化学必修2第一节 最简单的有机化合物--甲烷第1课时教学设计

这是一份化学必修2第一节 最简单的有机化合物--甲烷第1课时教学设计，共7页。教案主要包含了甲烷在自然界中的存在，甲烷的分子组成和结构，甲烷的性质等内容，欢迎下载使用。

课题：第三章 有机化合物
第一节 最简单的有机化合物------甲烷 (1)-------甲烷
授课班级
课 时
知识与技能
1、掌握甲烷分子的空间结构特征，能够书写甲烷分子的结构式、电子式
2、掌握甲烷的化学性质。
3、了解取代反应的特征。
4、了解甲烷的存在和甲烷的用途等。
过程与方法
1、通过对甲烷的正四面体结构的认识，掌握分析四氯化碳、一氯甲烷、二氯甲烷和三氯甲烷分析结构的方法。
2、通过甲烷分子模型的分析，学会根据比例模型、球棍模型分析分子结构的方法。
情感态度价值观
以甲烷的存在和用途等为素材，增强化学在人类重要作用的认识。
重 点
甲烷的化学性质
难 点
甲烷跟氯气的取代反应
知
识
结
构
与
板
书
设
计
绝大多数含碳的化合物都是有机化合物( rganic cmpund)
其中仅含碳和氢两种元素的有机物称为烃。
第三章 有机化合物
第一节 最简单的有机化合物------甲烷( methane)
一、甲烷在自然界中的存在
存在：天然气田、煤矿坑道、池沼等
二、甲烷的分子组成和结构
1、甲烷的化学式(分子式)：CH4
2、电子式：
3、 结构式(structural frmula)： 结构简式：CH4
4、分子结构：对称的正四面体结构
三、甲烷的性质
1、物理性质
2、化学性质
（1）、甲烷的氧化反应---燃烧反应
CH4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(l)
现象：火焰呈淡蓝色、烧杯内壁有水珠、澄清石灰水变混浊
（2）、稳定性
（3）、甲烷的受热分解：CH4C+2H2
（4）、取代反应(substitutin reacti)
取代反应：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取代反应。
取代反应是烷烃的特征反应，但反应物必须是纯卤素，条件也较特别。
教学步骤、内容
【多媒体展示】常见的有机化合物的图片，让学生欣赏图片。
【引入】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。迄令为止已经超过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；食物中的营养餐—糖类、油脂、蛋白质等都是有机化合物。
【设疑】那么什么是有机物？他们有什么共同的特点?
【讲解】因二氧化碳、一氧化碳、碳酸盐及碳酸氢盐等具有无机化合物的性质，除二氧化碳、一氧化碳、碳酸盐及碳酸氢盐外，绝大多数含碳的化合物都是有机化合物。有机化合物有两个基本特点：数量众多，分布极广。
【板书】绝大多数含碳的化合物都是有机物( rganic cmpund)
【投影】有机物与无机物的主要区别
性质
有机物
无机物
溶解性
多数不溶于水，易溶于有机溶剂
部分溶于水而不溶于有机溶剂
耐热性
多数不耐热，熔点较低，一般在400℃以下
多数耐热，难熔化，熔点一般比较高
可燃性
多数可以燃烧
多数不能燃烧
电离性
多数是非电解质
多数是电解质
化学反应
一般比较复杂，副反应多，反应速率慢
一般比较简单，副反应少，反应速率较快
【讲解】有机物和含碳化合物的正确关系是：有机物一定含碳元素，但含碳元素的物质不一定是有机物。其中仅含碳和氢两种元素的有机物称为烃。
【板书】其中仅含碳和氢两种元素的有机物称为烃。
【提问】有机物种类繁多的原因又是什么呢？
【多媒体展示】教材P64页图3-6
【讲解】有机物种类之所以繁多主要有以下几个原因：
1、碳原子最外层电子为4个，可形成4个共价键；
2、在有机化合物中，碳原子不仅可以与其他原子成键，而且碳碳原子之间也可以成键；
3、碳与碳原子之间结合方式多种多样，可形成单键、双键或叁键，可以形成链状化合物，也可形成环状化合物；
