[教学设计]天然气的利用甲烷

 

一、设计思想

 

《普通高中化学课程标准》要求我们根据学生认知水平和心理发展特点，要以最优化的教学设计和教学实践实现“不同的学生学习不同的化学，为学生科学素质的发展提供更大的空间”的目标。新课程强调教学设计要从生产生活中的应用实例和学生的已有知识出发，通过实验探究，组织教学内容，使学生在初中知识的基础上有所提高。因此本节课的教学思路就是由学生日常生活中熟悉的物质入手，列举生活中所接触天然气--甲烷，然后分析它的结构，通过实验探究，认识甲烷的化学性质。在学习过程中让学生“动手做、动眼看、动口议、动笔写、动脑思”，真正理解和掌握知识，实现学生的主体地位，从而达到较好的教学效果。

 

二、教材分析

 

《课程标准》对本课教学内容的基本要求是在初中的基础上进一步学习与人类生存和发展密切相关的一些有机化合物的重要知识；并不要求去追求知识的系统性和知识迁移。本节内容是在学生通过初中学习，初步认识甲烷的燃烧反应和一些主要用途的基础上，进一步从甲烷的分子结构角度来认识甲烷的化学性质（氧化反应，取代反应）等。学生在学习中需要初步应用已有的原子结构、化学键等基础知识，从宏观、微观的角度来全面认识甲烷。但由于学生对教材的内容比较陌生，基本没有形成有机物的学习方法，空间想象思维较弱，所以在学习中应用辩证的观点从结构理解性质有一定的困难。因而在教学中通过模型制作培养逻辑思维和空间想象力。

 

《学科教学指导意见·化学》对《天然气的利用 甲烷》课时分配建议为1课时。

对甲烷的教学建议：初中化学中学生已经接触过甲烷，对甲烷的分子式、存在和应用有了一定的了解，所以高中教学应把结构、性质和用途作为学习的重点，尤其是化学性质的学习。为了更好的激发学生的求知欲望，又能体现新课程的三维目标。本课采用信息加工模式，充分体现化学和生活的紧密联系。通过讲解甲烷的存在、用途、性质、结构，让学生以甲烷作载体去体会有机化学学习的内容和特点。

 

三、学情分析

 

根据心理学研究表明：高一学生正处在求知欲强、好胜心强、兴趣广泛；但稳定的情感、态度、价值观尚未形成，自我认识能力不足，思维活跃但不深刻的阶段，这些是我们应该充分认识到的。在初中化学中学生已经接触过甲烷，对甲烷的分子式、存在和应用有了一定的了解，高中重点是学生甲烷的化学性质，而且把所学的知识与生产、生活有机的结合起来，使学生感到既熟悉又有新知识可以学，因为这部分知识与生活息息相关，从而可以激发学生的学习热情。

 

四、教学目标

 

（一）知识与技能目标：

1、知道化石燃料的主要成分，认识综合利用甲烷对于充分利用自然资源、环境保护及保障国民经济可持续发展等方面的意义；

2、认识甲烷的分子组成、结构特征、主要化学性质及应用，初步认识取代反应的概念；

3、了解有机化合物分子中基团——甲基的概念；

4、知道可燃性气体在保存、点燃中的安全问题。

（二）过程与方法目标：

1、通过观察分析、合作讨论等开放的问题情境，从中体验科学探究的乐趣，形成探究、合作的学习方式；

2、通过甲烷的取代反应的教学，掌握从具体到一般的抽象概括方法。

（三）情感态度与价值观目标：

1、通过结合贴近学生生活实际和国民经济建设实际，激发学生学习有机化学的兴趣，让学生体验到学习有机化学“有趣、实用”的思想情感；

2、通过从学生已有的经验和知识出发，让学生从身边及生活中常见的有机物入手学习最基本的有机化学知识，了解学习有机化学的价值。

3、培养辩证唯物主义世界观，培养求真务实的科学态度。

 

 

五、教学重点难点：

 

教学重点：甲烷的分子组成、结构特征、主要化学性质（燃烧反应和取代反应）；

教学难点：取代反应的概念以及取代反应与置换反应的区别。

 

