人教版高中化学必修二 31 最简单的有机化合物 甲烷 教学设计.docx
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人教版高中化学必修二31最简单的有机化合物甲烷教学设计
《最简单的有机化合物——甲烷》
人教版《化学2》让学生从熟悉的有机化合物入手，认识到有机化学与我们生活息息相关，初步了解有机化学研究的对象、目的、内容和方法，提供有机化学中最基本的核心知识，满足公民基本科学素养的要求，能用所学的知识，解释和说明一些常见的生活现象和物质用途。
教材从学生生活实际和已有的知识出发，学习甲烷立体结构和甲烷与氯气的取代反应，重点认识取代反应的特点，使学生在初中知识的基础上有所提高。
初步体会有机物分子结构的特点及其对性质的影响，让学生进一步从结构的角度，加深对有机物和有机化学的整体认识。
初步学会对有机物进行科学探究的基本思路和方法，激发学生对有机化学领域的学习兴趣。
【知识与能力目标】
1、掌握烷烃的分子组成、结构等的特征；
2、理解同系物、烃基等概念，学会烷烃的命名；
3、理解同分异构体概念；
4、了解烷烃系列的性质变化规律。
【过程与方法目标】
1、基本学会烷烃同分异构体的分析方法，能够书写5个碳原子以下烷烃的同分异构体结构简式；
2、从甲烷的性质推导到烷烃的性质的过程中，学会从一种代表物质入手掌握同系列有机物性质的方法。
【情感态度价值观目标】
通过实践活动、探究实验和多媒体动画等，培养学生关心科学、研究科学和探索科学的精神，激发学生学习化学的兴趣，探索新知识的欲望。
【教学重点】
1、会写甲烷的分子式、结构式、电子式，知道甲烷的结构特点；
2、知道取代反应的概念和甲烷发生取代反应时的断键和成键情况；
3、了解烷烃的概念、通式及结构特点；
4、了解烷烃的物理性质和化学性质；
5、理解同系物、同分异构体的概念，并会判断及书写简单烷烃的同分异构体。
【教学难点】
1、知道甲烷能发生氧化反应和取代反应，会写相应的化学方程式；
2、理解同系物、同分异构体的概念，并会判断及书写简单烷烃的同分异构体。
本节试验所需相关化学试剂和仪器
2课时
第一课时
【导入】在前面的学习中，我们学习了化学的一大模块——无机化学，从今天开始，我们将进入化学另一个模块——有机化学的学习。
同时讲述西气东输等生活中常见的有机化合物提高学生的学习好奇心。
【教师讲解】有机化学主要是研究一些有机化合物的结构、性质与制备的学科，那么什么又是有机化合物呢？
其实，有机化合物就是指含有碳元素的化合物，简称有机物。
有机化合物有两个基本特点：
数量众多，分布极广。
但由于CO、CO2、H2CO3及其盐、氢氰酸（HCN）及其盐、硫氰酸（HSCN）及其盐等与无机化合物的性质与结构相似，所以把他们归入了无机化合物之列。
【教材整理】1 有机物与烃
1．有机化合物
（1）定义：
含碳元素的化合物叫有机物。
（2）组成元素：
除含碳元素外，常含有氢元素、氧元素，有些有机物还含有氮、硫、卤素、磷等。
2．烃
（1）定义：
仅由碳和氢两种元素组成的有机物称为碳氢化合物，也称为烃。
（2）典型代表物：
最简单的烃是甲烷。
3．甲烷的存在和用途
【教材整理】2 甲烷的组成与结构
1．甲烷的组成与结构
分子式CH4，电子式为
，结构式为
。
2．甲烷分子结构示意图
甲烷分子具有正四面体结构，碳原子为中心，氢原子为顶点，其中4个C—H的长度和强度相同，夹角相等，其角度为109°28′。
3．甲烷的分子模型
为球棍模型，
为比例模型。
⇓ ⇓
特别说明：
可利用CH4分子中共价键的夹角为109°28′且相同，说明CH4为正四面体形而不是正方形。
【课堂练习】
1．下列说法中不正确的是（ ）
A．有机物一定含有碳元素
B．烃属于有机物，只含碳、氢两种元素，不少有机物还含有氧、氮、硫等元素
C．有机物都不溶于水，如CCl4、CS2等
D．有机物有2000多万种，所以在周期表中形成化合物种类最多的是第ⅣA族
