第1課時天然氣的利用甲烷知識條目必考要求加試要求甲烷的分子組成、結(jié)構(gòu)特征、主要性質(zhì)(取代、氧化反應(yīng))bb能力要求1.會寫甲烷的分子式、結(jié)構(gòu)式、電子式，知道甲烷的結(jié)7知道甲烷能發(fā)生氧化反應(yīng)和取代反應(yīng)，會寫化學(xué)方程式c代反應(yīng)的概念和甲烷發(fā)生取代反應(yīng)時的斷鍵和成鍵情況C卜勾特點(diǎn)。2.3.知道取一、甲烷的存在、用途及結(jié)構(gòu).甲烷的存在與用途(1)甲烷的存在甲烷是天然氣、沼氣、油田氣和煤礦坑道氣的主要成分。我國的天然氣主要分布在中西部地區(qū)及海底。(2)甲烷的主要用途通常狀況下，1mol甲烷完全燃燒放出890kJ能量。因此以甲烷為主要成分的天然氣和沼氣都是理想的清潔能源。甲烷還可用作化工原料。.甲烷的組成與結(jié)構(gòu)分子式電子式結(jié)構(gòu)式空間構(gòu)型甲烷的分子模型CH正四面體結(jié)構(gòu)，c原子位于正四面體中心，h原子位于四個頂點(diǎn)上0^=0球槌模型屈比例模型1.結(jié)構(gòu)式：用一條短線來表示一對共用電子的圖式叫做結(jié)構(gòu)式2.一個碳原子以4個單鍵與其他原子相結(jié)合時：(1)如果這4個原子相同，則分別在四面體的頂點(diǎn)上，構(gòu)成正四面體。(2)如果這4個原子不相同，則分別在四面體的頂點(diǎn)上，但不是正四面體。(3)無論這4個原子是否相同，都不可能在同一平面上，并且最多有3個原子共面。.下列各圖均能表示甲烷的分子結(jié)構(gòu)，其中更能反映其真實存在TOC\o"1-5"\h\z狀況的是()答案D解析在這幾種形式中，分子結(jié)構(gòu)示意圖、球棍模型及比例模型均能反映甲烷分子的空間構(gòu)型，但比例模型更能形象的表達(dá)出H、C的位置及所占比例；電子式只反映原子的最外層電子的成鍵情況。.以下關(guān)于甲烷的說法中錯誤的是()A.甲烷分子是由共價鍵構(gòu)成的分子B.甲烷分子具有正四面體結(jié)構(gòu)C.甲烷分子中四個C—H鍵是完全等價的鍵D.甲烷分子中氫原子之間形成共價鍵答案D二、甲烷的性質(zhì).甲烷的物理性質(zhì)甲烷是一種無色、無際、難溶于水、密度比空氣小的氣體。.甲烷的化學(xué)性質(zhì)(1)氧化反應(yīng)將甲烷在空氣中點(diǎn)燃觀察現(xiàn)象：燃燒現(xiàn)象檢驗產(chǎn)物方法現(xiàn)象結(jié)論淡藍(lán)色火焰在火焰上方『個干燥的燒杯燒杯內(nèi)壁后水珠廣生生成了水在火焰上方卓,個涂有澄清石灰水的燒杯燒杯內(nèi)壁變渾濁生成了二氧化碳①甲烷燃燒的化學(xué)方程式為CH+2Q上燃＞CQ+2噸0。甲烷是優(yōu)良的氣體燃料，通常狀況下，1mol甲烷在空氣中完全燃燒，生成二氧化碳和水，放出890kJ熱量。因此以甲烷為主要成分的天然氣、沼氣是理想的清潔能源。特別提醒點(diǎn)燃甲烷前必須檢驗純度?？諝庵械募淄楹吭?%-15.4%(體積)范圍內(nèi)時，遇火花將發(fā)生爆炸；煤礦中的瓦斯爆炸多數(shù)是甲烷氣體爆炸引發(fā)的。②將CH通入酸性KMnO容液中，觀察現(xiàn)象，試解釋其原因。