六、教学策略与手段

 

谈到教学方法，我们首先必须明确的一点就是“教无定法”。具体怎么教，要根据个人的教学风格和学生实际情况灵活选择。在本堂课的教学中我主要采用实验探究法、讲授法、讨论法、自学法；采用这样的教学方法是因为：

 

1、探究学习是培养学生自主性、创造性、实事求是的科学精神的一种重要方法。也是培养观察能力和动手能力的重要途径。课本设置了许多实验探究的内容，实验探究是实现三维目标的重要环节。所以，实验探究是必不可少的一种教学方法。

 

2、“教学”二字从字面上认识是教在前学在后，课程改革要改变“师说生听”的状况其目的是要改变不注重学生感受的倾向，而有些学习内容教师不教，学生是不会的，所以用讲授法教学就很有必要。

 

3、新课标对学生主动获取信息和加工信息有较高的要求，所以利用好网络精心地设置一些问题，促成学生积极主动地进行自学和讨论。

 

七、教学用具：

PPT课件，模型：甲烷分子的比例模型；甲烷、乙烷、丙烷分子的球棍模型

仪器：铁架台、水槽、酒精灯、储气罐、小烧杯

药品：甲烷、氯气、饱和食盐水、澄清石灰水、酸性高锰酸钾溶液

 

八、教学过程

[引入新课]：

[情境创设]：在PPT上给出三个关键词：

1、可燃冰

2、西气东输

3、矿难

并分别给学生展示与这三个词相关的图片

（设计意图：由这三个看似不相关的词，引入今天的课题——甲烷）

[提出问题]从这三个关键词和相关的图片，同学们你们能想的是什么呢？

[学生活动]根据自己的知识积累和同学间的交流讨论，得到一致的想法

[板书]：天然气的利用  甲烷

[过渡]: 通过刚才的关键词和图片，同学们都知道我们今天要学习的内容是天然气（甲烷），那有没有哪位同学知道，天然气在自然界如何存在的呢？

[投影]天然气的存在

（设计意图：拓展学生的知识面，帮助学生积累生产生活方面的知识经验，激发学生的学习兴趣）

[过渡]: 同学们已经了解了天然气在自然界的存在，那同学们想知道甲烷的分子组成和结构吗？

[情境创设]交流与讨论：

1、已知在标准状况下甲烷的密度是0.717g/L，含碳75%，含氢25%（质量分数）。利用这些数据怎样确定甲烷中碳、氢元素的质量比、原子个数比和分子式？

2、写出甲烷分子的电子式，说明它的分子结构特点。

 3、已知1 mol甲烷在通常情况下完全燃烧放出890 kJ·mol^―1热量，写出甲烷燃烧的热化学方程式。

[学生活动]学生通过讨论上得出答案

[教师]将其中几位同学的答案在实物投影上展示出来，对学生的答案进行点评，

（设计意图：通过理论分析、计算证明甲烷的分子式、比较抽象，需要较高的推理能力，适合对化学感兴趣的学生学习。）

 [总结归纳并板书]：一、甲烷的分子组成和结构

1、有机物分子确定的方法：

 

 

摩尔质量 （相对分子质量)

 

分子式 

分子中各原子的物质的量之比   （各组成原子个数的最简比）

 

2、甲烷的分子式：CH₄

3、分子结构：

电子式：        

 

 

 

 结构式：

 

 

 

 4、分子结构特点：正四面体型结构，呈高度对称状，而且C—H键比较牢固。

  [展示]甲烷分子的比例模型、球棍模型。

[老师讲解]经过科学实验证明甲烷分子的结构是正四面体结构，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。

[过渡] 结构决定性质，请根据甲烷的结构及三个关键词，推测甲烷的性质？

[板书]二、甲烷的性质和用途

[展示]贮存甲烷气体的装置，并结合甲烷的相对分子质量，让学生判断甲烷的部分物理性质。

[学生回答] 预期回答：颜色、状态、水溶性及密度（比空气轻）等。

1、物理性质

   无色、无味的气体,密度比空气小,难溶于水。

(设计意图：让学生通过观察，自己得出结论，充分调动学生学习的主动性，让学生感到成功的喜悦，激发学生学习的积极性)

