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江蘇省泰州市第二中學(xué) 倪 明

一、教學(xué)目標(biāo)

（一）知識(shí)與技能

1.掌握甲烷的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。

2.了解甲烷的存在和用途。

（二）過(guò)程與方法

1.通過(guò)實(shí)踐活動(dòng)、探究實(shí)驗(yàn)和多媒體動(dòng)畫等教學(xué)活動(dòng)，歸納出甲烷的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和化學(xué)反應(yīng)規(guī)律，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力與探索推理能力。

2.通過(guò)討論、小組合作等組織形式，進(jìn)一步訓(xùn)練類比和建模的科學(xué)思維方法。

（三）情感態(tài)度與價(jià)值觀

1.使學(xué)生初步掌握研究物質(zhì)的方法──結(jié)構(gòu)分析、推測(cè)性質(zhì)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、觀察現(xiàn)象、分析現(xiàn)象、得出結(jié)論。激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，探索新知識(shí)的愿望。

2.通過(guò)生產(chǎn)、生活中有機(jī)化合物的學(xué)習(xí)，認(rèn)識(shí)有機(jī)化合物的重要性，體會(huì)學(xué)習(xí)有機(jī)化合物的重要意義。

二、教學(xué)重點(diǎn)

甲烷的結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)。

三、教學(xué)難點(diǎn)

甲烷的取代反應(yīng)。

四、教材分析

對(duì)于甲烷，在初中化學(xué)中已經(jīng)介紹了甲烷的燃燒反應(yīng)和一些主要的用途。在此基礎(chǔ)上，本節(jié)的教學(xué)內(nèi)容將進(jìn)一步介紹甲烷的分子結(jié)構(gòu)，主要的化學(xué)性質(zhì)（氧化反應(yīng)、取代反應(yīng)等）。教材在介紹這些知識(shí)時(shí)，非常注重與學(xué)生已有知識(shí)的聯(lián)系，采取各種不同的方式引導(dǎo)學(xué)生積極地思維，幫助學(xué)生理解。因此，在設(shè)計(jì)本節(jié)教學(xué)時(shí)，要在學(xué)生初中化學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上體現(xiàn)認(rèn)識(shí)的漸進(jìn)性發(fā)展的原則，在學(xué)生已有的一些有關(guān)物質(zhì)結(jié)構(gòu)概念的基礎(chǔ)上，緊緊抓住結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的關(guān)系，讓學(xué)生在頭腦中逐步建立有機(jī)物的立體結(jié)構(gòu)模型，幫助學(xué)生打好進(jìn)一步學(xué)習(xí)的方法論基礎(chǔ)。本節(jié)分兩課時(shí)甲烷，第一課時(shí)的教學(xué)流程如下圖所示。

五、教學(xué)過(guò)程

【新聞導(dǎo)課】播放2006年我國(guó)某地煤礦發(fā)生瓦斯爆炸事故的新聞報(bào)道視頻，留下懸念。

【投影】展示常見有機(jī)化合物的精美圖片，供學(xué)生欣賞。

【引言】剛才同學(xué)們從圖片中看到了：燃料中的汽油、煤油、柴油甲烷，建材中的木材、黏合劑、涂料、油漆，日用品中的塑料、橡膠、纖維、清潔劑，食物中的營(yíng)養(yǎng)素──糖類、油脂、蛋白質(zhì)等都是有機(jī)物。有機(jī)化合物與人類生活有密切的關(guān)系，在衣、食、住、行、醫(yī)療、能源、材料、科學(xué)技術(shù)及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中都起著重要的作用。從今天開始，我們將系統(tǒng)學(xué)習(xí)有機(jī)化合物的相關(guān)知識(shí)。

師：請(qǐng)大家看書思考有機(jī)物的組成元素有哪些？

生：除碳外，常有氫、氧，還含有硫、鹵素和磷等。

師：僅含有碳和氫兩種元素的有機(jī)物稱為碳?xì)浠衔?，也稱為烴。

（動(dòng)畫：由“碳”“氫”兩個(gè)字的底部的一部分組成“烴”。）

我們首先來(lái)學(xué)習(xí)最簡(jiǎn)單的烴──甲烷。

【板書】一、甲烷的組成和結(jié)構(gòu)

