【化學(xué)】碳原子的成鍵特點(diǎn) 甲烷 課件 2023-2024學(xué)年高一下學(xué)期化學(xué)人教版（2019）必修第二冊(cè)

課時(shí)1

碳原子的成鍵特點(diǎn)

甲烷

第七章

有機(jī)化合物

第一節(jié)

認(rèn)識(shí)有機(jī)化合物學(xué)習(xí)目標(biāo)1、掌握有機(jī)化合物的概念，熟悉有機(jī)化合物中碳原子的成鍵特點(diǎn)，初步了解有機(jī)物種類繁多的原因2、掌握甲烷的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及用途硫及其化合物的研究思路非金屬單質(zhì)非金屬氧化物酸鹽SO2SO3SH2SO3H2SO4研究每一種物質(zhì)的方法：價(jià)態(tài)和類別兩個(gè)角度SO32-SO42-都含有C元素新課導(dǎo)入碳在地殼中的含量很低，但是含碳元素的有機(jī)化合物卻分布極廣。探究課堂任務(wù)一：有機(jī)化合物一般把含碳元素的化合物稱為有機(jī)化合物，簡(jiǎn)稱為有機(jī)物。1、定義：但不是所有含碳的化合物都是有機(jī)物。注意：CO、CO2、H2CO3、碳酸鹽、碳酸氫鹽、金屬碳化物,簡(jiǎn)單碳化物（如：SiC）CN-，SCN-（如：KSCN）等雖含有碳元素，其性質(zhì)跟無機(jī)物很相似，把它們歸為無機(jī)物。3、烴：有機(jī)物的種類很多，我們把只含碳、氫元素的有機(jī)物叫烴。除碳元素，一般還含H、O、N、S、P、鹵素等元素。2、組成：目前發(fā)現(xiàn)和合成的物質(zhì)，絕大多數(shù)是有機(jī)物，超過了1億種！探究課堂任務(wù)二：有機(jī)物中碳原子的成鍵特點(diǎn)1、請(qǐng)書寫碳原子的原子結(jié)構(gòu)示意圖、碳原子的電子式。24+6.·C·˙2、甲烷（CH4）屬于烷烴，是最簡(jiǎn)單的有機(jī)化合物，請(qǐng)書寫其電子式和結(jié)構(gòu)式。3、思考碳原子具有怎樣的結(jié)構(gòu)和成鍵特點(diǎn)？

碳原子最外層有4個(gè)電子，不易得到或失去電子，而易通過共價(jià)鍵與碳原子或其它非金屬原子相結(jié)合,易形成4個(gè)共價(jià)鍵。探究課堂CCHHHHHHCCHHHHHHCC（方法導(dǎo)引：先關(guān)注碳原子，搭建碳骨架，再按照“碳四價(jià)”原則，補(bǔ)充連接其他原子）單鍵雙鍵三鍵4、用2個(gè)碳原子，氫原子數(shù)目任選，拼出你認(rèn)為合理的有機(jī)物，并說明理由任務(wù)二：有機(jī)物中碳原子的成鍵特點(diǎn)碳原子間可形成單鍵、雙鍵、三鍵；探究課堂5、用4個(gè)碳原子，以碳碳單鍵相連，拼插你認(rèn)為合理的有機(jī)物的鏈狀骨架CCCCCCCCCCCCCCCC直鏈

