Методическая разработка урока по химии: Предельные углеводороды. Алканы. (10 класс)

Урок по теме: «Предельные углеводороды (алканы)»2 (часа).

Цель: сформировать представление о предельных углеводородах как классе органических соединений.

Образовательные: формировать основные понятия органической химии на примере алканов.

Развивающие:

- развивать логическое мышление при установлении причинно-следственных связей между строением, составом и свойствами;

- развивать умение работать с дополнительными источниками информации, анализировать, отбирать и представлять необходимую информацию;

- отрабатывать предметную культуру речи, творческое и логическое мышление.

Воспитательные: способствовать развитию навыков коммуникативной культуры и сотрудничества при работе в группах; воспитывать информационную компетентность.

Оборудование: компьютер, проектор, экран, интернет - ЕК ЦОР school.collection.edu.ru. Органическая химия. Видеоопыты;

таблица «Электронное и пространственное строение алканов»; демонстрационный материал; штатив, пробирки, бензин, парафин, растительное масло, зажигалка.

Демонстрационный материал: примеры углеводородов в различных агрегатных состояниях (пропан-бутановая смесь в зажигалке, бензин, парафин, асфальт).

Межпредметные связи и вопросы интеграции: Двойственная роль метана в биосфере: источник углерода для метаноокисляющих бактерий и загрязнитель-разрушитель озонового слоя Земли. Техника безопасности при обращении с горючими веществами на производстве и в быту.

1. Организационный этап.

2. Повторение. Тест по терминам.

Соотнесите термин и характеристику.

ПОНЯТИЕ

ХАРАКТЕРИСТИКА

1) валентность

2) гибридизация

3) гомологи

4) гомологическая разность

5) гомология

6) изомерия

7) изомеры

8) номенклатура

9) органическая химия

10) фотосинтез

11) химическое строение

a) группа атомов -CH₂

б) из CO₂ и H₂O образуются O₂ и глюкоза

в) одинаковый состав, но разное строение и свойства

г) различный состав, но похожее строение и свойства

д) порядок соединения атомов в молекуле

е) процесс выравнивания орбиталей по форме и энергии

ж) система построения названий веществ

з) способность образовывать электронные пары

и) химия соединений углерода

к) явление существования гомологов

л) явление существования изомеров

Ответы на тест: 1- з, 2 - е, 3 - г, 4 - a, 5 - к, 6 - в, 7 - в, 8 - ж, 9 - и, 10 - б, 11 - д;

Критерии оценивания:

отметка «5» - 10-11 вопросов;

отметка «4» - 8-9 вопросов,

отметка «3» - 5 вопросов,

отметка «2» - 1-4 вопроса

III. Актуализация знаний .

Актуализация знаний проходит через обсуждение проблемной ситуации и решение расчётной задачи, ответом в которой является метан - горючий газ, алкан.

«Не так давно случилась на Кольском полуострове небывалая история. Горный инженер, работавший в апатитовом руднике близ города Кировска, услышал какой-то странный свист и шум, идущий из-под земли. Кто-то из рабочих неосторожно предложил: «Попробуем - подожжем?..» И попробовали... Вспыхнувшая спичка вызвала взрыв. К счастью, инженер и рабочие отделались только ожогами. Позднее выбросы газа повторились. Химики определили, что в состав газа входит 75 % углерода и 25 % водородa, относительная плотность газа по воздуху равна 0,55. Что за газ чуть не унес жизни людей?» Определите формулу этого газа. (СН₄).

Видеофрагмент: «Взрыв метана с кислородом».

4. Постановка темы и цели урока.

Слайд 1

Сообщение новой темы, запись ее в тетрадях.

Сегодня мы начинаем изучать класс алифатических углеводородов - АЛКАНЫ

Слайд 2

Формулировка цели урока вместе с учащимися.

Проблемный вопрос: Объясните, какое отношение имеют рисунки на доске к теме нашего урока?

= ответы-предположения учеников =

- В конце урока мы проверим, насколько верны были Ваши предположения.

V. Изучение новой темы.

Слайд 3

Учитель объясняет план урока.

Видеофрагмент: «Установление качественного состава предельных углеводородов ».

Давайте послушаем историю открытия предельных углеводородов (Сообщение учащихся).

Ответьте на следующие вопросы:

1. Каковы основные причины многообразия органических соединений?

2. Каковы причины многообразия алканов?

3. Какие вещества называют гомологами?

Слайд 4-5. Алканы образуют гомологический ряд, в котором каждый последующий член отличается от предыдущего на гомологическую разность - СН_2. Члены гомологического ряда называются гомологами. Первые четыре гомолога имеют исторически сложившиеся названия. Названия углеводородов, начиная с пентана, образованы преимущественно от греческих названий чисел. Для наименования всех предельных углеводородов принят суффикс - ан. При отнятии одного атома водорода от алкана образуется радикал (заместитель), при этом в названии соотвествующего алкана суффикс - ан, заменяется на - ил (таблица №2 с.26).

«Гомологический ряд алканов»

Алкан

Название

Радикал

Название

CH₄

C₂H₆

C₃H₈

C₄H₁₀

C₅H₁₂

C₆H₁₄

С₇Н₁₆

С₈Н₁₈

метан

этан

пропан

бутан

пентан

гексан

гептан

октан

CH₃ -

метил

С₉Н₂₀

С₁₀Н₂₂

нонан

декан

Демонстрация шаростержневых моделей молекул алканов.

На основании полученных сведений сформулируйте определение понятия «Алканы».

Слайд 6-7.

