学年高中化学 第三章 有机化合物 第一节 最简单的有机化合物甲烷 第1课时教案文档格式.docx
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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。
要点提示
教学重点
甲烷的结构和化学性质。
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
导入新课
多媒体展示常见的有机化合物的图片，让学生欣赏图片。
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2000万种。
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。
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？
生：
除碳外，常有氢、氧，有时含有氮、硫、卤素和磷等。
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”。
今天学习最简单的烃——甲烷。
推进新课
板书：
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
请画出碳原子和氢原子的结构示意图。
（找一名学生板演）
[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w（C）=75%，w（H）=25%。
请同学们推出甲烷的化学式。
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w（C）=75%，w（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。
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的摩尔质量是12g·
mol-1，H的摩尔质量是1g·
mol-1。
设取甲烷100g，则C的质量是100×
75%=75g，H的质量是100×
25%=25g
所以：
n（C）/n（H）=
=1/4
碳、氢原子个数之比为1∶4，你能否从碳、氢原子的结构解析，推出甲烷的化学式吗？
（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。
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？
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才能达到两个电子的稳定结构。
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：
如果甲烷电子式中的每一对共用电子用一条短线替代后将变成什么样子呢？
（在练习本上画，得出结果）
这种用短线表示一对共用电子的图式叫结构式。
那么上述结构式表示甲烷分子的真实构型吗？
[探究问题3甲烷分子的空间构型可能有哪几种情况？
（学生讨论）
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。
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：
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。
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′）。
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。
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
（看动画思考）沼气（主要成分是甲烷）有什么物理性质？
甲烷是无色、无臭的气体，比空气轻，极难溶于水。
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]
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）
密度是0.717g·
L-1（标准状况）
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呢？
[探究实验5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溶液是否褪色？
（动画模拟）甲烷通过高锰酸钾酸性溶液的动画。
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？
（学生阅读教材回答）
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：
（1）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内石灰水变浑浊。
从燃烧产物可以得到什么启示？
请写出这个反应的化学方程式。
可以证明甲烷中含有碳元素和氢元素，化学方程式为
CH4+2O2
CO2+2H2O
请大家观察这个化学反应方程式与我们以前学习的有什么不同？
是什么原因呢？
（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。
（2）甲烷的取代反应
【演示实验】P55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）
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
上述反应没有到此终止，CH3Cl与Cl2继续依次反应。
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？
（学生很有兴趣地大胆猜测、估计，试探说出取代反应的含义）
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代替的反应叫做取代反应。
CH4的四种氯的取代产物都有什么性质呢？
请填写下表。
投影：
化学式
CH3Cl
CH2Cl2
CHCl3
CCl4
常温状态
名称（俗名）
溶解性
用途
CH4的四种氯的取代产物都不溶于水，在常温下，CH3Cl是气体，其他三种都是液体，CHCl3和CCl4是重要的有机溶剂。
这些产物都属于卤代烃。
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。
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1000℃，甲烷分解生成炭黑和氢气。
C+2H2
氢气是合成氨和合成汽油等的工业原料；
炭黑是橡胶和染料的工业原料。
【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
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。
CH3Cl和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：
A、C两项不足以成为CH4是正四面体结构的理由，不可选。
