Урок по химии на тему ' Алканы, изомерия, номенклатура, свойства' для 10 класса

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа д. Чебыково Мишкинский

район РБ

Конспект онлайн-урока в 10 классе по химии на тему

« Алканы. Изомерия,строение,свойства.»

провела учитель химии и биологии

Байбулатова И.С.

МИШКИНО 2014

Задачи:

• 
  Сформулировать знания учащихся о пространственном строении алканов.

• 
  Дать понятия о гомологах, ознакомить с правилами составления названий орг. соединений по систематической номенклатуре.

• 
  Рассмотреть способы получения, химические и физические свойства алканов, показать взаимосвязь между строением и свойствами.

• 
  Познакомить с основными областями применения насыщенных углеводородов.

• 
  Продолжить формирование умений анализировать, сравнивать, делать выводы; развить навыки культуры общения.

• 
  Воспитывать экологически образованную личность и ответственное отношение к учебе.

Тип урока: сообщение новых знаний.
Вид урока: лекция + элементы самостоятельной работы учащихся.
Оборудование:

• 
  Шаростержневая модель молекулы метана.

• 
  Зажигалка.

• 
  Опросные листы.

• 
  Таблицы: "Строение метана"; "Строение этана и бутана";

• Презентация

ХОД УРОКА

I. Организационный момент
II. Проверка знаний

1. 
   Фронтальная беседа (5 мин).

• 
  Что называется органической химией?

• 
  Что является теоретической основой органической химии?

• 
  Кто и когда сформулировал теорию строения органических соединений?

• 
  Назовите основные положения этой теории и объясните их.

• 
  Что называется изомерией? Приведите примеры.

2. 
   Работа с опросным листом (5 мин).

3. 
   Работа по карточкам у доски (3 человека)

III. Сообщение новых знаний
Цели урока:

• 
  Познакомиться с классом органических соединений - алканами,

• 
  Рассмотреть пространственное строение молекулы метана и его гомологов,

• 
  Изучить физические свойства предельных углеводородов и их применение.

Знакомство с планом новой темы:

1. 
   Понятие об углеводородах.

2. 
   Особенности пространственного строения предельных углеводородов.

3. 
   Гомологический ряд метана и составление названий алканов.

4. 
   Получение алканов.

5. 
   Химические свойства.

6. 
   Физические свойства алканов.

7. 
   Применение алканов.

Изложение лекционного материала учителем в соответствии с планом

1. Понятия об углеводородах.
Углеводороды - это органические соединения, состоящие из двух элементов - углерода и водорода.

Таких соединений очень много. Алканы - название предельных углеводородов по международной номенклатуре. Исторически алканы называют парафинами, что в переводе с латинского языка означает малоактивный. Алканы по сравнению с другими углеводородами относительно менее активные.
Их также называют насыщенными, т.к. все валентности атомов С насыщены атомами водорода. Простейшим представителем предельных углеводородов является метан.
2. Особенности пространственного строения предельных углеводородов. Современные представления о строении вещества не сводятся только к установлению порядка соединений атомов, но также включают рассмотрение пространственного строения молекул и электронной природы химических связей.
Предлагается написать молекулярную, электронную, структурную формулы метана, выяснить, что они показывают.
СН ₄ - молекулярная формула (качественный, количественный состав);
- электронная формула (ковалентная полярная связь);
- структурная формула (порядок соединения атомов в молекуле).
Но данные формулы не отражают истинного строения молекул метана. Молекула метана не имеет плоского строения, как можно представить на основании структурной формулы.
Работа с моделями молекулы метана
Молекула метана в действительности имеет форму тетраэдра. Тетраэдр - это пирамида, в основании которой лежит равносторонний треугольник. В центре тетраэдра находится атом углерода, а все его четыре валентности направлены к вершинам тетраэдра. Физическими методами исследования установлено,

что валентные углы равны 109 ^о28'.
Учащимся предлагаются проблемные вопросы:

• 
  Почему молекула метана имеет такую пространственную форму?

• 
  Чем объясняется направление валентных связей атома углерода от центра к вершинам тетраэдра?