答案現(xiàn)象：酸性KMnO§液的紫紅色不發(fā)生變化；原因：CH4分子為正四面體結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)對稱，化學(xué)鍵不易斷裂，通常情況下化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定。(2)取代反應(yīng)按要求完成下列實驗，并填寫下表:實驗操作實驗現(xiàn)象漁射日花I實驗操作實驗現(xiàn)象漁射日花I三駕三L飽和食 IA；====： 1-L.JUAA裝置：①試管內(nèi)氣體黃綠色逐漸變淺，②試管內(nèi)壁有油狀液滴出現(xiàn)，③試管中有少量白霧生成，④試管內(nèi)液面上升，⑤水槽中有固體析出；B裝置：無明顯現(xiàn)象嗯色欲套父<,Rm二至三地和食y 鹽水實驗結(jié)論CH與C12在光照時才能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)①上述實驗A中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為CH+C12——CH3C1+HC1;CH3C1+C12—^CHC12+HC1;CHC12+C12一.CHC3+HC1;CHC3+CHC3+C12—光>CC14+HC1o③③CH和C12反應(yīng)的四種取代產(chǎn)物都不溶于水,氣體外，其他三種都是油狀液體。④問題討論②取代反應(yīng)是指有機(jī)物分子里的某些原子或原子團(tuán)被其他原子或原子團(tuán)所替代的反應(yīng)。除一氯甲烷常溫下是a.若把甲烷分子中的一個氫原子換成氯原子變成一氯甲烷，還是正四面體結(jié)構(gòu)嗎？答案因C—H鍵與C—Cl鍵的長度不同，故CH3Cl是四面體結(jié)構(gòu)，但不是正四面體結(jié)構(gòu)。b．CH4與Cl2發(fā)生取代反應(yīng)時，有機(jī)取代產(chǎn)物的總物質(zhì)的量與CH4的物質(zhì)的量有何關(guān)系？答案根據(jù)碳元素守恒，四種有機(jī)取代產(chǎn)物的總物質(zhì)的量等于反應(yīng)物CH的物質(zhì)的量。CHCl、CC14只有一種結(jié)構(gòu)，能說明CH分子是以碳原子為中心的正四面體結(jié)構(gòu)而不是正方形的平面結(jié)構(gòu)嗎？答案不能。因為不論CH分子是以碳原子為中心的正四面體結(jié)構(gòu)，還是正方形的平面結(jié)構(gòu)，CHCl、CC14均只有一種結(jié)構(gòu)。CHCI2只有一種結(jié)構(gòu)，能說明CH分子是以碳原子為中心的正四面體結(jié)構(gòu)而不是正方形的平面結(jié)構(gòu)嗎？答案能。因為如果CH分子是以碳原子為中心的正四面體結(jié)構(gòu)，則CHCl2只有一種結(jié)構(gòu)；若CH分子是正方形的平面結(jié)構(gòu)，則CHC12有兩種結(jié)構(gòu)，即：甲烷的化學(xué)性質(zhì)(1)CH4的特征反應(yīng)是能與鹵素單質(zhì)在光照條件下發(fā)生取代反應(yīng)，但有機(jī)產(chǎn)物一般有多種。(2)CH4能發(fā)生的氧化反應(yīng)就是燃燒，但其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不能與強(qiáng)氧化劑如酸性KMnO§液反應(yīng)，也不能與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿反應(yīng)3．下列敘述中錯誤的是()A.點(diǎn)燃甲烷不一定會爆炸B.甲烷燃燒放出大量的熱，所以是一種很好的氣體燃料C.煤礦的礦井要注意通風(fēng)并嚴(yán)禁煙火，以防爆炸事故的發(fā)生D.點(diǎn)燃甲烷前不必進(jìn)行驗純答案D解析甲烷與氧氣混合達(dá)到一定比例范圍時，點(diǎn)燃會發(fā)生爆炸，因此，甲烷點(diǎn)燃前要進(jìn)行驗純。4．