4、相同组成的分子，结构可能多种多样。
【讲解】人们熟悉的甲烷就是最简单的烃，也是最简单的有机物。
【投影】通过展示“可燃冰”的图片，播放西气东输视频来创设情境引入新课。再向学生讲述为了合理开发并利用这些新能源，就有必要研究天然气主要成分甲烷的结构和性质。
【投影】可燃冰 ——未来的新能源
可燃冰简介：学名“天然气水合物”，也称气体水合物（gas hydrate），是由天然气与水分子在高压（>100大气压或>10MPa）和低温（0～10℃）条件下合成的一种固态结晶物质。因天然气中80%～90%的成分是甲烷，故也有人叫“甲烷水合物”（methane hydrate或methane gas hydrate）。天然气水合物多呈白色或浅灰色晶体，外貌类似冰雪，可以像酒精块一样被点燃，故也有人叫它“可燃冰”。
从微观上看其分子结构就像一个一个“笼子”，由若干水分子组成一个笼子，每个笼子里“关”一个甲烷气体分子
【板书】第三章 有机化合物
第一节 最简单的有机化合物------甲烷( methane)
一、自然界中的存在
【板书】1、存在：天然气田、煤矿坑道、池沼等
【讲解】我国的天然气已探明储量为1.37万亿立方米，居世界第19位。主要分布在中西部的四川、重庆、甘肃、青海、新疆等地区及海底。天然气是一种高效、低耗、污染小的清洁能源。它还是一种重要的化工原料。“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。
【讲解】植物在隔绝空气情况下分解能够产生甲烷，我国是世界上最早发现和利用天然气的国家，比西方要早一千三百年。现在我国天然气利用发展很快，常与石油和煤炭伴生，在油田和煤矿附近往往有天然气，它们都是“清洁”的燃料，无毒并且热能高。很多城市由烧煤改烧天然气后，酸雨的危害明显减弱。
【板书】二、甲烷的分子组成和结构
【随堂练习】已知甲烷仅由碳、氢两种元素组成，其中质量分数C%=75%，H%=25%。请同学们推出甲烷的化学式。（提示：可以根据共价键理论和C、H原子比例判断甲烷分子式。）
【板书】1、甲烷的化学式(分子式)：CH4
【讲解】 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对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对才能达到两个电子的稳定结构。所以甲烷的化学式为：CH4
【随堂练习】已知甲烷的分子式为CH4，①写出甲烷的电子式；②写出甲烷的结构式。
【板书】
2、电子式：
3、 结构式(structural frmula)： 结构简式：CH4
【过渡】结构式仅用来表示分子中原子的连结顺序,不能表示分子中原子在空间的分布。我们知道了甲烷的分子式和结构式，那么甲烷分子的结构是什么样的呢？
【实践活动】按课本要求动手实验：
【讲解】甲烷的电子式和结构式只能表示甲烷分子中碳、氢原子的结合方式，但不能表示甲烷分子中原子在空间的排布情况。经过科学实验证明甲烷分子的结构是对称的正四面体结构，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，四个C—H键强度相同。
【讲解】但是CH4的结构式并不能代表其真实构型，我们称其为平面结构式，只是为了简便起见，一般只写有机物的平面结构式。
【展示】甲烷的比例模型和甲烷的球棍模型
【讲解】球棍模型及比例模型：借助球棍子模型讲解人们是如何确定甲烷是正四面体空间结构，而不是平面正方形结构。
【投影】拓展资料：甲烷分子结构的参数：
1、键角都是109028′
2、键长1．09×10－-10m
3、键能是413kJ/ml
【讲解】结构式实际是分子球棍模型在平面上的投影，表示分子内各原子的成键情况。球棍模型能表示分子内各原子在空间的相对位置和立体构型。比例模型能表示分子内各成键原子的相对大小和在空间的相对位置。
【板书】4、空间结构：对称的正四面体结构
