1、 1 甲烷教学设计甲烷教学设计 1. 教材分析 人教版化学必修 2 第三章“有机化合物”是学生在高中阶段第一次接触有机物及其结构和性质。甲烷是 最简单的有机化合物，本节课内容将帮助学生学习甲烷的结构和性质。 2. 教学目标 知识与技能： （1）了解甲烷的物理性质，了解甲烷的结构特点 （2）认识取代反应、氧化反应 （3）能正确书写甲烷与 Cl2反应的化学方程式 过程与方法 （1）通过动手制作甲烷可能的空间构型（球棍模型） ，推导甲烷的空间结构；通过数据计算甲烷分子 组成，结构特点，分析讨论等学习过程，体会模型法、归纳法等科学方法在化学学习和研究中 的应用 （2）通过学习甲烷的取代反应，了解取代反
2、应的条件和实质 情感态度与价值观 通过对甲烷性质的学习，对分子结构的探究，丰富科学体验，提高学习兴趣，增强学号有机化学 的信念。 3. 教学过程 【引入【引入教师】教师】同学们好，很高兴来到六中和大家一起学习，同学们好，很高兴来到六中和大家一起学习，我们武汉的经济是比较发 达的，在 2013 年全国地级市的 GDP 排名中，武汉排名第九，其总收入仅次于上海、 广州、北京等地。但武汉却是一个能源匮乏的城市，在发展经济的同时，能源的短缺 是一个巨大的瓶颈， 请大家想一想，怎么来解决这个问题呢？ 【学生】西气东输【学生】西气东输 【投影】西气东输 【教师设问】为了改善东部的能源结构，我国启动了“西气
3、东输”工程，国家的这个战略确实让武汉这 个城市受益很大。 【投影教师】我把这种受益概况为这样几句话： 引得西气入江城引得西气入江城 能源变革天地新能源变革天地新 多元格局兴低碳多元格局兴低碳 清洁福气惠民生清洁福气惠民生 【过渡教师】 （教师指着“引得引得西气西气入江城入江城” ） ，同学们，你们知道这“气”是指什么吗？ 【解释学生】天然气 【追问教师】那么它的主要成分是什么呢？ 【解释学生】是甲烷 【追问教师】其实，煤矿中的瓦斯、池塘中的沼气，它们的主要成分也是甲烷 【展示 教师】 （展示甲烷）这就是一瓶甲烷，你们对甲烷有多少了解呢？ 2 【学生】 （教师高高举起甲烷的集气瓶）无色，再让学生
4、闻气味（一个学生对着全班同学，展示闻气味 方法）无味， 老师是用排水法来收集甲烷的，这说明甲烷在水中的溶解度很（小） 补充：极难溶于水、而且密度比空气小 【学生】无色、无味、极难溶于水、密度比空气的密度小【学生】无色、无味、极难溶于水、密度比空气的密度小 可以燃烧等可以燃烧等 【过渡过渡】我们现在对甲烷是很熟悉，但是大家知道吗，我们现在对甲烷是很熟悉，但是大家知道吗，在历史上，人们认识和在历史上，人们认识和 研究甲烷研究甲烷，大约经历了，大约经历了 5000 年的历史（稍停顿，后投影）年的历史（稍停顿，后投影） 【投影教师】 早在 3000 年前易经中就有发现甲烷的记载，有“泽中有火”之说。
5、1776 年 英国化学家、物理学家道尔顿收集了甲烷，并进行研究 1790 年 英国医生奥斯汀 （ting） 发表了燃烧甲烷的报告， 并最终确定甲烷是碳和氢的化合物， 由于甲烷只由碳氢两种元素组成、分子内只含有一个碳原子，所以，甲烷也是最简单的有机 化合物。 【板书】最简单的有机化合物 甲烷（CH4） 【追问【追问教师】教师】刚才大家提到了，甲烷是可以燃刚才大家提到了，甲烷是可以燃烧的烧的 【过渡教师】接下来，我请大家看一个实验（装置介绍：这是一个这是一个茶叶罐茶叶罐，上下各有一个孔上下各有一个孔。从下孔给从下孔给 它充气，它充气， （让学生来配合）（让学生来配合） 点燃点燃气体气体， ，请大家
