高中化学优质教案 甲烷的性质 教学设计[必修](10)

第1课时甲烷的性质
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( organic compound) 其中仅含碳和氢两种元素的有机物称为烃。

甲烷的性质
一、甲烷的物理性质及其在自然界中的存在
1.物理性质：无颜色、无气味、密度比空气小，极难溶于水。

2.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 formula)： 结构简式：CH 4
4、分子结构：对称的正四面体结构 三、甲烷的化学性质
1、甲烷的氧化反应---燃烧反应 CH 4(g)+2O 2(g)−−→−点燃 CO 2(g)+2H 2O(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：
4、取代反应(substitution reactio)
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。

【随堂练习】已知甲烷的分子式为CH 4
，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 formula)：
结构简式：CH 4
【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】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］但是CH 4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】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/mol
【讲】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、分子结构：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化学性质是什么样的呢？
【板书】三、甲烷的化学性质
【讲】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---燃烧反应教师对学生设计的装饰进行评价并根据学生板演的方程式和装置图归纳总结
【讲】甲烷是一种优良的气体燃料，通常情况下1mol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？
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】
现象：火焰呈淡蓝色、烧杯内壁有水珠、澄清石灰水变混浊
［讲］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］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。

［知识拓展］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
［讲］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］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］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：
［讲］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]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(substitution reactio)
[科学探究］
实验条件控制：
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。

实验信息分析：
条件反应中现象变化试纸的变
化
黄绿色不褪不变红
实验1 不见
光
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］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］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】
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。

［知识拓展］CH 4的实验室制法
实验原理：无水CH 3COONa 和碱石灰(NaOH 、CaO)加热条件下脱羧反应。

实验装置：大试管向下倾斜、固固加热。

与O2和NH 3装置相同。

收集方法：向下排空气法或排水法
CaO 的作用：○
1 防止反应物结块，利于生成物溢出。

○
2 减小NaOH 对玻璃的腐蚀， ○
3 吸水剂
［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( )
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( )
A 、大多数有机物难溶于水，易溶于有机溶剂。