯甲烷均是气体，A 项正确；E 是甲烷分子，含有 10 个电子，B 项正确；甲烷中的氢原子被氯原子取代生成一氯甲烷，属于取代反应，生成物中没有单质，不是置换反应，C 项错误；四种物质中甲烷、一氯甲烷和 HCl 属于共价化合物，所以 4 种物质中有 3 种为共价化合物，D 项正确。10在光照条件下，CH4与 Cl2能发生取代反应。使 1 mol CH4与 Cl2反应，待反应完全后测得四种有机取代产物的物质的量之比n(CH3Cl)n(CH2Cl2)n(CHCl3)n(CCl4)1234，则消耗的 Cl2的物质的量为( )A1.0 mol B2.0 mol C3.0 mol D4.0
21、mol考点 甲烷的取代反应题点 甲烷的取代反应原理答案 C解析 在光照条件下，CH4与 Cl2发生取代反应时，生成 1 mol CH3Cl 消耗 1 mol 氯气，生成 1 mol CH2Cl2消耗2 mol 氯气，生成1 mol CHCl3消耗3 mol 氯气，生成1 mol CCl4消耗4 mol 氯气。四种有机取代产物的物质的量之比n(CH3Cl)n(CH2Cl2)n(CHCl3)n(CCl4)1234，根据碳原子守恒可知，生成的n(CH3Cl)、n(CH2Cl2)、n(CHCl3)、n(CCl4)分别是 0.1 mol、0.2 mol、0.3 mol、0.4 mol，消耗的Cl2的物质
22、的量为0.1 mol20.2 mol30.3 mol40.4 mol3.0 mol。题组四 甲烷性质的综合11(2017哈尔滨高一下期中)下列关于甲烷的说法正确的是( )A实验室可用向上排空气法收集甲烷B甲烷点燃之前需要验纯C甲烷可以与溴水发生取代反应D甲烷在空气中燃烧只可能生成 CO2和 H2O考点 甲烷的化学性质12题点 甲烷化学性质综合答案 B解析 甲烷的密度小于空气，实验室可用向下排空气法收集甲烷，A 项错误；甲烷是可燃性气体，点燃之前需要验纯，B 项正确；甲烷与溴水不发生取代反应，与 Br2在光照条件下发生取代反应，C 错误；若甲烷在空气中燃烧不完全，可能生成 CO 和 H2O，D
23、项错误。12(2017合肥高一检测)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 CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3还是 CCl4，都属于取代反应D光照条件下甲烷与 Cl2反应的四种有机产物都难溶于水考点 甲烷的化学性质题点 甲烷化学性质的综合答案 B解析 CH4的性质比较稳定，通常情况下，不与强酸、强碱、强氧化剂反应，但不是不能被任何氧化剂氧化(如能燃烧)，A 项正确，B 项错误；CH4在光照条件下与 Cl2发生取代反应，生成 4 种有机产物，它们是 CH3Cl
24、、CH2Cl2、CHCl3和 CCl4，且均难溶于水，故 C、D 项均正确。综合强化13(2017南昌三校联考)如图所示，U 形管的左端被水和胶塞封闭有甲烷和氯气(体积比为 14)的混合气体，假定氯气在水中的溶解度可以忽略。将封闭有甲烷和氯气混合气体的装置放置在有光亮的地方，让混合气体缓慢地反应一段时间。(1)假设甲烷与氯气反应充分，且只产生一种有机物，请写出化学方程式：_。(2)若题目中甲烷与氯气体积之比为 11，则得到的产物为_(填字母，下同)。ACH3Cl HCl BCCl4 HClCCH3Cl CH2Cl2DCH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 HCl(3)经过几个小时的反应