Ответ следует искать в электронном строении атома углерода и молекулы метана.
С 1S ² 2S ² 2P ² --> C * 1S ² 2S ¹ 2P ³
(основное состояние) (возбужденное состояние)
Так как на втором энергетическом уровне Р-подуровне есть свободная орбиталь, то на неё переходит один из 2 S ²-электронов. В результате этого атом углерода в возбуждённом состоянии имеет четыре неспаренных электрона, т.е. становится четырёхвалентным.

(негибридные электронные облака) (гибридные электронные облака)
Облака всех четырёх валентных электронов атома углерода выравниваются, становятся одинаковыми. При этом они принимают форму вытянутых в направлении к вершинам тетраэдра восьмёрок.
Явление, при котором происходит смешение и выравнивание по форме и энергии электронных облаков, называется гибридизацией.
Так как гибридизации подвергаются один S и три Р -электрона, то такое состояние называется SP ³ -гибридизацией.
Несимметричное распределение электронной плотности означает, что вероятность нахождения электрона по одну сторону от ядра больше, чем по другую. Гибридные электронные облака вытянуты в пространстве под углом 109 ^о28' к вершинам воображаемого тетраэдра, и в этом направлении они перекрываются с электронными облаками атомов водорода.
Итак, молекула метана имеет тетраэдрическое строение, что обусловлено

³-гибридизацией атома углерода, тетраэдрическим направлением четырёх гибридных электронных облаков атома углерода.
Сравнивая масштабную и шаростержневую модели молекул метана, можно отметить, что шаростержневая модель, появившаяся до возникновения электронной теории, более наглядно рассматривает строение молекулы метана.

Работа с таблицами "Строение метана" и "Строение этана и бутана"
Для активизации учащихся им предлагается рассмотреть данные таблицы и ответить на вопросы (анализ информации, заключённой в таблицах).

• 
  Что общего в строении молекул метана и этана вы видите?

• 
  Чему равны валентные углы в молекулах гомологов метана?

• 
  Виды химической связи в молекулах метана и этана?

Проанализировав информацию, учащиеся делают выводы.
Для гомологов метана характерно:

• 
  тетраэдрическое строение атома углерода ( SP ³-гибридизация);

• 
  одинаковое значение всех валентных углов;

• 
  наличие С - С и С - Н химических связей.

Практическое задание: сделать шаростержневую модель молекулы метана.
После выполнения задания - проверка правильности выполнения и создание гомологов метана - этана, пропана, бутана.

3. Гомологический ряд метана.
Существует много углеводов, сходных с метаном, то есть гомологов метана. В их молекулах имеются 2, 3, 4 и более атомов углерода. Каждый последующий углеводород отличается от предыдущего группой атомов СН

₂. Например, если к формуле СН ₄ прибавить группу СН ₂, получим следующий углеводород С ₂Н ₆ - этан - гомолог метана. Группа СН ₂ называется гомологической разностью.
Для предельных углеводородов характерна общая формула: С _nH _2n+2, где n - целое число атомов углерода. Пример:
n=5 C ₅Н _2Х5+2=С ₅Н ₁₂ - пентан
n=8 C ₈Н _2Х8+2=С ₈Н ₁₈ - октан
Работа с учебником стр. 151 (таблица).
Работа с опросным листом.
Для названия углеводородов используют две номенклатуры: историческую (случайные названия) и систематическую.
Для составления названия алканов по систематической номенклатуре нужно:

1. 
   Выбрать самую длинную неразветвленную цепь углерода.

2. 
   Пронумеровать эту цепь таким образом, чтобы заместители, которые в молекулах углеводородов замещают атомы водорода, были ближе к началу цепи.

3. 
   Указать цифрой место и название заместителя, затем название основной цепи с суффиксом -ан . Для этого нужно знать название радикалов (образуются при отщеплении атома водорода от атома углерода), которые образуются от названий соответствующих углеводородов, путём замены суффикса -ан на -ил.