【問(wèn)題1】

師：請(qǐng)畫出碳原子和氫原子的結(jié)構(gòu)示意圖（讓1個(gè)學(xué)生板演。）

生：

【問(wèn)題2】

師：已知甲烷是僅由碳、氫兩種元素組成甲苯檢測(cè)儀，且甲烷是最簡(jiǎn)單的烴。你能否從碳?xì)湓拥慕Y(jié)構(gòu)分析并推出甲烷的分子式嗎？（學(xué)生積極思考問(wèn)題，教師找一個(gè)學(xué)生總結(jié)討論結(jié)果。）

生：因?yàn)樘荚幼钔鈱佑?個(gè)電子，欲形成8個(gè)電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，需要形成4對(duì)共用電子對(duì)才能達(dá)到8個(gè)電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；氫原子核外有1個(gè)電子，欲形成2個(gè)電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，需要形成1對(duì)共用電子對(duì)才能達(dá)到2個(gè)電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，所以甲烷的分子式為CH4。

師：那么甲烷的電子式怎樣書寫？

（由1個(gè)學(xué)生板演，其余學(xué)生在下面練習(xí)。）

【板書】甲烷的分子式CH4

甲烷的電子式：

師：如果甲烷電子式中的每一對(duì)共用電子對(duì)用一條短線替代將變成什么樣子？

【板書】甲烷的結(jié)構(gòu)式：

師：這種用短線來(lái)表示一對(duì)共用電子的圖式叫結(jié)構(gòu)式。

【問(wèn)題3】那么甲烷分子中的原子在空間是如何分布的呢？（學(xué)生討論）

生：討論結(jié)果是可能有兩種結(jié)構(gòu)──平面正方形結(jié)構(gòu)和正四面體結(jié)構(gòu)。

師：究竟甲烷的空間結(jié)構(gòu)是怎樣的呢？

（實(shí)物展示：甲烷分子的球棍模型和比例模型。）

（學(xué)生相互傳看兩種模型，同時(shí)相互之間對(duì)自己課前制作的甲烷模型〔參照教材上的“實(shí)踐活動(dòng)”欄目或用橡皮泥、木棒等代用品制作的簡(jiǎn)易模型〕進(jìn)行評(píng)價(jià)，在活動(dòng)中加深對(duì)甲烷空間結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)。）

師：經(jīng)過(guò)科學(xué)實(shí)驗(yàn)證明甲烷分子的結(jié)構(gòu)是正四面體結(jié)構(gòu)，碳原子位于正四面體的中心，4個(gè)氫原子分別位于正四面體的4個(gè)頂點(diǎn)上（鍵角109°28′）。如下圖所示：

【過(guò)渡】我們知道，結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，甲烷的分子結(jié)構(gòu)決定其具有怎樣的性質(zhì)呢？

【板書】二、甲烷的性質(zhì)

1.甲烷的物理性質(zhì)。

（播放動(dòng)畫“池沼中有沼氣”〔主要成分是甲烷〕。）

師：看動(dòng)畫思考甲烷有哪些物理性質(zhì)？

生：甲烷是無(wú)色無(wú)味的氣體，比空氣輕，極難溶于水。

【板書】2.甲烷的存在。

師：甲烷是天然氣的主要成分，天然氣中甲烷所占的體積分?jǐn)?shù)一般為80%～97%。在我國(guó)的南海、東海海底已發(fā)現(xiàn)天然氣（甲烷等）的水合物，它易燃燒，外形似冰，被稱為“可燃冰”，甲烷還是沼氣、石油氣和煤礦坑道產(chǎn)生的氣體（坑道氣或瓦斯）的主要成分。

【問(wèn)題4】

師：從甲烷的結(jié)構(gòu)你能否推測(cè)甲烷的化學(xué)性質(zhì)？

【實(shí)驗(yàn)1】把甲烷通入盛有高錳酸鉀酸性溶液的試管中，觀察紫色的高錳酸鉀是否褪色？

師：從實(shí)驗(yàn)中可知溶液顏色沒有變化，說(shuō)明甲烷與高錳酸鉀不發(fā)生反應(yīng)。通常情況下，甲烷穩(wěn)定，如與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和強(qiáng)氧化劑等一般不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。是否甲烷與其他物質(zhì)在任何條件下都不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)呢？（學(xué)生閱讀教材。）

生：在特定條件下甲烷能與某些物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，如可以燃燒和發(fā)生取代反應(yīng)等。

