第一节 最简单的有机物---甲烷

第一节最简单的有机物－－－甲烷从容说课我们已经知道甲烷是一种化石燃料，可以燃烧，能从甲烷的组成上认识燃烧反应的产物。本章教学再次选择甲烷，主要考虑甲烷是最简单的有机物，便于学生从结构角度认识甲烷的性质，类推烷烃的结构和性质，建立从结构角度学习有机物性质的有机化学学习模式。因此，本节教学的设计，要在学生初中知识的基础上，体现认识的渐进发展性原则；同时，考虑到学生前面已经具有了一些有关物质结构的上位概念，应当在有机化合物的学习中紧紧抓住结构与性质的关系，在学生的头脑中逐步建立有机物的立体结构模型，帮助学生打好进一步学习的方法论基础。在教学模式的设计上，可以不拘泥于教材的逻辑顺序，根据学校实际情况和学生的水平设计不同的流程。可以从结构出发，预测性质，用实验检验；也可以从探究实验出发，归纳性质，从结构角度提升认识。本质还是演绎方法和归纳方法的不同运用，即自然科学研究的两种主要过程在中学化学教学中的具体运用。本节教学重点：甲烷的结构特点和甲烷的取代反应。本节教学难点：主要是学生有机物立体结构模型的建立，具体体现在如何将甲烷和烷烃的结构特点、有机物的成键特点从实物模型转换为学生头脑中的思维模型，帮助学生从化学键的层面认识甲烷的结构和性质。课时安排2课时（第1课时）三维目标知识与技能：1.使学生掌握甲烷的结构式、甲烷的电子式和甲烷分子的正四面体结构；2.掌握甲烷的化学性质，了解有关实验的结论，了解取代反应；3.了解甲烷的存在和甲烷的用途等。过程与方法：1.通过实践活动（模型制作）、探究实验、模型、图表、图片、甲烷、烷烃的多多媒体动画等，培养学生关心科学、研究科学和探索科学的精神。2通过讲授、讨论、小组合作、学生制作等教学方法和实验条件控制、比较、类比、模拟、抽象、模型等科学方法与逻辑方法，教给学生科学的方法。3培养学生用新概念理解知识的能力；培养学生设计实验、动手实验、观察现象，并根据实验现象得出可能的规律的能力。情感态度与价值观：1.通过甲烷的分子结构的探究，解析其可能有的性质，并设计实验来证明，激发学生学习化学的兴趣，探索新知识的欲望，且在实验研究中培养求实、进取的优良品质。2.使学生初步掌握研究物质的方法——结构解析、推测可能的性质、设计实验、观察现象、解析现象、得出结论，再辩证地解析结论的适用范围。3.结合甲烷的组成、结构和性质关系的教学过程，对学生进行事物联系和发展的普遍规律的观点的教育；通过动手实验，使其体会理论上的理解和亲手实验的不同，而且实验不总是每次都能成功，解析教训、总结经验，培养学生科学研究的态度，认真仔细、实事求是的作风。教学重点:甲烷的结构和甲烷的化学性质教学难点：甲烷的结构、研究某物质的程序和方法。教具准备：多多媒体、两试管SO2气体、试管、水槽、烧杯、石棉网、酒精灯、铁架台、品红试液、KMnO4溶液、溴水。教学过程：新课导入[图片导课]多多媒体展示常见的有机化合物的图片，让学生欣赏图片。【引言】师：从今天起，我们将学习有机化合物的知识。有机化合物与人类的生活有密切的关系，在衣、食、住、行、医疗、能源、材料、科学技术及工农业生产等领域中都起着重要作用。迄今为止已经超过2000万钟。有机物不仅数量很多，而且分布极广。例如刚才图片中涉及的常见燃料：汽油、煤油、柴油；建材中的木材、黏合剂、涂料、油漆；日用品中的塑料、橡胶、纤维、清洁剂；食物中的营养素――糖类、油脂、蛋白质等都是有机化合物。师：具体认识有机化合物，请大家阅读课文思考;有机物的组成元素有哪些呢？生：除碳外，常有氢、氧，有时含有氮、硫、卤素和磷等。师：仅含有碳和氢两种元素的有机物称为烃。【动画】由“碳”“氢”两个字的底部偏旁组成“烃”。师：今天学习最简单的烃――甲烷。【新课】：§3-1甲烷[新闻导课]1.2005年月日，我国某地小煤矿发生瓦斯爆炸事件。2.“西气东输”一、甲烷的结构通过全体学生的探究练习引入甲烷的结构。[探究问题1]师：请画出碳原子和氢原子的结构示意图。（找一名学生板演）生：[探究问题2]已知甲烷仅由碳、氢两种元素组成，其中质量分数C%=75%，H%=25%。