【知识拓展】在甲烷分子里，虽然C—H键都是极性键，但CH4分子是一种高度对称的正四面体结构，四个C—H键的极性相互抵消，整个分子没有极性，所以甲烷是非极性分子。
【过渡】我们知道了甲烷的分子结构，那么由这种结构决定的甲烷的性质是什么样的呢？
【板书】三、甲烷的性质
【实验】展示装有甲烷气体的储气瓶(瓶中留有少量水)，简单介绍仪器名称。
【提问】通过观察，甲烷的物理性质都有哪些？
【板书】1、物理性质：无色、无味、密度比空气小，极难溶于水。
【板书】2、甲烷的化学性质
【讲解】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。但任何物质的稳定性都是相对的，而它的变化是绝对的，内因是变化的根据，外因是变化的条件，一旦外部条件发生变化，甲烷也能发生反应比如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】（1）、甲烷的氧化反应---燃烧反应
【讲解】甲烷是一种优良的气体燃料，通常情况下1ml甲烷在空气中完全燃烧，放出890kJ的热量, 火焰呈淡蓝色。请同学们设计一套检验甲烷燃烧产物的装置同时思考以下问题：（1）点燃甲烷前应有什么操作？（2）有几种产物？怎么检验？
【回答】点燃甲烷前应该验纯，燃烧产物是二氧化碳和水，可以通过将干燥烧杯罩在甲烷的火焰上，之后倒转烧杯迅速倒入澄清石灰水来检验。
【板书】 CH4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(l)
现象：火焰呈淡蓝色、烧杯内壁有水珠、澄清石灰水变混浊
【讲解】注意，在这里化学方程式尽管已经配平，但不用等号用箭头表示。这是因为有机化合物参加的化学反应往往比较复杂，常有副反应发生。因此，这类反应的化学方程式通常不用等号，而是用箭号的化学反应往往比较复杂，且常常用结构式代替分子式。
【讲解】甲烷是一种很好的气体燃料。但是必须注意，如点燃甲烷跟氧气或空气的混合物，会立即发生爆炸。在煤矿的矿井里，如果空气中甲烷的含量达到一定比例时，遇到火花就会发生爆炸，所以必须采取安全措施，如严禁烟火、注意通风等，以防止爆炸事故发生。此例说明，对一个化学反应有充分、全面的认识，才能利用它、控制它，防止其有害的一面。
【讲解】我们知道酸性KMnO4溶液具有很强的氧化性，若遇到一般的还原性物质时常常会发生氧化还原反应，且自身被还原褪色。那么，甲烷能否被酸性KMnO4溶液氧化呢？
【投影实验】将CH4通入酸性KMnO4溶液中，观察现象
【实验现象】：溶液颜色无任何变化，即不褪色。
【讲解】通常情况下，甲烷很稳定，不能使KMnO4溶液和溴水褪色。即不能与强氧化剂反应，而且也不能与强酸或强碱反应。
【板书】（2）、稳定性
【讲解】在隔绝空气并加热至1000℃的高温，甲烷发生分解
【板书】（3）、甲烷的受热分解：CH4C+2H2
【讲解】在工业上，利用甲烷的分解制得的碳可用于橡胶工业，而制得的H2可用于合成氨和制备汽油。
【过渡】甲烷在常温下稳定，但当条件改变时，是否可以同其他物质发生反应？
【板书】（4）、取代反应(substitutin reacti)
【科学探究】
1、在收集好甲烷的试管中，迅速加入0.5 g KMnO4和1mL盐酸，用黑纸包好。
2、在收集好甲烷的试管中，迅速加入0.5 g KMnO4和1mL盐酸。距离15 cm用燃着的镁条（日光、高压汞灯等其他光源）照射。
实验测试：用润湿的蓝色石蕊试纸在瓶口检验。
【实验现象分析】：
条件
反应中现象变化
试纸的变化
实验1
不见光
黄绿色不褪
不变红
实验2
光照
黄绿色褪去、瓶口有白雾、油状液滴
变红
结论
CH4与氯气在光照条件下反应并有HCl生成
反应现象原理探究：
（1）光是反应发生的主要原因。
（2）黄绿色逐渐褪去，瓶壁出现油状液滴，说明产生了不溶于水的物质。
（3）瓶口有白雾，使试纸变红，推断有氯化氢生成。
【讲解】在反应中CH4分子里的一个H原子被氯气分子里的1个氯原子所代替，但是反应并没有停止，生成的一氯甲烷仍继续跟氯气作用，依次生成二氯甲烷、三氯甲烷(氯仿)、和四氯甲烷 。
