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江蘇省泰州市第二中學 倪 明

一、教學目標

（一）知識與技能

1.掌握甲烷的結構和性質。

2.了解甲烷的存在和用途。

（二）過程與方法

1.通過實踐活動、探究實驗和多媒體動畫等教學活動，歸納出甲烷的結構特點和化學反應規律，進一步培養學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，進一步訓練類比和建模的科學思維方法。

（三）情感態度與價值觀

1.使學生初步掌握研究物質的方法──結構分析、推測性質、設計實驗、觀察現象、分析現象、得出結論。激發學生學習化學的興趣，探索新知識的愿望。

2.通過生產、生活中有機化合物的學習，認識有機化合物的重要性，體會學習有機化合物的重要意義。

二、教學重點

甲烷的結構和化學性質。

三、教學難點

甲烷的取代反應。

四、教材分析

對于甲烷，在初中化學中已經介紹了甲烷的燃燒反應和一些主要的用途。在此基礎上，本節的教學內容將進一步介紹甲烷的分子結構，主要的化學性質（氧化反應、取代反應等）。教材在介紹這些知識時，非常注重與學生已有知識的聯系，采取各種不同的方式引導學生積極地思維，幫助學生理解。因此，在設計本節教學時，要在學生初中化學知識的基礎上體現認識的漸進性發展的原則，在學生已有的一些有關物質結構概念的基礎上，緊緊抓住結構和性質的關系，讓學生在頭腦中逐步建立有機物的立體結構模型，幫助學生打好進一步學習的方法論基礎。本節分兩課時甲烷，第一課時的教學流程如下圖所示。

五、教學過程

【新聞導課】播放2006年我國某地煤礦發生瓦斯爆炸事故的新聞報道視頻，留下懸念。

【投影】展示常見有機化合物的精美圖片，供學生欣賞。

【引言】剛才同學們從圖片中看到了：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，食物中的營養素──糖類、油脂、蛋白質等都是有機物。有機化合物與人類生活有密切的關系，在衣、食、住、行、醫療、能源、材料、科學技術及工農業生產領域中都起著重要的作用。從今天開始，我們將系統學習有機化合物的相關知識。

師：請大家看書思考有機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物稱為碳氫化合物，也稱為烴。

（動畫：由“碳”“氫”兩個字的底部的一部分組成“烴”。）

我們首先來學習最簡單的烴──甲烷。

【板書】一、甲烷的組成和結構

【問題1】

師：請畫出碳原子和氫原子的結構示意圖（讓1個學生板演。）

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。你能否從碳氫原子的結構分析并推出甲烷的分子式嗎？（學生積極思考問題，教師找一個學生總結討論結果。）

生：因為碳原子最外層有4個電子，欲形成8個電子的穩定結構，需要形成4對共用電子對才能達到8個電子的穩定結構；氫原子核外有1個電子，欲形成2個電子的穩定結構，需要形成1對共用電子對才能達到2個電子的穩定結構，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個學生板演，其余學生在下面練習。）

【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】甲烷的結構式：

師：這種用短線來表示一對共用電子的圖式叫結構式。

【問題3】那么甲烷分子中的原子在空間是如何分布的呢？（學生討論）

生：討論結果是可能有兩種結構──平面正方形結構和正四面體結構。

師：究竟甲烷的空間結構是怎樣的呢？

（實物展示：甲烷分子的球棍模型和比例模型。）

（學生相互傳看兩種模型，同時相互之間對自己課前制作的甲烷模型〔參照教材上的“實踐活動”欄目或用橡皮泥、木棒等代用品制作的簡易模型〕進行評價，在活動中加深對甲烷空間結構的認識。）

師：經過科學實驗證明甲烷分子的結構是正四面體結構，碳原子位于正四面體的中心，4個氫原子分別位于正四面體的4個頂點上（鍵角109°28′）。如下圖所示：

【過渡】我們知道，結構決定性質，甲烷的分子結構決定其具有怎樣的性質呢？

【板書】二、甲烷的性質

1.甲烷的物理性質。

（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？

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數一般為80%～97%。在我國的南海、東海海底已發現天然氣（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生的氣體（坑道氣或瓦斯）的主要成分。

【問題4】

師：從甲烷的結構你能否推測甲烷的化學性質？

【實驗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：從實驗中可知溶液顏色沒有變化，說明甲烷與高錳酸鉀不發生反應。通常情況下，甲烷穩定，如與強酸、強堿和強氧化劑等一般不發生化學反應。是否甲烷與其他物質在任何條件下都不發生化學反應呢？（學生閱讀教材。）

生：在特定條件下甲烷能與某些物質發生化學反應，如可以燃燒和發生取代反應等。

【板書】3.甲烷的化學性質。

（1） 甲烷的氧化反應。

【實驗2】

實驗步驟：

①使純凈的甲烷氣體通過帶尖嘴的玻璃導氣管，在玻璃導管的尖嘴處點燃甲烷，觀察火焰的顏色。

②在火焰的上方罩上一個干燥、潔凈的小燒杯甲烷，觀察燒杯內壁上的現象。

③待甲烷燃燒幾分時間以后，將小燒杯快速翻轉至燒杯口朝上放置，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。

