天然氣的利用 甲烷

天然氣的利用甲烷第1頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六化石燃料：煤石油天然氣:有機(jī)物和無機(jī)物組成的復(fù)雜混合物，含C(主)，H和O(次)，S、P、N(少)

:組成元素主要為C、H，含少量S、O、N等元素；組成物質(zhì)主要是各種液態(tài)碳?xì)浠衔?主要為甲烷是最簡單的有機(jī)化合物第2頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六

★

一般把含碳元素的化合物稱為有機(jī)化合物，簡稱為有機(jī)物。1.什么叫有機(jī)物？有機(jī)物有什么特點(diǎn)?有機(jī)物簡介

★CO、CO2、H2CO3及其鹽、氫氰酸（HCN）及其鹽、硫氰酸（HSCN）及其鹽、SiC、CaC2等雖含有碳元素，但它們的組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)都跟無機(jī)物更相似，因此，它們屬于無機(jī)物。第3頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2、有機(jī)物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：（1）在有機(jī)物中，碳均呈四價(jià)。（2）碳原子可與其他原子形成共價(jià)鍵，碳原子間也可相互成鍵；（3）碳碳之間可形成單鍵，也可形成雙鍵或三鍵；（4）碳碳之間可形成長長的碳鏈，也可形成碳環(huán)。

所以含碳元素化合物種類繁多。（5）有機(jī)物分子之間一般以分子間作用力形成的分子晶體，所以熔沸點(diǎn)比較低。第4頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六1、有機(jī)物種類繁多，現(xiàn)已達(dá)2000多萬種，而且每年仍以近百萬種的速率不斷增加。2、有機(jī)物組成的元素：主要是C、H、O，還有N、S、X、P等。3、僅由C、H兩種元素組成的有機(jī)物，稱為碳?xì)浠衔?，也稱為烴.（烷烴、烯烴、炔烴、芳香烴等)4、甲烷是最簡單的烴，也是最簡單的有機(jī)物，也是含氫量（25%）最大的有機(jī)物。5、甲烷廣泛存在于自然界中，天然氣、沼氣、油田氣和煤礦坑道氣（瓦斯氣）的主要成分都是甲烷。（深海可燃冰）說明第5頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六拓展視野：我國的石油與天然氣資源閱讀教材。（1）我國的石油資源；（2）我國的原油需求；（3）“西氣東輸”就是將新疆等中西部地區(qū)的天然氣，通過管道東輸?shù)介L江三角洲，最終到達(dá)上海的一項(xiàng)巨大工程。天然氣是高效、低耗、污染小的清潔能源。它還是一種重要的化工原料。（4）“可燃冰”。第6頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六第7頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六

千年的希望

－“可燃冰”

可燃冰是天然氣（甲烷等）的水合物，它易燃燒，外形似冰，被稱為“可燃冰”?！翱扇急眱?chǔ)量較大，可燃冰將成為最理想替代能源。第8頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六1、已知甲烷的密度在標(biāo)準(zhǔn)狀況下是0.717g/L，含碳75%，含氫25%。請(qǐng)同學(xué)們利用這些數(shù)據(jù)推出甲烷中的碳、氫元素的質(zhì)量比、原子數(shù)比和分子式。2、甲烷分子的電子式，說明它的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。3、甲烷完全燃燒的生成物是什么？寫出甲烷燃燒的熱化學(xué)方程式。CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）；△H=-889.6kJ/mol第9頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六分子式分子式的確定：分子中各原子的物質(zhì)的量之比（各組成原子個(gè)數(shù)的最簡比）摩爾質(zhì)量

（相對(duì)分子質(zhì)量)第10頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六1.分子式：CH4電子式：HHHCH結(jié)構(gòu)式：CHHHH+1-4一、甲烷的分子結(jié)構(gòu)第11頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六第12頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2.甲烷分子呈正四面體結(jié)構(gòu)甲烷分子不是平面四邊形結(jié)構(gòu)鍵角：109°28′與金剛石的結(jié)構(gòu)相同穩(wěn)定結(jié)構(gòu)但由于有機(jī)物的立體結(jié)構(gòu)式書寫起來比較費(fèi)事，為方便起見，一般采用平面的結(jié)構(gòu)式。（立體）第13頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六二、甲烷的物理性質(zhì)：

色

味的

體，密度比空氣

，

溶于水。無氣無小難向下排氣法排水法收集收集0.717g/L(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)甲烷在自然界中的存在：池沼的底部(沼氣)，油田氣和煤礦坑道(坑氣、瓦斯)，天然氣(一般含CH4

80﹪－97﹪)。第14頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六三、甲烷的化學(xué)性質(zhì)1、可燃性CH4+2O2CO2+2H2O點(diǎn)燃因其含碳量低，其火焰為淡藍(lán)色火焰。注意:1、點(diǎn)燃甲烷前必須驗(yàn)純，否則會(huì)爆炸。

