甲烷第一课时

§3—1 最简单的有机化合物——甲烷第一课时甲烷一、教学目标1、知识与技能：了解有机物的概念与组成；了解的甲烷的存在、用途及物理性质；掌握甲烷的结构及化学性质。

2、过程与方法：初步掌握学习有机化合物的方法，通过比较甲烷的各种表示方法全面了解甲烷的结构；通过实践模型、演示实验、图片展示等，培养学生关心科学、研究科学和探索科学的精神。

3、情感态度与价值观：培养学生以安全为主的实验意识和严谨的实验态度；通过了解甲烷在社会生活中的作用，突出化学为人类生活作出的贡献，激发学生学习化学的兴趣。

二、教学重难点重点：甲烷的结构式、分子模型、空间结构；甲烷的化学性质难点：甲烷的取代反应三、教学过程教师：同学们，我们在第二章学习了化学反应与能量的相关知识，其中，在化学能与电能我们接触了一类电池——甲烷燃料电池。

甲烷作为一种清洁能源，有非常大的利用价值。

老师今天还要告诉大家，甲烷也是有机物的一种。

那么，什么是有机物呢？有机物有怎样的特点、性质和结构呢？它对我们的社会、生活又有怎样的作用呢？从今天开始，我们将走进对有化合物的学习（ppt展示标题）。

在学习之前，老师为大家介绍一些学习有机化合物的方法（ppt）。

一、分类归纳学习。

有机物有多种类型，各种类型有一定的通式和通性，注意把握其结构与性质间的关系。

二、学会运用分子模型，发挥充分的空间想象能力。

这一点非常重要，大多数有机物分子结构并非处于同一平面，而在一个立体空间。

在学习结构的时候，我们一定要将其放在一个立体空间进行联想。

三、打实基础。

在学习初期，部分同学总喜欢花很多时间去研究一些深难题。

我建议不要。

毕竟大家是首次真正接触有机化合物。

在基础阶段，应当将各种概念、反应类型、有机物类型及性质弄清楚。

四、学习有机物的基本思路为，分子式（表达式）→物理性质→分子结构→化学性质→用途。

希望同学们以后能按照这些方法，认真学习我们的有机化合物。

学生：（听课、笔记）教师：接下来我们来看看有机化合物在整个高中课程所占的比例。

必修2的第三章将学习有机化合物的基础知识，选修5《有机化学基础》将更全面、系统地按照不同类别对有机化合物进行学习。

首先看必修2第三章，分为哪几个章节？学生：最简单的有机化合物——甲烷；来自石油和煤的两种化工燃料；生活中常见的两种有机物；基本营养物质。

教师：这就是我们接下来一个多月要学习的相关知识，从刚才大家所说的标题可以看出，有机物存在于化工燃料、生活用品、营养饮食中。

那么，到底是什么是有机物呢？学生：（说出自己的答案）教师：（ppt展示有机物定义：绝大多数含有碳元素的化合物为有机物。

但是有几种物质，CO、CO2、碳酸盐、碳的金属化合物、氰化物及硫氰化物，NH4CNO等物质，由于组成和性质跟无机物相似，因此归作无机物。

有机物特点（通过与无机物的比较体现，ppt表格呈现。

强调，1、有机物种类繁多的原因，碳原子最外层有四个电子，又能得电子，又能失电子，能和其他元素形成各种共价键；2、有机物的化学反应通常有副产物生成，因此反应式用“→”而不用“=”。

））组成元素：碳、氢、氧、氮、硫、磷等。

其中，只含碳氢两种元素的的有机物称为碳氢化合物，也成为烃。

我们将从最简单的烃——甲烷，开始学习。

（ppt图片展示，西气东输），“西气东输”是我国为了改善东部能源结构而实行的一项大工程，它输送的是什么气体？学生：天然气。

教师：天然气高效、低能、污染小，是一种重要的清洁能源。

（甲烷的存在）天然气的主要成分，就是甲烷CH4。

另外，像沼气、油田气、煤矿坑道气，以及现在的一种新型能源，可燃冰，其主要成分都是甲烷。

顺便提一下，可燃冰是一种由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质，分布在深海或陆域的永久冻土中，分子式为CH4·8H2O。