6、注意观察请大家注意观察。 【实验现象】燃烧 爆炸 【实验中的讲述】你们看到了什么现象 【学生】可以看到先燃烧，火焰呈现淡蓝色， （如果学生答黄色，要说明可能含有其他因素对实验干扰了） 【追问追问教师教师】为什么为什么先燃烧后发生爆炸先燃烧后发生爆炸？（让学生（让学生相互讨论一下，相互讨论一下，后后 请一位学生来回答请一位学生来回答） 【学生】混有空气、不纯 【教师】不管是燃烧还是爆炸，其实就是甲烷与氧气发生了反应 【板书【板书教师】教师】CH4 + 2O2 （点燃）（点燃）CO2 + 2H2O（强调在有机反应中，中间的（强调在有机反应中，中间的 符号要用符号要用“”） 其实，甲烷在燃烧的同时空
7、气也在不断进入，导致甲烷和空气的混合比例发生变化，最终达到爆炸 极限 【教师】那么，空气中甲烷的含量在多少时候就会爆炸呢？ （停顿）请大家阅读 P61 页的资料卡片来了解他。 【教师】5%15.4% 【追问【追问教师】教师】你们听说过瓦斯爆炸吗你们听说过瓦斯爆炸吗？（停顿）怎么来预防瓦斯爆炸呢？（停顿）怎么来预防瓦斯爆炸呢？ 【学生】通风、严禁烟火、当然也可以使用仪器来检测它的含量。 【教师】所以，在使用可燃气体时，必须要 3 【学生强调】检验纯度。 【设问教师】 （指着反应）甲烷与氧气反应，其实就是发生了氧化还原反应，甲烷被氧气氧化，因此它发 生了（氧化反应） ， 【板书板书】氧化反应】氧化
8、反应 【追问教师】既然甲烷可以被氧气氧化，那么它还能不能被其他氧化剂氧化呢？（停顿）（停顿） 我们知道我们知道酸性酸性高锰酸钾是一种常用的强氧化剂，高锰酸钾是一种常用的强氧化剂，它是否可以氧化甲烷呢它是否可以氧化甲烷呢？ 【教师】我们通过实验来看一看 【实验】甲烷通入到酸性高锰酸钾溶液中（对比实验） 【教师】走下讲台，大家来看，这 2 支试管中溶液的颜色有区别吗？ 【学生】没有 【教师】这也说明甲烷与高锰酸钾是（不反应的） 【板书教师】事实上甲烷在通常情况下的性质确实非常稳定，与高锰酸钾等强氧化剂、强酸、强碱等都不 会发生反应 【追问【追问教师】教师】同学们，同学们，到底是到底是什么因素什么因
9、素导致了甲烷的性质这么稳定呢导致了甲烷的性质这么稳定呢？（板书板书 性质性质 停顿）停顿） （准备提示：物质的性质由什么决定？）（准备提示：物质的性质由什么决定？） 【学生】结构结构 【教师】结构【教师】结构决定性质决定性质 【过渡教师】接下来，我们就一起来研究甲烷的结构 【板书】结构 请大家首先写出甲烷的电子式和结构式？ 讲解：用短线来表示一对共用电子对的图式叫做结构式 【过渡 解释】甲烷分子中的 C 原子通过四个单键分别和四个 H 原子相连。 那么这 5 个原子在空间又是如何分布的呢？（动作辅助） 【过渡 投影】其实，早在 1874 年，荷兰物理化学家范霍夫他也提出了这个想法 【投影教师】
10、话说有一天，范霍夫在大学的图书馆里阅读论文的时候，他偶然产生了一个想法“甲烷的结 构到底是怎样的呢？”。 【过渡】同学们，假如你是范霍夫，你能想出几种（慢慢说）甲烷的结构呢？（停顿） 在这里我给大家准备了一些材料，小番茄表示碳原子；毛豆表示氢原子；一根牙签表示一 对共用电子对， 2 位同学一个小组，请把你想到的所有所有结构，动手搭建出来！ 【投影教师】请同学们用实物搭建甲烷可能的空间结构， 小番茄表示碳原子； 毛豆表示氢原子 一根牙签表示一对共用电子对，搭建出 CH4可能的空间结构。 （介绍、巡视、观察、收集） 4 【展示教师】同学们很聪明，搭了很多结构（收集 展示学生模型） ，那么，到底哪种