[创设情境]甲烷是最简单的有机化合物，怎样确定它的组成中含有碳、氢二种元素？

[学生活动]学生通过交流讨论，提出实验方案

[实验探究1]甲烷的燃烧

[投影小结]       甲烷燃烧的实验

燃烧现象	检验产物
	方  法	现  象	结  论
甲烷安静燃烧，产生淡蓝色火焰	用干燥的小烧杯罩在火焰上	烧杯内壁有液珠生成	有水生成
	用内壁涂有澄清石灰水的小烧杯罩在火焰上	烧杯内壁有白色悬浊液生成	有二氧化碳生成

（设计意图：通过理论分析得出研究方案，进一步进行实践。从理论到实践，大大激发了学生学习的积极性，拓展其思维，同时巩固已有的知识）

[板书]2、化学性质

①可燃性: CH4+2O2        CO2+2H2O

 

（强调书写有机化学方程时，要写成“ ” 而不是“ ==”）

[创设情境]将甲烷通入酸性高锰酸钾溶液，会有什么现象呢？

[实验探究2]把甲烷通入盛有酸性高锰酸钾溶液中，观察紫色的高锰酸钾溶液是否褪色。

现象：紫色的高锰酸钾溶液不褪色。

[小结] 一般情况下，甲烷性质稳定，与强酸、强碱及强氧化剂等不起反应

（设计意图：为下一节课学习乙烯的化学性质，将两者进行对比，有助于学生更好的理解乙烯和甲烷的性质差别原因是分子结构不同）

[过渡]甲烷除了在点燃条件下跟氧气反应外，还能和什么物质发生反应呢？

[创设情境]甲烷与氯气混合后在光照作用下的反应

[实验探究3]甲烷与氯气在光照下反应

现象：液面上升，气体颜色由黄绿色变为无色，液面上有油状物。

[老师讲解]：在室温下，甲烷和氯气的混合物可以在黑暗中长期保存而不起任何反应。但把混合气体放在光亮的地方就会发生反应，黄绿色的氯气就会逐渐变淡，有水上升、有白雾、石蕊试液变红，证明有HCl气体生成，出油滴，证明有不溶于水的有机物生成。

[展示]老师展示给学生甲烷和氯气的球棍模型

[学生活动]请学生根据已有的知识，化学健的断裂和形成，将甲烷与氯气反应过程用模型来演示出来

（设计意图：通过实验现象和学生已有的知识，让学生对甲烷与氯气反应的机理充分理解，从而能理解取代反应的含义）

[板书]②取代反应：

　

 

 

[投影]取代反应的概念

（设计意图：引导学生分析概念部分的关键词，并组织学生讨论取代反应与无机化学中的置换反应的区别）

[板书]有机化合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。

取代反应与置换反应的比较：

 

取代反应	置换反应
可与化合物发生取代，生成物中不一定有单质	反应物生成物中一定有单质
反应能否进行受催化剂、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顺序。
分步取代，很多反应是可逆的	反应一般单向进行

[提问]CH₄与Cl₂反应后产物有几种？哪些是有机化合物？哪种产物最多？

[学生回答]略

[[老师补充]常温下，一氯甲烷(CH₃Cl)是气体，其它三种是液体，三氯甲烷(CHCl₃)和四氯甲烷(CCl₄)是工业上重要的溶剂，四氯甲烷(CCl₄)还是一种效率较高的灭火剂，这四种取代物都不溶于水。

[讲解]将甲烷在隔绝空气加热到1000度以上,甲烷会发生分解反应。

               