2、有機(jī)反應(yīng)方程式中用“→”不用“＝”；第15頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六你能設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證CH4燃燒的產(chǎn)物是什么嗎？用一只冷而且干燥的燒杯罩在火焰上方，燒杯內(nèi)壁有水珠出現(xiàn)，證明有水生成。把燒杯迅速倒轉(zhuǎn)過來，立即向杯內(nèi)注入少量澄清石灰水振蕩，石灰水變渾濁，證明有二氧化碳生成。請(qǐng)討論:第16頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六通常情況下，甲烷比較穩(wěn)定。結(jié)論：甲烷與KMnO4溶液不發(fā)生反應(yīng)，也不與溴水發(fā)生反應(yīng)。

把甲烷氣體分別通入酸性KMnO4溶液與溴水中，觀察現(xiàn)象。與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或強(qiáng)氧化劑一般不反應(yīng)。第17頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2、通常情況下，甲烷穩(wěn)定。一般不與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和強(qiáng)氧化劑等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

產(chǎn)物用途：H2是合成氨及合成汽油等工業(yè)的原料。C是橡膠工業(yè)的原料，可以用于制造顏料、油墨、油漆等。甲烷常溫時(shí)很穩(wěn)定，但在高溫時(shí)可分解；

3、甲烷的分解反應(yīng)CH4C＋2H2高溫甲烷的高溫分解反應(yīng)方程式：

第18頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六現(xiàn)象：瓶壁上有

狀

生成。量筒內(nèi)液面

。

油

液滴

甲烷與氯氣反應(yīng)：上升

4、取代反應(yīng)定義：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)所代替的反應(yīng)。第19頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六一氯甲烷二氯甲烷四氯甲烷(四氯化碳)三氯甲烷(氯仿)第20頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六CH3Cl＋Cl2CH2Cl2＋HCl光照CH2Cl2＋Cl2CHCl3＋HCl光照CHCl3＋Cl2CCl4＋HCl光照CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl光照第21頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六常溫下，一氯甲烷(CH3Cl)是氣體，其它三種是液體，三氯甲烷(CHCl3)和四氯甲烷(CCl4)是工業(yè)上重要的溶劑，四氯甲烷(CCl4)還是一種效率較高的滅火劑，這四種取代物都不溶于水。注意：(1)甲烷與氯氣反應(yīng)可能有五種產(chǎn)物，其中有兩種氣體產(chǎn)物；(3)多數(shù)有機(jī)物都難溶于水，易溶于有機(jī)溶劑。(2)有機(jī)反應(yīng)很復(fù)雜，產(chǎn)物較多；第22頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六取代反應(yīng)置換反應(yīng)適用于有機(jī)反應(yīng)適用于無機(jī)反應(yīng)反應(yīng)物、生成物中不一定有單質(zhì)反應(yīng)物、生成物中一定有單質(zhì)逐步取代，很多反應(yīng)是可逆的反應(yīng)一般是單向進(jìn)行反應(yīng)能否進(jìn)行受催化劑、溫度、光照等外界條件影響較大在水溶液中進(jìn)行的置換反應(yīng)遵循金屬或非金屬的活動(dòng)順序取代反應(yīng)與置換反應(yīng)的區(qū)別：第23頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六甲烷化學(xué)性質(zhì)

總體：

一定條件下燃燒反應(yīng)取代反應(yīng)受熱分解性質(zhì)較穩(wěn)定第24頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六四、甲烷的用途④甲烷在一定條件下氧化生成一氧化碳、氫氣的混合物，用它們可以合成甲醇。①除了做氣體燃料，還是一種化工原料。②甲烷熱分解的產(chǎn)物炭黑是橡膠工業(yè)的重要原料，也可用于制造顏料、油墨和油漆等。③從甲烷可以制得氯仿和氟利昂。CHCl3+HFCHFCl2+HCl第25頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六1、下列有關(guān)甲烷物理性質(zhì)的敘述正確的是（）A、甲烷是一種黃綠色氣體B、甲烷是一種有臭味的氣體C、收集甲烷時(shí)常用排水法，是因?yàn)榧淄榈拿芏扰c空氣的密度相近。D、甲烷能用排水法收集是因?yàn)榧淄殡y溶于水D學(xué)以致用第26頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六3、在光照下，將等物質(zhì)的量的CH4和Cl2充分反應(yīng)，得到的產(chǎn)物物質(zhì)的量最多的是（）A、CH3ClB、CH2Cl2

C、CCl4D、HClD2、下列物質(zhì)常溫下呈氣態(tài)的是（）A、CH3ClB、CH2Cl2

C、CHCl3D、CCl4A第27頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六光C、CH4+2O2CO2+2H2OD、CHCl3+HFCHFCl2+HClB、Zn+H2SO4ZnSO4+H24、下列反應(yīng)不屬于取代反應(yīng)的是A、CH4+Br2

