《甲烷》教学设计(全国优质课获奖案例)

《甲烷》教学设计
1.教材分析
人教版化学必修2第三章“有机化合物”是学生在高中阶段第一次接触有机物及其结构和性质。

甲烷是最简单的有机化合物，本节课内容将帮助学生学习甲烷的结构和性质。

2.教学目标
知识与技能：
（1）了解甲烷的物理性质，了解甲烷的结构特点
（2）认识取代反应、氧化反应
（3）能正确书写甲烷与Cl2反应的化学方程式
过程与方法
（1）通过动手制作甲烷可能的空间构型（球棍模型），推导甲烷的空间结构；通过数据计算甲烷分子组成，结构特点，分析讨论等学习过程，体会模型法、归纳法等科学方法在化学学习和研究中的应用
（2）通过学习甲烷的取代反应，了解取代反应的条件和实质
情感态度与价值观
通过对甲烷性质的学习，对分子结构的探究，丰富科学体验，提高学习兴趣，增强学号有机化学的信念。

3.教学过程
【引入•教师】同学们好，很高兴来到六中和大家一起学习，我们武汉的经济是比较发
达的，在2013年全国地级市的GDP排名中，武汉排名第九，其总收入仅次于上海、
广州、北京等地。

但武汉却是一个能源匮乏的城市，在发展经济的同时，能源的短缺
是一个巨大的瓶颈，请大家想一想，怎么来解决这个问题呢？
【学生】西气东输
【投影】西气东输
【教师·设问】为了改善东部的能源结构，我国启动了“西气东输”工程，国家的这个战略确实让武汉这个城市受益很大。

【投影•教师】我把这种受益概况为这样几句话：
引得西气入江城能源变革天地新
多元格局兴低碳清洁福气惠民生
【过渡•教师】（教师指着“引得西气入江城”），同学们，你们知道这“气”是指什么吗？
【解释•学生】天然气
【追问•教师】那么它的主要成分是什么呢？
【解释•学生】是甲烷
【追问•教师】其实，煤矿中的瓦斯、池塘中的沼气，它们的主要成分也是甲烷
【展示·教师】（展示甲烷）这就是一瓶甲烷，你们对甲烷有多少了解呢？
【学生】（教师高高举起甲烷的集气瓶）无色，再让学生闻气味（一个学生对着全班同学，展示闻气味
方法）无味，
老师是用排水法来收集甲烷的，这说明甲烷在水中的溶解度很……（小）
补充：极难溶于水、而且密度比空气小
【学生】无色、无味、极难溶于水、密度比空气的密度小可以燃烧等
【过渡】我们现在对甲烷是很熟悉，但是大家知道吗，在历史上，人们认识和研究甲烷，大约经历了5000年的历史（稍停顿，后投影）
【投影•教师】
早在3000年前《易经》中就有发现甲烷的记载，有“泽中有火”之说。

1776年英国化学家、物理学家道尔顿收集了甲烷，并进行研究
1790年英国医生奥斯汀（ting）发表了燃烧甲烷的报告，并最终确定甲烷是碳和氢的化合物，
由于甲烷只由碳氢两种元素组成、分子内只含有一个碳原子，所以，甲烷也是最简单的有机
化合物。

【板书】最简单的有机化合物甲烷（CH4）
【追问•教师】刚才大家提到了，甲烷是可以燃烧的
【过渡•教师】接下来，我请大家看一个实验（装置介绍：这是一个茶叶罐，上下各有一个孔。

从下孔给它充气，（让学生来配合）点燃气体，，请大家注意观察。

【实验现象】燃烧爆炸
【实验中的讲述】你们看到了什么现象
【学生】可以看到先燃烧，火焰呈现淡蓝色，（如果学生答黄色，要说明可能含有其他因素对实验干扰了）【追问•教师】为什么先燃烧后发生爆炸？（让学生相互讨论一下，后请一位学生来回答）
【学生】混有空气、不纯
【教师】不管是燃烧还是爆炸，其实就是甲烷与氧气发生了反应
【板书•教师】CH4 + 2O2→（点燃）CO2 + 2H2O（强调在有机反应中，中间的符号要用“→”）
其实，甲烷在燃烧的同时空气也在不断进入，导致甲烷和空气的混合比例发生变化，最终达到爆炸极限
【教师】那么，空气中甲烷的含量在多少时候就会爆炸呢？
（停顿）请大家阅读P61页的《资料卡片》来了解他。

