第一单元 化石燃料与有机化合物教学设计实例

天然气的应用

甲烷

一、教学目标：

1、知识与技能：

①初步了解甲烷在自然界中的存在及用途；

②使学生掌握甲烷的结构式、电子式和甲烷分子的正四面体结构；

③了解甲烷的物理性质，掌握甲烷的化学性质，了解有关实验的结论，了解取代反应的机理；

2、过程与方法：

①通过对甲烷分子空间模型的观察、模型制作，通过对甲烷发生取代反应的多媒体模拟反应历程的观察，增强学生对甲烷分子空间构型这类抽象的知识的理解，提高空间思维能力；

②让学生体会由结构推导性质及由性质推导结构的过程与方法，初步掌握研究物质的方法：结构分析、预测可能的性质、设计实验、观察、解析现象、得出结论。

3、

情感态度与价值观：

①使学生初步掌握研究有机物的方法—结构解析、推测物质可能的性质，培养学生严谨的科学态度和积极的探索精神；

②与日常生活紧密结合，了解甲烷对于人类日常生活及身体健康的重要性，形成环保意识及关心能源、社会问题的意识。

二、教学重点、难点：

①重点：甲烷的空间构型和甲烷的化学性质。

②难点: 甲烷的结构和甲烷的特征反应——取代反应

三、教学用具：

PPT课件，课本第60页“科学探究”中的相关实验仪器及药品

四、教学过程：

环节一：导入新课

【故事导入新课】百慕大海域经常出现沉船或坠机事件，其元凶正是可燃冰释放出的甲烷气体。

【过渡】我们今天要来研究甲烷都有哪些性质。

环节二：自主探究：结构决定性质，甲烷分子的结构特点？

【问题】：甲烷分子的真实空间构型可能有哪几种结构呢？（学生讨论）

生：讨论结果是可能有两种结构——平面正方形结构和正四面体结构。

师：究竟甲烷的空间结构是怎样的呢？请看甲烷分子的球棍模型和比例模型。

环节三：重点、难点探究

[实物展示]：甲烷分子的球棍模型和比例模型：

【过渡】：结构决定性质，甲烷的分子结构决定其具有怎样的化学性质呢？

1、甲烷的分子构型

1

【动画】多媒体演示甲烷正四面体结构。

【小结】甲烷的结构特点：甲烷分子是正四面体结构，正四面体构型以碳原子为中心，四个氢原子为四面体的四个顶点，其中四个C—H键的键长都是相等的、任意两个C—H键的键角都是109°28′。

【课件】展示甲烷的结构特点。

【课堂练习】能够证明甲烷分子空间结构为正四面体的事实是（

D

）

A. 甲烷的四个碳氢键的键长相等

B. 甲烷的四个碳氢键的键能相等

C. 甲烷的一氯代物（CH3Cl）只有一种

D. 甲烷的二氯代物（CH2Cl2）只有一种

2、甲烷的性质

【过渡】我们知道，物质的结构决定其性质，那么甲烷的正四面体型结构决定其具有哪些化学性质？

【板书】

1. 甲烷的物理性质（略）

2、甲烷化学性质

【过渡】同学们都知道酸性高锰酸钾溶液氧化性很强，那酸性高锰酸钾溶液能否也氧化甲烷从而能使溶液褪色？现在我们就一起来做做这个实验。

【教师实验】把甲烷通入盛有酸性高锰酸钾溶液中，观察紫色的高锰酸钾溶液是否褪色。

【实验现象】紫红色的酸性高锰酸钾溶液没有褪色。

【结论】不仅仅是酸性高锰酸钾，换成是溴水、强酸强碱也都不与甲烷发生反应。

【引导】我们知道，化学反应的实质是旧键的断裂和新键的形成。甲烷与强酸、强碱、强氧化剂均不能反应，说明什么？

【学生答】甲烷分子中的C—H键比较牢固，不易断裂，所以在通常条件下，CH4性质较为稳定。

【板书】（1）通常条件下，性质稳定。

【过渡】我们都知道一般有机物都可以燃烧生成CO2和H2O，同样作为最简单的有机物——CH4也可以与氧气在点燃条件下反应生成CO2和H2O。

【板书】（2）氧化反应

CH42O2点燃CO22H2O

【引导】现在请同学们注意观察甲烷气体燃烧时的想象，并思考如何检验其燃烧产物。

【教师实验】CH4的燃烧。

【合作探究】如何对CH4的燃烧产物进行检验？

【学生展示】在火焰的正上方罩一冷而干燥的烧杯，看到烧杯内壁上有水滴生产，将烧杯快速倒过来，

往烧杯中加入澄清石灰水，振荡，石灰水变浑浊。说明产物有水、二氧化碳

。

【学生点评】说出该学生的观点。

【讲解】CH4的燃烧产物是CO2和H2O，无污染，且放出大量热，是很好的气体燃料，现在有很多出租车使用的燃料就是天然气，经济又环保。但必须注意，如果空气中甲烷含量达到5%-15%时，遇到火花就会立即爆炸，所以煤矿的矿井、坑道里必须采取安全措施，如通风、严禁烟火等，以防CH4与空气混合发生爆炸事故。