请同学们推出甲烷的化学式。师：知道了元素组成和各元素的质量分数，怎样求出有机物的化学式呢？生1：应该充分利用C%=75%，H%=25%这个条件，怎么使用呢？生2：只要假设出甲烷的质量，就可以了。师：请大家按照讨论的思路，列出解题的过程。【多媒体展示】解：因为C摩尔质量是12g/mol，H摩尔质量是1g/mol。设取甲烷100g，则C的质量是100×75%=75g，H的质量是100×25%=25g所以：师：碳、氢原子个数之比为1：4，你能否从碳、氢原子的结构解析，推出甲烷的化学式呢？（学生积极思考讨论，教师找一名同学总结讨论结果）所以甲烷的化学式：CH4师：甲烷的化学式为CH4，那么甲烷的分子式和电子式怎样书写呢？生：因为碳原子有四个价电子，欲形成八个电子的稳定结构，需要形成四对共用电子对才能达到八个电子的稳定结构；氢原子核外有一个电子，欲形成两个电子的稳定结构，需要形成一对共用电子对才能达到两个电子的稳定结构。生：一位同学板演，其余同学在下面练习。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后将变成什么样子呢？生：（在练习本上比画，得出结果）H|HCH|H师：这种用短线表示一对共用电子对的图式叫结构式。那么上述结构式就是表示甲烷分子的真实构型就是这种以碳原子为中心，四个氢原子为顶点的平面四边形呢？[探究问题3]：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。[实物展示]：甲烷分子的球棍模型和比例模型：球棍模型生：相互传看两种模型，观察、体会甲烷的空间结构中碳原子和氢原子之间的相对位置关系。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（键角是109°28/）。师：这样看来甲烷的结构式并不能代表其真实的空间构型，我们称之为平面结构式，其立体结构式可用下图表示，但是为了简便起见，一般只写有机物的平面结构式。【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？二、甲烷的性质1.甲烷的物理性质【动画模拟】池沼中有沼气师：由动画请思考：沼气（主要充分是甲烷）有什么物理性质呢？生：甲烷是无色、无臭的气体，比空气轻，极难溶于水。师：甲烷是天然气、沼气（坑气）和石油气的主要成分（天然气中按体积计，CH4占80%~97%）。[探究问题4]师：由甲烷的化学式和相对分子质量，你能否求出在标准状况下甲烷的密度呢？（学生练习计算）生：密度是0.717g/L（标准状况）师：由甲烷的化学式中各原子的连接方式和成键情况解析，你能否预测甲烷的化学性质如何呢？[探究实验5]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？【动画模拟】甲烷通过酸性的高锰酸钾溶液动画。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。是否所有时候甲烷与其他物质都不发生发生化学反应呢？（学生阅读教材回答）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。2.甲烷的化学性质：⑴甲烷的氧化反应【实验】：点燃甲烷，燃烧，火焰呈淡蓝色。分别用干燥小烧杯和沾有澄清石灰水的小烧杯罩在火焰上。【生观察】：干燥的小烧杯内有无色液体生成，沾有澄清石灰水的小烧杯罩石灰水变浑浊。师：从燃烧产物可以得到什么启示呢？你能否写出这个反应的化学方程式呢？生：可以证明甲烷中含有碳元素和氢元素，化学方程式为：CH4+2O2CO2+2H2O师：请大家观察这个化学反应方程式与我们以前的学习有什么不同呢？什么原因呢？生：观察、思考后回答：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，多有副反应发生，故不用等号。⑵．