11、结构是最合理的呢？ 【引导教师】当时的范霍夫也碰到了相同的问题，他走出图书馆，具有广博数学和物理学知识的范霍夫突 然想起，在自然界中一切稳定的结构都趋向于最小能量状态。在这种情况下，只有当 H 原 子均匀的分布在碳原子周围的空间时才能达到。 【教师 学生活动】请你们看一看，你们搭建的结构是均匀分布的吗？如果不均匀，请修正你的结构。 【学生】修正结构 【设问】大家有两种想法很集中， （展示）一种是这样的、另外一种是这样的，那到底哪一种分布更加均 匀呢？（停顿，这里有可能学生会回答是正四面体） 【教师解释】 好， 我们从氢碳氢它们的夹角来分析， 平面正方形中，平面正方形中， HCH 的夹角有的夹角
12、有 90 和和 180 两种；两种； 正四面体正四面体中，每个中，每个HCH 的夹角都相等，只有一种。哪个更均匀？的夹角都相等，只有一种。哪个更均匀？（正四面体的结构）（正四面体的结构） 【学生】这种，正四面体 【投影】范霍夫猛然领悟，正四面体！这才是甲烷分子最恰当的空间排列方式！范霍夫猛然领悟，正四面体！这才是甲烷分子最恰当的空间排列方式！ 【教师】这种形状（展示学生的模型）到底是怎样的一种结构呢？ 【教师】如果我这张纸条（展示）按照虚线折叠起来后，它就是正四面体！ （如果学生答三棱锥， 教师就说，它是三棱锥里最特殊的一种构型，叫做正四面体） 【设问】那氢原子在哪里呢？ 【学生】四面体的顶点
13、 【设问】碳原子呢？ 【学生】中心 【板书】空间结构：正四面体 【解释教师】同学们，如果早在同学们，如果早在 1874 年大家有这种空间结构研究成果的话，你就可能年大家有这种空间结构研究成果的话，你就可能 是诺贝尔化学奖的第一人是诺贝尔化学奖的第一人“范霍夫范霍夫” 【投影】分子的空间立体结构的假说的创立者 毕生从事有机立体化学与物理化学的研究，世界上第一个诺贝尔化学奖的获得者。 【总结强调】正是由于甲烷有这样的结构和稳定的 C-H 键，它的性质才很稳定。 【展示】展示甲烷的球棍模型和比例模型【展示】展示甲烷的球棍模型和比例模型 【介绍】这种结构叫做甲烷的球棍模型，它能表示分子内各原在空间的相
14、对位置 这种结构叫做甲烷的比例模型，它能表示分子内各原子的相对大小和在空间的相对位置 【教师【教师展示展示 活动活动】我们继续来观察甲烷的模型，我们继续来观察甲烷的模型，如果我把甲烷中的如果我把甲烷中的 3 个个 H 原原 子分别用子分别用 2 个个 Cl 原子和原子和 1 个个 F 原子来代替，原子来代替，你们知道这是什么东西吗？你们知道这是什么东西吗？（要有（要有 换的动作） ，这是一个宝贝呀！换的动作） ，这是一个宝贝呀！ 【解释投影】1930 年美国杜邦公司的米奇利利用甲烷发明了它，于是全世界几乎所有的冰箱、空调等都 用上了它。现在，知道它是什么了吗？ 【解释学生】CHFCl2（二氯一