【投影展示】化学反应过程：

【讲解】CH3Cl，一氯甲烷，无色易液化的气体，有乙醚的气味和甜味，无腐蚀性。主要用作致冷剂、在医药上作麻醉剂。
CH2Cl2，二氯甲烷，无色透明、有刺激芳香气味、易挥发的液体。吸入有毒！脂肪和油的萃取剂、牙科局部麻醉剂、冷冻剂和灭火剂
CHCl3，三氯甲烷、氯仿。无色透明易挥发液体，稍有甜味。有机溶剂。在医药上用作麻醉剂、防腐剂。
CCl4，四氯甲烷、四氯化碳。无色液体，有愉快的气味，有毒！用作溶剂、有机物的氯化剂、香料的浸出剂、纤维的脱脂剂、灭火剂、分析试剂，并用于制氯仿和药物等。
【板书】
【投影小结】注意：
四个反应同时进行，五种产物同时存在，1 ml H被取代需要1 ml 氯气
2、反应条件：光照(在室温暗处不发生反应，但不能用强光直接照射，否则会发生爆炸)
反应物：纯卤素
3、由于CH4是正四面体结构，C到H的距离相同，C—H键相同，说明四个H等效。氯取代等效H中的任意一个几率相同，无顺序可言。CH2Cl2无同份异构体(立体异构)可从实验事实角度证明，CH4是正四面体结构
4、烃中的H原子被卤素所取代的产物叫卤代烃，用RX表示，是一种烃的衍生物。
5、书写方程式时不用等号，用箭头，不用分子式用结构式或结构简式。
【讲解】在这些反应里甲烷分子中的H原子逐步被Cl原子所代替生成了四种取代物，像这种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取代反应。
【板书】取代反应：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取代反应。取代反应是烷烃的特征反应，但反应物必须是纯卤素，条件也较特别。
【提问】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。
【投影】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
反应能否顺利进行受催化剂、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性顺序
分步取代，很多反应是可逆的
反应一般是单向进行。
【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氯气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。
【自我评价】
1、下列说法正确的是( D )
A、有机物都是从有机体中分离出来的 B、所有有机物在一定条件下都可以相互转化
C、易溶于汽油、酒精等有机溶剂的化合物一定是有机物
D、有机物参与的反应大多比较复杂，速率慢，且常伴有副反应发生
2、不属于有机物特点的是( C )
A、大多数有机物难溶于水，易溶于有机溶剂
B、有机反应比较复杂，一般反应速率较慢
C、绝大多数有机物受热不易分解，且不易燃烧
D、绝大多数有机物是非电解质，不易导电，熔点低。
3、在光照条件下，将等物质的量的CH4 和Cl2充分反应后，得到的产物的物质的量最多的是（ D ）
A、CH3Cl B、CH2Cl2 C、CCl4 D、HCl
4、能说明甲烷的分子不是平面正方形，而是正四面体的是 （ AD ）
A、CH4分子中的键长、键角都相等 B、CH4与氯气能生成 4 种取代产物
C、CH4的一氯代物只有一种 D、CH4的二氯代物只有一种
教学回顾：
甲烷的取代反应使学生接触到的第一个化学反应，很多学生对有机反应不熟。所以要抓住有机反应的特点对甲烷的取代反应来理解，如有机反应是分布步进行的，
CH4 CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4所以无论氯气与甲烷以何比例混合，最终都有4种卤代烃生成。写好有机反应方程式一定要了解反应物如何断键，才能理解生成物如何成键。并本着在那儿断就在那儿接的原则，更好的写出方程式。