0 0 类别 : 教案

甲烷 一、素质教育目标 （一）知识教学点 1．甲烷的分子组成、分子结构。 2．确定甲烷分子组成和结构的实验方法。 3．甲烷的物理性质、基本化学性质（化学稳定性，燃烧反应，与氯气发生 的取代反应等）。 4．甲烷的实验室制法（原理、装置、操作、注意事项）。 5．取代反应。 6．自然界中甲烷的形成，甲烷的俗名。甲烷于人类生产和生活的意义。 （二）能力训练点 1．逻辑推理方法的培养 首先，甲烷分子组成的教学过程是进行逻辑思维能力培养的重要素材： 其次，甲烷的“性质-结构-用途”的教学也是培养逻辑思维能力的素材。 2．比较思维能力和比较思维方法的培养 一是甲烷的实验室制法实验与实验室制氧气、氨气实验的比较；二是取代反 应和无机化学中置换反应的比较。教学过程中要引导学生进行充分讨论。 3．空间想象能力的培养 有机分子的空间构型是有机化学研究的重要方面。教学中应注意引导学生对 甲烷分子的空间正四面体结构进行想象。甚至还可以引导学生想象一氯甲烷、二 氯甲烷分子的空间构型。这里就有一个直观教具的使用与培养想象力的矛盾，教 学中要注意解决这个矛盾，不可顾此失彼。 （三）德育渗透点 1．有机化学学习方法和有机物质学习模式的养成 与无机化学中元素化学知识的学习方法和模式相似，有机化学知识也有其 较为科学的学习方法和模式。如：化学键型与物质性质特点的联系；结构决 定 性质，性质决定用途，性质影响制法等知识。这些在本节教学中都有涉及， 教学中应注意发挥知识点的载体作用。 2．有机物研究方法的教学 “甲烷分子组成和结构的测定”的方法、步骤是实验室研究一般有机物的基本 模式。是对学生进行化学科学方法教育的良好素材。 3．化学与生活关系的教育 有机化学学习兴趣和学习动机的培养。 首先，关于甲烷的形成、在自然界中的存在、重要用途、与我们日常生活的重 要联系等方面的知识，是使学生对本节知识发生兴趣的重要源泉。教学中必须重 视这些看似并不重要（道理简单、考试一般不考）的知识的教学。 更主要的是利用“甲烷分子组成和结构的研究过程”这一程序性知识本身对 学生的启发作用，培养学生对化学研究的内在兴趣。 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； （3）甲烷的实验室制法； （4）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。 3．疑点 水对实验室制甲烷的影响机理。 （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。 有机物分子式的确定，一般是先通过元素定量分析确定各元素的质量比， 进而计算出其实验式（最简式）；再利用各种方法（如测定相对密度法）测定 其相对分子质量，从而求出其分子组成。对于大多数有机物来说，可以通过燃烧 法测定其实验式。教学中要注意做好、用好甲烷燃烧及其燃烧产物（H2O，CO2） 检验的实验。 但课堂上不宜让学生做过多的关于分子组成测定的练习题，以免冲淡重点 知识的教学。 （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。建议将混合后 所得的两瓶混合气体向学生交代后，将其中的一瓶放置于暗处用于对比，一段 时间后将两瓶气体并列放在一起，后边衬一白纸让学生观察。可在分析写出反应 的化学方程式之后，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。 （3）甲烷的实验室制取实验要把握住实验成功的关键——所用碱石灰和醋 酸钠必须是无水的。通过这个实验要完成如下教学任务： ①引导学生通过实验的现象（混合物在受热时变黑色）认识有机反应的复 杂性，告诉学生有机反应的化学方程式与无机反应化学方程式的书写要求不同； 同时要求学生记住此反应的化学方程式。也可以简单地向学生介绍反应的机理。 ②通过反应物状态、反应条件的对比、联想，引导学生认识实验装置的特点。 并能和实验室制取氧气、氨气的装置加以对比，加深知识的记忆。 ③要引导学生理解实验中石灰的作用（一般认为有三方面的作用：a．吸收 水份的作用；b．