人教版高中化学必修2第三章第一节《最简单的有机化合物——甲烷》知识梳理

人教版高中化学必修2第三章

第一节《最简单的有机物——甲烷》知识梳理

课标要求

1．了解甲烷的主要性质及在化工生产中的作用，重点认识典型化学反应（取代反应）的特点。

2．通过对上述典型有机物分子结构的认识，初步体会有机物分子结构的特点及其对性质的影响。

3．根据碳原子的成键方式，认识烷烃、同分异构现象、同系物、同分异构体等概念。

4．通过对几种重要有机物结构和性质的学习，体会有机物与无机物的区别和联系，初步学会化学中对有机物进行科学探究的基本思路和方法，初步形成对于有机化学领域的学习兴趣。

重点难点

教学重点：甲烷的结构特点和甲烷的取代反应；同分异构体和同系物。突破的方法是从有机物的结构出发，加深对有机物的认识和理解。

教学难点：主要是学生对有机物立体结构模型的建立，具体体现在如何将甲烷和烷烃的结构特点、有机物的成键特点从实物模型转换为学生头脑中的思维模型，帮助学生从化学键的层面认识甲烷的结构和性质。突破的方法是从甲烷的成键方式入手，建立有机物“（组成）结构—性质—用途”的认识关系。

教法建议

1．复习初中化学所学习的甲烷的相关知识。知道甲烷是一种化石燃料，可以燃烧，能从甲烷的组成上认识燃烧反应的产物。

2．复习共价键的概念以及共价化合物的成键方式。

3．提出问题：甲烷中的原子如何连接？→实践活动→预测性质→探究实验→取代反应→类推烷烃结构→同分异构体和同系物→有机物的成键特点。

4．提出问题：除燃烧外，甲烷还有哪些性质？→探究实验→甲烷与氯气如何反应？→甲烷的结构→实践活动（制作模型、书写甲烷氯代反应的化学方程式）→实践活动（甲烷模型和烷烃中C原子的可能连接方式）→同分异构体和同系物→有机物成键特点。

5．实践活动（模型制作）、探究实验、模型、图表、图片、甲烷、烷烃的多媒体动画。

6．讲授、讨论、小组合作、学生制作等教学方法和实验条件控制、比较、类比、模拟、抽象、模型等科学方法与逻辑方法。

学法建议

1．复习初中所学的甲烷的知识。 2．从甲烷分子的结构入手。

1个甲烷分子由1个碳原子和4个氢原子构成，其分子式为CH4，在甲烷分子中，碳原子以最外层的4个电子分别与4个氢原子形成4个C—H共价键，形成正四面体的结构。其中碳原子位于正四面体的中心位置，4个氢原子位于正四面体的4个顶点，4个C—H键的长度和强度相同，任意2个C—H键之间的夹角都相等，因此甲烷属于非极性分子。

化学式 CH4 电子式 结构式 空间构型 球棍模型 3．从甲烷的结构延伸到烷烃，从而理解同系物和同分异构体的概念。

4．掌握烷烃的习惯命名法和系统命名法，为以后学习有机物的命名打下坚实的基础。

5．从甲烷的取代反应机理来区分取代反应和置换反应。

6．了解有机物的一般概念，了解有机物在元素组成、性质和用途等方面跟无机物的差异。

7．通过有机物的元素组成、性质和用途等内容的学习，学会区分有机物、无机物。 知识集合

（一）甲烷的物理性质

甲烷通常为无色、无味的气体，难溶于水，比空气密度小。 （二）甲烷的存在

天然气、沼气、油田气和煤矿坑道气的主要成分都是甲烷。中国是世界上最早利用天然气作为燃料的国家。近年来启动的“西气东输”工程，就是将新疆等地“西部气”通过管道输送到长江三角洲，最终到达上海，以改善我国东部的能源结构。

（三）甲烷的主要用途

甲烷易燃烧，完全燃烧生成二氧化碳和水并放出大量的热能，因此甲烷可用做燃料。天然气和沼气都是理想的清洁能源。除此以外，甲烷还可用作化工原料。

（四）甲烷的化学性质 1．氧化反应

（1）甲烷在O2中燃烧：甲烷气体能在空气中或氧气中点燃，完全燃烧时生成CO2和H2O，同时放出大量的热量，发出有淡蓝色火焰。

点燃

CH4+2O2CO2+2H2O

（2）甲烷与高锰酸钾溶液的关系：甲烷气体不能被KMnO4酸性溶液氧化。 2．取代反应

甲烷与氯气反应过程中物质化学键的变化情况可用图表示：

在甲烷与氯气的反应中，甲烷分子里的氢原子逐步被氯原子所代替而生成了四种取代产物，这种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叫取代反应。