[板书]③热分解：  CH₄  C + 2H₂

[投影]甲烷的三点利用及图片

1  制氟利昂、三氯甲烷和四氯甲烷是工业上重要的溶剂。

2  氢气是合成氨和合成汽油等工业的原料；炭黑是橡胶和染料的工业原料。

3  合成甲醇

（设计意图：通过结合贴近学生生活实际和国民经济建设实际，激发学生学习有机化学的兴趣，让学生体验到学习有机化学“有趣、实用”的思想情感）

[过渡]从石油炼制的产品中，可以获得许多化合物，如：乙烷、丙烷、丁烷等

[投影]乙烷、丙烷、丁烷、戊烷的球棍模型

[提问] 以上分子结构有什么特点？

[学生回答] 碳碳单键、链状、C原子剩余价键全部和氢结合

[提问] 比较甲烷与乙烷，乙烷与丙烷，丙烷与丁烷，在分子组成上的差异。

[学生回答]相差一个CH₂

[老师补充讲解]它们结构相似（键型相同，形状相似），但是碳原子数不同，如果看成是数列的话，公差是CH₂

（设计意图：分析甲烷、乙烷、丙烷的分子组成，引出同系物的概念。）

[板书]三、烃  烷烃

1、烷烃：

①定义：每个碳原子的化合价都已充分利用，都达到“饱和”。这样的烃叫做饱和烃。

②通式：  C_nH_2n+2  (n≥1)

2、同系物：结构相似，分子组成上相差1个或若干个“CH₂”原子团的有机化合物的互称

[课堂反馈]

1、为验证CH₄分子中含C、H两种元素，可将其燃烧产物通过：

a.浓硫酸；b.澄清石灰水；c.无水硫酸铜。正确的顺序是（        ）。

A.a、b、c   B.b、c   C.b、c、a   D.c、b

2、下列物质常温下呈气态的是 （     ）。

A、CH₃Cl               B、CH₂Cl₂        C、CHCl₃             D、CCl₄

[课堂小结]这节课我们研究了甲烷的分子结构，物理性质及化学性质，了解甲烷的性质和用途就能帮助我们合理开发和利用资源，更好地为人类社会的生产和生活服务。

[布置作业]

 

1、预习P61-64《石油炼制  乙烯》

 

2、“可燃冰”是深藏在海底的新能源，是外观像冰的甲烷水合物。我国南海海底有极其丰富的“可燃冰”资源。

 

（1）设想把它从海底取出拿到地面上会发生什么变化？

 

（2）已知每立方米这种固体释放164 m³的甲烷气体，试计算这种固体中水与甲烷的物质的量之比（设该固体的密度为1 g·cm^―3，且气体体积已换算为标准状况）。

[板书设计]

天然气的利用  甲烷

 

一、甲烷的分子组成和结构

 

1. 有机物分子确定的方法：

摩尔质量       （相对分子质量)

分子式

分子中各原子的物质的量之比   （各组成原子个数的最简比） 

2.分子结构

分子式：CH₄    

 电子式：          

 

 

 

 结构式:  

 

 

 

3、分子结构特点：正四面体型结构，呈高度对称状，而且C—H键比较牢固。

 

二、甲烷的性质和用途

1、物理性质

          无色、无味的气体,密度比空气小,难溶于水。

2、.化学性质

①可燃性:   CH₄+2O₂   CO₂+2H₂O

 

 

     ②取代反应：

 

③热分解：  CH₄  C + 2H₂

3、用途

 

三、烃  烷烃

1．烷烃

①定义　　　　②通式：C_nH_2n+2  (n≥1)

 

2．同系物

 

①结构相似  ②分子组成上相差1个或若干个“CH₂”原子团

[设计感悟与问题探讨]

 

1、要精心设计教学过程和学生的学习活动。探究性学习是学生的主动学习活动，应充分发挥学生的自主性，但学生在学习中教师的引导和启发作用是不可忽视的。在教学设计时，教师要根据学生的认知特点，结合教学的具体内容精心设计教与学的方案，以提高课堂学习效率，减轻学生的课后学习负担。

 

2、《课程标准》是在选修课中才开始系统地学习有机化学的基础知识，在选修模块《有机化学》中对有机物知识的系统性则要求很高。所以在高一必修化学有关有机化学知识的讲授时我们并不需要去追求知识的系统性，亦不需要过多的知识迁移。但是在实际的教学中，我们还是先学习物质的结构在根据结构去推出性质，这样的教学学生的反馈也比较好，那到底要不要根据结构决定性质这条线来教学呢？