最简单的有机化合物

最简单的有机化合物——甲烷（第一课时）

江苏省泰州市第二中学倪明

一、教学目标

（一）知识与技能

1.掌握甲烷的结构和性质。

2.了解甲烷的存在和用途。

（二）过程与方法

1.通过实践活动、探究实验和多媒体动画等教学活动，归纳出甲烷的结构特点和化学反应规律，进一步培养学生的空间想象能力与探索推理能力。

2.通过讨论、小组合作等组织形式，进一步训练类比和建模的科学思维方法。

（三）情感态度与价值观

、

1.使学生初步掌握研究物质的方法──结构分析、推测性质、设计实验、观察现象、分析现象、得出结论。激发学生学习化学的兴趣，探索新知识的愿望。

2.通过生产、生活中有机化合物的学习，认识有机化合物的重要性，体会学习有机化合物的重要意义。

二、教学重点

甲烷的结构和化学性质。

三、教学难点

甲烷的取代反应。

四、教材分析

对于甲烷，在初中化学中已经介绍了甲烷的燃烧反应和一些主要的用途。在此基础上，本节的教学内容将进一步介绍甲烷的分子结构，主要的化学性质（氧化反应、取代反应等）。教材在介绍这些知识时，非常注重与学生已有知识的联系，采取各种不同的方式引导学生积极地思维，帮助学生理解。因此，在设计本节教学时，要在学生初中化学知识的基础上体现认识的渐进性发展的原则，在学生已有的一些有关物质结构概念的基础上，紧紧抓住结构和性质的关系，让学生在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。本节分两课时，第一课时的教学流程如下图所示。

五、教学过程

:

【新闻导课】播放2006年我国某地煤矿发生瓦斯爆炸事故的新闻报道视频，留下悬念。

【投影】展示常见有机化合物的精美图片，供学生欣赏。

【引言】刚才同学们从图片中看到了：燃料中的汽油、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、蛋白质等都是有机物。有机化合物与人类生活有密切的关系，在衣、食、住、行、医疗、能源、材料、科学技术及工农业生产领域中都起着重要的作用。从今天开始，我们将系统学习有机化合物的相关知识。

师：请大家看书思考有机物的组成元素有哪些

生：除碳外，常有氢、氧，还含有硫、卤素和磷等。

师：仅含有碳和氢两种元素的有机物称为碳氢化合物，也称为烃。

（动画：由“碳”“氢”两个字的底部的一部分组成“烃”。）

我们首先来学习最简单的烃──甲烷。

【板书】一、甲烷的组成和结构

【问题1】

—

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：

【问题2】

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3】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：甲烷是天然气的主要成分，天然气中甲烷所占的体积分数一般为80%～97%。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”，甲烷还是沼气、石油气和煤矿坑道产生的气体（坑道气或瓦斯）的主要成分。

【问题4】

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。

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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

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。

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【投影】

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。

【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：没有光照的试管无变化；光照后的试管壁上出现油滴，试管内的液面上升，气体颜色略变浅。

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。）

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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：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。

（学生思考、讨论后填写取代反应、置换反应、复分解反应的比较表。如下表所示）

【板书】4.甲烷的主要用途

【投影】甲烷易燃烧，完全燃烧生成二氧化碳和水放出大量的热能，因此甲烷可用作燃料。天然气是一种高效、低耗、污染小的清洁能源。为了改善我国东部的能源结构，已经启动的“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。除此以外，甲烷还可以用作化工原料。

【投影】

（知识拓展：沼气的制取和利用）

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把秸秆、杂草、树叶、人类粪便等废弃物质放在密闭的沼气池中发酵，几天后就会有大量的甲烷生成。而产生的沼气可以用来烧水、煮饭、点灯、发电等，从而节约石油、煤炭和其他燃料。沼气净化后得到的甲烷也可用作制取四氯化碳和炭黑的化工原料。杂草、树叶、粪便和垃圾等经过沼气池发酵后，大部分寄生虫卵和病菌被杀死，改善了卫生条件，防止了疾病的发生。粪便等在发酵过程中，其中的蛋白质分解为氨，由于密闭的关系，氨不能逸出而留在液体中转变为铵态氮肥，从而提高了肥效。

沼气的应用对于解决农村燃料问题，改善农村的环境卫生，提高肥料的质量，提高农村的生活水平和生活质量，以及发展农业生产等方面都有明显的效益和重要意义。

【课堂小结】本节课我们开始了对有机物的学习，认识到甲烷的正四面体结构和它的几个重要化学反应，如：氧化反应、取代反应。学习中要重点对甲烷和氯气的取代反应加以理解，更要树立结构和性质紧密相关的观点。

六、布置作业

1.教材“习题”第1、2、3题。

2.上网查阅资料并进一步了解“西气东输”的有关知识。

七、板书设计

一、甲烷的组成和结构

甲烷的分子式：CH4

甲烷的电子式：

】

甲烷的结构式：

二、甲烷的性质

1.甲烷的物理性质。

2.甲烷的存在。

3.甲烷的化学性质。

（1）甲烷的氧化反应。

（2）甲烷的取代反应。

4.甲烷的主要用途。

八、教后反思

课前布置学生用硬纸板制作甲烷的模型（教材中的“实践活动”），调动了学生的学习积极性；课上以新闻（我国某地煤矿发生瓦斯爆炸事故）导课，引发学生思考和造成悬念，使学生能饶有兴趣地主动获取知识；在引出“烃”时，利用动画（由“碳”“氢”两个字的底部的一部分组成“烃”）给学生留下了深刻的印象，在以后的学习过程中学生再也不会忘记“烃”是仅由“碳”和“氢”两种元素组成的有机化合物；研究甲烷结构时，学生之间相互讨论，相互评价课前学生制作的甲烷模型，课堂气氛轻松活泼，学习效果较好；当学习到甲烷的性质──氧化反应时，及时解释了新闻报道中煤矿的矿井发生瓦斯爆炸的原因，前呼后应。后来又介绍甲烷的主要用途（“西气东输”、沼气的制取和利用等），使学生感到有机化学就在他们的实际生活中，体会到学习有机化学的重要意义。从课堂上反馈的信息可知，学生对取代反应和初中学过的置换反应、复分解反应概念模糊不清，须课后通过练习强化。