（物理性质）甲烷是一种无色无味的气体，密度比空气小，极难溶于水。

我们在实验室收集甲烷，一般用什么方法？学生：向下排空法，排水集气法。

教师：有时在家，同学们会闻到到一些天然气有气味，因为其中混杂了乙硫醇C2H5SH，是一种类似于有硫化氢气味的气体，为了提醒人们天然气泄漏。

那有没有什么能检查天然气泄漏的简易方法呢？学生：（思考）教师：可以将肥皂水抹在可能有泄漏的地方，如果看到什么现象，就说明漏气？学生：（思考）看到冒泡教师：这就是我们在家的时候可以用来简易检查天然气泄漏的方法。

像这些日常生活小常识，同学们一定要有，万事小心，防患于未然。

教师：（结构），我找两个同学上台画出我们如今已知道甲烷的分子式，我找两个同学上台画出CH4的电子式和结构式。

学生：教师：非常好。

同学们思考，CH4的结构式就真能表示它的结构吗？CH4分子中的原子在空间是如何分布的？老师为各小组准备了一些球棍模型，请同学们根据自己的情况和一定的空间想象能力，试着组合一下CH4分子的球棍模型。

学生：（小组合作，完成球棍模型）教师：（观察学生情况，适当讲解，最后请一小组展示）学生：（展示并简单介绍）教师：（ppt展示球棍模型），如图所示，甲烷分子具有正四面体结构，碳原子为正四面体中心，4个氢原子位于正四面体顶点。

其中，四个氢原子完全等效，4个C-H键的长度和强度相同，夹角相等，为109°28′（ppt展示比例模型）这是甲烷的比例模型，中间最大的那个原子就是碳原子，四周小的原子是氢原子。

比例模型主要用表示各原子的相对大小和结合顺序，更能真实地反映分子的结构。

（ppt表格展示，比较CH4分子式、电子式、结构式、球棍模型、比例模型示意图及各式应用范围）（随堂练习一，见附表）（化学性质）老师常说，结构决定性质，知道了CH4的结构，大家能不能推出它有怎样的性质呢？学生：（推断甲烷可能的性质）教师：（稳定性）甲烷的C—H键是很稳定的，与KMnO4溶液不起反应，将其通入溴水中也不能使溴水褪色，它与其他强酸强碱也不发生反应。

（氧化反应）我们在之前提过，CH4可作为一种优良的燃料电池，请同学们写出CH4在氧气中完全燃烧的反应方程式。

学生：CH4（g）+ 2O2 (g)−−点燃 CO2(g)+2H2O(l)−→教师：甲烷完全燃烧生成CO2，当其不完全燃烧时，就会有哪种物质生成？学生：CO教师：因此，书上用的是箭头符号。

对于甲烷的燃烧实验，提醒两点，第一、当甲烷在空气中的含量达到一定限度时，遇火花会发生爆炸。

像这种气体在点燃之前首先应该？学生：验纯教师：第二，纯净的甲烷在氧气中，会安静的燃烧，火焰明亮，呈淡蓝色。

（随堂练习二，见附表）教师：接下来我们来看甲烷另一个反应，这也是有机化合物一个非常重要的反应类型——取代反应。

请同学们首先认真看一下书61页的科学探究实验，思考可能出现的现象及原因。

学生：（阅读教材并思考）教师：（黑板上画出简易实验装置图，有光照与无光照作对比）这是一组对比实验，首先通过排饱和食盐水法各收集好半试管CH4和Cl2于两支大的硬质试管，注意必须是干燥又纯净的气体，同时思考，为什么要用排饱和食盐水法？一支试管用黑色纸套避光，另一只在光亮处。

片刻后，观察实验现象。

请同学们回答我，为什么不用排水法？学生：Cl2会与水反应，食盐水中含有C lˉ，能使Cl2溶于水的反应逆向进行。

教师：大家推断一下，可能出现怎样的实验现象呢？学生：无光照的一组不发生反应；光照的一组，试管内气体颜色逐渐变浅，试管壁出现油状液滴，试管内有少量白雾。

教师：很多同学应该是看着书说的，眼见为实，让我们亲眼见证（播放视频）。

（讲解）从刚才的实验视频中，我们可以看到了什么现象？（请一名同学回答，若有不足，请同学补充）学生：黄绿色逐渐变浅，试管壁出现油状液滴，试管中有少量白雾，试管内液面上升教师：很好，出现这些现象，是因为CH4和Cl2发生了如下反应（ppt呈现方程式）生成了HCl和另一种物质，叫做一氯甲烷，常温下它是气体。

