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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）過程與方法

1.通過實(shí)踐活動、探究實(shí)驗(yàn)和多媒體動畫等教學(xué)活動，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，探索新知識的愿望。

2.通過生產(chǎn)、生活中有機(jī)化合物的學(xué)習(xí)，認(rèn)識有機(jī)化合物的重要性，體會學(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時(shí)，非常注重與學(xué)生已有知識的聯(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)知識的基礎(chǔ)上體現(xiàn)認(rèn)識的漸進(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)過程

【新聞導(dǎo)課】播放2006年我國某地煤礦發(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。

師：請大家看書思考有機(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。

（動畫：由“碳”“氫”兩個(gè)字的底部的一部分組成“烴”。）

我們首先來學(xué)習(xí)最簡單的烴──甲烷。

【板書】一、甲烷的組成和結(jié)構(gòu)

【問題1】

師：請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：

【問題2】

師：已知甲烷是僅由碳、氫兩種元素組成甲苯檢測儀，且甲烷是最簡單的烴。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對共用電子對才能達(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對共用電子對才能達(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共用電子對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：這種用短線來表示一對共用電子的圖式叫結(jié)構(gòu)式。

【問題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)相互之間對自己課前制作的甲烷模型〔參照教材上的“實(shí)踐活動”欄目或用橡皮泥、木棒等代用品制作的簡易模型〕進(jìn)行評價(jià)，在活動中加深對甲烷空間結(jié)構(gòu)的認(rèn)識。）

師：經(jīng)過科學(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)。

（播放動畫“池沼中有沼氣”〔主要成分是甲烷〕。）

師：看動畫思考甲烷有哪些物理性質(zhì)？

生：甲烷是無色無味的氣體，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。

【問題4】

師：從甲烷的結(jié)構(gòu)你能否推測甲烷的化學(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。

【投影】

安全知識：

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)。請大家由剛才的動畫思考，什么是取代反應(yīng)呢？（學(xué)生很有興趣地大膽猜測、估計(jì)，試探說出取代反應(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。為了改善我國東部的能源結(jié)構(gòu)，已經(jīng)啟動的“西氣東輸”，就是將新疆等地的天然氣，通過管道東輸?shù)介L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，幾天后就會有大量的甲烷生成。而產(chǎn)生的沼氣可以用來燒水、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)用對于解決農(nóng)村燃料問題，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)課我們開始了對有機(jī)物的學(xué)習(xí)，認(rèn)識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。

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”），調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性；課上以新聞（我國某地煤礦發(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獲取知識；在引出“烴”時(shí)，利用動畫（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)過程中學(xué)生再也不會忘記“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)生對取代反應(yīng)和初中學(xué)過的置換反應(yīng)、復(fù)分解反應(yīng)概念模糊不清，須課后通過練習(xí)強(qiáng)化。

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