不论CCl4是平面正方形，还是正四面体结构，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，好像理由不很充分啊？
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。
理由有两个：
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
可见，灵活多变的思考方法，结合图形解析，对解题有很大帮助。
【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）上述反应_____________（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变质可选用的试剂是_____________。
A.NaOH（aq）B.AgNO3（aq）
C.HCl（aq）D.水
E.湿润的蓝色石蕊试纸F.湿润的无色酚酞试纸
联系生活实际的试题是一种常见题型，它们以实际生活为背景，往往具有更大的生命力。
我们应该以不变应万变，认真解析题意，得出正确答案。
如何解答本题呢？
可以直接使用概念判定法：
题中有机物分子CHCl3变成COCl2的反应，可认为CHCl3中的1个H原子和1个Cl原子被1个O原子代替了，符合取代反应（“某些”被“其他”代替）的概念，属于取代反应。
可以使用假设判定法：
若有COCl2生成，则必有HCl生成。
B、E可检验出是否有HCl生成：
用B检验时出现白色沉淀，用E检验时试纸变红色。
（1）A
（2）BE
【例3】若要使0.500molCH4完全和Cl2发生取代反应，且生成的四种氯代物的物质的量相同，试求所需Cl2的物质的量。
本题属于计算型试题，文字描述很少，内涵非常丰富。
在解题时要多读题，认真揣摩题意，准确找到切入点，方能少犯错误。
请大家讨论，应该如何解决本题？
可设所生成的四种氯代物的物质的量均为x，然后写出四个反应的化学方程式，则：
CH4+Cl2
CH3Cl+HCl
xxx
CH4+2Cl2
CH2Cl2+2HCl
x2xx
CH4+3Cl2
CHCl3+3HCl
x3xx
CH4+4Cl2
CCl4+4HCl
x4xx
n（CH4）=4x=0.500mol，x=0.125mol
n（Cl2）=x+2x+3x+4x=10x=1.25mol
这是本题的常规解法，比较容易想到，还有没有其他做法？
我有巧解的方法,解析CH4与Cl2的取代反应，得出如下规律：
每1molCl2可取代CH4分子中的1molH原子。
则：
n（Cl2）=n（被取代的H原子）=0.500mol×
（
×
1+
2+
3+
4）=1.25mol
1.25mol
非常好，可见好的方法可以简化解题过程，提高解题速率和正确性，但是必须是在已经掌握基本做法的基础上才能做好。
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立体结构和它的几个重要化学性质：
氧化反应、取代反应、受热分解反应，学习中重点应对甲烷和Cl2的取代反应加以理解，当然也要树立结构和性质紧密相关的观点。
布置作业
P641、2P653
板书设计
CH4
活动与探究
1.查阅资料了解“西气东输”的有关知识,认识甲烷在工农业生产和人民生活中的重要作用。
2.调查沼气在农业生产中的作用,了解我国沼气的使用历史和现状。
3.用橡皮泥、木棒等代用品制作甲烷等常见烷烃的简易模型，并让学生对自己的作品进行评价。
在活动中加深学生对空间模型的认识，同时也教给学生学习有机物分子结构的简单方法。
参考练习
1.近年来，北京市部分公交车使用天然气作为燃料，这样做的主要目的是（）
A.加大发动机动力B.降低成本
C.减少对空气的污染D.减少二氧化碳的排放量
C
2.实验室里可按下图所示的装置干燥、储存气体R，多余的气体可用水吸收，则R是（）
A.NO2B.HClC.CH4D.NH3
D
3.沼气是一种能源，它的主要成分是CH4，0.5molCH4完全燃烧生成CO2和H2O时，放出445kJ热量，则下列热化学方程式正确的是（）
A.2CH4（g）+4O2（g）====2CO2（g）+4H2O（l）;
ΔH=+890kJ·
mol-1
B.CH4（g）+2O2（g）====CO2（g）+2H2O（l）;
C.CH4（g）+2O2（g）====CO2（g）+2H2O（l）;
ΔH=-890kJ·
D.
CH4（g）+O2（g）====
CO2（g）+H2O（l）;
4.在光照条件下，将等物质的量的甲烷和氯气混合充分反应后，得到产物物质的量最大的是（）
A.CH3ClB.CHCl3C.CCl4D.HCl
5.下列叙述错误的是（）
A.点燃甲烷前不一定要事先验纯
B.甲烷点燃能放出大量的热，所以是一种气体燃料
C.煤矿的矿井要注意通风和严禁烟火，以免发生爆炸事故
D.甲烷可用来制炭黑和氢气
A
6.由某气体发生装置导出的气体为甲烷、一氧化碳、氢气中的一种，下列判断正确的是（）
A.将气体通入KMnO4溶液，溶液颜色无变化，该气体一定是甲烷
B.在导管口点燃该气体，火焰呈浅蓝色，用干燥的冷烧杯罩在火焰上方，杯壁有水滴产生，该气体一定是甲烷
C.点燃该气体，火焰呈浅蓝色，用沾有澄清石灰水的冷烧杯罩在火焰上方，烧杯壁上有白色物质产生，该气体一定是甲烷
D.若上述B、C的现象均能出现，则可判断该气体一定是甲烷
7.煤矿的开采过程中，有时会溢出瓦斯（主要成分是甲烷），当空气中甲烷的体积分数达到5%—15.4%时，遇到明火就会发生爆炸，因此矿井中需要不断地通风换气，以预防瓦斯爆炸。
当甲烷与空气中的氧气恰好完全反应时，产生的爆炸最为强烈，此时甲烷的体积分数约为（空气中约含有1/5体积的O2）（）
A.2.5%B.7.5%C.9.1%D.10%
8.用于制造隐形飞机的某种物质具有吸收微波的功能，其主要成分为
，它属于（）
A.无机物B.烃C.离子化合物D.有机物
9.如下图，某气体X可能由H2、CO、CH4中的一种或几种组成。
将X气体燃烧，把燃烧后生成的气体通过A、B两个洗气瓶。
试回答下列问题：
（1）若A洗气瓶的质量增加，B洗气瓶的质量不变，则气体X是____________________。
（2）若A洗气瓶的质量不变，B洗气瓶的质量增加，则气体X是____________________。
（3）若A、B两个洗气瓶的质量都增加，则气体X可能是____________________。
（1）H2
（2）CO（3）CH4（或H2、CO的混合物，或H2、CH4的混合物，或CO、CH4的混合物，或H2、CO、CH4的混合物）
10.甲烷在一定量的氧气中不完全燃烧时，除了生成CO2和H2O外，还有CO生成。
现有0.1molCH4，在一定量O2中不完全燃烧，将反应后所得物质通过足量Na2O2，并在电火花持续作用下不断反应，最终得到标准状况下的气体2.464L。
求反应中生成CO和CO2的物质的量之比。
设反应生成CO2的物质的量为x，则生成CO的物质的量为0.1mol－x。
2CO2—O22H2O—O2
x
x0.2mol0.1mol
在该条件下CO全部被吸收，无气体放出。
所以有：
x+0.1mol=2.464L/22.4L·
mol-1x=0.02mol
n（CO）=0.1mol－0.02mol=0.08mol
n（CO）∶n（CO2）=0.08mol∶0.02mol=4∶1
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