取代反应是一类重要的有机反应类型，取代反应的特点可以用下式表示：

（五）烷烃

1．烷烃的结构特点与通式

甲烷是烃分子中组成最简单的物质，与甲烷结构相似的有机物还有很多，这类物质称为烷烃。例如：

名称 分子式 乙烷 C2H6 丙烷 C3H8 丁烷 C4H10 球棍模型 结构式 结构简式 CH3CH3 CH3CH2CH3 CH3CH2CH2CH3 （1）烷烃分子的结构特点 在乙烷、丙烷、丁烷分子里，碳原子跟碳原子都是以单键结合成链状的，跟甲烷一样，碳原子剩余的价键全部跟氢原子相结合。

（2）烷烃的通式

将甲烷、乙烷、丙烷、丁烷的分子组成做这样的处理：

H－CH2－HH－CH2CH2－HH－CH2CH2CH2－HH－CH2CH2CH2CH2－H…… H－CH2－HH－(CH2)2－HH－(CH2)3－HH－(CH2)4－H……

由此想来，如果令烷烃分子里的碳原子数为n，则氢原子数为（2n+2），烷烃的分子组成通式为CnH2n+2。有了这个通式，就可以快速地解决很多问题。如可以快速写出任意碳原子数的烷烃的分子式：十二烷——C12H26，三十烷——C30H62等。

2．烷烃的命名

有机物通常按分子里含有的碳原子数命名。如CH4叫甲烷，CH3CH3叫乙烷……即从分子中含有一个碳原子开始，随着碳原子数的增加依次为甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸、十一、十二……，为了避免混淆，有时还在名称的前面加上“正”“异”“新”等，如：

3．烷烃的物理性质 部分烷烃的物理性质如下：

名称 甲烷 乙烷 丙烷 丁烷 戊烷 癸烷 十七烷 结构简式 CH4 CH3CH3 CH3CH2CH3 CH3(CH2)2CH3 CH3(CH2)3CH3 CH3(CH2)8CH3 CH3(CH2)15CH3 常温时的状态 气 气 气 气 液 液 固 熔点/℃ －182.5 －182.8 －188.0 －138.4 －129.7 －29.7 22.0 沸点/℃ －161.5 －88.6 －42.1 －0.5 36.0 174.1 302.2 0.5005 0.5788 0.5572 0.7298 0.7767 相对密度 烷烃都是由分子组成的物质，微粒之间的作用力为分子间的作用力，比化学键要弱得多。因此，烷烃的熔点、沸点都比较低，密度均小于水的密度，且不溶于水。从上表的数据可知，烷烃的物理性质呈现如下变化规律：

（1）熔点和沸点

随着烷烃分子中碳原子数的递增，烷烃熔点和沸点逐渐升高。常温下，随烷烃分子中C原子数的递增，它们的状态由气态变到液态又变到固态；C1～C4的烷烃是气体，C5～C16的烷烃是液体，C16以上的烷烃是固体。

（2）相对密度（或密度）

随着烷烃分子中碳原子数的递增，烷烃的相对密度（或密度）逐渐增大。 4．烷烃的化学性质

烷烃的化学性质与甲烷相似，通常情况下比较稳定，不能使溴水和酸性高锰酸钾溶液褪色，与强酸、强碱也不反应。主要化学性质有：

（1）可燃性

烷烃在空气或氧气中点燃，能完全燃烧生成CO2和H2O，在相同的情况下，烷烃分子里的碳原子个数越多，燃烧会越不充分，燃烧的火焰会越明亮，甚至会伴有黑烟。

烷烃燃烧的反应可用下式表示：

点燃

CxHy+(x+y/4)O2

（2）取代反应

xCO2+y/2H2O

光照条件下，烷烃能与卤素单质的气体（如C12、Br2等）发生取代反应，生成种类更多的卤代烃和相应的卤化氢气体。如：

光照

CxHy+X2CxHy-1X+HX

5．烷烃分子结构的表示方法

对相似的知识进行比较，可以发现它们的区别与联系，促进对知识的理解，表示有机物组成和结构的几种图示比较如下表。

种类 实例 含义 用元素符号表示物质分子组成的式化学式 C2H6 子，可反映出一个分子中原子的种类和数目 多用于研究分子晶体 应用范围 电子式 用小黑点等记号替代电子，表示原子最外层电子成键情况的式子 多用于表示离子型、共价型的物质 ①具有化学式所能表示的意义，能反映物质的结构 结构式 ②表示分子中原子的结合或排列顺 序，但不表示空间的构型 ①多用于研究有机物的性质 ②由于能反映有机物的结构，有机反映常用结构式表示 结构简式 CH3－CH3 结构式的简便写法，着重突出结构特点（官能团） 同“结构式” 球棍模型 小球表示原子，短棍表示价键 表示分子的空间结构（立体形状） 比例模型 用不同体积的小球表示不同原子的大小 表示分子中各原子的相对大小和结合顺序