因此，CH4气体在点燃前需进行验纯。

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【设疑】请大家观察这个化学反应方程式书写与我们以前学习的有什么不同？是什么原因呢？

【学生回答】化学方程式中间用（箭头）而不是用（等号），这主要因为有机物参加的化学反应往往比较复杂，副反应比较多，我们写出来的是其主要反应。

【过渡】CH4除了能在点燃条件下与氧气发生氧化反应外，还能在光照条件下，与氯气发生反应。

【板书】3.甲烷的取代反应

【强调】在看这个实验视频前，交给同学们两个任务：一、观察并描述实验现象；二、思考产生现象的原因。

【实验微课】甲烷和氯气在光照条件下的取代反应。

【描述】现象：

氯气的黄绿色逐渐变浅；量筒内壁产生油状液滴；量筒内液面上升

；

量筒内有少量白雾。

【课件】展示实验条件：光照；

实验现象：1.氯气的黄绿色逐渐变浅；2.量筒内壁产生油状液滴

；3.量筒内液面上升

；4量筒内有少量白雾。

【合作探究】请同学们分析产生这些实验现象的原因。

【探讨交流】颜色变浅，说明CH4和Cl2的混合气体在光照下发生了化学反应；量筒壁上出现油滴，说明反应中

生成了新油状物质；试管内液面上升，表明随反应的进行，试管内的压强在减小，即气体总体积在减小；

量筒内有少量白雾，说明有HCl生成。

（动画模拟）再现甲烷与氯气发生取代反应的反应机理动画，同时解释反应原理。

【讲解】上述的反应没有到此终止，CH3Cl与Cl2还能继续反应。现在请同学们练习写出其余方程式。

光光光

【学生板书】

CH3Cl＋Cl2――→CH2Cl2＋HCl；CH2Cl2＋Cl2――→CHCl3＋HCl；CHCl3＋Cl2――→CCl4＋HCl

有停止，那甲烷与氯气的产物应该有几种？哪一种物质最多？

【讲解】甲烷与氯气的取代反应是一种联锁反应，第一步反应一旦开始，后续反应立即启动，且前面的反应也没【学生思考】五种产物，生成物中有四种有机物，一种无机物氯化氢，其中由于每一步都有氯化氢生成，故HC的量最多。

【讲解】四种有机取代产物都难溶于水，常温下，仅有一氯甲烷是气体，其余三种都为油状液体。

【过渡】刚才我们用方程式分析了甲烷与氯气的取代反应，再通过动画来模拟这个反应，请同学们归纳取代反应的概念。

【动画演示】甲烷与氯气的四步取代反应

【学生分析】像这样，有机物分子里的原子或原子团被其它原子或原子团替代的反应，被称为——取代反应。。

【强调】甲烷发生取代反应常注意的问题。

【课件】甲烷取代反应注意：反应条件是光照，在暗处不发生反应，日光直射会爆炸；反应物是纯卤素单质；取代产物是四种卤代物的混合物。

【过渡】性质决定用途，甲烷燃烧放出大量热，可以做燃料，甲烷的取代反应有什么应用吗? 【讲解】反应生成的一氯甲烷可做局部麻醉剂，三氯甲烷，四氯甲烷都是重要的有机溶剂，四氯化碳还可做灭火剂。所以说甲烷是化工生产的重要原料。

【合作探究】学生总结本节主要内容。

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【板书】四、甲烷的用途

1.清洁能源——天然气

2.化工原料

【讲】甲烷的用途还不止这些，同学们有兴趣的话，可以在网上收集整理甲烷的更多用途。

【总结】总结本节课所讲的相关内容。

【板书设计】

第一节：最简单的有机化合物——甲烷

一、甲烷的结构

电子式：

结构式

：用短线来表示一对共用电子的图式叫结构式

立体结构：正四面体型

二、甲烷的物理性质

无色、无味，密度比空气小，极难溶于水，容易燃烧的气体。

三、甲烷的化学性质

1、氧化反应

CH4（g）

+ 2O2（g）

CO2（g）

+ 2H2O（l）

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

四、甲烷的用途

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