【解析】 大多数有机物都不溶于水，但有一部分有机物溶于水，如乙酸、乙醇等，所以C项错。
第ⅣA族的元素中，硅是地壳和岩石的主要成分，所以人们称硅是无机非金属的主角；碳是有机物必含的元素，所以人们称碳是有机界的主角，故D项正确。
【答案】 C
2．下列各图均能表示甲烷的分子结构，哪一种更能反映其真实存在状况（ ）
Ⅰ.结构示意图 Ⅱ.电子式Ⅲ.球棍模型 Ⅳ.比例模型
A．ⅠB．ⅡC．ⅢD．Ⅳ
【答案】 D
【教材整理】 甲烷的物理性质与化学性质
1．物理性质
颜色
状态
气味
密度（与空气相比）
水溶性
无色
气体
无味
比空气小
极难溶于水
2.化学性质
（1）稳定性
通常状况下，CH4性质稳定，与强酸、强碱、强氧化剂均不反应。
（2）氧化反应（燃烧）
点燃条件下，CH4能在空气中燃烧，化学方程式为CH4＋2O2
CO2＋2H2O，燃烧火焰呈淡蓝色。
（3）与Cl2的取代反应
①CH4与Cl2在光照条件下，反应生成一氯甲烷的化学方程式（用结构式表示物质）
。
②甲烷的4种氯代产物都不溶于水，常温下CH3Cl为气体，其他三种为液体。
3．有机物取代反应概念：
有机物分子中的某些原子或原子团被其他的原子或原子团所替代的反应。
【思考探究】
探究 甲烷与Cl2取代反应的实验探究
图① 图②
问题思考：
（1）图①和图②中有哪些现象？
【提示】 图①无明显现象。
图②：
试管内——气体颜色逐渐变浅；内壁有油状液滴出现；有少量白雾；液面上升，
水槽中——有固体析出。
（2）图①与图②的现象说明甲烷与Cl2反应的条件是什么？
【提示】 光照。
（3）写出Cl2与CH4发生反应的系列方程式（用结构简式表示物质）。
【提示】 CH4＋Cl2
CH3Cl＋HCl，
CH3Cl＋Cl2
CH2Cl2＋HCl，
CH2Cl2＋Cl2
CHCl3＋HCl，
CHCl3＋Cl2
CCl4＋HCl。
【认知升华】甲烷的取代反应及产物特点
1．甲烷与氯气的取代反应
2．甲烷氯代物的结构特点
CH4分子的立体构型为正四面体，4个C—H的长度、强度和夹角完全相同，因此CH4分子中的4个氢原子性质完全相同。
（1）若将CH4分子中的4个氢原子全部用其他相同的原子或原子团替代，则该原子形成的分子结构仍为正四面体，如CCl4。
（2）若CH4分子中的4个氢原子被其他不同的原子或原子团替代，则该原子形成的分子结构仍为四面体，但不属于正四面体，如CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3。
（3）CH4的一取代、二取代、三取代、四取代产物均只有一种。
【课堂练习】题组1 甲烷的结构与性质
1．下图是CH4、CCl4、CH3Cl的分子球棍模型图。
下列说法正确的是（ ）
A．CH4、CCl4和CH3Cl都是正四面体结构
B．CH4、CCl4都是正四面体结构
C．CH4和CCl4中的化学键完全相同
D．CH4、CCl4的结构相同，性质也相同
【解析】 CH4、CCl4中各自的键的长度、键的强度相等，故为正四面体结构；CH3Cl中含C—H和C—Cl两种不同的化学键，不是正四面体结构。
【答案】 B
2．下列关于甲烷的叙述正确的是（ ）
A．甲烷分子的立体构型是正四面体，所以CH2Cl2有两种不同构型
B．甲烷可以与氯气发生取代反应，因此，可以使氯水褪色
C．甲烷能够燃烧，在一定条件下会发生爆炸，因此，是矿井安全的重要威胁之一
D．甲烷能使酸性KMnO4溶液褪色
【解析】 A中，由于甲烷是正四面体结构，四个顶点中任意两个氢原子都是相邻关系，故CH2Cl2不存在不同构型；B中，CH4只能跟氯气在光照下反应，与氯水不反应；D中，CH4比较稳定，不能被酸性KMnO4溶液氧化。
【答案】 C
题组2 取代反应及其数量关系
3．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替代的反应叫取代反应。