15、氟甲烷）是氟利昂的主要成分之一，它的安全性和制冷效果比起其它制冷 5 剂更为卓越！ 【过渡过渡教师】当时教师】当时杜邦公司杜邦公司也也凭借这项发明创造出凭借这项发明创造出了了巨大的巨大的利润利润，但是但是该该公司公司对其合成原理对其合成原理 进行了严格的保密，进行了严格的保密，这这也就成为了当时最大的机密也就成为了当时最大的机密之一之一！ （停顿）！ （停顿）那么那么，今天今天 （停顿）（停顿） 你们你们有没有兴趣有没有兴趣 来来破解这个机密呢？破解这个机密呢？（有激情的设问）（有激情的设问） 【学生】有！ （学生也很有激情） 【解释教师】为了破解这个机密，我们先通过一个实验来熟悉甲烷的另外一
16、个性质 【实验教师 投影】1、仪器 100mL 量筒，80mL 氯气、20mL 甲烷，烧杯中的溶液是饱和食盐水、光照 2、请同学们仔细观察实验现象，并加以描述 3、空白时间预留方案：为什么收集氯气时候要用饱和食盐水？； 光照前，为什么先通氯气后通甲烷？ 同学们，有的反应进行的很快（学生回答） ，比如在无机反应中 的酸碱中和反应、离子反应等，大家再来看这个反应，它快吗？（学生，不快） ，这也就告诉大家，大多 数的有机反应进行的是比较缓慢的，需要大家的耐心等待，仔细观察 反应过程中：描述实验现象： 1.液面上升，先慢后快。说明：反应前后气体体积减小 可能生成了溶于水 的气体 【教师】现在，我请 2
17、 位同学上讲台来观察这个实验，来看看还有哪些现象？ 2.内壁和液面出现油状液滴：说明有不溶于盐水的物质生成 3.气体颜色变浅（对比或者是无色了） ，说明 Cl2 消耗了，与甲烷发生了反应 【过渡】那么到底是怎样进行反应呢？为了帮助大家理解，我们通过动画来模拟一下它的反应过程 【设问】【设问】看了这段模拟过程，你们认为甲烷和氯气是怎么反应的？看了这段模拟过程，你们认为甲烷和氯气是怎么反应的？ 【学生】回答 【解释板书】我们用结构式来表示这个反应，在光照条件下，氯气分子中的 Cl-Cl 键断裂，然后氯原子 进攻了甲烷分子中的氢原子，导致一条 C-H 断裂，Cl 原子就和 C 原子通过单键结合，脱下
18、来的 H 原子就和另外一个氯原子结合生成氯化氢，最终氯原子替代了甲烷分子中的氢原最终氯原子替代了甲烷分子中的氢原 子，子，像这样，甲烷中的一个氢原子被氯原子所替代，像这样，甲烷中的一个氢原子被氯原子所替代，这种物质就叫做一氯甲烷。 【板书教师】CH4+Cl2CH3Cl+HCl（用结构式） 6 【解释教师】CH3Cl 中还有 3 个 H 原子，能否继续和氯气反应？其实，反应一旦发生，将连续发生反应 【引导教师】接下来是不是还可以继续和氯气反应，请同学们写出后面的反应（让学生在黑板上写出） 【板书学生】CH3Cl+Cl2CH2Cl2+HCl（用结构式） CH2Cl2+Cl2CHCl3+HCl（用结
19、构式） CHCl3+Cl2CCl4+HCl（用结构式） 【引导教师】 （指着四个反应）请同学们观察一下这些反应发生的时候有怎样的共同特点呢？ 【解释学生】氯气中的氯原子逐步替代了甲烷分子中的氢原子 【板书教师 投影】像这样，有机物分子中的某些原子（或原子团）被另一种原子（或原子团）所替代的 反应叫做取代反应。 【解释【解释教师】教师】接下来，我们一起看一下接下来，我们一起看一下它它的取代产物，的取代产物， （先分（先分析状态再讲用途）析状态再讲用途） 1、一氯甲烷常温下为气态，其余三种都为液态。 2.、 （根据现象的描述，适时讲解）刚才的实验还能看到什么呢？哦，由于它的产物都能溶于水，所以还能