【教师】5%~15.4%
【追问•教师】你们听说过瓦斯爆炸吗？（停顿）怎么来预防瓦斯爆炸呢？
【学生】通风、严禁烟火、当然也可以使用仪器来检测它的含量。

【教师】所以，在使用可燃气体时，必须要……
【学生强调】检验纯度。

【设问•教师】（指着反应）甲烷与氧气反应，其实就是发生了氧化还原反应，甲烷被氧气氧化，因此它发生了……（氧化反应），
【板书】氧化反应
【追问•教师】既然甲烷可以被氧气氧化，那么它还能不能被其他氧化剂氧化呢？（停顿）我们知道酸性高锰酸钾是一种常用的强氧化剂，它是否可以氧化甲烷呢？
【教师】我们通过实验来看一看
【实验】甲烷通入到酸性高锰酸钾溶液中（对比实验）
【教师】走下讲台，大家来看，这2支试管中溶液的颜色有区别吗？
【学生】没有
【教师】这也说明甲烷与高锰酸钾是……（不反应的）
【板书•教师】事实上甲烷在通常情况下的性质确实非常稳定，与高锰酸钾等强氧化剂、强酸、强碱等都不会发生反应
【追问•教师】同学们，到底是什么因素导致了甲烷的性质这么稳定呢？（板书性质停顿）（准备提示：物质的性质由什么决定？）
【学生】结构
【教师】结构决定性质
【过渡•教师】接下来，我们就一起来研究甲烷的结构
【板书】结构
请大家首先写出甲烷的电子式和结构式？
讲解：用短线来表示一对共用电子对的图式叫做结构式
【过渡·解释】甲烷分子中的C原子通过四个单键分别和四个H原子相连。

那么这5个原子在空间又是如何分布的呢？（动作辅助）
【过渡·投影】其实，早在1874年，荷兰物理化学家范霍夫他也提出了这个想法
【投影•教师】话说有一天，范霍夫在大学的图书馆里阅读论文的时候，他偶然产生了一个想法“甲烷的结构到底是怎样的呢？”。

【过渡】同学们，假如你是范霍夫，你能想出几种（慢慢说）甲烷的结构呢？（停顿）在这里我给大家准备了一些材料，①小番茄表示碳原子；②毛豆表示氢原子；③一根牙签表示一对共用电子对，2位同学一个小组，请把你想到的所有结构，动手搭建出来！
【投影•教师】请同学们用实物搭建甲烷可能的空间结构，
①小番茄表示碳原子；
②毛豆表示氢原子
③一根牙签表示一对共用电子对，搭建出CH4可能的空间结构。

（介绍、巡视、观察、收集）
【展示•教师】同学们很聪明，搭了很多结构（收集展示学生模型），那么，到底哪种结构是最合理的呢？【引导•教师】当时的范霍夫也碰到了相同的问题，他走出图书馆，具有广博数学和物理学知识的范霍夫突然想起，在自然界中一切稳定的结构都趋向于最小能量状态。

在这种情况下，只有当H原
子均匀的分布在碳原子周围的空间时才能达到。

【教师·学生活动】请你们看一看，你们搭建的结构是均匀分布的吗？如果不均匀，请修正你的结构。

【学生】修正结构
【设问】大家有两种想法很集中，（展示）一种是这样的、另外一种是这样的，那到底哪一种分布更加均匀呢？（停顿，这里有可能学生会回答是正四面体）
【教师解释】好，我们从氢→碳→氢它们的夹角来分析，平面正方形中，∠HCH的夹角有90°和180°两种；
正四面体中，每个∠HCH的夹角都相等，只有一种。

