第一单元 化石燃料与有机化合物教案设计（一等奖）

3.1.1 天然气的利用

甲烷

姚艺清

一、教学目标w.w.k.s.5.u.c.o.m

(一)知识技能：

1、了解甲烷的存在和甲烷的用途等；

2、掌握甲烷分子的空间结构特征，能够正确书写甲烷分子的结构式、电子式；

3、掌握甲烷的化学性质;了解取代反应的特征。

4、了解烃、烷烃的概念及烷烃的通式。

(二)过程方法：

1、通过对甲烷的正四面体结构的认识，掌握分析四氯化碳、一氯甲烷、二氯甲烷和三氯甲烷分析结构的方法；

2、通过甲烷分子模型的分析，学会根据比例模型、球棍模型分析分子结构的方法；

(三)情感态度与价值观：

通过实践活动、探究实验等，培养学生关心科学、研究科学和探索科学的精神，激发学生学习化学的兴趣，探索新知识的欲望。

二、教学重点甲烷的分子结构、化学性质

三、教学难点：甲烷跟氯气的取代反应

四、教学过程w 【问题引入】

.w【1、你了解有哪些化石燃料？它们的组成和成分是怎样的？

2、化石燃料对我们的生活和生产产生了哪些重要的影响？

3、你了解我国的化石燃料的资源状况吗？

【板书】

一、化石燃料：

煤：有机物和无机物组成的复杂混合物，含C(主)，H和O(次)，S、P、N(少)；

石油：组成元素主要为C、H，含少量S、O、N等元素；组成物质主要是各种液态碳氢化合物；

天然气：主要为甲烷，是最简单的有机化合物。

【展示】西气东输相关图片及神奇可燃冰。

【引入】介绍我国天然气资源，“西气东送”工程及其意义。介绍神奇的可燃冰。

西气东输是我国目前一项巨大的工程

，输送的气体就是天然气,天然气的主要成分是甲烷,目前,农村普遍使用的沼气的主要成分也是甲烷,而且,科学家从海底发现了一种新能源—“可燃冰”,实际上是甲烷的水合物,据估计,可燃冰的贮存量能提供人类社会1000年的能源- 1 -

使用.所以,为了合理开发并利用这些新能源,我们今天要来研究天然气的利用以及它的主要成分甲烷的性质。

【板书】一、甲烷

1、甲烷的形成

甲烷俗称沼气，是在隔绝空气情况下，主要由植物残体分解而成的。

自然界的存在：天然气、沼气、坑气。

【展示】一瓶用排水集气法收集的纯净的甲烷气体(集气瓶倒放)。观察并叙述物理性质。

【板书】2、甲烷的物理性质：

无色、无味的气体,密度比空气小,难溶于水。

【探究活动】已知甲烷的密度在标准状况下是0．717g/L，含碳75％，含氢25％，利用这些数据怎样确定它的分子式？

解析：甲烷的Mr=0．717g/L×22.4 L/mol=16.06 g/ mol

碳原子与氢原子的个数比为：（75％/12）：（25％/1）=1：4 综合上述分析：可知甲烷的分子式为：CH4 【讨论】（1）哪些实验事实说明，甲烷中含有氢元素？碳元素？你能设计一个实验吗？

（2）甲烷的燃烧实验现象能否说明甲烷分子中不含有氧元素？

【实验设计】

点燃集气瓶中的甲烷气体,用一个冷而干燥的烧杯罩在火焰上方,然后在集气瓶中加入澄清石灰水。

【学生活动】观察现象并总结:火焰颜色是蓝色,烧杯壁上有水雾,澄清石灰水变浑浊,说明产物是H2O和CO2 .所以甲烷中一定含有C元素和H元素. 【提示】要测定分子式不仅要做定性实验，更要做定量实验。

【课堂练习

】①写出甲烷的电子式；②写出甲烷的结构式。讨论分子里各原子在空间的分布情况？

分子式：CH4 电子式： 结构式:

【板书】3、甲烷的组成和结构

分子式：CH4 电子式： 结构式：

结构简式：CH4 空间构型：正四面体

【展示】甲烷分子的比例模型、球棍模型。

经过科学实验证明甲烷分子的结构是正四面体结构，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。

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【过渡】既然我们了解了CH4的结构，结构决定性质，那么甲烷具有哪些性质呢？