實驗現象：

①甲烷氣體安靜地燃燒，火焰呈淡藍色。

②燒杯內壁上有水生成。

③澄清的石灰水變渾濁。

實驗結論：

①甲烷在空氣中點燃后燃燒，生成二氧化碳和水。化學方程式為：

CH4+2O2

CO2+2H2O

②從燃燒產物可證明甲烷中含有碳元素和氫元素。

師：請大家觀察這個化學反應的方程式與我們以前學習的有什么不同？

生：（觀察、思考后回答）方程式中間用“

”而不用“

”，這主要因為有機物參加的化學反應往往比較復雜，多有副反應發生，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到一定值（空氣中的甲烷含量在5%～15%體積分數范圍內）時，遇火花將發生爆炸。新聞報道中煤礦的礦井發生瓦斯爆炸就是這個道理。為了防止爆炸事故的發生必須采取通風、嚴禁煙火等安全措施。

②在進行甲烷燃燒實驗時，必須先檢驗其純度。

【板書】（2）甲烷的取代反應。

【實驗3】教材中的“科學探究”。（學生觀察發生的現象。）

生：沒有光照的試管無變化；光照后的試管壁上出現油滴，試管內的液面上升，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生了化學反應；試管壁上出現油滴，說明反應中生成了新的油狀物質；因為生成的氯化氫極易溶于水，氣體總體積的減少，導致試管內氣體壓強減小。

（播放甲烷與氯氣發生取代反應的教學動畫。）

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，4種取代產物氯氣報警器，我們稱這種反應為取代反應。請大家由剛才的動畫思考，什么是取代反應呢？（學生很有興趣地大膽猜測、估計，試探說出取代反應的含義。）

師：有機物分子里的某些原子或原子團被其他原子或原子團所替代的反應叫做取代反應。

師：CH4的4種氯的取代產物都不溶于水，在常溫下，CH3Cl是氣體，其他3種都是液體，

CHCl3和CCl4是重要的有機溶劑。這些產物都屬于鹵代烴。

師：我們以前學習過置換反應、復分解反應，置換反應、復分解反應與取代反應有什么區別和聯系呢？請思考、討論后填寫下表。

（學生思考、討論后填寫取代反應、置換反應、復分解反應的比較表。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構，已經啟動的“西氣東輸”，就是將新疆等地的天然氣，通過管道東輸到長江三角洲，最終到達上海的一項巨大工程。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放在密閉的沼氣池中發酵，幾天后就會有大量的甲烷生成。而產生的沼氣可以用來燒水、煮飯、點燈、發電等，從而節約石油、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、糞便和垃圾等經過沼氣池發酵后，大部分寄生蟲卵和病菌被殺死，改善了衛生條件，防止了疾病的發生。糞便等在發酵過程中，其中的蛋白質分解為氨，由于密閉的關系，氨不能逸出而留在液體中轉變為銨態氮肥，從而提高了肥效。

沼氣的應用對于解決農村燃料問題，改善農村的環境衛生，提高肥料的質量，提高農村的生活水平和生活質量，以及發展農業生產等方面都有明顯的效益和重要意義。

【課堂小結】本節課我們開始了對有機物的學習，認識到甲烷的正四面體結構和它的幾個重要化學反應，如：氧化反應、取代反應。學習中要重點對甲烷和氯氣的取代反應加以理解，更要樹立結構和性質緊密相關的觀點。

六、布置作業

1.教材“習題”第1、2、3題。

2.上網查閱資料并進一步了解“西氣東輸”的有關知識。

七、板書設計

一、甲烷的組成和結構

甲烷的分子式：CH4

甲烷的電子式：

甲烷的結構式：

二、甲烷的性質

1.甲烷的物理性質。

2.甲烷的存在。

3.甲烷的化學性質。

（1） 甲烷的氧化反應。

（2） 甲烷的取代反應。

4.甲烷的主要用途。

八、教后反思

課前布置學生用硬紙板制作甲烷的模型（教材中的“實踐活動”），調動了學生的學習積極性；課上以新聞（我國某地煤礦發生瓦斯爆炸事故）導課，引發學生思考和造成懸念，使學生能饒有興趣地主動獲取知識；在引出“烴”時，利用動畫（由“碳”“氫”兩個字的底部的一部分組成“烴”）給學生留下了深刻的印象，在以后的學習過程中學生再也不會忘記“烴”是僅由“碳”和“氫”兩種元素組成的有機化合物；研究甲烷結構時，學生之間相互討論，相互評價課前學生制作的甲烷模型，課堂氣氛輕松活潑，學習效果較好；當學習到甲烷的性質──氧化反應時，及時解釋了新聞報道中煤礦的礦井發生瓦斯爆炸的原因，前呼后應。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），使學生感到有機化學就在他們的實際生活中，體會到學習有機化學的重要意義。從課堂上反饋的信息可知，學生對取代反應和初中學過的置換反應、復分解反應概念模糊不清，須課后通過練習強化。

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