第一单元 脂肪烃优质课一等奖

第三章

有机化合物

第一节

最简单的有机化合物——甲烷

第1课时

甲烷的性质

教材分析

本节的知识是高中有机化学知识的基础，章节的知识从最简单的有机物甲烷展开，由简入繁，系统的推进学生有机化学的知识体系。通过初中化学的学习，学生已经了解了甲烷的物理性质和简单的化学性质，建立了简单的有机化学的概念；在高中又较系统地学习了无机化合物和物质结构的基础知识，本课教学内容起点低，强调知识与应用的融合，让学生在已有知识的基础上，学习甲烷立体结构和甲烷与氯气的取代反应，重点认识取代反应的特点，使学生在初中知识的基础上有所提高。初步体会有机物分子结构的特点及其对性质的影响，让学生进一步从结构的角度，加深对有机物和有机化学的整体认识，初步学会对有机物进行科学探究的基本思路和方法，激发学生对有机化学领域的学习兴趣。

教学目标

宏观辨识与微观探析：学习了解甲烷的分子结构和主要物理、化学性质，了解取代反应的概念，初步体会有机物分子结构的基本特点及其对性质的影响。

证据推理与模型认知：通过对甲烷结构的认识，理解通过取代产物的种类推理分子空间结构的方法；建立饱和碳原子的四面体结构模型，为后面烷烃知识的学习奠定坚实的基础。

科学精神与社会责任：让学生在活动、交流、互动的基础上共同进步，同时让学生体会分子结构的重要性，初步形成研究有机化合物的科学素养，体会化学研究过程中的科学方法。通过能源危机及可燃冰开发情况的了解，让学生感受到化学科学与生产和社会发展的密切联系，增强社会责任感和使命感，理解化学在人类社会发展中的重要作用。

教学重难点

甲烷分子的结构特点和甲烷的取代反应

课前准备

学生复习初中化学中有关有机物的知识，复习第一章中关于化学键的基本知识，预习本课内容；教师准备多媒体课件，课堂中需要使用的模型基本零件。

教学过程

【引入】从今天起，我们将学习有机化合物的知识。初中化学的学习中，同学们已经了解到有机化合物与人类的生活有密切的关系，有机物不仅数量很多，而且分布极广。

【设疑】那么什么是有机物？他们有什么共同的特点? 【讲解】绝大多数含碳的化合物都是有机物，主要除去碳的氧化物、碳酸盐等（例如：

KSCN、CaC2等）具有无机性质的含碳化合物。

【投影】有机物与无机物的主要区别

性质

溶解性

耐热性

可燃性

电离性

化学反应

有机物

多数不溶于水，易溶于有机溶剂

多数不耐热，熔点较低

多数可以燃烧

多数是非电解质

一般比较复杂，副反应多，反应速率慢

【讲解】有机物有很多的分类方法，可以根据有机物所含元素的种类，将其分为烃和烃的衍生物。其中仅含碳和氢两种元素的有机物称为烃。

【板书】烃：仅含碳和氢两种元素的有机物称为烃。

【设疑】有机物种类繁多的原因又是什么呢？（结合第一章共价键理论）

【讲解】有机物种类之所以繁多主要有以下几个原因：

1. 碳原子最外层电子为4个，可形成4个人共价键；

2. 在有机化合物中，碳原子不仅可以与其他原子成键，而且碳碳原子之间也可以成键；

3. 碳与碳原子之间结合方式多种多样，可形成单键、双键或叁键，可以形成链状化合物，也可以形成环状化合物。

【讲解】同学们初中已经学习了甲烷的基本性质，实际甲烷就是最简单的烃类化合物，也是最简单的一种有机物。

【板书】第三章

有机化合物

第一节

最简单的有机化合物------甲烷

一、自然界中的存在

【板书】1. 存在：天然气田、煤矿坑道、池沼等

【讲解】天然气是一种高效、低耗、污染小的清洁能源。它还是一种重要的化工原料。“西气东输”就是将新疆等地的天然气，通过管道东输到长江三角洲，最终到达上海的一项巨大工程。现在我国天然气利用发展很快，常与石油和煤炭伴生，在油田和煤矿附近往往有天然气，它们都是“清洁”的燃料，无毒并且热能高。很多城市由烧煤改烧天然气后，酸雨的危害明显减弱。