【板書】3.甲烷的化學(xué)性質(zhì)。

（1） 甲烷的氧化反應(yīng)。

【實(shí)驗(yàn)2】

實(shí)驗(yàn)步驟：

①使純凈的甲烷氣體通過(guò)帶尖嘴的玻璃導(dǎo)氣管，在玻璃導(dǎo)管的尖嘴處點(diǎn)燃甲烷，觀察火焰的顏色。

②在火焰的上方罩上一個(gè)干燥、潔凈的小燒杯甲烷，觀察燒杯內(nèi)壁上的現(xiàn)象。

③待甲烷燃燒幾分時(shí)間以后，將小燒杯快速翻轉(zhuǎn)至燒杯口朝上放置，向燒杯中加入少量澄清的石灰水，輕輕振蕩燒杯，觀察石灰水是否變渾濁。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：

①甲烷氣體安靜地燃燒，火焰呈淡藍(lán)色。

②燒杯內(nèi)壁上有水生成。

③澄清的石灰水變渾濁。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：

①甲烷在空氣中點(diǎn)燃后燃燒，生成二氧化碳和水。化學(xué)方程式為：

CH4+2O2

CO2+2H2O

②從燃燒產(chǎn)物可證明甲烷中含有碳元素和氫元素。

師：請(qǐng)大家觀察這個(gè)化學(xué)反應(yīng)的方程式與我們以前學(xué)習(xí)的有什么不同？

生：（觀察、思考后回答）方程式中間用“

”而不用“

”，這主要因?yàn)橛袡C(jī)物參加的化學(xué)反應(yīng)往往比較復(fù)雜，多有副反應(yīng)發(fā)生，故不用等號(hào)。

【投影】

安全知識(shí)：

①甲烷在空氣或氧氣中的濃度達(dá)到一定值（空氣中的甲烷含量在5%～15%體積分?jǐn)?shù)范圍內(nèi)）時(shí)，遇火花將發(fā)生爆炸。新聞報(bào)道中煤礦的礦井發(fā)生瓦斯爆炸就是這個(gè)道理。為了防止爆炸事故的發(fā)生必須采取通風(fēng)、嚴(yán)禁煙火等安全措施。

②在進(jìn)行甲烷燃燒實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須先檢驗(yàn)其純度。

【板書】（2）甲烷的取代反應(yīng)。

【實(shí)驗(yàn)3】教材中的“科學(xué)探究”。（學(xué)生觀察發(fā)生的現(xiàn)象。）

生：沒有光照的試管無(wú)變化；光照后的試管壁上出現(xiàn)油滴，試管內(nèi)的液面上升，氣體顏色略變淺。

師：說(shuō)明甲烷與氯氣的混合氣體在光照下發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)；試管壁上出現(xiàn)油滴，說(shuō)明反應(yīng)中生成了新的油狀物質(zhì)；因?yàn)樯傻穆然瘹錁O易溶于水，氣體總體積的減少，導(dǎo)致試管內(nèi)氣體壓強(qiáng)減小。

（播放甲烷與氯氣發(fā)生取代反應(yīng)的教學(xué)動(dòng)畫。）

師：甲烷分子里的氫原子是被氯原子逐步取代的，共生成5種物質(zhì)，4種取代產(chǎn)物氯氣報(bào)警器，我們稱這種反應(yīng)為取代反應(yīng)。請(qǐng)大家由剛才的動(dòng)畫思考，什么是取代反應(yīng)呢？（學(xué)生很有興趣地大膽猜測(cè)、估計(jì)，試探說(shuō)出取代反應(yīng)的含義。）

師：有機(jī)物分子里的某些原子或原子團(tuán)被其他原子或原子團(tuán)所替代的反應(yīng)叫做取代反應(yīng)。

師：CH4的4種氯的取代產(chǎn)物都不溶于水，在常溫下，CH3Cl是氣體，其他3種都是液體，

CHCl3和CCl4是重要的有機(jī)溶劑。這些產(chǎn)物都屬于鹵代烴。

師：我們以前學(xué)習(xí)過(guò)置換反應(yīng)、復(fù)分解反應(yīng)，置換反應(yīng)、復(fù)分解反應(yīng)與取代反應(yīng)有什么區(qū)別和聯(lián)系呢？請(qǐng)思考、討論后填寫下表。

（學(xué)生思考、討論后填寫取代反應(yīng)、置換反應(yīng)、復(fù)分解反應(yīng)的比較表。如下表所示）

【板書】4.甲烷的主要用途

【投影】甲烷易燃燒，完全燃燒生成二氧化碳和水放出大量的熱能，因此甲烷可用作燃料。天然氣是一種高效、低耗、污染小的清潔能源。為了改善我國(guó)東部的能源結(jié)構(gòu)，已經(jīng)啟動(dòng)的“西氣東輸”，就是將新疆等地的天然氣，通過(guò)管道東輸?shù)介L(zhǎng)江三角洲，最終到達(dá)上海的一項(xiàng)巨大工程。除此以外，甲烷還可以用作化工原料。

