第一单元 化石燃料与有机化合物优质课一等奖

甲烷教学设计

一．教学目标：

1.掌握甲烷的结构和性质。

2．初步掌握取代反应的概念；能够辨析取代反应和置换反应。

3.了解甲烷的存在和用途。

二．教学重点、难点、疑点及解决办法

1．重点

（1）甲烷的分子结构；

（2）甲烷的化学性质，取代反应的概念。

2．难点

甲烷的分子结构与化学性质的关系。

（1）甲烷是学生开始系统学习有机化学时接触到的第一种物质，教学中应注意利用好这一典型物质对学生进行学习有机化合物及有机化学的指导。例如：分子式、电子式、结构式、结构简式等，是研究有机物结构的基本工具，通过加强甲烷结构的教学可向学生渗透学习有机物结构的方法；通过对甲烷分子结构和化学性质的分析，使学生把碳氢单键与化学稳定性联系起来；通过甲烷分子组成和结构的确定过程，可教给学生研究有机物的一般方法。

（2）甲烷与氯气的取代反应既是本节教学的重点，也是难点。做好实验，通过实验现象说明甲烷与氯气发生了反应，可以增强教学的效果。引导学生对比取代反应和置换反应，以加深对取代反应本质的认识。

三．教具准备

甲烷的分子结构模型（球棍模型和比例模型）；化学试验仪器；多媒体教学设备。

四．教学过程

师：什么是有机物？组成有机物的元素主要是哪几种？H2CO3、CO2、CO是有机物吗？

生：思考，一人回答问题，辨别概念，及时纠正。

师：有机物是含碳元素的化合物，但不是所有的含碳元素的化合物都是有机物。

师：请同学阅读课本第111页正文前三自然段，熟悉烃的概念，并画出其中的关键词

生：阅读课文，画出重点字词。

播放：仅由碳和氢两种元素组成的有机物总称为烃,也称碳水化合物。

甲烷时烃类里分子组成最简单的物质。

课堂练习:下列物质属于烃的是( ) A．H2S，B．C2H2，C．CH3Cl, D.C2H5OH，E．CH4，F．H2，G．金刚石. 【板书】第一节

甲烷

【板书】一、甲烷的组成和结构

师：请画出碳原子和氢原子的结构示意图（让1个学生板演。）

生：

师：已知甲烷是仅由碳、氢两种元素组成，且甲烷是最简单的烃。你能否从碳氢原子的结构分析并推出甲烷的分子式吗？（学生积极思考问题，教师找一个学生总结讨论结果。）

生：因为碳原子最外层有4个电子，欲形成8个电子的稳定结构，需要形成4对共用电子对才能达到8个电子的稳定结构；氢原子核外有1个电子，欲形成2个电子的稳定结构，需要形成1对共用电子对才能达到2个电子的稳定结构，所以甲烷的分子式为CH4。

师：那么甲烷的电子式怎样书写？

（由1个学生板演，其余学生在下面练习。）

【板书】甲烷的分子式CH4

甲烷的电子式：

师：如果甲烷电子式中的每一对共用电子对用一条短线替代将变成什么样子？

【板书】甲烷的结构式：

师：这种用短线来表示一对共用电子的图式叫结构式。

【问题】那么甲烷分子中的原子在空间是如何分布的呢？（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？

（实物展示：甲烷分子的球棍模型和比例模型。）

（学生相互传看两种模型，同时相互之间对自己课前制作的甲烷模型〔参照教材上的“实践活动”栏目或用橡皮泥、木棒等代用品制作的简易模型〕进行评价，在活动中加深对甲烷空间结构的认识。）

师：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（键角109°28′）。如下图所示：

【过渡】我们知道，结构决定性质，甲烷的分子结构决定其具有怎样的性质呢？

【板书】二、甲烷的性质

1.甲烷的物理性质。

（播放动画“池沼中有沼气”〔主要成分是甲烷〕。）

师：看动画思考甲烷有哪些物理性质？

生：甲烷是无色无味的气体，比空气轻，极难溶于水。

【板书】2.甲烷的存在。

师：甲烷是池沼底部产生的沼气和煤矿的坑道所产生的坑气气体的主要成份。这些气体中的甲烷都是在隔绝空气的条件下，由植物残体经过某些微生物发酵的作用而生成的，此外在有地方的地下深处蕴藏大量叫做天然气的可燃性气体，它的主要成分是甲烷。在我国的南海、东海海底已发现天然气（甲烷等）的水合物，它易燃烧，外形似冰，被称为“可燃冰”