【板书】二、甲烷的分子组成和结构

【板书】1. 甲烷的化学式(分子式)：CH4

【讲解】

因为碳原子的最外层有四个电子，为了达到8电子的稳定结构，应该形成4个共价键（共用电子对）；氢只有1个电子，为了达到2电子的稳定结构，应该形成1个共价无机物

部分溶于水而不溶于有机溶剂

多数耐热，难熔化，熔点一般比较高

多数不能燃烧

多数是电解质

一般比较简单，副反应少，反应速率较快

键。所以甲烷的化学式为：CH4

【讲解】已知甲烷的分子式为CH4，①写出甲烷的电子式；②写出甲烷的结构式。

【板书】2. 电子式：

3. 结构式：

【讲解】结构式仅用来表示分子中原子的连结顺序,不能表示分子中原子在空间的分布。我们知道了甲烷的分子式和结构式，那么甲烷分子的结构是什么样的呢？

【实践活动】利用教师提供的分子模型零件，根据自己学习的知识进行判断，搭建甲烷的分子结构模型，并互相之间进行讨论和比较。

【讲解】甲烷的电子式和结构式只能表示甲烷分子中碳、氢原子的结合方式，但不能表示甲烷分子中原子在空间的排布情况。同学搭建的甲烷分子模型有两种，一种是正方形，一种是正四面体形，经过科学实验证明甲烷分子的结构是对称的正四面体结构，碳原子位于正四面体的中心，4个氢原子分别位于正四面体的4个顶点上，4个C—H键强度相同，键角均为109°28′。

【展示】甲烷的比例模型和甲烷的球棍模型

【讲解】结构式实际是分子球棍模型在平面上的投影，表示分子内各原子的成键情况。球棍模型能表示分子内各原子在空间的相对位置和立体构型。比例模型能表示分子内各成键原子的相对大小和在空间的相对位置。

【板书】4. 空间结构：对称的正四面体结构

【过渡】我们知道了甲烷的分子结构，那么由这种结构决定的甲烷的性质是什么样的呢？

【板书】三、甲烷的性质

【提问】通过初中的学习，甲烷的物理性质都有哪些？

【板书】1. 物理性质：无色、无味、密度比空气小，极难溶于水。

【板书】2. 甲烷的化学性质

【讲解】通常情况下，甲烷稳定，与强酸、强碱和强氧化剂等一般不发生化学反应。但任何物质的稳定性都是相对的，而它的变化是绝对的，内因是变化的根据，外因是变化的条件，一旦外部条件发生变化，甲烷也能发生反应比如在特定条件下甲烷能与某些物质发生

化学反应。

【板书】（1）甲烷的氧化反应---燃烧反应

【讲解】甲烷是一种优良的气体燃料，通常情况下1mol甲烷在空气中完全燃烧，放出890kJ的热量, 火焰呈淡蓝色。请同学们回忆初中学习的检验甲烷燃烧产物的装置，在点燃甲烷前应有什么操作呢？

【回答】点燃甲烷前应该验纯，燃烧产物是二氧化碳和水，可以通过将干燥烧杯罩在甲烷的火焰上，之后倒转烧杯迅速倒入澄清石灰水来检验。



CO2+2H2O 【板书】

CH4+2O2

现象：火焰呈淡蓝色、烧杯内壁有水珠、澄清石灰水变混浊

【讲解】注意，在这里化学方程式尽管已经配平，但不用等号用箭头表示。这是因为有机化合物参加的化学反应往往比较复杂，常有副反应发生。因此，这类反应的化学方程式通常不用等号，而是用箭号的化学反应往往比较复杂，且常常用结构式代替分子式。

【讲解】甲烷是一种很好的气体燃料。但是必须注意，如点燃甲烷跟氧气或空气的混合物，会立即发生爆炸，在煤矿的矿井里，如果空气中甲烷的含量达到一定比例时，遇到火花就会发生爆炸，所以必须采取安全措施，如严禁烟火、注意通风等，以防止爆炸事故发生。此例说明，对一个化学反应有充分、全面的认识，才能利用它、控制它，防止其有害的一面。