在光照條件下，將等物質(zhì)的量的甲烷和氯氣充分反應(yīng)，所得產(chǎn)物中物質(zhì)的量最多的是()A．CH3ClB．CH2Cl2C．CHCl3D．HCl答案D解析在光照條件下，將等物質(zhì)的量的甲烷和氯氣充分反應(yīng)，會發(fā)生取代反應(yīng)，由于取代反應(yīng)是逐步進(jìn)行的，每一步在產(chǎn)生氯代烴的同時，都會產(chǎn)生HCl,所以在所得產(chǎn)物中物質(zhì)的量最多的是HCl。1．下列說法不正確的是()A.甲烷是一種難溶于水的氣體B.天然氣是一種高效、低耗、污染小的清潔能源C.甲烷分子是一種對稱的正四面體結(jié)構(gòu)，四個C-H鍵強(qiáng)度相同D.甲烷不與任何物質(zhì)反應(yīng)答案D解析通常情況下，甲烷性質(zhì)較穩(wěn)定，與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑（酸性高錳酸鉀溶液）等不反應(yīng)，但在一定條件下能與氧氣、鹵素單質(zhì)等發(fā)生反應(yīng)。2.已知正四面體形分子E和直線形分子G反應(yīng)，生成四面體形分子L和直線形分子M（組成E分子的元素原子序數(shù)小于10,組成G分子的元素為第3周期的元素）。如下圖所示，則下列判斷中正確的是（）A.常溫常壓下，L是一種液態(tài)有機(jī)物B．E是一種含有非極性鍵的分子C.干/燥的G能漂白有色物質(zhì)D.上述反應(yīng)的類型是取代反應(yīng)答案D解析本題實為用圖像考查甲烷與氯氣的反應(yīng)。L為CH3Cl，常溫常壓下是一種氣態(tài)有機(jī)物；E為甲烷，含有極性鍵；G為氯氣，干燥的氯氣不能漂白有色物質(zhì)。3．為驗證甲烷分子中含有碳、氫兩種元素，可將其燃燒產(chǎn)物通過TOC\o"1-5"\h\z①濃硫酸②澄清石灰水③無水硫酸銅。正確的順序是（）A.①②③B.②③C.②③①D.③②答案D解析要證明CH4中含有碳、氫兩種元素，可通過證明CO和H2O的存在來證明，可選擇②和③；但應(yīng)注意檢驗的先后順序，即先證明水后證明CO2。4．有機(jī)物分子里的某些原子或原子團(tuán)被其他原子或原子團(tuán)所替代的反應(yīng)叫取代反應(yīng)。下列化學(xué)反應(yīng)中不屬于取代反應(yīng)的是()光照CH2Cl2+Br2-z^>CHBrCb+HBrCHOI+HCl*久CHCl+HO2Na+2HO===2NaOHH4CH—CH—Br+HONOOHCH—CH—O出HBr答案C解析取代反應(yīng)是指有機(jī)物分子里的某些原子或原子團(tuán)被其他原子或原子團(tuán)所替代的反應(yīng)。C項中的反應(yīng)為置換反應(yīng)，不是有機(jī)反應(yīng)，更不是取代反應(yīng)。5.將含Q和CH4的混合氣體充入有23.4gNa2O2的密閉容器中，電火花點(diǎn)燃，反應(yīng)結(jié)束后，容器內(nèi)于150℃時壓強(qiáng)約為0，將殘留物溶于水，無氣體逸出。(1)原混合氣體中Q和CH體積比為。(2)殘留固體成分為。答案(1)1：2(2)Na2CO和NaOH解析(1)甲烷燃燒生成水和二氧化碳，過氧化鈉與二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈉和氧氣，該反應(yīng)為2N&Q+2CO===2NaCO+Q,過氧化鈉與水反應(yīng)生成氫氧化鈉和氧氣的化學(xué)反應(yīng)為2Na2O2＋2H2O===4NaOHQT,依題意，容器內(nèi)于150C時壓強(qiáng)約為0,將殘留物溶于水，無氣體逸出，這說明最后產(chǎn)物只能是NaCO和NaOH的混合物，根據(jù)原子守恒原理(尤其是CH中C和H原子個數(shù)比為1:4),可得2CH+Q+6NaQ===2NaCO+8NaOH所以原混合氣體中Q和CH體積比為1:2。