【投影】

（知識(shí)拓展：沼氣的制取和利用）

把秸稈、雜草、樹葉、人類糞便等廢棄物質(zhì)放在密閉的沼氣池中發(fā)酵，幾天后就會(huì)有大量的甲烷生成。而產(chǎn)生的沼氣可以用來(lái)燒水、煮飯、點(diǎn)燈、發(fā)電等，從而節(jié)約石油、煤炭和其他燃料。沼氣凈化后得到的甲烷也可用作制取四氯化碳和炭黑的化工原料。雜草、樹葉、糞便和垃圾等經(jīng)過(guò)沼氣池發(fā)酵后，大部分寄生蟲卵和病菌被殺死，改善了衛(wèi)生條件，防止了疾病的發(fā)生。糞便等在發(fā)酵過(guò)程中，其中的蛋白質(zhì)分解為氨，由于密閉的關(guān)系，氨不能逸出而留在液體中轉(zhuǎn)變?yōu)殇@態(tài)氮肥，從而提高了肥效。

沼氣的應(yīng)用對(duì)于解決農(nóng)村燃料問(wèn)題，改善農(nóng)村的環(huán)境衛(wèi)生，提高肥料的質(zhì)量，提高農(nóng)村的生活水平和生活質(zhì)量，以及發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等方面都有明顯的效益和重要意義。

【課堂小結(jié)】本節(jié)課我們開始了對(duì)有機(jī)物的學(xué)習(xí)，認(rèn)識(shí)到甲烷的正四面體結(jié)構(gòu)和它的幾個(gè)重要化學(xué)反應(yīng)，如：氧化反應(yīng)、取代反應(yīng)。學(xué)習(xí)中要重點(diǎn)對(duì)甲烷和氯氣的取代反應(yīng)加以理解，更要樹立結(jié)構(gòu)和性質(zhì)緊密相關(guān)的觀點(diǎn)。

六、布置作業(yè)

1.教材“習(xí)題”第1、2、3題。

2.上網(wǎng)查閱資料并進(jìn)一步了解“西氣東輸”的有關(guān)知識(shí)。

七、板書設(shè)計(jì)

一、甲烷的組成和結(jié)構(gòu)

甲烷的分子式：CH4

甲烷的電子式：

甲烷的結(jié)構(gòu)式：

二、甲烷的性質(zhì)

1.甲烷的物理性質(zhì)。

2.甲烷的存在。

3.甲烷的化學(xué)性質(zhì)。

（1） 甲烷的氧化反應(yīng)。

（2） 甲烷的取代反應(yīng)。

4.甲烷的主要用途。

八、教后反思

課前布置學(xué)生用硬紙板制作甲烷的模型（教材中的“實(shí)踐活動(dòng)”），調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性；課上以新聞（我國(guó)某地煤礦發(fā)生瓦斯爆炸事故）導(dǎo)課，引發(fā)學(xué)生思考和造成懸念，使學(xué)生能饒有興趣地主動(dòng)獲取知識(shí)；在引出“烴”時(shí)，利用動(dòng)畫（由“碳”“氫”兩個(gè)字的底部的一部分組成“烴”）給學(xué)生留下了深刻的印象，在以后的學(xué)習(xí)過(guò)程中學(xué)生再也不會(huì)忘記“烴”是僅由“碳”和“氫”兩種元素組成的有機(jī)化合物；研究甲烷結(jié)構(gòu)時(shí)，學(xué)生之間相互討論，相互評(píng)價(jià)課前學(xué)生制作的甲烷模型，課堂氣氛輕松活潑，學(xué)習(xí)效果較好；當(dāng)學(xué)習(xí)到甲烷的性質(zhì)──氧化反應(yīng)時(shí)，及時(shí)解釋了新聞報(bào)道中煤礦的礦井發(fā)生瓦斯爆炸的原因，前呼后應(yīng)。后來(lái)又介紹甲烷的主要用途（“西氣東輸”、 沼氣的制取和利用等），使學(xué)生感到有機(jī)化學(xué)就在他們的實(shí)際生活中，體會(huì)到學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)的重要意義。從課堂上反饋的信息可知，學(xué)生對(duì)取代反應(yīng)和初中學(xué)過(guò)的置換反應(yīng)、復(fù)分解反應(yīng)概念模糊不清，須課后通過(guò)練習(xí)強(qiáng)化。

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