【思考】为什么煤矿坑道中要严禁烟火？

师：从甲烷的结构你能否推测甲烷的化学性质？

【实验1】把甲烷通入盛有高锰酸钾酸性溶液的试管中，观察紫色的高锰酸钾是否褪色？

师：从实验中可知溶液颜色没有变化，说明甲烷与高锰酸钾不发生反应。通常情况下，甲烷稳定，如与强酸、强碱和强氧化剂等一般不发生化学反应。是否甲烷与其他物质在任何条件下都不发生化学反应呢？（学生阅读教材。）

生：在特定条件下甲烷能与某些物质发生化学反应，如可以燃烧和发生取代反应等。

【板书】3.甲烷的化学性质。

（1）

甲烷的氧化反应。

【实验2】

实验步骤：

①使纯净的甲烷气体通过带尖嘴的玻璃导气管，在玻璃导管的尖嘴处点燃甲烷，观察火焰的颜色。

②在火焰的上方罩上一个干燥、洁净的小烧杯，观察烧杯内壁上的现象。

③待甲烷燃烧几分时间以后，将小烧杯快速翻转至烧杯口朝上放置，向烧杯中加入少量澄清的石灰水，轻轻振荡烧杯，观察石灰水是否变浑浊。

实验现象：

①甲烷气体安静地燃烧，火焰呈淡蓝色。

②烧杯内壁上有水生成。

③澄清的石灰水变浑浊。

实验结论：

①甲烷在空气中点燃后燃烧，生成二氧化碳和水。化学方程式为：

CH4+2O2CO2+2H2O 师：烃燃烧可不可以用一个通式表示？

生：讨论得出通式。

②从燃烧产物可证明甲烷中含有碳元素和氢元素。

师：请大家观察这个化学反应的方程式与我们以前学习的有什么不同？

生：（观察、思考后回答）方程式中间用“”而不用“”，这主要因为有机物参加的化学反应往往比较复杂，多有副反应发生，故不用等号。

安全知识：

①甲烷在空气或氧气中的浓度达到一定值（空气中的甲烷含量在5%～15%体积分数范围内）时，遇火花将发生爆炸。新闻报道中煤矿的矿井发生瓦斯爆炸就是这个道理。为了防止爆炸事故的发生必须采取通风、严禁烟火等安全措施。

②在进行甲烷燃烧实验时，必须先检验其纯度。

【投影】煤矿瓦斯爆炸事故

【板书】（2）甲烷的取代反应。

【实验3】教材中的“科学探究”。（学生观察发生的现象。）

生：光照后气体颜色由黄绿色逐渐褪去，量筒内液面上升，量筒壁上出现油状液滴。

师：说明甲烷与氯气的混合气体在光照下发生了化学反应；试管壁上出现油滴，说明反应中生成了新的油状物质；因为生成的氯化氢极易溶于水，气体总体积的减少，导致试管内气体压强减小。

（播放甲烷与氯气发生取代反应的教学动画。）

师：甲烷分子里的氢原子是被氯原子逐步取代的，共生成5种物质，4种取代产物，我们称这种反应为取代反应。请大家由刚才的动画思考，什么是取代反应呢？（学生很有兴趣地大胆猜测、估计，试探说出取代反应的含义。）

师：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。

师：CH4的4种氯的取代产物都不溶于水，在常温下，CH3Cl是气体，其他3种都是液体，CHCl3和CCl4是重要的有机溶剂。这些产物都属于卤代烃。

师：甲烷的取代反应应注意什么问题？

生：请思考、讨论后归纳总结。

（1）反应条件：光照（按初步发生反应）但要避免日光直射,因光太强时会使反应迅速而发生

（2）反应物状态：纯卤素，例如甲烷与溴水不反应，与溴蒸气见光发生取代反应

（3）甲烷的取代反应是分步且连锁进行的，所以甲烷的氯化物并不是一种，而是几种氯代物的混合物。

（4）反应中各物质量的关系：每1molH被取代，则有1molCl2参加反应，生成1molHCl。

师：我们以前学习过置换反应、复分解反应，置换反应、复分解反应与取代反应有什么区别和联系呢？请思考、讨论后填写下表。

生：思考、讨论后填写取代反应、置换反应表。