環(huán)狀支鏈任務(wù)二：有機(jī)物中碳原子的成鍵特點(diǎn)碳原子間可形成碳鏈或碳環(huán)；探究課堂【總結(jié)】

以碳為骨架的有機(jī)物種類繁多的原因。①碳原子最外層有4個(gè)電子，易形成4個(gè)共價(jià)鍵；②碳原子間可形成單鍵、雙鍵、三鍵；③碳原子間可形成碳鏈或碳環(huán)；探究課堂【例1】下圖是表示4個(gè)碳原子相互結(jié)合的方式。小球表示碳原子，小棍表示化學(xué)鍵，假如碳原子上其余的化學(xué)鍵都是與氫原子結(jié)合。(1)碳原子間所成的化學(xué)鍵全是碳碳單鍵的有____________(填字母，下同)，含有碳碳雙鍵的有_________，含有碳碳三鍵的有______。A、C、H、JB、E、FD、G(2)碳骨架為鏈狀的有______________________，為環(huán)狀的有______，含有支鏈的有_________。A、B、C、D、E、F、GH、JC、F、J探究課堂3000年前甲烷的記載：《周易》“澤中有火?！薄以诤呌倌嘀惺占揭环N無色、無味氣體，用木棒攪動(dòng)淤泥，讓冒出的氣泡通入倒扣的、充滿水的瓶中。點(diǎn)燃這種氣體，火焰呈藍(lán)色，燃燒較慢，且和氫氣的燃燒不同……1776年，意大利物理學(xué)家伏特在湖邊淤泥中收集到甲烷無色無味氣體密度比空氣小極難溶于水甲烷物理性質(zhì)甲烷的發(fā)現(xiàn)之旅任務(wù)三：最簡(jiǎn)單的烷烴----甲烷1790年，英國(guó)醫(yī)生奧斯汀發(fā)表甲烷燃燒報(bào)告：甲烷燃燒生成水和二氧化碳，確定甲烷是碳?xì)浠衔?，隨后科學(xué)家測(cè)得分子式。1858年，德國(guó)化學(xué)家凱庫勒提出了碳原子是四價(jià)的概念，俄國(guó)的布特列洛夫提出了分子中原子排列的狀況結(jié)構(gòu)式僅能表明各原子的連接順序，不能體現(xiàn)空間位置關(guān)系甲烷的結(jié)構(gòu)到底是怎么樣的呢？甲烷的發(fā)現(xiàn)之旅探究課堂1874年，荷蘭化學(xué)家范特霍夫也在為這個(gè)問題苦惱著。。。。氫原子碳原子化學(xué)鍵你能幫范特霍夫搭建一些甲烷結(jié)構(gòu)嗎？甲烷的發(fā)現(xiàn)之旅絕世天才物理化學(xué)創(chuàng)始人第一屆諾貝爾獎(jiǎng)得主探究課堂范特霍夫溫馨提示：他認(rèn)為：自然界中一切穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)都趨向于最小能量狀態(tài)，這種情況只有當(dāng)氫原子均勻地分布在碳原子周圍的空間時(shí)才能達(dá)到。∠HCH=90°或180°∠HCH=109°28’平面正方形正四面體1874年，范特霍夫提出了甲烷為正四面體的假說甲烷的發(fā)現(xiàn)之旅探究課堂正四面體20世紀(jì)，利用Ｘ射線和電子衍射測(cè)得甲烷結(jié)構(gòu)信息：（１）碳原子位于正四面體的中心，４個(gè)氫原子位于正四面體的４個(gè)頂點(diǎn)上。（２）４個(gè)C—H的鍵長(zhǎng)和鍵能相同，相互之間夾角相等都為109°28’1916年路易斯確定甲烷的電子式球棍模型填充模型甲烷的發(fā)現(xiàn)之旅探究課堂分子結(jié)構(gòu)示意圖：球棍模型填充模型化學(xué)式：CH4電子式：結(jié)構(gòu)式：1、甲烷的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（１）碳原子位于正四面體的中心，４個(gè)氫原子位于正四面體的４個(gè)頂點(diǎn)上。（２）４個(gè)C—H的鍵長(zhǎng)和鍵能相同，相互之間夾角相等，都為109°28’。甲烷的發(fā)現(xiàn)之旅探究課堂探究課堂通常情況下，烷烴比較穩(wěn)定，與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或高錳酸鉀等強(qiáng)氧化劑不發(fā)生反應(yīng)。穩(wěn)定性2、甲烷的化學(xué)性質(zhì)探究課堂

1885年，羅伯特·本生發(fā)明了一種能安全燃燒混合天然氣和空氣的裝置：本生燈，本生燈的大范圍推廣也使得人們開始把天然氣應(yīng)用于烹飪和取暖，天然氣逐漸走進(jìn)千家萬戶.烷烴的穩(wěn)定性是相對(duì)的，在特定的條件下，烷烴也會(huì)發(fā)生某些反應(yīng)。(1)氧化反應(yīng)——可燃性CH4+2O2

