6.同系物概念

分子結構相似，在分子組成上相差一個或若干個CH₂原子團的物質，互稱為同系物。

［練習］下列各組內的物質不屬于同系物的是( C　 )

(強調)：在判斷同系物的時候要嚴格把握同系物概念涵義的兩個方面：一是分子結構相似，二是分子組成上相差一個或若干個CH₂原子團，二者要聯系在一起應用，缺一不可。當然，還應注意，同系物的關系不光是只有烷烴分子之間存在，在其他的有機物內也存在著同系物關系。

小結：本節(jié)課我們學習和討論了幾個重要的概念：烷烴、結構簡式以及同系物，通過研究分析，討論比較從而得出了烷烴分子的結構特點，以及烷烴的物理和化學性質的變化規(guī)律，當然在學習時應重點掌握烷烴性質的變化規(guī)律。

5.烷烴的通式：C_nH_2n+2

CH₄　 C₂H₆　 C₃H₈　 C₄H₁₀　 C₅H₁₂……

若烷烴分子的碳原子數為n，那么氫原子的數目就可表示為2n+2，這樣烷烴的分子式就可以表示為C_nH_2n+2。

大家再比較一下相鄰碳原子數的烷烴在分子組成上有何特點，當然也可以用通式來推算。(可以通過觀察表5-1中的結構簡式，也可以用通式推算，用C_nH_2n+2減去C_n－1H_2(n－1)+2，都可以得到相同的結論)：在分子組成上相差一個或若干個CH₂原子團。

4.烷烴的化學性質

(1)通常狀況下，它們很穩(wěn)定，跟酸、堿及氧化物都不發(fā)生反應，也難與其他物質化合；

(2)在空氣中都能點燃；

(3)它們都能與氯氣發(fā)生取代反應。(評價并補充說明)

(1)烷烴與氯氣也可以是溴在光照條件下發(fā)生的取代反應，由于碳原子數的增多而使生成的取代產物的種類將更多；例如：甲烷的氯代物有：一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷共四種氯代物。同學們算乙烷的氯代物有幾種？

答案：9種。(實驗班可以講規(guī)律)

(2)在空氣或氧氣中點燃烷烴，完全燃燒的產物為CO₂和H₂O，相同狀況下隨著烷烴分子里碳原子數的增加往往會燃燒越來越不充分，使燃燒火焰明亮，甚至伴有黑煙；

(3)烷烴分子也可以分解，但產物不一定為炭黑和氫氣，這在以后的石油裂化-裂解的學習中就將學到。

3.烷烴的物理性質

學生自學P₁₁₆思考、分析表中數據，討論，并得出一些規(guī)律。

(a)隨著分子里含碳原子數的增加，熔點、沸點逐漸升高，相對密度逐漸增大；

(b)分子里碳原子數等于或小于4的烷烴。在常溫常壓下都是氣體，其他烷烴在常溫常壓下都是液體或固體；

(c)烷烴的相對密度小于水的密度。(評價學生的回答，然后補充說明)

(1)表中所列烷烴均為無支鏈的烷烴，常溫常壓下是氣體的烷烴除了上述碳原子數小于或等于4的幾種分子之外，還有一種碳原子數為5的分子，但分子中含有支鏈的戊烷，

(2)烷烴分子均為非極性分子，故一般不溶于水，而易溶于有機溶劑，液態(tài)烷烴本身就是良好的有機溶劑。

［設疑］烷烴分子的熔沸點為什么會隨著碳原子數的增大即相對分子質量的提高而升高呢？

由于隨著相對分子質量的增大，分子之間的范德華力逐漸增大，從而導致烷烴分子的熔沸點逐漸升高。

甲烷與其他烷烴結構的相似不僅表現在物理性質上的規(guī)律性變化，而且化學性質上也具有極大的相似性。

2. 烷烴的結構式和結構簡式

甲烷　　　　 乙烷　　　　 丙烷　　　　 丁烷

結 構 式：

結構簡式：CH₄　　　 CH₃CH₃　　 CH₃CH₂CH₃　 CH₃CH₂CH₂CH₃ /CH₃(CH₂)₂CH₃

這種式子，書寫起來是比較方便的，我們稱之為有機物的結構簡式。當然，在書寫有機物分子的結構簡式時，若遇到像丁烷分子中有兩個(或多個)相同的成分時，還可以寫成CH₃(CH₂)₂CH₃。

由于結構簡式書寫方便，且仍能表示出分子結構的簡況，所以更多情況下常使用結構簡式。

既然甲烷的結構和其他的烷烴分子很相似，那么它們在性質上是否也很相似呢？

1.烷烴的概念

a.分子里碳原子都以單鍵結合成鏈狀；

b.碳原子剩余的價鍵全部跟氫原子結合.