使反应混合物呈疏松状，有利于气体的排出；c．减少氢氧化 钠与试管内壁的接触，防止高温下氢氧化钠腐蚀试管）。 （4）不可忽视点燃甲烷前的验纯、以及甲烷的存在和用途的教学。这些是对 学生进行情感培养不可多得的重要素材。 三、课时安排 四、教具准备 第一课时：甲烷的分子结构模型（球棍模型和比例模型）； 第二课时：实验室制取甲烷的仪器和药品。 五、学生活动设计 1．在得出甲烷的分子组成为 CH4之后，应让学生根据碳原子的价电子数推 测甲烷的结构特征，并进一步就甲烷是平面正方形结构还是空间正四面体结构 展开讨论，提出解决这一问题的方案。 2．学习了有机物研究的一般过程之后，应设计有针对性的练习题让学生当 堂完成，以巩固学生对这种研究模式的认识。 3．甲烷的实验室制法演示实验可由学生上台演示，或由学生帮助教师实验。 4．甲烷的制取、甲烷与氯气发生取代反应、甲烷燃烧等反应的化学方程式， 都是技能性知识，要经过反复书写练习才能达到熟练，必须当堂有计划地组织 学生书写 2～3遍。 六、教学步骤 　 第一课时 　 （一）明确目标 1．知道甲烷在自然界中的存在； 2．掌握甲烷的分子组成和结构； 3．通过对甲烷的组成和结构的理论研究，了解研究有机物的一般程序和方 法。 （二）整体感知 教师导入课题后，可提出如下问题组织学生整体阅读教材前半部分（甲烷 的存在，甲烷的组成、结构及其确定过程）。使学生对甲烷和研究有机物的一般 程序、方法等问题有一定的整体印象。 1．甲烷的分子组成和结构是怎样的？ 2．自然界中有没有甲烷存在？在哪些地方能找到甲烷？ 3．甲烷的分子组成和结构是怎样确定的？ （三）重点、难点的学习及目标完成过程 1．将下列自学提纲印发给学生，组织学生阅读教材前半部分，填写提纲。 烃——碳氢化合物。“烃（Ting）”字无论从字形还是字音上，都是由“碳 （Tan）”和“氢（Qing）”字组成的。 一、甲烷的存在和物理性质 1．甲烷在自然界中的存在 因为_______中经常有甲烷气体逸出，所以甲烷又叫坑气；甲烷易产生于池 沼的底部，因此甲烷也叫_______；天然气中约含有_______的甲烷。 【思考】为什么煤矿坑道中要严禁烟火？ 2．甲烷的基本物理性质 甲烷是_______色、________味的气体，_______溶于水。标准状况下的密度 约为_________。 2．教师组织学生集体讨论甲烷分子组成和结构的确定过程 （1）教师提出问题，学生阅读教材并思考、总结 【思考】历史上人们是怎样知道甲烷的分子式为 CH4的？ ——方法有多种： 方法一：先根据甲烷气体在标准状况下的密度计算出其分子量为 16，根据 甲烷燃烧时能生成二氧化碳和水，知其分子中至少含有碳元素和氢元素，因为 分子量为 16，则碳原子数只能为 1，氢原子数为 4。 方法二：先根据一定质量的甲烷燃烧反应所得二氧化碳和水的质量，计算 出甲烷中碳和氢的质量分数分别为 75％和 25％，进一步得出碳、氢原子数之比 为 1∶4（即甲烷的实验式为 CH4），再据标准状况下甲烷的密度确定其分子量 为 16，（CH4）n＝16，得 n＝1，即甲烷的分子式为 CH4。 【思考】（1）历史上，科学家们在测定了甲烷分子组成为 CH4后，对甲烷 的分子结构曾提出了两种猜想： 为解决甲烷分子的空间结构问题，科学家们提出：通过研究二氯甲烷是否 存在同分异构体确定。请思考，这一提案的依据是什么？ ——若甲烷分子呈正四面体型，则其二氯代物只可能有一种： 而若甲烷分子呈平面正四边形，则其二氯代物可以有两种： 所以，只要看一下甲烷的二氯代物的种数，即可判断甲烷分子的空间构型。 （2）学生小结：甲烷的分子组成和结构 二、甲烷分子结构的确定 分子组成________，结构呈_______型，碳原子位于_______，四个氢原子 位于___________，键角_______。结构式______；电子式_______。 3．学生巩固练习 ①某有机物在标准状况下的密度为 1.25g/L，实验测得此有机物分子中碳和 氢的质量比为 6∶1，求此有机物的分子式。 ②某有机物燃烧时只产生 CO2和H2O，实验测得 4.6g该物质完全燃烧后可 得 CO2 8.8g，H2O 5.4g，求此有机物的分子式。 （四）总结、扩展、答疑 1．烃的概念及其应用； 2．甲烷的存在； 3．甲烷分子式和结构的确定过程——有机化合物研究的一般方法。 （五）布置作业 1．某烃在 120℃时呈气态，120℃时 1体积该烃充分燃烧后，生成 5体积 CO2和 5体积水蒸气，则此烃的分子式为______，写出它燃烧的化学方程式___ _____ 2．已知某气态烃分子中的碳原子数恰好是氢原子数的一半，1体积该烃完 全燃烧时，耗O2 6体积，则可据此确定该烃的分子式为_________。 3．试用你学过的几何知识证明：甲烷分子中的键角为 109°28′。 　 第二课时 　 （一）明确目标 1．全面掌握甲烷的实验室制法（原理、装置、操作注意事项等）； 2．了解甲烷分子的稳定性；掌握甲烷的化学性质； 3．初步掌握取代反应的概念；能够辨析取代反应和置换反应。 （二）重点、难点的学习及目标完成过程 1．教师边演示甲烷的制取和有关性质、边启发、讲解。 三、甲烷的实验室制法 原理： 装置：固-固混合加热制气装置 【思考】（1）固-固加热制气装置有何特点？（1）固-固加热制气装置有何 特点？ ——这个装置的突出特点是大试管的管口要略低于管底。这样可防止加热时 管口处凝结的水倒流至管底，致使试管炸裂。 （2）在我们学过的气体中，还有哪些可以用此装置制取？ ——还有氧气、氨气。 收集方法：根据甲烷的性质（密度、水溶性等）知，可以用_____法或_____ _法。 【注意】（1）此实验所用药品应是干燥的，不能用晶体醋酸钠代替无水醋酸 钠。这与反应的机理有关。由上述反应方程式可知，醋酸钠与氢氧化钠的反应是 一个脱羧反应，要求反应过程中断裂醋酸钠中的碳碳共价键和氢氧化钠中的氧 氢共价键。而当有水介入此反应时，醋酸钠和氢氧化钠都将发生电离，加热时二 者断键的方式都将发生复杂的变化，得不到碳酸钠和甲烷气体。实际情况是，一 旦有水介入，则无论如何加热，都难以得到甲烷气体。 （2）氧化钙在此反应中的作用有三：一是吸水，二是使反应混合物呈疏松 状，有利于气体的逸出，三是可以减少固体NaOH与试管壁的接触面，防止其 在高温下腐蚀玻璃。 （3）此反应要求温度较低，若温度过高容易发生副反应生成丙酮。 将所得甲烷气体分别通入溴水、酸性高锰酸钾溶液，点燃（分别用干燥小烧 杯和内壁涂有石灰水的烧杯检验燃烧产物），最后收集一瓶甲烷和事先准备的 氯气充分混合后，演示甲烷的氯代实验：将一瓶混合气体置于光亮处，另一瓶 用黑纸包裹后置于黑暗处，10分钟后将二者对比观察。 2．学生独立小结甲烷的化学性质 四、甲烷的化学性质 1．稳定性：________（填“稳定”或“不稳定”） 具体表现： ①与溴水作用情况_________ ②与酸性KMnO4溶液作用情况_______ 2．取代反应 与氯气反应的条件__________ 反应方程式为_______，_______，_______，______________ 取代反应的概念：______________， 【思考】取代反应与置换反应有何区别？ ——取代反应是有机化学反应的一种，它可能属于置换反应，也可能不符 合置换反应的定义。甲烷的氯代反应属于取代反应而不属于置换反应。 3．可燃性 ④燃烧反应方程式：_____________ 【思考】（1）哪些实验事实说明，甲烷中含有氢元素？碳元素？ （2）煤油、蜡烛等的主要成分都是烃类物质，请你在课外通过简单的实验 证明它们中含有氢元素和碳元素。 （3）甲烷的燃烧实验现象能否说明甲烷分子中不含有氧元素？ 4．受热分解_______________ 3．学生阅读教材，讨论、填写甲烷的用途 五、甲烷的用途 1．燃料——天然气的主要成分是甲烷，可直接用来作燃料。 2．化工原料——①甲烷高温分解可得炭黑，用作颜料、油墨、油漆以及橡胶 的添加剂等；②甲烷氯代可以制得一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷（氯仿）、四氯 甲烷（四氯化碳）等重要的化工产品。 （四）总结、扩展、答疑 组织学生简要小结本课时所学知识要点：甲烷的实验室制法、取代反应。 （五）布置作业 1．整理关于甲烷的实验室制法的有关知识 2．