最简单的有机化合物—甲烷（教案、学案、练案）

第一节 最简单的有机化合物—甲烷（教案、学案、练案）

甘肃省古浪县第三中学白天龙

学习目标:

（一）知识与能力

1.掌握甲烷的结构和主要性质；理解烷烃、同系物、同分异构体、同分异构现象等概念

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；了解常温下常见烷烃的状态；

（二）过程与方法

通过探究了解烷烃与甲烷结构上的相似性和差异性，初步学会学习有机物的方法。

（三）情感态度与价值观

1．体验利用化学实验进行探究问题、分析问题和解决问题的科学方法的全过程，并初步具有科学意识和创新精神；

2．通过对有机物概述的学习，认识有机化学的史实。

学习重点:（1）甲烷的分子结构；（2）甲烷的化学性质，取代反应的概念。

学习难点:甲烷的分子结构与化学性质的关系。

学习用具:自制甲烷的分子结构模型（球棍模型和比例模型）；

第1课时

预习学案:

{衔接复习}：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？

{自主学习}

1.    完成课本实践活动

2.   会写甲烷的化学式CH₄ 、电子式 、结构式 。

3.   阅读本节内容，先看看本节的主要知识：甲烷的物理性质、化学性质、主要用途、取代反应的概念和特征。

课堂探究学案

{课堂探究}

第一节  最简单的有机化合物——甲烷

一、甲烷的组成和结构

【练】1.请画出碳原子和氢原子的结构示意图；

2.根据自学和老师展示的甲烷球棍模型写出甲烷的化学式___________、电子式___________、结构式_____________。（准备好上黑板书写）

 

 

【问题讨论】那么甲烷分子中的原子在空间是如何分布的呢？

【聆听】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′）。

                                       

【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？

二、甲烷的性质

1.甲烷的物理性质（自己归纳）

甲烷是无色无味的气体，密度比空气小，极难溶于水。

2.甲烷的存在。

【阅读】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？

 

【问】从甲烷的结构你能否推测甲烷的化学性质？

【实验探究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？

 

【阅读】P61，回答；甲烷与高锰酸钾不发生反应。通常情况下，甲烷比较稳定，与强酸、强碱和强氧化剂等一般不发生化学反应。

【回答】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。）

 

3.甲烷的化学性质

（1） 甲烷的氧化反应。

【实验探究2】

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 烧杯内壁上有水珠生成。

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CH₄+2O₂ CO₂+2H₂O

② 从燃烧产物可证明甲烷中含有氢元素和氧元素。

回答: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？

【阅读】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，必须先检验甲烷的纯度。

（2）甲烷的取代反应。

【实验3】P61教材中的“科学探究”。（观察发生的现象。）

光照后气体颜色由黄绿色逐渐褪去，量筒内液面上升，量筒壁上出现油滴。

【思考】为什么出现上述现象？

【聆听】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。

【阅读】P62及以下的内容回答：

1.    甲烷与氯气的反应方程式____________________________________________

2.    甲烷分子里的氢原子是被氯原子替代，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。

3.    什么是取代反应呢？

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。

4.CH₄的4种氯的取代产物都难溶于水，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。

【阅读】甲烷的取代反应应注意的问题：

（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。

【先思考后阅读】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、讨论后阅读下表。

反 应 项 目	取代反应	置换反应
物质类别	生成物中不一定有单质	反应物和生成物中一定有单质
反应条件	反应能否进行受温度、光照、催化剂等外界条件影响	有的反应需要一定的条件，有的反应不需外界条件
是否可逆	反应逐步进行，很多反应可逆	反应一般为单方向进行，不可逆

【阅读】（3）热分解反应

在隔绝空气的条件下，加热到10000C，以上，甲烷分解成炭黑和氢气。

CH₄ C+2H₂   ( 制取炭黑 )

三.甲烷的主要用途

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。

练习学案

1．下列有关甲烷的说法中错误的是     (  C   )

 A．采煤矿井中的甲烷气体是植物残体经微生物发酵而来的

 B．天然气的主要成分是甲烷

 C．甲烷是没有颜色、没有气味的气体，极易溶于水

D．甲烷与氯气发生取代反应所生成的产物四氯甲烷是一种有机溶剂

2．下列事实、事件、事故中与甲烷无关的是（D  ）

    A．天然气的主要成分            B． 煤矿中的瓦斯爆炸

    C．“西气东输”中气体          D．石油经过催化裂化及裂解后的产物

3．将漫射日光照射到装有氯气和甲烷混合气体（体积比4∶1）的大试管上，会

出现如下现象，其中正确的描述是（B  ）

①试管内黄绿色逐渐消失  ②试管内黄绿色加深  ③无任何变化  ④试管内液面上升 ⑤液面上的试管内壁有油珠状态生成

A．只有① 　　   B．①④⑤ 　　　 C．①⑤ 　　　    D．②⑤

【作业】课本1、2、3、5、6。

 

