資源簡介

8.1.1化石燃料與有機化合物
（第1課時）
一、教學目標
1.認識甲烷的組成和結構特點。會書寫甲烷的分子式、結構式及電子式，形成“結構決定性質”的觀念，培養宏觀辨識與微觀探析的能力。
2.知道甲烷能發生氧化反應和取代反應，掌握取代反應的概念，能通過分析、推理等方法，判斷有機物的取代反應，培養證據推理能力。
3.了解烷烴及同系物的概念，學會判斷及書寫簡單烷烴的同分異構體，建立判斷及書寫同系物、同分異構體的思維模型。
二、教學重點及難點
重點 甲烷的化學性質；
難點 取代反應原理。
三、教學方法
實驗探究法、講授法、討論法
四、教學工具
PPT、視頻、濃氨水、濃鹽酸等相關試劑
五、教學過程
【導入】播放視頻：中國可燃冰第二輪試采成功，創兩項世界紀錄
【問】視頻中可燃冰的成分是什么？
【生】甲烷
【講述】一、甲烷的存在及用途
甲烷存在于天然氣、沼氣和“可燃冰”中。我國的天然氣主要分布在西部地區及南海和東海的海底。
以甲烷為主的天然氣和沼氣都是理想的清潔能源，甲烷還可用作化工原料。
【展示】灌裝甲烷照片。
【講述】二、甲烷的物理性質
無色、無味、難溶于水的氣體，熔點為-182.5 ℃，沸點為-164 ℃，密度比空氣小。
【問】甲烷的電子式和結構式是什么？
【生】電子式，結構式
【問】甲烷的球棍模型是什么？
【生】球棍模型
【講述】甲烷是以碳原子為中心， 四個氫原子為頂點的正四面體的空間結構 ，四個碳氫鍵完全相同，鍵長短，鍵能大（413KJ/mol），所以碳氫共價鍵很牢固，不易破壞。
通常情況下，甲烷性質比較穩定，與高錳酸鉀溶液等強氧化劑、強酸、強堿不反應。
【問】甲烷分子中最多幾個原子共平面？
【生】3個
【講述】結構決定性質。
2、甲烷化學性質
（1）氧化反應（可燃性）
CH4＋2O2CO2＋2H2O。
實驗現象：1、淡藍色火焰,放出大量熱，生成水和能使澄清石灰水渾濁的氣體。
注意：有機反應方程式中用“ → ”不用“＝”
2、點燃甲烷和空氣，可能會發生爆炸（空氣中爆炸極限5% ~15%） ，因此，在點燃甲烷之前，必須進行的操作是檢驗純度。
【展示】播放甲烷和氯氣的實驗視頻
（2）取代反應
【生】實驗現象：
A裝置：試管內氣體顏色逐漸變淺；試管內壁有油狀液滴出現，試管中有少量白霧，且試管內液面上升，水槽中有固體析出。
B裝置：無現象
實驗結論：甲烷和氯氣在光照條件下發生了化學反應。
【展示】從微觀結構認識甲烷與氯氣反應的歷程視頻。
【講述】取代反應
定義：有機化合物分子中的某種原子(或原子團)被另一種原子(或原子團)所取代的反應。
【展示】動畫演示反應過程
特點：“有上有下”
請寫出甲烷與氯氣的相關化學反應方程式
【生】CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl(一氯代物)；
CH3Cl＋Cl2CH2Cl2＋HCl(二氯代物)；
CH2Cl2＋Cl2CHCl3＋HCl(三氯代物)；
CHCl3＋Cl2CCl4＋HCl(四氯代物)
【講解】甲烷發生取代反應的有關規律
(1)反應條件：反應條件為光照，其光照為漫射光，強光直射易發生爆炸。
(2)反應物：反應物為鹵素單質，如甲烷與氯水、溴水不反應，但可以與氯氣、溴蒸氣發生取代反應。
(3)反應產物：雖然反應物的比例、反應的時間長短等因素會造成各種產物的比例不同，但甲烷與氯氣反應生成的產物都是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4四種有機物與HCl形成的混合物。反應產物中HCl的物質的量最多。
(4)反應特點-連鎖反應
甲烷分子中的氫原子被氯原子逐步取代，第一步反應一旦開始，后續反應立即進行，且各步反應可同時進行。