哪个更均匀？（正四面体的结构）【学生】这种，正四面体
【投影】范霍夫猛然领悟，正四面体！这才是甲烷分子最恰当的空间排列方式！
【教师】这种形状（展示学生的模型）到底是怎样的一种结构呢？
【教师】如果我这张纸条（展示）按照虚线折叠起来后，它就是正四面体！（如果学生答三棱锥，教师就说，它是三棱锥里最特殊的一种构型，叫做正四面体）
【设问】那氢原子在哪里呢？
【学生】四面体的顶点
【设问】碳原子呢？
【学生】中心
【板书】空间结构：正四面体
【解释•教师】同学们，如果早在1874年大家有这种空间结构研究成果的话，你就可能
是诺贝尔化学奖的第一人——“范霍夫”
【投影】①分子的空间立体结构的假说的创立者
②毕生从事有机立体化学与物理化学的研究，世界上第一个诺贝尔化学奖的获得者。

【总结·强调】正是由于甲烷有这样的结构和稳定的C-H键，它的性质才很稳定。

【展示】展示甲烷的球棍模型和比例模型
【介绍】这种结构叫做甲烷的球棍模型，它能表示分子内各原在空间的相对位置
这种结构叫做甲烷的比例模型，它能表示分子内各原子的相对大小和在空间的相对位置
【教师•展示·活动】我们继续来观察甲烷的模型，如果我把甲烷中的3个H原子分别用2个Cl原子和1个F原子来代替，你们知道这是什么东西吗？（要有换的动作），这是一个宝贝呀！
【解释•投影】1930年美国杜邦公司的米奇利利用甲烷发明了它，于是全世界几乎所有的冰箱、空调等都
用上了它。

现在，知道它是什么了吗？
【解释•学生】CHFCl2（二氯一氟甲烷）是氟利昂的主要成分之一，它的安全性和制冷效果比起其它制冷剂更为卓越！
【过渡•教师】当时杜邦公司也凭借这项发明创造出了巨大的利润，但是该公司对其合成原理进行了严格的保密，这也就成为了当时最大的机密之一！（停顿）那么，今天
（停顿）你们有没有兴趣来破解这个机密呢？（有激情的设问）
【学生】有！（学生也很有激情）
【解释•教师】为了破解这个机密，我们先通过一个实验来熟悉甲烷的另外一个性质
【实验•教师·投影】1、仪器100mL量筒，80mL氯气、20mL甲烷，烧杯中的溶液是饱和食盐水、光照
2、请同学们仔细观察实验现象，并加以描述
3、空白时间预留方案：①为什么收集氯气时候要用饱和食盐水？；
②光照前，为什么先通氯气后通甲烷？
③同学们，有的反应进行的很快（学生回答），比如在无机反应中的酸碱中和反应、离子反应等，大家再来看这个反应，它快吗？（学生，不快），这也就告诉大家，大多数的有机反应进行的是比较缓慢的，需要大家的耐心等待，仔细观察
反应过程中：描述实验现象：
1.液面上升，先慢后快。

说明：①反应前后气体体积减小②可能生成了溶于水的气体
【教师】现在，我请2位同学上讲台来观察这个实验，来看看还有哪些现象？
2.内壁和液面出现油状液滴：说明有不溶于盐水的物质生成
3.气体颜色变浅（对比或者是无色了），说明Cl2消耗了，与甲烷发生了反应【过渡】那么到底是怎样进行反应呢？为了帮助大家理解，我们通过动画来模拟一下它的反应过程
【设问】看了这段模拟过程，你们认为甲烷和氯气是怎么反应的？
【学生】回答
【解释·板书】我们用结构式来表示这个反应，在光照条件下，氯气分子中的Cl-Cl键断裂，然后氯原子进攻了甲烷分子中的氢原子，导致一条C-H断裂，Cl原子就和C原子通过单键结合，脱下来的H原子就和另外一个氯原子结合生成氯化氢，最终氯原子替代了甲烷分子中的氢原
子，像这样，甲烷中的一个氢原子被氯原子所替代，这种物质就叫做一氯甲烷。