3.甲烷的受熱分解　

　CH₄C+2H₂

這么高的溫度才分解，說明甲烷的熱穩(wěn)定性很強。

小結：本節(jié)課我們開始了對有機物的系統(tǒng)學習，介紹了有機物、烴的概念，解釋了有機物種類繁多的主要原因；認識到甲烷的正四面體立體結構和它的幾個重要化學性質：氧化反應、取代反應、受熱分解反應，學習中重點應對甲烷和Cl₂的取代反應加以理解，當然也要樹立結構和性質緊密相關的觀點。

教學說明

本章是學習有機物的開始，俗話說：萬事開頭難。因此在教學中注重了以周圍熟悉的有機物引入有機物的概念，從有機物的重要用途來激發(fā)學生學習有機物的興趣。為了讓學生對甲烷的分子結構有一個正確的認識，采用了模型展示的方法；通過實驗演示甲烷的取代反應和不能被酸性高錳酸鉀溶液氧化的事實以及投影分析取代反應的過程，不僅提高了廣大學生的分析思考問題、動手的能力，同時還幫助學生樹立科學的學習和分析方法。

2.甲烷的取代反應

［演示實驗5-2］

現象：①量筒內Cl₂的黃綠色逐漸變淺，最后消失。

②量筒內壁出現了油狀液滴。

③量筒內水面上升。

④量筒內產生白霧

［投影顯示］甲烷與氯氣的反應過程

［說明］在反應中CH₄分子里的1個H原子被Cl₂分子里的1個Cl原子所代替，但是反應并沒有停止，生成的一氯甲烷仍繼續(xù)跟氯氣作用，依次生成二氯甲烷、三氯甲烷和四氯甲烷，反應如下：

a.注意CH₄和Cl₂的反應不能用日光或其他強光直射，否則會因為發(fā)生如下劇烈的反應：CH₄+2Cl₂C+4HCl而爆炸。

b.在常溫下，一氯甲烷為氣體，其他三種都是液體，三氯甲烷(氯仿)和四氯甲烷(四氯化碳)是工業(yè)重要的溶劑，四氯化碳還是實驗室里常用的溶劑、滅火劑，氯仿與四氯化碳常溫常壓下的密度均大于1 g·cm^－3，即比水重。

c.分析甲烷的四種氯代物的分子極性。但它們均不溶于水。(實驗班)

取代反應　 有機物分子里的某些原子或原子團被其他原子或原子團所代替的反應

1.甲烷的氧化反應　

　CH₄+2O₂CO₂+2H₂O

a.方程式的中間用的是“　　 ”(箭頭)而不是“====”(等號)，

主要是因為有機物參加的反應往往比較復雜，常有副反應發(fā)生。

b.火焰呈淡藍色：CH₄、H₂、CO、H₂S

我們知道酸性KMnO₄具有很強的氧化性，若遇到一般的還原性物質時常常會發(fā)生氧化還原反應，且自身被還原而褪色 ，那么甲烷能否被酸性高錳酸鉀溶液氧化呢？我們通過下面的實驗來驗證。

［演示實驗5-1］觀察、記錄、思考實驗現象：經過一段時間后，酸性KMnO₄溶液的顏色無任何變化，即不褪色。

結論：甲烷氣體不能被酸性KMnO₄溶液氧化。

在通常條件下，甲烷不僅與高錳酸鉀等強氧化劑不反應，而且與強酸、強堿也不反應，所以可以說甲烷的化學性質是比較穩(wěn)定的。但穩(wěn)定是相對的，在一定條件下也可以與一些物質如Cl₂發(fā)生某些反應。(承上啟下，并對學生進行辯證唯物主義的教育)

已知甲烷的氣體密度在標準狀況下為0.717 g/L，其中含碳的質量分數為75%，含氫質量分數為25%，求甲烷的分子式。(平行班提示：M=ρV_m)

a.計算甲烷的摩爾質量

因為摩爾質量=氣體摩爾體積×密度

=22.4L/mol×O.7179/L

=16 g/mol

所以甲烷的分子量為16。

b.按分子量和質量分數計算一個甲烷分子中C、H原子的個數

C原子數：16×75%÷12=1

H原子數：16×25%÷1=4

所以甲烷的分子式為CH₄。

甲烷的分子式：CH₄　　　　　 電子式：　　　 結構式：

用短線表示一對共用電子對的圖式叫結構式。

上述結構式都不能表明甲烷分子的真實構型

［模型展示］甲烷分子的球棍模型和比例模型。

得出結論：以碳原子為中心，四個氫原子為頂點的正四面體結構。

甲烷是非極性分子，所以甲烷極難溶于水，這體現了相似相溶原理。

CH₄：正四面體　　　　　　　　　　　　　　 NH₃：三角錐形