CO2+2H2O點(diǎn)燃甲烷可以在空氣中完全燃燒，發(fā)生氧化反應(yīng)，生成二氧化碳和水，并放出大量的熱。明亮的淡藍(lán)色火焰，放出大量的熱。無煙煤礦中的爆炸事故多與甲烷氣體爆炸有關(guān)。為了保證安全生產(chǎn)，必須采取通風(fēng)、嚴(yán)禁煙火等措施。點(diǎn)燃之前要驗(yàn)純?，F(xiàn)象：結(jié)論：化學(xué)方程式：注意：有機(jī)反應(yīng)方程式書寫用“→”不用“＝”探究課堂1930年，美國(guó)杜邦公司的米奇利利用甲烷合成了一種神秘物質(zhì)，很快全世界幾乎所有的冰箱、空調(diào)都用上了它，你知道它的成分嗎？氟利昂CCl2F2【實(shí)驗(yàn)7-1】取兩支試管，均通過排飽和NaCl溶液的方法收集半試管CH4，和半試管Cl2，分別用鐵架臺(tái)固定好（如圖7-8）。將其中一支試管用鋁箔套上，另一支試管放在光亮處（不要放在日光直射的地方）。靜置，比較兩支試管內(nèi)的現(xiàn)象。(2）甲烷的取代反應(yīng)探究課堂探究課堂實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象原因分析無光照光照無明顯變化無光照該反應(yīng)不能發(fā)生試管內(nèi)氣體顏色變淺氯氣逐漸消耗試管壁上有油狀液滴生成不溶于水的液體試管中液面上升生成的氣體溶于水中使試管內(nèi)壓強(qiáng)減小水槽中有固體析出Cl-飽和可能觀察到白霧生成了易溶于水的HCl氣體探究課堂反應(yīng)中的HCl是如何形成的？Cl—Cl+光CHHHClClH+CH4+Cl2

CH3Cl+HCl光用途狀態(tài)沸點(diǎn)水溶性一氯甲烷(CH3Cl)常溫下是氣體難溶于水-24.2℃可用作溶劑、冷凍劑、香料等探究課堂Cl—Cl+光CHHClClH+用途狀態(tài)沸點(diǎn)水溶性二氯甲烷(CH2Cl2)CHHHClClCH3Cl+Cl2

CH2Cl2+HCl光常溫下是油狀液體難溶于水39.8℃用作牙科局部麻醉劑探究課堂CH2Cl2+Cl2

CHCl3+HCl光Cl—Cl+光CHClClH+用途狀態(tài)沸點(diǎn)水溶性三氯甲烷(CHCl3)CHHClClClCl難溶于水61.7℃主要用來生產(chǎn)氟利昂，常用作有機(jī)溶劑常溫下是油狀液體探究課堂CH2Cl3+Cl2

CCl4+HCl光Cl—Cl+光CClClH+用途狀態(tài)沸點(diǎn)水溶性四氯化碳(CCl4)CHClClClClClCl難溶于水76.5℃主要用作優(yōu)良的溶劑常溫下是油狀液體探究課堂Cl2與CH4反應(yīng)生成了五種產(chǎn)物：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl。其中___________最多。有機(jī)產(chǎn)物中只有___________在常溫下是氣體，其他均為液體。HClCH3Cl有機(jī)物分子里某些原子或原子團(tuán)被其他原子或原子團(tuán)所替代的反應(yīng)叫做取代反應(yīng)。特點(diǎn):一上一下，取而代之反應(yīng)的條件：b.與氣態(tài)的純鹵素單質(zhì)反應(yīng)X2(g)a.光照（不宜太強(qiáng)，以免爆炸）

探究課堂2022年美國(guó)的“清潔”炭黑制造商投資3億多美元的資金，用來支持甲烷為原料的“下一代”氫、和碳項(xiàng)目的研發(fā)。該公司通過商業(yè)規(guī)模的甲烷熱解的突破性專利技術(shù)生產(chǎn)氫氣和炭黑CH4C+2H2高溫(3）甲烷的熱分解探究課堂取代反應(yīng)置換反應(yīng)定義有機(jī)物分子里的某些原子或原子團(tuán)被其他