根據(jù)以上分析可知?dú)埩粑锸翘妓徕c和氫氧化鈉的混合物。[基礎(chǔ)過關(guān)]題組一甲烷的分子組成、結(jié)構(gòu)特征．下圖是CH4、CCl4、CH3Cl的分子球棍模型圖，下列說法正確的是()CH、CC14和CHCl都是正四面體結(jié)構(gòu)CH、CC14都是正四面體結(jié)構(gòu)CH和CC14中的化學(xué)鍵均為非極性鍵CH、CC14的結(jié)構(gòu)相同，性質(zhì)也相同答案B解析CCl4的分子結(jié)構(gòu)同CH4相似，為正四面體結(jié)構(gòu)，CH3Cl中的C—H和C—Cl鍵不同，不是正四面體結(jié)構(gòu)，而是四面體結(jié)構(gòu)。2.(2017?浙江省瑞安中學(xué)月考)甲烷在氧氣中燃燒后生成二氧化碳和水，從該實驗事實中可以得出的結(jié)論是()A.甲烷的分子式為CHB.甲烷氣體中含碳元素和氫元素C.甲烷分子中只含碳元素和氫元素D.甲烷的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定答案B題組二甲烷的性質(zhì)及應(yīng)用TOC\o"1-5"\h\z3．在光照條件下，下列物質(zhì)中能與甲烷反應(yīng)的是()B．B．Cl2C.NaO鰭液D.酸性KMnO§C.NaO鰭液答案B解析甲烷與氯氣在光照的條件下能發(fā)生取代反應(yīng)，所以答案選B。(2017?無錫高一檢測)甲烷和氯氣以物質(zhì)的量比為1：1混合,在光照條件下，得到的有機(jī)產(chǎn)物是()①CH3Cl②CH2Cl2③CHCl3④CCl4⑤HClA.只有①B.①和②的混合物C.只有④D.①②③④的混合物答案D(2017?泰安高一檢測)三氯甲烷(CHC13)又稱氯仿，可用作麻醉劑，但在光照下易被氧化成劇毒的光氣(COCl2)，其反應(yīng)方程式為2CHC3+Q生久2COC2+2HC1。為了防止事故發(fā)生，在使用前要先檢驗一下是否變質(zhì)，檢驗用的最佳試劑是()A.澳水B.NaOH§液C.淀粉碘化鉀溶液D.AgNO溶液答案D6．公元前一世紀(jì)，我國已使用天然氣，天然氣的主要成分為甲烷。下列關(guān)于甲烷的敘述中，錯誤的是()A.通常情況下，甲烷跟強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑不起反應(yīng)B.甲烷化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，不能被任何氧化劑氧化C.甲烷跟氯氣反應(yīng)無論生成CHCl、CHCI2、CHC3還是CC14,都屬于取代反應(yīng)D.甲烷的四種取代物都難溶于水答案B解析CH的性質(zhì)比較穩(wěn)定，通常情況下，不與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑反應(yīng)，而不是不能被任何氧化劑氧化，故A正確、B錯誤；CH在光照條件下與Cl2發(fā)生取代反應(yīng)，生成4種有機(jī)產(chǎn)物，它們是CHCl、CHC?CHC3和CC14,且均難溶于水，故C、D均正確。7.在一定的溫度、壓強(qiáng)下，向100mLCH和Ar的混合氣體中通入400mLO，點(diǎn)燃使其完全反應(yīng)，最后在相同條件下得到干燥氣體460mL則反應(yīng)前混合氣體中CH和Ar的物質(zhì)的量之比為（）A.1：4B.1：3C.1：2D.1：1答案A解析Ar是稀有氣體，不參與反應(yīng)，反應(yīng)前后氣體的體積變化是由CH燃燒生成的水引起的。