25、后，U 形管右端的水面变化是_。13A升高 B降低 C不变 D无法确定(4)若水中含有 Na2SiO3，则在 U 形管左端会观察到的现象是_。(5)右端玻璃管的作用是_。考点 甲烷的取代反应题点 甲烷的取代反应实验答案 (1)CH44Cl2CCl44HCl (2)D (3)B (4)有白色胶状沉淀生成 (5)平衡气光压解析 (1)因 Cl2足量，若充分反应且只产生一种有机物，则 CH4中的四个 H 原子可完全被取代，生成 CCl4和 HCl：CH44Cl2CCl44HCl。光(2)甲烷与氯气的取代反应，是四步反应同时发生，故得到四种氯代产物和 HCl。(3)甲烷和氯气在光照的条件下发生取代反应
26、生成油状液滴，U 形管左侧生成的氯化氢气体易溶于水。压强减小，U 形管右端液面下降，左端液面上升。(4)因左侧生成的 HCl 溶于水后发生反应：2HClNa2SiO3=H2SiO32NaCl，所以观察到有白色胶状沉淀生成。(5)为了平衡气压，在 U 形管右侧插入一支玻璃管。14(2017锦州高一检测)燃烧法是测定有机化合物分子式的一种重要方法。以下是通过燃烧法推断物质组成的过程，请回答下列问题：(1)某物质 A 在氧气中完全燃烧只生成二氧化碳和水。则说明_(填字母)。AA 一定是烃BA 一定含有 C、H 两种元素，肯定不含氧元素CA 一定含有 C、H 两种元素，可能含有氧元素DA 一定含有 C
27、、H、O 三种元素(2)甲烷在空气中完全燃烧的化学方程式为_。若 2.24 L(标准状况下)甲烷完全燃烧后，将生成的气体通过足量碱石灰，那么碱石灰增重的质量是_ g。考点 甲烷的氧化反应题点 甲烷燃烧的综合答案 (1)C(2)CH42O2CO22H2O 8点燃解析 (1)A 在氧气中完全燃烧只生成二氧化碳和水，说明 A 一定含有 C、H 两种元素，由于氧气参与反应，故无法确定是否含有氧元素。14(2)由甲烷完全燃烧的化学方程式 CH42O2CO22H2O 知，2.24 L(0.1 mol)甲烷完全点燃燃烧生成0.1 mol CO2和0.2 mol H2O，通过碱石灰被完全吸收，碱石灰增重为 0
28、.1 mol44 gmol10.2 mol18 gmol18 g。15利用甲烷与氯气发生取代反应制取副产品盐酸的设想在工业上已成为现实。某化学兴趣小组在实验室中模拟上述过程，其设计的模拟装置如下：试回答下列问题：(1)请写出 C 装置中生成 CH3Cl 的化学方程式：_。有人认为 E 中有氯化氢产生，不能证明甲烷与氯气发生了取代反应，你认为他的看法_(填“正确”或“不正确”)。(2)B 装置有三种功能：控制气流速率；混匀混合气体；_。(3)一段时间后发现 D 装置中的棉花由白色变为蓝色，则棉花上可能预先滴有_溶液。(4)E 装置中除盐酸外，还含有机物，从 E 中分离出盐酸的最佳方法为_(填字母
29、)。a分液法 b蒸馏法 c结晶法(5)将 1 mol CH4与 Cl2发生取代反应，充分反应后生成的 CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4四种有机产物的物质的量依次增大 0.1 mol，则参加反应的 Cl2的物质的量为_，生成HCl 的总物质的量为_。考点 甲烷的综合应用题点 实验综合答案 (1)CH4Cl2CH3ClHCl 正确光(2)干燥气体 (3)淀粉-KI (4)a (5)3 mol 3 mol解析 (2)盛放的是浓硫酸，利用其吸水性，可作干燥剂。(3)蓝色一般可能是无水硫酸铜遇 水变蓝，也可能是淀粉遇碘单质变蓝，根据装置图，只能是淀粉遇碘变蓝，因此棉花上预 先滴有淀粉-KI 溶液，利用氯气把碘置换出来。(4)有机物为卤代物，不溶于水，可以采用 分液的方法进行分离，故 a 正确。(5)设 CH3Cl 为 x mol，则 CH2Cl2为(x0.1) mol，CHCl3 为(x0.2) mol，CCl4为(x0.3) mol，根据碳原子守恒，xx0.1x0.2x0.31，解 得 x0.1，因此消耗氯气的物质的量为(0.10.220.330.44) mol3 mol，消耗氯15气的物质的量等于生成 HCl 的物质的量，即 3 mol。