【讲解】我们知道酸性KMnO4溶液具有很强的氧化性，若遇到一般的还原性物质时常常会

发生氧化还原反应，且自身被还原褪色。那么，甲烷能否被酸性KMnO4溶液氧化呢？

【实验】将CH4通入酸性KMnO4溶液中，观察现象

【实验现象】：溶液颜色无任何变化，即不褪色。

【讲解】通常情况下，甲烷很稳定，不能使KMnO4溶液和溴水褪色。即不能与强氧化剂反应，而且也不能与强酸或强碱反应。

【板书】（2）稳定性

【讲解】在隔绝空气并加热至1000℃的高温，甲烷发生分解

△

点燃【板书】（3）甲烷的受热分解：CH4C+2H2

【设疑】甲烷在常温下稳定，但当条件改变时，是否可以同其他物质发生反应？

【板书】（4）取代反应

【科学探究】

1. 在收集好甲烷的试管中，迅速加入0.5 g KMnO4和1mL盐酸，用黑纸包好。

2. 在收集好甲烷的试管中，迅速加入0.5 g KMnO4和1mL盐酸。用强光（手机的闪光灯）照射。

【实验现象分析】：

条件

反应中现象变化

实验1 不见光

试管内气体呈黄绿色

实验2 光照

黄绿色褪去、试管口有白雾、内壁有油状液滴

结论

反应现象原理探究：

（1）光是反应发生的主要原因。

（2）内壁出现油状液滴，说明产生了不溶于水的有机物。

（3）试管口有白雾，推断有氯化氢生成。

【讲解】在反应中CH4分子里的一个H原子被氯气分子里的1个氯原子所代替，但是反应并没有停止，生成的一氯甲烷仍继续跟氯气作用，依次生成二氯甲烷、三氯甲烷(氯仿)和四氯甲烷

。

【投影展示】化学反应过程：

CH4与氯气在光照条件下反应并有有机物和HCl生成

取代一氯甲烷(气态)二氯甲烷(液态)思考:左边这些反应是置换反应吗？三氯甲烷(液态)四氯甲烷(液态)

【投影小结】注意：

1. 四个反应同时进行，五种产物同时存在，1molH被取代需要1mol氯气。

2. 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，否则会发生爆炸），

反应物：卤素单质，不能使用卤素的溶液。

3. 由于CH4是正四面体结构，C到H 的距离相同，C—H键相同，说明四个H等效。氯取代等效H中的任意一个几率相同，无顺序可言。

4. 烃中的H原子被卤素所取代的产物叫卤代烃，用RX表示，是一种烃的衍生物。

5. 书写方程式时不用等号，用箭头，不用分子式，用结构式或结构简式。

【板书】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代替的反应叫取代反应。取代反应是烷烃的特征反应，但反应物必须是纯卤素，条件也较特别。

【讲解】在这些反应里甲烷分子中的H原子逐步被Cl原子所代替生成了四种取代物，像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。

【设疑】取代反应是四种有机基本反应类型中范围最宽泛的一种，根据其具体的反应过程，同学们认为取代反应类似无机的四个基本反应类型中的哪种呢？

【讲解】类似四个基本反应类型中的复分解反应，都是断键后进行交换的反应过程。

【设疑】甲烷与氯气发生不可控制的取代反应，会得到4种不同的有机取代产物，每个产物有几种呢？根据产物的种类可以推测甲烷分子的空间结构吗？

【学生活动】利用上面搭建的甲烷分子结构模型，构建甲烷的每种氯代产物的结构，思考各自的空间取向，哪种氯代产物的种类可以证明甲烷的正四面体结构。

【讲解】无论分子是平面正方还是正四面体结构，其一氯代物、三氯代物都只有一种。若分子为平面正方形，则二氯甲烷应该有两种；若分子为正四面体形，则二氯甲烷只有一种；所以根据二氯甲烷只有一种，可以证明甲烷分子为正四面体结构。根据取代产物的种类判断有机物分子的空间构型是一种常用方法。