下列化学反应中不属于取代反应的是（ ）
A．CH2Cl2＋Br2
CHBrCl2＋HBr
B．CH3OH＋HCl
CH3Cl＋H2O
C．CH2===CH2＋H2O
CH3CH2OH
D．CH3—CH2—Br＋H2O
CH3—CH2—OH＋HBr
【答案】 C
4．在标准状况下，22.4LCH4与氯气在光照下发生取代反应，待反应完全后，测得四种有机取代物的物质的量相等，则消耗的氯气为（ ）
A．0.5molB．2mol
C．2.5molD．4mol
【解析】 1molCH4与氯气发生取代反应，生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各0.25mol，该四种取代物中n（Cl）＝0.25mol×（1＋2＋3＋4）＝2.5mol，根据取代反应特点，1/2的氯原子进入氯化氢，所以n（HCl）＝2.5mol，故生成物中所含氯原子共2.5mol＋2.5mol＝5mol，参加反应的氯气为n（Cl2）＝2.5mol。
【答案】 C
【题后归纳】 取代反应的模式
X—Y＋W—Z―→X—Z＋W—Y
第二课时
【导入】复习上节课内容，导入新课
【教材整理】 烷烃的组成、结构与性质
1．分子结构特点
2．物理性质（随分子中碳原子数增加）
（1）熔、沸点：
逐渐升高；
（2）状态：
由气态→液态→固态，其中常温、常压下碳原子数小于或等于4的烷烃为气态；
（3）密度：
逐渐增大且均比水的密度小，难溶于水。
3．化学性质
烷烃的化学性质与甲烷类似，通常较稳定，与强酸、强碱及强氧化剂不反应，但一定条件下可燃烧，与氯气等发生取代反应。
（1）烷烃的燃烧通式为CnH2n＋2＋
O2
nCO2＋（n＋1）H2O。
（2）取代反应
乙烷在光照下与氯气发生取代反应的化学方程式为（生成一氯代物）C2H6＋Cl2
C2H5Cl＋HCl。
【特别提醒】 表示物质的化学用语（以乙烷为例）
（1）分子式：
C2H6
（2）最简式（实验式）：
CH3
（3）结构式：
（4）结构简式：
CH3CH3
【课堂练习】1．下列属于烷烃的是（ ）
【答案】 B
2．下列说法正确的是（ ）
A．饱和烃就是烷烃
B．随着碳原子数的递增，烷烃的熔、沸点逐渐降低
C．取代反应中可能有单质生成
D．任何烷烃分子都不可能为平面结构
【解析】 饱和链烃是烷烃，随着碳原子数的增加，烷烃的熔、沸点逐渐升高，据CH4的分子结构可知，烷烃分子不可能是平面结构，A、B错误，D正确；由取代反应的定义可知C错误。
【答案】 D
3．下列关于CH4和
的叙述正确的是（ ）
A．均能用CnH2n＋2组成通式来表示
B．均可以使氯水褪色
C．因为它们的结构相似，所以它们的化学性质相似，物理性质相同
D．通常状况下，它们都是气态烷烃
【答案】 A
4．写出下列物质的分子式：
（1）分子中含有14个氢原子的烷烃：
________。
（2）相对分子质量为44的烷烃：
________。
（3）碳、氢原子个数比为2∶5的烷烃：
________。
（4）含碳元素质量分数约为83.7%的烷烃：
________。
【解析】 根据烷烃的分子通式CnH2n＋2进行推断。
（1）2n＋2＝14，n＝6，其分子式为C6H14。
（2）14n＋2＝44，n＝3，其分子式为C3H8。
（3）n∶（2n＋2）＝2∶5，解得n＝4，其分子式为C4H10。
（4）
×100%＝83.7%，解得n≈6，其分子式为C6H14。
【答案】
（1）C6H14
（2）C3H8 （3）C4H10 （4）C6H14
【教师讲解】1．烷烃的命名
（1）表示
碳原子数（n）及表示
n≤10
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
甲
乙
丙
丁
戊
己
庚
辛
壬
癸
n＞10
相应汉字数字
（2）碳原子数n相同，结构不同时，用正、异、新表示。
（3）举例：
