4、烴中的H原子被鹵素所取代的產物叫鹵代烴,用RX表示,是一種烴的衍生物。
3、由于CH4是正四面體結構,C到H的距離相同,C-H鍵相同,說明四個H等效。氯取代等效H中的任意一個幾率相同,無順序可言。CH2Cl2無同份異構體(立體異構)可從實驗事實角度證明,CH4是正四面體結構
2、反應條件:光照(在室溫暗處不發(fā)生反應,但不能用強光直接照射,否則會發(fā)生爆炸)
反應物:純鹵素
1、 四個反應同時進行,五種產物同時存在,1 mol H被取代需要1 mol 氯氣
2、在收集好甲烷的試管中,迅速加入0.5 g KMnO4和1mL鹽酸。距離15 cm用燃著的鎂條(日光、高壓汞燈等其他光源)照射。
實驗測試:用潤濕的藍色石蕊試紙在瓶口檢驗。
實驗信息分析:
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條件 |
反應中現象變化 |
試紙的變化 |
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實驗1 |
不見光 |
黃綠色不褪 |
不變紅 |
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實驗2 |
光照 |
黃綠色褪去、瓶口有白霧、油狀液滴 |
變紅 |
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結論 |
CH4與氯氣在光照條件下反應并有HCl生成 |
反應現象原理探究:
(1) 光是反應發(fā)生的主要原因。
(2) 黃綠色逐漸褪去,瓶壁出現油狀液滴,說明產生了不溶于水的物質。
(3) 瓶口有白霧,使試紙變紅,推斷有氯化氫生成。
[講]在反應中CH4分子里的一個H原子被氯氣分子里的1個氯原子所代替,但是反應并沒有停止,生成的一氯甲烷仍繼續(xù)跟氯氣作用,依次生成二氯甲烷、三氯甲烷(氯仿)、和四氯甲烷 。
[投影展示]化學反應過程:
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[講]CH3Cl,一氯甲烷,無色易液化的氣體,有乙醚的氣味和甜味,無腐蝕性。主要用作致冷劑、在醫(yī)藥上作麻醉劑。
CH2Cl2,二氯甲烷,無色透明、有刺激芳香氣味、易揮發(fā)的液體。吸入有毒!脂肪和油的萃取劑、牙科局部麻醉劑、冷凍劑和滅火劑
CHCl3,三氯甲烷、氯仿。無色透明易揮發(fā)液體,稍有甜味。有機溶劑。在醫(yī)藥上用作麻醉劑、防腐劑。
CCl4,四氯甲烷、四氯化碳。無色液體,有愉快的氣味,有毒!用作溶劑、有機物的氯化劑、香料的浸出劑、纖維的脫脂劑、滅火劑、分析試劑,并用于制氯仿和藥物等。
[板書]
[投影小結]注意:
1、在收集好甲烷的試管中,迅速加入0.5 g KMnO4和1mL鹽酸,用黑紙包好。
3、鍵能是413kJ/mol
[講]結構式實際是分子球棍模型在平面上的投影,表示分子內各原子的成鍵情況。球棍模型能表示分子內各原子在空間的相對位置和立體構型。比例模型能表示分子內各成鍵原子的相對大小和在空間的相對位置。
[板書]4、分子結構:對稱的正四面體結構
[知識拓展]在甲烷分子里,雖然C-H鍵都是極性鍵,但CH4分子是一種高度對稱的正四面體結構,四個C-H鍵的極性相互抵消,整個分子沒有極性,所以甲烷是非極性分子。
[過渡]我們知道了甲烷的分子結構,那么由這種結構決定的甲烷的化學性質是什么樣的呢?
[板書]三、甲烷的化學性質
[講]通常情況下,甲烷穩(wěn)定,如與強酸、強堿和強氧化劑等一般不發(fā)生化學反應。但任何物質的穩(wěn)定性都是相對的,而它的變化是絕對的,內因是變化的根據,外因是變化的條件,一旦外部條件發(fā)生變化,甲烷也能發(fā)生反應比如在特定條件下甲烷能與某些物質發(fā)生化學反應,如可以燃燒和發(fā)生取代反應等。
[板書]1、甲烷的氧化反應---燃燒反應
[講]甲烷是一種優(yōu)良的氣體燃料,通常情況下1mol甲烷在空氣中完全燃燒,放出890kJ的熱量, 火焰呈淡藍色。請同學們設計一套檢驗甲烷燃燒產物的裝置同時思考以下問題:(1)點燃甲烷前應有什么操作?(2)有幾種產物?怎么檢驗?