設(shè)混合氣體中CH的體積為X。CH+2Q^^>CO+2HO△V減小1mL2mL1mL2mLx(100mL+400mL)—460mL=40mLx=20mLAr的體積為100m『20mL=80mLCH與Ar的體積之比為1：4,相同條件下，氣體的體積之比等于物質(zhì)的量之比，即n(CH4)：n(Ar)=1：4。.一定量的CH燃燒后得到的產(chǎn)物是COCO、HO(g),此混合物的質(zhì)量為49.6g,當(dāng)其緩緩?fù)ㄟ^足量的無水CaCl2時，氣體質(zhì)量減少25.2g,則混合氣體中CO的質(zhì)量為()A．24.4gB．13.2gC．12.5gD．11.2g答案D解析設(shè)產(chǎn)物中CO的物質(zhì)的量為x,CO的物質(zhì)的量為y。由碳原子守恒可得CH的物質(zhì)的量為x+y,又由氫原子守恒可得生成H2O的物質(zhì)的量為2(x+y),即可得：44g-mol1-y+28g-mol1-x+2(x+y)X18g-molt=49.6g,2(x+y)X18g-mol1=25.2g。則解得x=0.4mol,y=0.3mol,m(CO)=0.4molx28g-mol1=11.2g。.有一種無色的混合氣體可能由CH、NH、Ht、COCO和HCl組成。為確定其組成，進(jìn)行了以下實驗：①將此混合氣體通過濃硫酸，氣體總體積基本不變；②再通過過量的澄清石灰水，未見渾濁，但氣體體積減少；③把剩余氣體在供氧的情況下燃燒，燃燒產(chǎn)物不能使無水硫酸銅變色。原混合氣體含有()B.CH和NHA.B.CH和NHC.CH和HClD.H2和CO答案A解析由①知，不含NH;由②知，不含CO,含HCl;由③知，不含CH、H2,含CO題組三取代反應(yīng)10．關(guān)于取代反應(yīng)和置換反應(yīng)的下列說法中，正確的是()A.取代反應(yīng)和置換反應(yīng)中一定都有單質(zhì)生成B.取代反應(yīng)和置換反應(yīng)一定都屬于氧化還原反應(yīng)C.取代反應(yīng)大多是可逆的，反應(yīng)速率慢，而置換反應(yīng)一般是單向進(jìn)行的，反應(yīng)速率快D.取代反應(yīng)和置換反應(yīng)的產(chǎn)物都是唯一的，不會有多種產(chǎn)物并存的現(xiàn)象答案C11．下列反應(yīng)屬于取代反應(yīng)的是()點(diǎn)燃A.C2H4+3Q—2CO+2H2OB．Zn＋CuSO4===ZnSO4＋CuNaCl+AgNO===AgClJ+NaNOCHCl2+Cl2-^>CHC3+HC1答案D解析取代反應(yīng)是有機(jī)物分子中的某些原子或原子團(tuán)被其他原子或原子團(tuán)所替代的反應(yīng)。A項，的燃燒不是取代反應(yīng)；B項為置換反應(yīng)；C項為復(fù)分解反應(yīng)；D項，Cl原子取代了CHC12中的一個H原子，故屬于取代反應(yīng)。.在光照條件下，將1molCH4與C12反應(yīng)，得到等物質(zhì)的量的4種取代物，則消耗Cl2物質(zhì)的量為()A．1molB．2molC．2.5molD．10mol答案C解析由于CH+Cl2~^>CHCl+HCl、CHI+2Cl2-^>CHCI2+2HCl、CH+3cl2^^>CHC3+3HCI、CH+4cl2^^>CCli+4HCl。ImolCH生成CHCl、CHCI2、CHC3、CCl4各為0.25mol,則消耗Cl2為(0.25+0.25x2+0.25x3+0.25X4)mol=2.5mol。[能力提升]．如圖所示，U形管的左端被水和膠塞封閉有甲烷和氯氣(體積比為1：4)的混合氣體，假定氯氣在水中的溶解度可以忽略。將封閉有甲烷和氯氣混合氣體的裝置放置在有光亮的地方，讓混合氣體緩慢地反應(yīng)一段時間。假設(shè)甲烷與氯氣充分反應(yīng)，且只產(chǎn)生一種有機(jī)物，請寫出化學(xué)方程式：(2)若題目中甲烷與氯氣體積之比為1：1,則得到的產(chǎn)物為(填字母，下同)。A．cH3clHcl