СН ₄ - метан, СН ₃ - метил
С ₂Н₆ - этан, С ₂Н ₅ - этил
С ₃Н ₈ - пропан, С ₃Н ₇ - пропил
Работа с опросным листом.
Для примера рассмотрим молекулу бутана и изобутана.
? записать на доске структурную формулу молекулы бутана и изобутана.
С Н ₃ - СН ₂ - СН ₂ - СН ₃ и СН ₃ - СН - СН ₃
бутан СН ₃
изобутан
молекулу изобутана назовем по систематической номенклатуре
1 2 3
СН ₃ - СН - СН ₃ 2-метил-пропан

СН ₃
СН ₃ - СН ₂ - СН ₂ - СН ₂ - СН ₂ - СН ₂ - СН ₃ гексан

СН ₃

СН ₃ - С - СН ₂ - СН ₃ изогексан или 2,2, - диметилбутан.
СН ₃
Работа с опросным листом.
4. Получение:

1. 
   П ромышленный крекинг.

С ₈ Н ₁₈ → С ₄ Н ₁₀ + С ₄ Н ₈

С ₄ Н ₁₀ → С ₂ Н ₆ + С ₂ Н ₄ алкан + алкен
С ₁₆ Н ₃₄ → С ₈ Н ₁₈ + С ₈ Н ₁₆

2. 
   Лабораторные способы:

   1. 
      реакцией гидролиза карбида алюминия:

Al ₄ C ₃ + 12HOH → 3CH ₄ + 4Al(OH) ₃ ↓
Метан гидроксид
алюминия

2. 
   щелочным плавлением солей карбоновых кислот:

CH ₃ COONa + NaOH → CH ₄ + Na ₂ CO ₃
ацетат натрия
3. реакцией Вьюрца :
CH ₃ Cl + 2Na → CH ₃ - CH ₃ + 2NaCl
хлорметан этан
4. восстановлением алкилгалогенидов:
CH ₃ - СН ₂ - Cl + Н ₂ → CH ₃ - CH ₃ + HCl
хлорэтан этан

4. 
   Физические свойства.

? проблемный вопрос: В благоустроенных квартирах используют смесь газов пропана и бутана. Почему прошедшей зимой во многих домах газ замерз и не поступал в квартиры?
С увеличением Mr закономерно изменяются:
а) агрегатное состояние углеводородов

С ₁ -С ₄ - газы
С ₅ -С ₁₆ - жидкости
n > 16 - твердые вещества
б) увеличиваются t _пл и t _кип .
в) уменьшается растворимость.

Вернемся к поставленному ранее вопросу, кто ответит?
5. Химические свойства.
Предельные углеводороды характеризуются малой реактивной способностью. Их называют инерционными, химически стойкими, парафинами (от латинского parum affinis - "мало сродства").
Сегодня на уроке познакомимся со взаимодействием алканов с кислородом, галогенами, термическим разложением, изомеризацией.
1. Горючесть алканов.
При поджигании (t = 600 ^oС) алканы вступают в реакцию с кислородом, при этом происходит их окисление до углекислого газа и воды.
С _nН _2n+2 + O ₂ → CO ₂ + H ₂O + Q
например:
СН ₄ + 2O ₂ → CO ₂ + 2H ₂ O + Q
Смесь метана с кислородом или воздухом при поджигании может взрываться.
Наиболее сильный взрыв получается при объёмных отношениях 1 : 2 (с кислородом) или 1 : 10 (с воздухом), т.к. метан и кислород вступают в реакцию полностью.
Подобные смеси опасны в каменноугольных

шахтах. Чтобы обеспечить безопасность работы в шахтах, там устанавливают анализаторы, сигнализирующие о появлении газа, и мощные вентиляционные устройства.
С ₃Н ₈ + 5O ₂ → 3CO ₂ + 4H ₂ O + Q
Горение пропан-бутановой смеси можно продемонстрировать на примере газовой зажигалки.
При горении алканов выделяется много теплоты, что позволяет использовать их в качестве источника энергии. Но большая часть их используется в качестве сырья для получения других продуктов.
2. Разложение алканов.
С _nН _2n+2 C + H ₂↑
СН ₄ C + 2H ₂↑
С ₄Н ₁₀ 4C + 5H ₂↑
Метан в термическом отношении более устойчив, чем другие алканы. Причина этого в достаточной прочности С - Н связей.
3. Реакции замещения (протекают с галогенами и другими окислителями при определённых условиях: свет, температура).
СН ₄ + Cl ₂ CH ₃Cl + HCl
СН ₃Cl + Cl ₂ CH ₂Cl ₂ + HCl
СН ₂Cl ₂ + Cl ₂ CHCl