C6H14命名为己烷，C18H38命名为十八烷；C4H10的两种分子的命名：
无支链时：
CH3CH2CH2CH3命名为正丁烷；
有支链时：
命名为异丁烷。
2．同系物
（1）概念：
结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质。
（2）实例：
CH4、C2H6、C3H8互为同系物。
3．同分异构体
（1）概念
同分异构现象：
化合物具有相同的分子式，但具有不同结构的现象。
同分异构体：
具有同分异构现象的化合物。
（2）写出C4H10的同分异构体
CH3CH2CH2CH3和
。
（3）戊烷有3种，己烷有5种，庚烷有9种。
【思考探究】探究 同分异构体的判断
（1）有下列结构的物质，属于同分异构体的为________（填序号）。
①O2与O3 ②16O、17O与18O
[提示]④⑦
（2）写出C5H12的所有同分异构体的结构简式
[提示] CH3CH2CH2CH2CH3、
【认知升华】升华1 同分异构体的判断标准
（1）“同分”：
分子式相同不是相对分子质量相同。
（2）
升华2 烷烃同分异构体的书写方法
烷烃同分异构体的书写规律可概括为主链由长到短，支链由整到散，位置由心到边，排列对、邻到间。
选择最长的碳链为主链；找出中心对称线；碳原子必须满足四个键；主链上的链端不能接甲基，主链上的第二个碳原子或倒数第二个碳原子不能接乙基，否则主链会改变，而容易出现重复结构。
【课堂练习】题组1 同系物的含义与判断
1．下列说法中错误的是（ ）
A．同系物具有相同的最简式
B．同系物都符合同一通式
C．同系物中，相邻的同系物彼此在组成上相差一个CH2原子团
D．同系物的化学性质基本相似
【解析】 同系物不一定具有相同的最简式，如甲烷、乙烷、丙烷是烷烃的同系物，但它们的最简式分别为CH4、CH3、C3H8；结构相似，分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的化合物互称为同系物，同系物具有同一通式，化学性质相似。
【答案】 A
2．下列各组内的物质不属于同系物的是（ ）
【解析】 虽然A项中的3种物质有的是直链结构，有的是带支链的结构，但它们通式相同，都属于烷烃，在分子组成上依次相差一个CH2原子团，故为同系物；B项中的3种物质均只含一个碳碳双键，在分子组成上依次相差一个CH2原子团，也属于同系物；C项中3种物质结构相似，在组成上依次相差一个CH2原子团，属于同系物；D项中3种物质互为同分异构体，因此选D项。
【答案】 D
【题后归纳】 同系物的判断
题组2 同分异构体的判断及书写
3．分子式为C4H8Cl2的有机物共有（不含立体异构）（ ）
【导学号：
30032050】
A．7种B．8种
C．9种D．10种
【解析】 有机物C4H8Cl2的碳骨架有两种结构：
。
（1）碳骨架为C—C—C—C的同分异构体有
① ② ③
④ ⑤ ⑥
（2）碳骨架为
的同分异构体有
① ② ③
则C4H8Cl2的同分异构体共有9种。
【答案】 C
4．写出乙烷与Cl2在光照条件下生成的所有有机产物的结构简式
【答案】 CH3CH2Cl，CH3CHCl2，CH2ClCH2Cl，CH3CCl3，CH2ClCHCl2，CH2ClCCl3，CHCl2CHCl2，CHCl2CCl3，CCl3CCl3
【题后归纳】 同分异构体数目的确定——等效氢法
（1）氢原子等效的几种情况：
①烃分子中同一个碳原子连接的氢原子等效。
如甲烷分子中的四个氢原子等效。
②同一个碳原子所连接的原子团—CH3上的氢原子等效。
如新戊烷分子中四个原子团—CH3上的12个氢原子等效。
③分子中处于镜面对称位置上的氢原子等效。
如
分子中的18个氢原子等效。
（2）烃分子中等效氢原子有几种，则该一元取代物就有几种同分异构体。
【作业布置】
略。
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