B．B．CCl4HClC．CH3ClCH2Cl2D．CH3ClCH2Cl2CHCl3CCl4HClTOC\o"1-5"\h\z經(jīng)過幾個小時的反應(yīng)后，U形管右端的水柱變化是。A.升高B.降低C.不變D.無法確定答案(1)CH4+4Cl2^^>CCL+4HC1(2)D(3)B解析(1)因Cl2足量，若充分反應(yīng)，則CH中的四個H原子可完全被取代，生成CC14和HCl:CH+4Cl2-^>CC14+4HC1。甲烷與氯氣的取代反應(yīng)，是四步反應(yīng)同時發(fā)生的，故得到四種氯代產(chǎn)物和HCl。甲烷和氯氣在光照的條件下發(fā)生取代反應(yīng)生成油狀液滴，U形管左側(cè)生成的氯化氫氣體易溶于水。壓強(qiáng)減小，U形管右端液面下降，左端液面上升。如下圖是某同學(xué)利用日常用品注射器設(shè)計的簡易實驗裝置。甲中注入10mLCH4，同溫同壓下乙中注入50mLCl2，將乙中氣體推入甲中，用日光照射一段時間，氣體在甲中反應(yīng)。下列是某同學(xué)預(yù)測的實驗現(xiàn)象：①氣體最終變?yōu)榧t色；②實驗過程中，甲中活塞向內(nèi)移動；③甲中內(nèi)壁有油珠；④產(chǎn)生火花。其中正確的是。甲管中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)類型為。反應(yīng)后，甲中剩余氣體能用下列試劑吸收的是。A.水B.氫氧化鈉溶液C.硝酸銀溶液D.飽和食鹽水(4)反應(yīng)后，若將甲中的物質(zhì)才t入盛有適量AgNO溶液的小試管中會觀察到若再向其中滴入幾滴石蕊溶液，又觀察到答案(1)②③(2)取代反應(yīng)(3)B(4)液體分為兩層，產(chǎn)生白色沉淀溶液先變紅后褪色解析在光照下，甲烷與氯氣發(fā)生連鎖反應(yīng)：CH+C12&劈CHCl+HCl,CHCl+C12-^M>CHCI2+HCI,CHCI2+CI2㈤久CHCb+HCl,CHCb+Cl2^^>CC14+HCl。(1)理論上，甲烷與氯氣體積比為1：4時二者恰好完全反應(yīng)，而甲中氯氣與甲烷體積比為5：1>4：1,說明氯氣過量，最終氣體中仍有氯氣。反應(yīng)進(jìn)行過程中不會產(chǎn)生火花。產(chǎn)物中只有氯化氫和一氯甲烷為氣體，所以氣體的總物質(zhì)的量減小，內(nèi)部壓強(qiáng)減小，甲中活塞向內(nèi)移動。甲烷分子中的四個氫原子可被氯原子逐一取代，故甲中發(fā)生的是取代反應(yīng)。剩余氣體中含有氯氣和氯化氫，可用氫氧化鈉溶液吸收剩余氣體。⑷生成的HCl會與AgNO反應(yīng)生成AgCl白色沉淀，同時因CHC?CHC3、CC14均難溶于水而看到液體分為兩層，因C12有剩余，若加入幾滴石蕊溶液，溶液會先變紅后褪色。．利用甲烷與氯氣發(fā)生取代反應(yīng)制取副產(chǎn)品鹽酸的設(shè)想在工業(yè)上已成為現(xiàn)實。某化學(xué)興趣小組在實驗室中模擬上述過程，其設(shè)計的模擬裝置如下：根據(jù)設(shè)計要求回答：(1)B裝置有三種功能：①控制氣流速度；②均勻混合氣體；③。(2)E裝置的作用是(填字母)。A.收集氣體B.吸收氯氣C.防止倒吸D.吸收氯化氫(3)在C裝置中，經(jīng)過一段時間的