【問】一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳的結構有幾種？
【生】因為CH4是一個正四面體結構，C原子處于正四面體的中心，H原子位于四個角上，位置是等效的。所以，一氯甲烷，二氯甲烷，三氯甲烷、四氯化碳都是一種。
【講述】甲烷的四種氯代烷唯有二氯甲烷只有一種結構能證明甲烷是正四面體。
【問】甲烷取代反應中的數量關系是什么？
【講述】CH4與Cl2發生取代反應時，每有1 mol H被取代，則消耗1 mol Cl2，同時生成1 mol HCl，即n(Cl2)＝n(H)＝n(HCl)。1 mol CH4與Cl2發生取代反應，最多消耗4 mol Cl2。
應用：
在光照條件下，將1 mol CH4與Cl2反應，得到四種有機產物CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4物質的量之比為1∶2∶3∶4，則消耗Cl2物質的量為(　　)
A．0.5 mol B．1.25 mol
C．2.5 mol D．3 mol　
【生】D
【展示】乙烷、丙烷、丁烷的結構式和球棍模型圖
【問】以上三種物質結構有什么共同特點？
【生】都是單鍵
【總結】
分子中碳原子都以碳碳單鍵相連，其余的價鍵均用于與氫原子結合，達到“飽和”的烴。
【展示】CH4、C2H6、C3H8、C4H10
【問】烷烴的分子通式是什么？
【生】CnH2n＋2
【展示】乙烷、丙烷、丁烷球棍模型圖
【講述】烷烴都是立體結構。
碳原子不在一條直線上，直鏈烷烴的空間構型是折線形或鋸齒形。
且碳碳單鍵可以旋轉。
【問】烷烴怎么命名？
【講述】
碳原子數(n)及表示
n≤10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
甲烷 乙烷 丙烷 丁烷 戊烷 己烷 庚烷 辛烷 壬烷 癸烷
n>10 相應數字＋烷
碳原子數相同而結構不同的烷烴，一般在烷烴命名之前加上“正、異、新”加以區別。
【展示】烷烴碳原子數與沸點的關系圖
【講述】1、隨著烷烴中碳原子數的遞增，物質的熔沸點、密度逐漸增大。
2、對于碳原子數相同的烷烴，支鏈越多，熔沸點越低。
【講述】
五、同系物
(1)概念：結構相似、分子組成相差1個或若干個“CH2”原子團的有機化合物互稱為同系物，如CH4和CH3CH3。
(2)特點：通式相同，結構相似，化學性質相似，物理性質一般隨碳原子數的增多而呈規律性變化。
1．同系物判斷的三個關鍵點
(1)同系物一定具有不同的碳原子數(或分子式)。
(2)同系物一定具有不同的相對分子質量(相差14n)。
2．同系物判斷的幾個“一定”和“不一定”
(1)同系物在分子組成上一定相差1個或若干個“CH2”原子團；但在分子組成上相差1個或若干個“CH2”原子團的有機化合物不一定是同系物。
(2)同系物具有同一通式，但具有同一通式的有機化合物不一定是同系物。
(3)同系物的化學性質一定相似，但化學性質相似的物質不一定是同系物。
(4)同系物的相對分子質量一定不相同。
【課堂練習】
兩種氣態烴組成的混合氣體，完全燃燒后得到CO2和H2O的物質的量隨著混合烴的物質的量的變化如圖所示，則下列對混合烴的判斷正確的是(　　)
①可能有C2H2　②一定有CH4　③一定有C3H8　④一定沒有C4H6　⑤可能有C2H6
A．②⑤　　B．②④　　C．③④　　D．②③
B　
【課堂小結】師生一起回顧和總結。
甲烷的存在及用途
二、甲烷的物理性質
三、甲烷的化學性質
重難點：取代反應現象及原理
四、烷烴
五、同系物

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