20、 看到有油状液滴存在 3、 、通过二氯甲烷再次论证甲烷的结构 我们刚才讨论了，甲烷的结构是平面正四边形还是正四面体，大 家来看一看，如果是平面正四边形，那么它的二氯取代物有几种？（2 种） ，如果是正四面体，那么它的结 构则只有 1 种，所以，通过二氯甲烷也可以证明甲烷的空间结构为正四面体 【板书】性质 反映结构 3、通过三氯甲烷俗名为氯仿（投影 标注） ，制取氟利昂； 【追问教师】现在你们能否破解氟利昂合成的机密吗？ 【投影】CHCl3CHFCl2 【解释学生】F 原子取代了 CHCl3（氯仿）中的中的氯原子 【教师】在制取的过程中可以选用什么物质和它反应呢？ 【学生】F2 或者 HF 【答
21、疑投影】是的，工业上就是通过 HF 和 CHCl3 来制取二氯一氟甲烷的 CHCl3+HFCHFCl2+HCl。这 个反应它是取代反应吗？ 【学生】是取代反应 【解释教师】 杜邦公司的最高机密我们成功的破解了， 以甲烷为主要原料制造的氟利昂曾极大地造福了人 类，可这个物质却对大气中的臭氧层有破坏作用，为了防止臭氧空洞，国际组织通过了一 项叫蒙特利尔议定书 ，来限制氟利昂的使用，以保护臭氧，我们都要遵守。 【小结【小结教师】同学们，今天我们通过大家的一起努力，了解了甲烷的结构，解教师】同学们，今天我们通过大家的一起努力，了解了甲烷的结构，解 释了甲烷释了甲烷在在通常情况下性质为何这么稳定，通常情
22、况下性质为何这么稳定，而稳定的结构，也反映而稳定的结构，也反映 7 出了甲烷的结构。出了甲烷的结构。 当然在特定条件下当然在特定条件下甲烷甲烷也可以发生一些反应，比如说也可以发生一些反应，比如说取代反应、取代反应、氧化氧化 反应反应 【过渡过渡】确实在工业上就是通过甲烷的取代反应来合成确实在工业上就是通过甲烷的取代反应来合成一些重要的一些重要的化工品，通过它的燃烧化工品，通过它的燃烧来来 作为能源。 （强调）但是你们想过没有为什么把甲烷作为一种作为能源。 （强调）但是你们想过没有为什么把甲烷作为一种高效高效而又而又清洁的清洁的能源能源呢呢？ 【学生】讨论并回答【学生】讨论并回答 【投影】1、提
23、示甲烷燃烧后的产物，提示甲烷燃烧后的产物，点明点明清洁能源清洁能源 2、我让大家先看一组数据 3、含甲烷的资源相对比较丰富、含甲烷的资源相对比较丰富 【教师投影】深藏于陆地冻土和海底的可燃冰，因具有分布广、资源量大和能量密度高等先天优势，可 燃冰的储量足够人类使用 1000 年，因此被人们称之为“未来最佳替代能源”。 【投影】我国初步证实，可能含有可燃冰的区域有南沙、东沙、西沙和冲绳海槽等。因此，在业界流传着 这样一句话：“谁掌握可燃冰的开采技术，谁就可以执掌 21 世纪世界能源之牛耳。” 【真情感言】今天我们一起探讨了甲烷的一些性质和用途，你有哪些收获？ 学生畅所欲言 生 1：我知道了甲烷是一种很有用的物质。 生 3：我多希望能早日用到可燃冰。 生 4：我想知道为什么可燃冰可以放在手中燃烧，手不会被烧坏？ 生 5：为什么可燃冰常压下能放在手上，甲烷不会逃逸吗？ 【过渡 小结】很开心和我们的同学度过了 40 分钟的时间，同时仿佛我们也跨越了 5000 年甲烷的研究史， 一种简单的有机化合物为我们的生产和生活带来了如此巨大的帮助， 【教师】最后，老师把它总结为一首诗来小结我们这节课的内容 【小结】简单甲烷用途广，安全使用记心上。科学探究虽艰辛，合理应用放光芒。
