开展科学探究，构建高效课堂
练习1.下列物质属于有机物的是
（1）H2S（2）C2H2（3）CO2（4）C2H5OH（5）CH4（6）Na2CO3（7）*****（8）金刚石（9）H2CO3（10）C12H22O11
讲解：除二氧化碳、一氧化碳、碳酸盐及碳酸氢盐外，绝大多数含碳的化合物都是有机化合物。也就是说有机物一定含碳元素，但含碳元素的物质不一定是有机物。 练习2.下列有机物属于烃的是
（1）*****（2）C2H2（3）C2H5OH（4）C2H4（6）CH4（7）C12H22O11（8）（C6H10O5）n
探究活动一：探究甲烷的组成及分子式。
提出问题：英国科学家道尔顿在1804年在沼泽中收集到甲烷并测得甲烷的组成。其途径是：电炉加热→生成气体通入浓硫酸→碱液吸收。取16g甲烷燃烧完全后，产物中有44gCO2和36gH2O。又测得甲烷的相对分子质量为16，请推断：
甲烷的元素组成？如何确定甲烷的分子式？请表示出甲烷的电子式和结构式？
（学生）由题给数据推测甲烷的组成元素；通过计算确定甲烷的分子式；根据分子式写出甲烷的电子式和结构式。
（过渡）结构式仅用来表示分子中原子的连结顺序，不能表示分子中原子在空间的分布。我们知道了甲烷的分子式和结构式，那么甲烷分子的结构是什么样的呢？
探究活动二：探究甲烷分子的结构。
已知：实验测得甲烷分子中4个C-H键完全相同，每相邻的两个C-H键之间的键角、键长、键能都相等。
（活动）同学们利用手中的硬纸板、橡皮泥、小番茄、牙签等，制作出你们认为甲烷可能的空间构型。
提问：请××同学来你们小组讨论的结果，并展示你们的作品。 （实践活动）依据课本P60，制作正四面体模型。 （展示）甲烷的分子模型（球棍模型和比例模型）。
（讲解）结构式实际是分子球棍模型在平面上的投影，表示分子内各原子的成键情况。球棍模型能表示分子内各原子在空间的相对位置和立体构型。比例模型能表示分子内各成键原子的相对大小和在空间的相对位置。
（学生）根据甲烷分子模型结合实践活动，说出甲烷分子的结构特点。
（讲解）经过科学实验证明甲烷分子的结构是对称的正四面体结构，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，四个C-H键强度相同。
（投影）拓展资料：甲烷分子结构的参数——键角、键长、键能。 （知识拓展）在甲烷分子里，虽然C-H键都是极性键，但CH4分子是一种高度对称的正四面体结构，四个C-H键的极性相互抵消，整个分子没有极性，所以甲烷是非极性分子。 探究活动三：探究甲烷的物理性质。
学生实验：观察集气瓶中的甲烷气体并闻气味；将集气瓶倒置于水槽中，观察现象。
学生活动：请出甲烷的物理性质；根据物理性质推测出甲烷的收集方法。
探究活动四：探究甲烷的化学性质。
（教学情境）结构决定性质，通过刚才的学习我们知道，甲烷分子是一种对称的正四面体结构，请猜想甲烷的结构是否稳定？试说明你推测的理由。
（交流讨论）小组讨论后回答。
（答案）甲烷的结构很稳定。可能原因是：第一，天然气在地壳中贮藏比较丰富；第二，天然气能长途输送。
（学生实验）将CH4分别通入酸性KMnO4、溴水、含酚酞的
NaOH溶液、含石蕊的H2SO4溶液中
（学生活动）请汇报上述实验结果；根据实验现象推测出甲烷的化学性质。
（结论）在通常情况下，甲烷比较稳定，与高锰酸钾等强氧化剂不反应，与强酸、强碱也不反应，也证明了上面猜想是正确的。 探究活动五：探究甲烷与氧气的反应。 （演示）点燃甲烷。
（学生）描述甲烷燃烧时的现象（火焰为淡蓝色）并写出甲烷燃烧的化学方程式。
（问题探究）甲烷是一种优良的气体燃料，通常情况下1mol甲烷在空气中完全燃烧，放出890kJ的热量，火焰呈淡蓝色。请同学们设计一套检验甲烷燃烧产物的装置同时思考以下问题：（1）点燃甲烷前应有什么操作？（2）有几种产物？怎么检验？
（学生）点燃甲烷前应验纯，燃烧产物是二氧化碳和水，可以通过将干燥烧杯罩在甲烷的火焰上，之后倒转烧杯迅速倒入澄清石灰水来检验。
（板书）1、甲烷的氧化反应——燃烧反应
（注意）在这里化学方程式尽管已经配平，但不用等号用箭头表示。这是因为有机化合物参加的化学反应往往比较复杂，常有副反应发生，同时用结构简式代替分子式。
（教学情境）目前，大部分城市正在进行燃气改造，即将管道煤气改造为天然气。
第一，根据煤气和天然气的燃烧反应方程式，判断燃烧相同体积的管道煤气与天然气，消耗空气的体积较大的是哪种气体？
第二，燃烧管道煤气的灶具如需要改为天然气，灶具将如何改进？若不改进可能会产生哪些不良后果？
（学生）分组交流讨论后，展示讨论结果。 （资料卡片）第一，阅读课本P61资料卡片。
第二，我国煤矿发生一次死亡10人以上的特大事故中，绝大多