完成教材上的练习题 七、板书设计 [第一课时] 烃（Ting）——碳（Tan）、氢（Qing）化合物 　 第二节　 甲烷 　 一、甲烷在自然界中的存在和物理性质 1．沼气、坑气，天然气的主要成分。 2．物理性质：_______色______味______体，溶于水，标准状况下密度___ _________。 二、分子组成和结构 [第二课时] 三、甲烷的实验室制法 1．原理__________________ 氧化钙的作用：①_______，②________，③_______。 2．装置___________（CH4、NH3、O2） 3．操作 四、甲烷的化学性质 1．稳定性 2．燃烧：反应方程式____________________ 3．取代反应：定义________________ 甲烷氯代的方程式_______________________ ____________。 4．受热分解：方程式_________________ 五、甲烷的用途 ①燃料，②化工原料。 八、参考资料 （一）沼气 甲烷的俗名之一叫“沼气”，这是因为沉积于池沼底部的植物残体在厌氧菌 的作用下产生的气体的主要成份是甲烷。 根据这一原理，人们发明了用发酵法获得沼气的沼气池。沼气池用的原料是 人畜的粪便、杂草和垃圾等，而产生的沼气可以用来烧水、蒸饭、点灯、发电等， 从而节约石油、煤炭和其它燃料，将沼气净化后得到的甲烷也可用作制取 CCl4 和碳黑的化工原料；粪便、杂草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，改变了卫生条件，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。 因此，沼气对于解决我国的能源问题，改善农村的环境卫生，提高肥料质 量等方面都有重要的意义。 （二）有机物分子式的确定方法 有机物分子式的确定，一般是先通过元素定量分析确定各元素的质量比， 进而计算出其实验式（最简式）；再利用各种方法测定其相对分子质量，从而 求出其分子组成。 燃烧法是测定碳、氢元素含量的较为重要的方法之一：即取一定质量的试样 于氧气流中充分灼烧，分别收集燃烧所得的二氧化碳和水蒸气，并测定他们的 质量。 1．根据测得的H2O、CO2的质量，可以求出碳和氢的质量分数 m（H）＝m（H2O）/9　 m（H）％＝m（H）/m（样品）×100％ m（C）＝3m（CO2）/11　 m（C）％＝m（C）/m（样品）×100％ 如果碳和氢的质量分数之和不等于或不接近 100％，并且在元素定性分析 中又没有发现其它元素，则质量分数的差值应为氧元素的质量分数。 2．根据元素的质量分数可以求出样品的实验式。例如：实验测得某有机物 中含碳 75％，含氢 25％。则分子中碳、氢原子数之比为： 因此，此化合物的实验式为 CH4。 3．测定样品的相对分子质量。测定相对分子质量的方法很多，一是由气体 在标准状况下的密度求相对分子质量： M＝d（标准状况）×22.4 二是由气体的相对密度求相对分子质量：同温同压下，1LA气体的质量为 mA，1LB气体的质量为mB，则A对 B的相对密度为： d（A对 B）＝mA/mB 样品A的相对分子质量为： M（A）＝D（A对 B）×M（B） 例如：上述样品在某温度下对氢气的相对密度为 8，则此样品的相对分子 质量为： M（样品）＝8×M（H2）＝8×2＝16 4．由实验式和相对分子质量求分子式。 因为　　　 分子式=（实验式）n 即： 　　　　　　　 实验式的式量×n＝相对分子质量　　　　　　 例如：对上 述样品，有： 16×n＝16　　　　　　　　 n＝1 则样品的分子式为：CH4。 （三）参考题 1．甲烷和 Cl2的混合气体在强光照射时会发生爆炸，生成碳黑和HCl，写 出此反应的化学方程式_______，判断此反应是否取代反应。 甲烷受热分解的温度不同时产物也不同，将 2体积甲烷在 1500℃时加热可 得 1体积某烃和 3体积H2，则此分解反应的化学方程式为___________________ ____。 2．从甲烷的制取和性质实验中的哪些现象可以看出，有机反应经常伴随着 副反应？________________。