CH3Br+HBr

點(diǎn)燃BC第28頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)確定甲烷中是否含有氧元素，并寫出實(shí)驗(yàn)方案。課外思考：第29頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六乙烷從石油煉制的產(chǎn)品中可以獲得一系列和甲烷結(jié)構(gòu)相似的化合物，如：丙烷丁烷第30頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六戊烷己烷每個(gè)碳原子的化合價(jià)都已充分利用，都達(dá)到“飽和”。這樣的烴叫做飽和烴，又叫烷烴。以上分子結(jié)構(gòu)有什么特點(diǎn)？第31頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六庚烷辛烷每個(gè)碳原子的化合價(jià)都已充分利用，都達(dá)到“飽和”。這樣的烴叫做飽和烴，又叫烷烴。第32頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六五、烷烴碳原子都以碳碳單鍵相連，其余的價(jià)鍵均用于與氫原子結(jié)合，達(dá)到“飽和”的一系列化合物。

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：碳碳單鍵、鏈狀、C原子剩余價(jià)鍵全部和氫結(jié)合1.烷烴的概念第33頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六(1)結(jié)構(gòu)式：乙烷：HH丙烷：HHH|||||H－C－C－HH－C－C－C－H|||||HHHHH

丁烷：HHHH異丁烷：H|||||H－C－C－C－C－HH--C--H||||HHHHHH||H－C——C——C－H|||HHH2、烷烴的結(jié)構(gòu)第34頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六(2)結(jié)構(gòu)簡式：例：HHHHH|||||H—C—C—C—C—C—H|||||HH—C—HHHH|

H

CH—CH—CH—CH—CHCH33322

省略C—H鍵把同一C上的H合并省略橫線上C—C鍵

CHCHCHCHCHCH33322或者：CHCH（CH）CHCHCH22333第35頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六它們對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)簡式：[CH3CH3][CH3CH2CH3][CH3CH2CH2CH3]乙烷：HH丙烷：HHH|||||H－C－C－HH－C－C－C－H|||||HHHHH

丁烷：HHHH異丁烷：H|||||H－C－C－C－C－HH--C--H||||HHHHHH||H－C——C——C－H|||HHH[CH3CHCH3]CH3第36頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六碳原子數(shù)相鄰的烷烴之間相差“CH2”原子團(tuán)比較甲烷與乙烷，乙烷與丙烷，丙烷與丁烷，在分子組成上的差異。3、烷烴的通式:CnH2n+2第37頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六4、烷烴的名稱碳原子數(shù)12345分子式CH4C2H6C3H8C4H10C5H12名稱甲烷乙烷丙烷丁烷戊烷碳原子數(shù)678910分子式C6H14C7H16C8H18C9H20C10H22名稱己烷庚烷辛烷壬烷癸烷第38頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六5、烷烴的性質(zhì)：(1)物理性質(zhì)名稱結(jié)構(gòu)簡式常溫時(shí)的狀態(tài)熔點(diǎn)/℃沸點(diǎn)/℃相對(duì)密度水溶性甲烷CH4氣-182-1640.466不溶乙烷CH3CH3氣-183.3-88.60.572不溶丙烷CH3CH2CH3氣-189.7-42.10.585不溶丁烷CH3(CH2)2CH3氣-138.4-0.50.5788不溶戊烷CH3(CH2)3CH3液-13036.10.6262不溶十七烷CH3(CH2)15CH3固22301.80.7780不溶規(guī)律：CnH2n+2(n≥1)狀態(tài)：氣液固；熔沸點(diǎn)依次升高，相對(duì)密度依次增大且小于1，均不溶于水。第39頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六(2)化學(xué)性質(zhì)（與CH4相似）①氧化反應(yīng)均不能使KMnO4褪色，不與強(qiáng)酸，強(qiáng)堿反應(yīng)。

②取代反應(yīng)其它烷烴與甲烷一樣，一定條件下能發(fā)生取代反應(yīng)。因?yàn)榭梢员蝗〈臍湓佣?，所以發(fā)生取代反應(yīng)，其它烷烴比甲烷復(fù)雜。

例如：會(huì)產(chǎn)生9種產(chǎn)物。第40頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六六、同系物：

結(jié)構(gòu)相似、分子組成上相差一個(gè)或若干個(gè)CH2原子團(tuán)的物質(zhì)互相稱為同系物。碳原子均飽和。鏈狀碳原子數(shù)不同。烷烴同系物結(jié)構(gòu)相似：分子組成：｛第41頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六

同位素、同素異形體、同系物、同分異構(gòu)體四概念的比較概念內(nèi)涵比較對(duì)象實(shí)例同位素同素異形體同系物同分異構(gòu)體質(zhì)子數(shù)等，中子數(shù)不等，原子之間原子氕、氚同一元素形成的不同單質(zhì)單質(zhì)O2、O3結(jié)構(gòu)相似，組成上差一個(gè)或n個(gè)CH2化合物C2H6、C4H10相同分子式，不同結(jié)構(gòu)的化合物化合物CH3(CH2)3CH3、C(CH3)4第42頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六練習(xí)：

1、下列五組物質(zhì)中___互為同位素，___是同素異形體，___是同分異構(gòu)體，___是同系物，___是同一物質(zhì)。1、2、白磷、紅磷3、HH