甲烷的取代反应【演示实验】：P53科学探究，观察发生的现象。[由现象讨论后得出结论]【生观察】：没有光照的试管不变化；光照后的试管壁上出现油滴，试管内的液面上升，气体颜色略微变浅。（色变浅、出油滴、水上升、有白雾、石蕊变红。）师：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的油状物质；试管内液面上升，说明随着反应的进行，试管内的气压在减小，即气体总体积在减小。【动画模拟】：学生观看甲烷与氯气发生取代反应的教学动画HHH－C－H＋Cl－ClH－C－Cl＋H－ClHH一氯甲烷上述反应没有到此终止，CH3Cl与Cl2继续依次反应。HHH－C－H＋Cl－ClH－C－Cl＋H－ClClCl二氯甲烷HHCl－C－H＋Cl－ClCl－C－Cl＋H－ClClCl光光光三氯甲烷（氯仿）ClClCl－C－H＋Cl－ClCl－C－Cl＋H－ClClCl四氯甲烷（四氯化碳）师：甲烷分子里的氢原子是被氯原子逐步取代的，共生成五种物质，四种取代产物。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？（学生很有兴趣的大胆猜测、估计，试探说出取代反应的涵义）师：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。师：CH4的四种氯的取代产物都有什么性质呢？请填写下表？化学式CH3ClCH2Cl2CHCl3CCl4常温状态名称（俗名）溶解性用途师：CH4的四种氯的取代产物都不溶于水，在常温下，CH3Cl是气体，其它三种都是液体，CHCl3和CCl4是重要的有机溶剂。这些产物都属于卤代烃。师：我们以前学习过置换反应，置换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：思考讨论填表取代反应与置换反应的比较表取代反应置换反应可与化合物发生取代，生成物中不一定有单质反应物生成物中一定有单质反应能否进行受催化剂、温度、光照等外界条件的影响较大在水溶液中进行的置换反应遵循金属或非金属活动顺序。分步取代，很多反应是可逆的反应一般单向进行【知识拓展】3．甲烷的受热分解在隔绝空气的情况下，加热至10000C，甲烷分解生成炭黑和氢气。CH4C+2H2氢气是合成氨和合成汽油等工业的原料；炭黑是橡胶和染料的工业原料。【例题剖析】［例1］甲烷分子是以C原子为中心的正四面体结构，而不是正方形的平面结构，理由是（）A．CH3Cl只代表一种物质B．CH2Cl2只代表一种物质C．CHCl3只代表一种物质D．CCl4是非极性分子师;这是一个涉及甲烷分子结构的问题,需要一定的空间想象能力，关键如何证明呢？生1：A中的CH3Cl和C中的CHCl3只代表一种物质是毫无疑问的，由于CH4不论是正四面体，还是平面正方形结构，其一氯代物CH3Cl和三氯代物CHCl3都只有一种：光CH3Cl（或CHCl3）CHCl3（或CH3Cl）A、C二项不足以成为CH4是正四面体结构的理由，不可选。生2：不论CCl4是平面正方形结构，还是正四面体，D中CCl4确实是非极性分子，D项也不能成为CH4是正四面体结构的理由，所以不可选。问题出在B中CH2Cl2只代表一种物质上，好象理由不很充分啊？生3：可以考虑用反证法，若CH4分子的结构是正方形，则CH2Cl2的结构有以下两种可能：二者是不是同一种物质呢？答案是否定的。理由有二：①二者不能完全重合在一起；②前者是非极性分子，而后者是极性分子。可见CH2Cl2不是平面结构，因而是四面体结构，故推知CH4分子为正四面体结构；B项可选。答案：B师：可见，灵活多变的思考方法，结合图形解析，对解题很有帮助。【例题剖析】【例2】氯仿可作局部麻醉剂，常因保存不慎而被空气氧化，产生剧毒气体——光气（COCl2）：2CHCl3＋O22COCl2＋2HCl（1）上列反应_________________。（填选项符号，下同）A．属于取代反应B．不属于取代反应（2）为防止事故发生，在使用前检验氯仿是否