数是由于瓦斯爆炸，约占特大事故总数的70%左右。我国目前国有重点煤矿大多数属于瓦斯矿井，其中高瓦斯矿井和突出矿井占全国矿井总数的44%。
第三，2005年2月14日，辽宁省孙家湾煤矿发生一起特别重大瓦斯爆炸事故，造成214人死亡。事故的原因是由于岩爆造成大量瓦斯异常涌出，局部停风造成瓦斯积聚，工人违章带电检修，产生电火花引起瓦斯爆炸。
（问题探究）根据以上资料，瓦斯爆炸的条件及预防措施是什么？ （归纳总结）瓦斯爆炸的条件：一定浓度的瓦斯、高温火源的存在和充足的氧气。
防止瓦斯积聚的措施：加强通风，杜绝火源。 探究活动六：探究甲烷与氯气的反应。
（过渡）大家看到，甲烷与氧气反应要点燃，那么与比O2氧化能力更强的Cl2反应时是怎样的呢？ （播放视频）甲烷与氯气的反应。
（提问）看完了这段动画，同学们再来总结一下，你看到了什么？ （总结）氯气的黄绿色逐渐消失，瓶壁上有无色油状液滴生成，水面上升、试管中有白雾产生，石蕊变红。 （动画演示）甲烷与氯气的反应。
（问题探究）为什么气体颜色会变浅甚至褪去、有油滴出现？为什么量筒中的液面上升、有白雾产生，石蕊会变红？甲烷和氯气反应会有哪些键发生断裂和形成？
（结论）甲烷与氯气发生了化学反应；生成氯化氢极易溶于水，气体总体积减少，导致试管内压强减少，氯化氢溶于空气中的水蒸气形成白色酸雾，氯化氢溶于水显酸性；碳氢键断裂、氯氯键断裂。 教师书写甲烷一氯取代反应方程式，学生仿写一氯甲烷与氯气进一步反应的化学方程式。
（教师）甲烷分子里的氢原子是被氯原子逐步取代的，共生成五种物质，四种取代产物。我们称这种反应为取代反应。请大家由刚才
的动画思考，什么是取代反应呢？（学生很有兴趣的大胆猜测、估计，试探说出取代反应的涵义。）
（比较）对甲烷的四种取代产物从状态、俗名、溶解性、用途四个方面进行比较。
（强调）CH4的四种氯的取代产物都不溶于水。在常温下，CH3Cl是气体，其他三种都是液体，CHCl3和CCl4是重要的有机溶剂。这些产物都属于卤代烃。
教师：我们以前学习过置换反应，置换反应与取代反应有什么区别和联系呢？请思考讨论后填写下表？
（比较）将取代反应与置换反应从生成物中是否一定有单质、影响反应进行的因素、反应是否可逆等方面进行比较。 （知识拓展）甲烷的受热分解。
在隔绝空气的情况下，加热至1000℃，甲烷分解生成炭黑和氢气。
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。
（学生）阅读课本第一节P60第一段，归纳出甲烷的存在和用途。 （投影）
1.甲烷的存在和用途
（1）甲烷是天然气、沼气、油田气和煤矿坑道气的主要成分。 （2）天然气是高效、低耗、污染小的清洁能源。中国是最早利用天然气作燃料的国家。
（3）甲烷是一种重要的化工原料。
（4）“西气东送”是我国开发西部的一项重大举措，可以改善我国东部能源结构。
（拓展）可燃冰——未来的新能源。
练习1.甲烷分子是以C原子为中心的正四面体结构，而不是正方形的平面结构，理由是（）
A.CH3Cl只代表一种物质B.CH2Cl2只代表一种物质
C.CHCl3只代表一种物质D.CCl4是非极性分子
练习2.若要使0.500molCH4完全和Cl2发生取代反应，且生成的四种氯代物的物质的量相同，试求所需Cl2的物质的量。 （课堂小结）本节课我们开始了有机物的学习，认识到甲烷的正四面体立体结构和重要化学性质：氧化反应、取代反应、受热分解反应，学习中重点应对甲烷分子的结构和Cl2的取代反应加以理解，要树立结构决定性质的观点。
（课后活动与探究）查阅资料了解西气东输的有关，认识甲烷在工农业生产和人民生活中的重要作用；调查沼气在农业生产中的作用，了解我国沼气的使用历史和现状。 七、反思
首先，本节课的核心问题是甲烷的结构特点及取代反应。本节课由于探究过程较多，要注意教学的重点和难点的把握，语言要精炼。在教学过程中教师要控制好节奏，要根据时间适当调节教学内容。 其次，甲烷实验室制取不容易，可用天然气代替，没有天然气的农村学校，如果学生家中有沼气池，可以在课前给学生布置一个家庭实验：观察沼气的颜色、状态、气味；观察沼气燃烧时火焰的颜色；在沼气火焰上扣一只玻璃杯，观察玻璃杯内壁有何现象；用澄清石灰水润湿玻璃杯的内壁，然后再将玻璃杯倒扣在沼气火焰上，观察玻璃杯内壁有何现象？
再次，甲烷与氯气反应需要时间较长，可以带领部分学生在课外做实验，并录成视频在课堂上播放，将视频中实验现象做放大处理，便于学生观察。甲烷的取代反应使学生接触到的第一个化学反应，很多学生对有机反应不熟。所以要抓住有机反应的特点对甲烷的取代反应来理解，如有机反应是分步进行的，所以无论氯气与甲烷以何比例混合，最终都有4种卤代烃生成。写好有机反应方程式一定要了解反应物如何断键，才能理解生成物如何成键。并本着在哪里断就在哪里接的原则，更好地写出方程式。
开展科学探究,构建高效课堂