【板书•教师】CH4+Cl2→CH3Cl+HCl（用结构式）
【解释•教师】CH3Cl中还有3个H原子，能否继续和氯气反应？其实，反应一旦发生，将连续发生反应【引导•教师】接下来是不是还可以继续和氯气反应，请同学们写出后面的反应（让学生在黑板上写出）【板书•学生】CH3Cl+Cl2→CH2Cl2+HCl（用结构式）
CH2Cl2+Cl2→CHCl3+HCl（用结构式）
CHCl3+Cl2→CCl4+HCl（用结构式）
【引导•教师】（指着四个反应）请同学们观察一下这些反应发生的时候有怎样的共同特点呢？
【解释•学生】氯气中的氯原子逐步替代了甲烷分子中的氢原子
【板书•教师·投影】像这样，有机物分子中的某些原子（或原子团）被另一种原子（或原子团）所替代的反应叫做取代反应。

【解释•教师】接下来，我们一起看一下它的取代产物，（先分析状态再讲用途）
1、一氯甲烷常温下为气态，其余三种都为液态。

2.、（根据现象的描述，适时讲解）刚才的实验还能看到什么呢？哦，由于它的产物都能溶于水，所以还能看到有油状液滴存在
3、、通过二氯甲烷再次论证甲烷的结构我们刚才讨论了，甲烷的结构是平面正四边形还是正四面体，大家来看一看，如果是平面正四边形，那么它的二氯取代物有几种？（2种），如果是正四面体，那么它的结构则只有1种，所以，通过二氯甲烷也可以证明甲烷的空间结构为正四面体
【板书】性质反映结构
3、通过三氯甲烷俗名为氯仿（投影·标注），制取氟利昂；
【追问•教师】现在你们能否破解氟利昂合成的机密吗？
【投影】CHCl3→CHFCl2
【解释•学生】F原子取代了CHCl3（氯仿）中的中的氯原子
【教师】在制取的过程中可以选用什么物质和它反应呢？
【学生】F2或者HF
【答疑·投影】是的，工业上就是通过HF和CHCl3来制取二氯一氟甲烷的CHCl3+HF→CHFCl2+HCl。

这个反应它是取代反应吗？
【学生】是取代反应
【解释•教师】杜邦公司的最高机密我们成功的破解了，以甲烷为主要原料制造的氟利昂曾极大地造福了人类，可这个物质却对大气中的臭氧层有破坏作用，为了防止臭氧空洞，国际组织通过了一
项叫《蒙特利尔议定书》，来限制氟利昂的使用，以保护臭氧，我们都要遵守。

【小结•教师】同学们，今天我们通过大家的一起努力，了解了甲烷的结构，解释了甲烷在通常情况下性质为何这么稳定，而稳定的结构，也反映
出了甲烷的结构。

当然在特定条件下甲烷也可以发生一些反应，比如说取代反应、氧化
反应
【过渡】确实在工业上就是通过甲烷的取代反应来合成一些重要的化工品，通过它的燃烧来作为能源。

（强调）但是你们想过没有为什么把甲烷作为一种高效而又清洁的能源呢？
【学生】讨论并回答
【投影】1、提示甲烷燃烧后的产物，点明清洁能源
2、我让大家先看一组数据
3、含甲烷的资源相对比较丰富
【教师·投影】深藏于陆地冻土和海底的可燃冰，因具有分布广、资源量大和能量密度高等先天优势，可燃冰的储量足够人类使用1000年，因此被人们称之为“未来最佳替代能源”。

【投影】我国初步证实，可能含有可燃冰的区域有南沙、东沙、西沙和冲绳海槽等。

因此，在业界流传着这样一句话：“谁掌握可燃冰的开采技术，谁就可以执掌21世纪世界能源之牛耳。

”
【真情感言】今天我们一起探讨了甲烷的一些性质和用途，你有哪些收获？
学生畅所欲言
生1：我知道了甲烷是一种很有用的物质。

生3：我多希望能早日用到可燃冰。

生4：我想知道为什么可燃冰可以放在手中燃烧，手不会被烧坏？
生5：为什么可燃冰常压下能放在手上，甲烷不会逃逸吗？
【过渡·小结】很开心和我们的同学度过了40分钟的时间，同时仿佛我们也跨越了5000年甲烷的研究史，
一种简单的有机化合物为我们的生产和生活带来了如此巨大的帮助，
【教师】最后，老师把它总结为一首诗来小结我们这节课的内容
【小结】简单甲烷用途广，安全使用记心上。

科学探究虽艰辛，合理应用放光芒。