點燃甲烷前應該驗純,燃燒產物是二氧化碳和水,可以通過將干燥燒杯罩在甲烷的火焰上,之后倒轉燒杯迅速倒入澄清石灰水來檢驗。
[板書] CH4(g)+2O2(g)
CO2(g)+2H2O(l)
現象:火焰呈淡藍色、燒杯內壁有水珠、澄清石灰水變混濁
[講]注意,在這里化學方程式盡管已經配平,但不用等號用箭頭表示。這是因為有機化合物參加的化學反應往往比較復雜,常有副反應發(fā)生。因此,這類反應的化學方程式通常不用等號,而是用箭號的化學反應往往比較復雜,且常常用結構式代替分子式。
[講]甲烷是一種很好的氣體燃料。但是必須注意,如點燃甲烷跟氧氣或空氣的混合物,會立即發(fā)生爆炸。在煤礦的礦井里,如果空氣中甲烷的含量達到一定比例時,遇到火花就會發(fā)生爆炸,所以必須采取安全措施,如嚴禁煙火、注意通風等,以防止爆炸事故發(fā)生。此例說明,對一個化學反應有充分、全面的認識,才能利用它、控制它,防止其有害的一面。
[知識拓展]可燃冰 --未來的新能源
可燃冰簡介:學名“天然氣水合物”,也稱氣體水合物(gas hydrate),是由天然氣與水分子在高壓(>100大氣壓或>10MPa)和低溫(0-10℃)條件下合成的一種固態(tài)結晶物質。因天然氣中80%-90%的成分是甲烷,故也有人叫“甲烷水合物”(methane hydrate或methane gas hydrate)。天然氣水合物多呈白色或淺灰色晶體,外貌類似冰雪,可以像酒精塊一樣被點燃,故也有人叫它“可燃冰”。
從微觀上看其分子結構就像一個一個“籠子”,由若干水分子組成一個籠子,每個籠子里“關”一個甲烷氣體分子
[講]我們知道酸性KMnO4溶液具有很強的氧化性,若遇到一般的還原性物質時常常會發(fā)生氧化還原反應,且自身被還原褪色。那么,甲烷能否被酸性KMnO4溶液氧化呢?
[投影實驗]將CH4通入酸性KMnO4溶液中,觀察現象
實驗現象:溶液顏色無任何變化,即不褪色。
[講]通常情況下,甲烷很穩(wěn)定,不能使KMnO4溶液和溴水褪色。即不能與強氧化劑反應,而且也不能與強酸或強堿反應。
[板書]2、穩(wěn)定性
[講]在隔絕空氣并加熱至1000℃的高溫,甲烷發(fā)生分解
[板書]3、甲烷的受熱分解:CH4
C+2H2
[講]在工業(yè)上,利用甲烷的分解制得的碳可用于橡膠工業(yè),而制得的H2可用于合成氨和制備汽油。
[過]甲烷在常溫下穩(wěn)定,但當條件改變時,是否可以同其他物質發(fā)生反應?
[板書]4、取代反應(substitution reactio)
[科學探究]
實驗條件控制:
2、鍵長1.09×10-10m
1、鍵角都是109028′
3、 結構式(structural formula):
結構簡式:CH4
[過渡]結構式僅用來表示分子中原子的連結順序,不能表示分子中原子在空間的分布。我們知道了甲烷的分子式和結構式,那么甲烷分子的結構是什么樣的呢?
[實踐活動]按課本要求動手實驗:
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[講]甲烷的電子式和結構式只能表示甲烷分子中碳、氫原子的結合方式,但不能表示甲烷分子中原子在空間的排布情況。經過科學實驗證明甲烷分子的結構是對稱的正四面體結構,碳原子位于正四面體的中心,4個氫原子分別位于正四面體的4個頂點上,四個C-H鍵強度相同。
[講]但是CH4的結構式并不能代表其真實構型,我們稱其為平面結構式,只是為了簡便起見,一般只寫有機物的平面結構式。
[展示]甲烷的比例模型和甲烷的球棍模型
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[講]球棍模型及比例模型:借助球棍子模型講解人們是如何確定甲烷是正四面體空間結構,而不是平面正方形結構。
[投影]拓展資料:甲烷分子結構的參數:
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