【板书】4. 甲烷的化学性质s.5.u.c.o.m

甲烷的稳定性

在通常情况下，甲烷比较稳定，与强氧化剂（如酸性KMnO4

溶液）、强酸、强碱均不反应。

①甲烷的氧化反应：可燃性

CH4+2O2 CO2+2H2O 甲烷气体在空气或氧气中点燃，完全燃烧时生成二氧化碳和水，同时放出大量的热，还伴有淡蓝色的火焰。

注意：

点燃甲烷与空气或氧气的混合气体时，容易发生爆炸。因此，在点燃甲烷气体前，必须进行纯度检验，只有纯度符合要求的甲烷气体才能点燃。

甲烷完全燃烧的生成物是CO2和H2O。查阅资料了解1 mol甲烷在通常状况下完全燃烧后放出的热量，写出甲烷燃烧的热化学方程式。

CH4（g）+2O2（g）==CO2（g）+2H2O（l） ΔH =-890 kJ/mol 【探究质疑】w.w.w.k.s.5.u.c.o.m

1. 在空气中燃烧时火焰呈蓝色的物质除甲烷还有哪些？

解析：还有氢气、硫、酒精、一氧化碳、硫化氢等。

2. 甲烷燃烧时，若氧气不充分，可能生成哪些产物？

解析：除了生成水之外，还可能生成炭黑、CO、，其造成的危害主要是炭黑会导致管道堵塞、气流不畅，严重时可能引起爆炸，生成的CO会导致人中毒。

3. 家用燃气灶若原来烧液化石油气（主要成分为C3H8）,现要改烧天然气，应如何改造？

解析：根据反应方程式：C3H8+5O2 3CO2+4H2O和CH4+2O2 CO2+H2O,可知等体积的液化石油气和天然气分别完全燃烧时，液化石油气消耗氧气的量多，所以改造的方法是增大燃气进气量或减小空气进气量。

【设问】甲烷还有什么化学性质呢？

【观察与思考】

甲烷与氯气反应

【提醒】重点观察部位：量筒内气体颜色的变化，量筒水面上升情况，量筒内壁的变化。

【回答】量筒内气体黄绿色褪去、有白雾，水位不断上升、内壁有油状物质生成。

【讲述】这说明甲烷与氯气发生了反应。

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【学生练习】学生书写二氯甲烷、三氯甲烷与氯气反应的化学方程式。

【强调】有机化学的反应中往往发生副反应,所以在有机化学方程式中用箭号来代替等号

【讲述】甲烷与氯气发生了反应生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷和氯化氢。由于氯化氢极易溶于水，产物中只有一氯甲烷是气体，二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷都是不溶于水的液体，所以量筒内气体黄绿色褪去、有白雾，水位不断上升、内壁有油状物质生成。

【讲述】这种反应类型叫取代反应。

【板书】②取代反应：

【强调】该反应的历程并归纳反应特点。在这些反应里，甲烷分子里的氢原子逐步被氯原子所代替而生成了四种取代产物。

有机物分子里的某些原子或原子团被其它原子或原子团所代替的反应叫做取代反应。

【说明】w.w.w.k.s.5.u.c.o.m

a.甲烷与氯气的反应条件为光照，该光照只能是日光漫射，若是强光直射则会发生爆炸。

b.与氯气相似，其他的卤素单质在气态和光照条件下，也可以和甲烷发生取代反应。

【知识拓展】

【讲述】

将甲烷在隔绝空气加热到1000度以上,甲烷会发生分解反应。

③热分解： CH4

—→ C + 2H2

【推论】甲烷分解要求的温度很高，说明甲烷的热稳定性很强。

【归纳】甲烷的三大化学性质。

【过渡】甲烷的这些性质决定了它的用途,请同学们阅读教材56页上的资料卡,了解甲烷的用途。w.w.w.k.s.5.u.c.o.m

【多媒体】展示乙烷、丙烷、丁烷的结构式

【提问】1．乙烷、丙烷、丁烷的组成元素是什么？

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2．乙烷、丙烷、丁烷的结构式有什么相同点？

【板书】二、

烷烃w.w.w.k.s.5.u.c.o.m

【学生活动】根据甲烷、乙烷、丙烷的分子式，归纳烷烃的通式

【板书】通式：CnH2n+2 (n≥1)

【分析】分析甲烷、乙烷、丙烷的分子组成，引出同系物的概念。

【讲述】烃、烷烃的概念，烷烃通式及名称

【板书】

同系物：结构相似，分子组成上相差1个或若干个“CH2”原子团的有机化合物的互称。

【辨析】同位素、同素异形体、同系物、同分异构体的比较

【总结】这节课我们研究了甲烷的分子结构，物理性质及化学性质，了解甲烷的性质和用途就能帮助我们合理开发和利用资源，更好地为人类社会的生产和生活服务。

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