第2课时

预习学案

{复习衔接}1.甲烷的化学式、电子式、结构式；

2.甲烷与氯气的反应方程式；

3.什么是取代反应？

{自主学习}阅读课本初步了解烷烃的概念、结构特征、通式、同分异构现象、同分异构体、同分异构体的写法。

【过渡】上节课已经学习了甲烷，与甲烷结构相似的有机物还有好多，这节课咱们就来研究与甲烷结构相似的一系列物质——烷烃。

课堂探究学案

{课堂探究}

一、烷烃

【模型观察】观察乙烷、丙烷及丁烷的分子模型，然后归纳出他们在结构上的特点并书写其结构简式。

1.结构特点、通式、同系物

【总结】烃的分子里碳原子间都以单键互相连接成链状，碳原子的其余的价键全部跟氢原子结合，达到饱和状态。所以这类型的烃又叫饱和烃。由于C-C连成链状，所以又叫饱和链烃，或叫烷烃。（若C-C连成环状，称为环烷烃。）

【阅读】看课本P55表3-1中烷烃的物理性质并总结。

【聆听】

①    从上面的表格可以看出它们的物理性质随分子中碳原子数的增加，呈现出规律的变化。

②    相邻烷烃分子在组成上均相差一个CH₂原子团，如果烷烃中的碳原子数是n，烷烃中氢原子数就是2n+2,烷烃的分子式可以用通式C_nH_2n+2   

③    象这种结构结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH₂原子团的物质互相称为同系物。

【过渡】下面，请同学们观察下面的分子模型，可以发现什么了?

                                                 

   正丁烷                                        异丁烷

分子式相同，都是C₄H₁₀,但结构不同。

二、同分异构现象 同分异构体

化合物具有相同的化学式，但具有不同结构的现象，叫做同分异构现象。具有同分异构现象的化合物互称同分异构体。

下面再看下面表格P56

名称	熔点℃	沸点℃	相对密度
正丁烷	-138.4	-0.5	0.5788
异丁烷	-159.6	-11.7	0.557

【思考】从表格里能总结出什么规律？

支链越多熔沸点越低。

烷烃的同分异构体的写法：

【聆听教师讲解】

1.先写出最长的碳链：C-C-C-C-C  正戊烷      （氢原子及其个数省略了）           

2.然后写少一个碳原子的直链，把剩下的一个碳原子当作一个支链加在主链上： 

             

3.然后再写少两个碳原子的直链，把剩下的两个碳原子当作一个支链加在主链上：

      　

显然，二者相同。然后再将两个碳原子分成两个支链加在第二个碳上，就得到：

     C(CH₃)₄

【探究】C₆H₁₄的同分异构体有几种？

 

【阅读】烷烃的化学性质：

（1）通常下，很稳定，与酸、碱及氧化剂都不发生反应，也很难与其他物质化合；

（2）氧化反应——燃烧：

（3）取代反应：在光照条件下，能与Cl2 、Br2等发生取代；

（4）在隔绝空气的条件下，高温受热会分解。

练习学案

1．氯仿可用作全身麻醉剂，但在光照条件下，易被氧化成生成剧毒的光气（COCl₂）    2CHCl₃ +O₂ 2HCl+2COCl₂ 为防止发生医疗事故，在使用前要先检查是否变质。下列那种试剂用于检验效果最好                          （ D   ）

A．烧碱溶液  　B溴水        C．KI淀粉溶液       D．AgNO₃溶液

2．下列数据是有机物的式量，其中可能互为同系物的一组是           （  A  ）

 A．16、30、58、72                B．16、28、40、52

 C．16、32、48、54                D．16、30、42、56

3. 在同系物中所有同系物都                                （B ）

 A．有相同的分子量                B．符合同一通式

 C．有相同的物理性质              D．有相同的化学性质

4．下列有机物常温下呈液态的是（C  ）                                         

 A．CH₃(CH₂)₂CH₃      B．CH₃(CH₂)₁₅CH₃

 C．CHCl₃             D．CH₃Cl

5．在常温常压下，取下列4种气态烃各1mol，分别在足量的氧气中燃烧，其中消耗氧气最多的是（ D   ）                                                            

 A．CH₄   B．C₂H₆    C．C₃H₈    D．C₄H₁₀

 

【作业】课本4、7、8、9、10