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必修2第三章有机化合物第一节最简单的有机化合物——甲烷第1课时甲烷的性质自学导引一、甲烷的存在与结构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。天然气中甲烷所占的体积分数一般为80%～97%。思考题1一般引起煤矿中瓦斯爆炸的气体的主要成分是什么？答案甲烷。2．甲烷的组成与结构甲烷的分子式为CH4。甲烷分子是一种对称的正四面体结构，其中，碳原子位于四面体的中心，四个氢原子分别位于四面体的顶点。碳原子与四个氢原子形成四个完全相同的共价键(键的长度和强度相同，夹角相等)。思考题2甲烷分子中所含的共价键有几种？是极性键还是非极性键？答案一种(C—H键)；极性键。二、甲烷的性质1．物理性质甲烷是一种没有颜色、没有气味的气体，极难溶于水，密度比空气小。2．化学性质(1)稳定性：在通常情况下，甲烷比较稳定，与KMnO4等强氧化剂不反应，与强酸、强碱也不反应。(2)可燃性：甲烷是一种优良的气体燃料，通常状况下，1mol甲烷在空气中完全燃烧，生成CO2和液态水，放出890kJ热量。甲烷完全燃烧的化学方程式为CH4＋2O2CO2＋2H2O。(3)取代反应甲烷与Cl2等物质可以发生取代反应。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代替的反应。在室温下，甲烷和氯气的混合物无光照时，不发生反应；但光照时，混合物的颜色逐渐变浅，瓶壁出现油状液滴，瓶中有少量白雾。反应的化学方程式为CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl、CH3Cl＋Cl2CH2Cl2＋HCl、CH2Cl2＋Cl2CHCl3＋HCl、CHCl3＋Cl2CCl4＋HCl。甲烷与氯气取代反应的四种有机产物都不溶于水。在常温下，一氯甲烷是气体，其他三种都是油状液体。思考题3下列关于甲烷与氯气发生取代反应所得生成物的说法中正确的是()A．都是有机物B．都不溶于水C．有一种是气态物质，其余都是液体D．有一种是无机物，其余都是有机物解惑一、甲烷的分子组成和结构1．甲烷分子式的推导若已知甲烷的密度在标准状况下是0.717g·L－1，含碳75%，含氢25%，请确定它的分子式。甲烷分子式的推导过程：M＝ρ×22.4L·mol－1＝0.717g·L－1×22.4L·mol－1＝16g·mol－1含碳原子的个数：N(C)＝＝1含氢原子的个数：N(H)＝＝4所以，甲烷的分子式为CH4。2．甲烷的分子结构及其特点在甲烷分子中，碳原子与4个氢原子形成4个C—H共价键，分子式为CH4，结构如下：(1)在电子式的基础上，用一条短线表示一对共用电子所得的图式叫做结构式。省略了部分或全部短线的结构式叫做结构简式。甲烷的结构简式为CH4(它同时也是甲烷的分子式)。(2)图中的式子或模型，从不同的侧面不同程度地表达了分子的组成与结构的状况。电子式和结构式突出表达了分子里原子间连接的顺序和方式(化学键)，结构简式是结构式的简化形式，但它们不能表示分子真实的空间结构。球棍模型和比例模型以逼真的形式突出表达了分子里原子间连接的顺序、方式以及原子的相对体积和空间分布、分子的空间构型。(3)从表达效果和便于使用等方面综合考虑，在平时的学习中最常使用的是结构简式，其次是电子式和结构式。(4)在CH4分子里，每个氢原子都以单键与碳原子结合，任意2个C—H键之间的夹角都是109°28′，使CH4分子的空间构型为正四面体。甲烷在组成与结构上是最简单的有机化合物，但其分子空间构型是认识复杂有机化合物分子空间构型的基础。(5)判断甲烷分子的空间构型是正四面体形而不是平面正方形的方法一般可以通过研究二氯甲烷只有一种结构来确定。若甲烷分子呈正四面体形，则其二氯代物只有一种(Ⅰ)。而若甲烷分子呈平面正方形，则其二氯代物可以有两种(Ⅱ、Ⅲ)。(Ⅰ)(Ⅱ)(Ⅲ)事实是甲烷的二氯代物只有一种，由此可判断甲烷分子的空间构型为正四面体形而非平面正方形。二、甲烷的化学性质甲烷分子结构稳定，通常不与强酸、强碱或强氧化剂反应，也不能使溴水和酸性KMnO4溶液褪色。但是在一定条件下，甲烷也能发生某些反应。1．氧化反应——甲烷的燃烧甲烷完全燃烧的化学方程式：CH4＋2O2CO2＋2H2O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水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甲烷是优良的...