3-1-1最简单的有机物—甲烷(要点精讲)

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1、3-1-1最简单的有机物—甲烷(要点精讲)要点一甲烷分子的正四面体结构【要点概述】1.CH4分子的空间构型为正四面体,4条C—H键的长度、强度和夹角完全相同,因此CH4分子中的4个氢原子性质完全相同。(1)若将CH4分子中的4个氢原子全部用其他的相同的原子或原子团替代,则该原子形成的分子结构仍为正四面体,如CCl4;(2)若CH4分子中的4个氢原子被其他的不同原子或原子团替代,则该原子形成的分子结构仍为四面体,但不属于正四面体,如CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3。2.中学化学中常见的具有正四面体结构的物质有CH4、CCl4、P4、金刚石、晶体硅、NH等。【例题助学】【典型例题1】能够

2、证明甲烷分子空间结构为正四面体的事实是(  )A.甲烷的四个碳氢键的键能相等B.甲烷的四个碳氢键的键长相等C.甲烷的一氯代物只有一种D.甲烷的二氯代物只有一种【解析】甲烷的结构式为,其空间分子构型可能有两种:①为平面正方形结构,②为空间正四面体结构。无论是①还是②的空间构型,A、B、C都是成立的。或者说A、B、C成立并不能证明甲烷分子空间构型是①还是②。若是构型①,则二氯甲烷有两种结构;若是构型②,则二氯甲烷只有一种结构。【答案】D【方法指导】解答该类题目首先应明确碳原子的成键情况,若碳原子与其他四个原子形成正方形平面结构的分子,可以用反证法推出与实际情况不相符即可。【变式训练】甲烷分子

3、是以碳原子为中心的正四面体结构而不是正方形的平面结构,其理由是(  )A.CHCl3只有一种结构B.CH2Cl2只有一种结构C.CH4分子受热分解D.CH4的四个价键的长度和强度都相等【解析】CH4无论是正四面体结构还是平面正方形结构时,都符合选项A、C、D的说法,故不能用选项A、C、D来确定CH4是何种结构;若CH4是平面正方形结构,则CH2Cl2有如下两种结构:,而CH4为正四面体结构时,CH2Cl2就只有一种结构。因此可由CH2Cl2只有一种结构推知CH4为正四面体结构。【答案】B要点二甲烷的取代反应【要点概述】反应条件光照(在室温暗处不发生反应,但不能用强光直接照射,否则会发生爆

4、炸)反应物纯卤素(CH4与氯水、溴水不反应)反应产物反应生成的产物是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4四种有机物与HCl形成的混合物,虽然各反应物的比例、反应的时间长短等因素会造成各种产物的比例不一,但很难出现全部是某一种产物的现象,往往是几种产物的混合物物质的量的关系CH4与Cl2发生取代反应时,每1molH原子被取代,消耗1molCl2分子,同时生成1mol的HCl分子注意事项CH4与Cl2的反应逐步进行,化学方程式应分步书写【例题助学】【典型例题1】如图所示,U形管的左端被水和胶塞封闭有甲烷和氯气(体积比为1∶4)的混合气体,假定氯气在水中的溶解度可以忽略。将封闭有甲烷

5、和氯气混合气体的装置放置在有光亮的地方,让混合气体缓慢地反应一段时间。(1)假设甲烷与氯气反应充分,且只产生一种有机物,请写出化学方程式:__________。(2)若题目中甲烷与氯气的体积比为1∶1,则得到的产物为__________。A.CH3Cl HClB.CCl4 HClC.CH3Cl CH2Cl2D.CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 HCl(3)经过几个小时的反应后,U形管右端的水柱变化是__________。A.升高  B.降低  C.不变  D.无法确定(4)若水中含有Na2SiO3,则在U形管左端会观察到__________。(5)右端玻璃管的作用是____

6、______。【解析】(1)因Cl2足量,若充分反应,则CH4中的四个H原子可完全被取代,生成CCl4和HCl,CH4+4Cl2CCl4+4HCl。(2)甲烷与氯气的取代反应,是四步反应同时发生,故得到四种氯代产物和HCl。(3)甲烷和氯气在光照的条件下发生取代反应,U形管左侧生成的氯化氢气体易溶于水,压强减小,U形管右侧液面下降,左侧液面上升。(4)因左侧生成HCl溶于水后发生反应2HCl+Na2SiO3===H2SiO3↓+2NaCl,所以观察到有白色胶状沉淀生成。(5)为了平衡气压,在U形管右侧插有一个玻璃管。【答案】 (1)CH4+4Cl2CCl4+4HCl(2)D (3)B(4

7、)有白色胶状沉淀生成 (5)平衡气压【方法指导】甲烷与氯气的取代反应无论甲烷与氯气的比例如何,均会生成四种有机产物,即CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4。【变式训练】把1体积CH4和4体积Cl2组成的混合气体充入大试管中,将此试管倒立在盛有AgNO3溶液的水槽中,放在光亮处,片刻后发现试管壁上有油状液滴出现,该油状液滴可能是__________,水槽中还观察到__________,原因是__________(用离子方程式

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