《2025年资源库高中化学人教版》

2. 甲烷的结构：甲烷（CH₄）分子中，每个H原子都以单键与C原子结合，形成正四面体形结构，其中C原子位于正四面体的中心，4个H原子分别位于正四面体的4个顶点，四个C—H键完全相同，并且任意两个碳氢键之间的夹角都是109°28′。甲烷的分子式为CH₄，电子式为${H:\underset{\cdot\cdot}{\overset{\cdot\cdot}{C}}:H}$，结构式为${H-C-H}$（中间C与四个H相连），最简式为CH₄。甲烷的分子结构示意图、球棍模型、空间填充模型如图8-1-1。
3. 甲烷的化学性质
（1）可燃性（氧化反应）：纯净的甲烷在空气里能安静地燃烧，发出淡蓝色火焰，同时放出大量的热。${CH_{4} + 2O_{2}\xlongequal{点燃}CO_{2} + 2H_{2}O}$。
[说明] ①甲烷完全燃烧的产物是二氧化碳和水，可直接参与大气循环，且与一氧化碳或氢气相比，相同条件下等体积的甲烷充分燃烧释放的热量较多，所以甲烷常被称为清洁、高效的燃料。②甲烷虽然能燃烧，但在通常情况下性质比较稳定，与酸性KMnO₄溶液等强氧化剂、强酸、强碱均不发生反应。③点燃甲烷和空气（或氧气）的混合气体，有可能发生爆炸，空气中的甲烷含量在5%~15%的范围内时，遇火花将发生爆炸，因此在进行甲烷燃烧实验时，必须先检验其纯度。在煤矿的矿井里，为防止瓦斯（主要成分是CH₄）爆炸，必须采取通风、严禁烟火等安全措施。
（2）取代反应：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替代的反应，叫做取代反应。甲烷发生取代反应的条件：①光照条件下；②甲烷与气态卤素单质反应。
[注意] 取代反应中的卤素一定是纯净的单质，氯水、溴水等不能与烷烃发生取代反应。${CH_{4} + Cl_{2}\xrightarrow{光}CH_{3}Cl + HCl}$（一氯甲烷）。即甲烷分子中的一个氢原子被氯原子取代。一氯甲烷中的氢原子还能进一步被氯原子逐步取代，发生如下反应：${CH_{3}Cl + Cl_{2}\xrightarrow{光}CH_{2}Cl_{2} + HCl}$（二氯甲烷）；${CH_{2}Cl_{2} + Cl_{2}\xrightarrow{光}CHCl_{3} + HCl}$（三氯甲烷）；${CHCl_{3} + Cl_{2}\xrightarrow{光}CCl_{4} + HCl}$（四氯甲烷）。四种氯代物中只有一氯甲烷为无色气体，二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷均为无色、油状液体。其中三氯甲烷又叫氯仿，四氯甲烷又叫四氯化碳，二者都是工业上重要的有机溶剂。四种氯代物都属于有机物，都不溶于水。
[注意] ①甲烷与氯气发生取代反应时，不能放在日光直射的地方，以免引起爆炸。②CH₄与Cl₂的反应是分步进行的，且四个反应是同时进行的，得到的是四种氯代物和氯化氢的混合物。③1 mol CH₄最多可与4 mol Cl₂发生取代反应，所需Cl₂的最大物质的量与烷烃分子中氢原子的物质的量相等。
[说明] 取代反应的特点：产物一般是混合物，且反应分步进行，如甲烷和Cl₂的反应中，每一步反应只有一个氢原子被取代。
（3）受热分解：甲烷在隔绝空气、1500℃以上的高温条件下能比较完全地分解，生成炭黑和氢气。${CH_{4}\xrightarrow{高温}C + 2H_{2}}$。
4. 甲烷燃烧产物的检验：点燃，有淡蓝色火焰；在火焰上方罩一冷而干燥的小烧杯，烧杯内壁有水珠生成，证明有H₂O生成；把烧杯翻转，注入少量澄清石灰水，振荡，澄清石灰水变浑浊，证明有CO₂生成。题目＞

答案：