但是这个反应到这一步并不会停止，一氯甲烷会与氯气进一步反应，生成二氯甲烷生成的二氯甲烷为油状液体，也会进一步与氯气反应，接下来的反应式请同学们自己在本子上写出（抽一名同学上台写）学生：（学生可能会漏掉这一步）教师：这就是CH4和Cl2反应的所有方程式，在生成的各种有机产物中，除CH3Cl为气体，其余均为油状液体，难溶于水。

我们来细看这几种产物。

首先看CH2Cl2，同学们思考，它有几种结构？学生：1种；2种教师：很多同学误以为CH2Cl2有两种结构。

回想上节课讲的甲烷的空间结构是？学生：正四面体教师：甲烷四个氢完全一样，我们将它放在空间中想象，2个氯原子不管放在正四面体的哪个顶点，都是一样的。

因此CH2Cl2只有一种结构。

（若学生理解起来有困难，可借助球棍模型加以讲解）CHCl3，又被称作氯仿，有一定的毒性，常作为有机合成原料，主要用来生产氟利昂、染料，医学上还把它用作麻醉剂。

CCl4，同学们已经非常熟悉了，它常被用作有机溶剂。

只是提醒一下，CCl4的空间结构是怎样的？学生：正四面体教师：CCl4的4个H原子被Cl原子全部取代，因此，4个Cl也是等效的。

因此CCl4的空间结构也是正四面体。

在这几种产物中，只有CCl4为正四面体结构，其余几种都是普通的四面体结构。

接下来，我们通过写出的反应式再来分析一下出现这些现象的原因。

试管内颜色逐渐变浅是因为？学生：Cl2和CH4发生了反应。

教师：管壁出现油状液滴是因为？学生：生成了CH2Cl2、CHCl3、CCl4等油状液体。

教师：白雾是？学生：HCl教师：试管内液面上升是因为？学生：气体压强减小教师：我们如果将这一系列的反应式综合，得到一个总反应式CH4+4Cl2−−→−光照CCl4+4HCl，那么，我想请问大家，当CH4与Cl2以1:4混合时，得到的产物是？学生：（易答）CCl4，HCl教师：很多同学误以为会发生上述的反应，其实无论CH4与Cl2以何种比例混合，以上的四个反应都会发生，CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4都会生成。

在上述反应中，甲烷的四个H原子被Cl原子逐一取代，生成了不同的取代产物。

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替代的反应叫做取代反应（ppt）。

同学们看取代反应，有没有觉得它与无机反应中的一种反应类似？学生：置换反应教师：（讲解置换反应与取代反应区别，ppt展示；随堂练习三）（用途）结构决定性质，性质决定用途。

甲烷以上的性质决定了它的以下用途。

一、作燃料，如天然气、沼气等；第二、甲烷还可用作化工原料。

我们这节课的学习就到这里。

随堂练习一1、下列物质属于烃的是（）①CH4 ②CH3Cl ③CH3OH ④H2S ⑤C2H2 ⑥CH2Cl2 ⑦C2H5OH ⑧金刚石⑨CH3COOH ⑩CO22、下列关于甲烷结构的说法错误的是 ( )A．甲烷分子中的化学键都是共价键B．甲烷分子为正四面体结构C．甲烷分子为正四边形结构D．甲烷分子的4个C-H键完全等价3、下列各图均能表示甲烷的分子结构，哪一种更能反映其真实存在状况( )A．Ⅰ B．Ⅱ C．Ⅲ D．Ⅳ随堂练习二1、下列关于甲烷的叙述中错误的是（）A、点燃甲烷前必须验纯B、甲烷燃烧放出大量的热，所以甲烷是一种很好的气体燃料C、煤矿井下要注意通风和严禁烟火，以防爆炸事故的发生D、在空气中将甲烷加热到1000°C以上能得到炭黑和氢气。