₃ + HCl
СНCl ₃ + Cl ₂ CCl ₄ + HCl
Механизм цепных реакций достаточно сложен, объяснение ему было дано русским учёным Н.Н. Семёновым, за что он в 1956 г. был удостоен Нобелевской премии.
4. Реакции изомеризации характерны не для всех алканов. Обращается внимание на возможность превращения одних изомеров в другие, наличие катализаторов.
С ₄Н ₁₀ C ₄H ₁₀
Уравнение вызывает недоумение, т.к. учащиеся не встречались с реакциями, при которых состав молекул не изменялся. Значит, химические реакции могут сопровождаться не только изменением состава веществ, но и изменением их строения, что часто встречается в органической химии. Чтобы выразить такое превращение, надо пользоваться структурными формулами.
Структурно это выглядит следующим образом:
С Н ₃ - СН ₂ - СН ₂ - СН ₃ СН ₃ - СН - СН ₃
СН ₃ СН ₃
бутан изобутан

6. 
   Применение.

? Сторонники природоохранного движения в целях защиты окружающей среды и экономии природных ресурсов предложили прекратить добычу природных углеводородов. Можно ли поддержать их предложение? Ответ обоснуйте.
Работа учащихся с текстом учебника стр. 153.

IV. Выводы.
В конце урока учащиеся записывают выводы, вытекающие из содержания изученного материала .

Алканы (предельные углеводороды) характеризуются общими свойствами, на основании которых объединяются в гомологические ряды:

• 
  имеют общую формулу С _nH _2n+2;

• 
  все атомы углерода находятся в них в состоянии SP ³-гибридизации;

• 
  имеют прочные ковалентные (сигма) связи;

• 
  на основе их свойств алканы широко используются в различных сферах деятельности человека.

Свойства алканов находятся в зависимости от электронно-пространственного строения, прочных химических связей.
V. Первичная проверка полученных знаний
1. Укажите ошибочное определение алканов:
а) предельные углеводороды;
б) карбоциклические соединения (в молекулах имеются циклы);
в) насыщенные углеводороды;
г) парафиновые углеводороды.
2. Общая формула алканов:
а) С _nH _2n;
б) С _nH _2n+1;
в) С _nH _2n+2;
г) С _nН _2n-2.
3. Признаки, характеризующие строение алканов:
а) SP ³ -гибридизация, плоская форма молекул 120 ^о, и -связи;
б) SP -гибридизация, линейная форма молекул 180

^о, и -связи;
в) SP ³ -гибридизация, форма молекул - тетраэдр 109 ^о28', -связи.
4. Невозбуждённый атом углерода имеет электронную конфигурацию:
а) 1 S ²2 S ¹2 P ³;
б) 1 S ²2 S ²2 P ²;
в) 1S ²2S ²2P ³;
г) 1S ²2S ²2P ⁴.
5. Возбужденный атом углерода имеет электронную конфигурацию:
а) 1S ²2S ²2P ³;
б) 1S ²2S ²2P ²;
в) 1S ²2S ²2P ⁴;
г) 1S ²2S ¹2P ³.
6. Всем алканам присущи свойства:
а) вступать в реакцию замещения;
б) окисляться при обычных условиях;
в) гореть в кислороде;
г) реагировать с активными металлами.

VI. Итоги урока, оценки, дом. задание.
Пар-ф 46, стр. 154, А(2,4,6). Тест (стр. 156-158) - обязательный уровень, А(5,8) - повыш. Сложности. Составить задание по пройденной теме -творч. задание.