Для закрепления материала о строении алканов, их общей формуле выполните задание: (устно)

1. Найдите в варианте 1 формулы алканов и объясните, почему выбранные вами соединения относят к этому классу углеводородов.

2. Составьте молекулярные формулы для указанных вами веществ.

3. Укажите в варианте 1 алканы с линейной и разветвленной цепью атомов углерода (Приложение 1).

- Что показывает химическое строение? Ответ учащихся.

Химическое строение отражает структурная и электронная формула, но они не дают представления о пространственном строении молекул, которое существенно влияет на свойства молекул.

Пространственное строение, т.е. взаимное расположение атомов в пространстве зависит от направленности орбиталей этих атомов.

В алканах главную роль играет пространственная ориентация АО углерода, поскольку сферическая 1s-орбиталь водорода лишена определенной направленности.

Чтоб легче было понять пространственное строение алканов, вспомним электронное строение атома углерода в основном и возбужденном состояниях. Слайд 8.

Слайд 9-10. В возбужденном состоянии электрон с 2s-орбитали переходит на 2p-орбиталь, энергия, затрачиваемая на этот процесс компенсируется за счет образования новых связей. При образовании химических связей, например с атомами водорода, должно образоваться четыре С-Н связи: одна s-s-связь и три s-p-связи. Однако экспериментально доказано, что в молекуле метана все четыре ковалентные связи С-Н равноценны.

Устранение этого противоречия стало возможным с появлением теории гибридизации (смешения) электронных орбиталей (американский ученый Л. Полинг, 1931 г.).

Согласно теории гибридизации при образовании химических связей электронные орбитали атома взаимодействуют между собой (смешиваются) и образуют такое же число гибридных орбиталей с одинаковой энергией, и формой (как до смешения).

Несимметричное распределение электронной плотности означает, что вероятность нахождения электрона по одну сторону от ядра больше, чем по другую. Явление, при котором происходит смешение и выравнивание по форме и энергии электронных облаков, называется гибридизацией.

Образуются четыре гибридные орбитали, которые в пространстве взаимно отталкиваются, и принимают форму вытянутых в направлении к вершинам тетраэдра несимметричных восьмёрок. Гибридные электронные облака вытянуты в пространстве, физическими методами исследования установлено, под углом 109^о28' к вершинам воображаемого тетраэдра, и в этом направлении они перекрываются с электронными облаками атомов водорода.

Если в гибридизации участвуют одна s- и три p-орбитали, то такая гибридизация называется sр³-гибридизацией.

В молекуле метана ковалентные связи образованы за счет перекрывания четырех гибридных орбиталей атома углерода с s-орбиталями четырех атомов водорода по линии, соединяющей центры атомов. Подобный тип ковалентной связи получил название σ (сигма) - связи.

Так как в образовании каждой σ-связи в молекуле метана участвует по одной паре электронов, то такую связь еще называют простой (одинарной) связью.

σ - связь - это ковалентная связь, образующаяся вследствие перекрывания орбиталей по оси, соединяющей связываемые атомы. Чем больше объем перекрывания, тем прочнее связь, σ -связь - самая прочная из ковалентных связей.

В молекуле метана все четыре валентности заполнены водородом, поэтому алканы еще называют предельными или насыщенными УВ.

Слайд 11 - 12. Масштабная и шаростержневая модели молекул метана и этана показывают их пространственное строение (можно отметить, что шаростержневая модель, появившаяся до возникновения электронной теории, более наглядно рассматривает строение молекулы метана). Шаростержневые модели углеводородов являются упрощенными и не дают представления об относительных размерах атомных частиц и межядерных-расстояниях. В масштабных моделях углеводородов атомные частицы изображают в виде сплющенных шаров в соответствии межъядерными расстояниями.

Слайд 13. Молекула пентана имеет зигзагообразное строение. Почему? Если есть затруднения пояснить по слайду.

В молекуле пентана атомы углерода, как и в метане, находятся в sр³- гибридизации, т.е. валентные углы между связями 109^о28', поэтому углеродная цепь молекулы предельного углеводорода имеет не линейное, а зигзагообразное строение.

Это связано с тем, что атомы в молекулах предельных углеводородов могут свободно вращаться вокруг σ - связей.

Лабораторный опыт (дома). С помощью пластилина и спичек, по возможности соблюдая направление связей и валентные углы, соберите шаростержневую модель молекул бутана. Убедитесь на опыте, что алканы имеют зигзагообразное строение.

Слайд 14-15. Что вы наблюдаете? Как называется это явление? Ответ учащихся.

Изомерия - это явление существования изомеров.

Изомеры - это вещества, имеющие одинаковый состав, но разное строение и свойства.

Каждый алкан имеет определенное число изомеров. Число изомеров можно определить по формуле: N=2^n-4+1, n-индекс углерода. Слайд 15.

Ответьте на вопрос:

Как составить формулу изомера соединения, имеющего линейную цепь атомов углерода?

Составляем разветвленные цепи атомов углерода, состоящие из пяти атомов. Назовите тип изомерии, характерный для алканов, исходя из рассмотренных примеров.

Данный тип изомерии называют изомерией углеродного скелета, так как вещества-изомеры различаются строением углеродной цепи.

Дополните запись в «Изомерия» и допишите недостающие атомы водорода в каждой цепочке атомов углерода.

Ответьте на вопросы: 1. Для всех ли алканов можно составить изомеры?

2. С какого члена гомологического ряда алканов возможна изомерия углеродного скелета?

Слайд 16 . Зигзагообразная цепь атомов углерода может принимать различные пространственные формы.

Язык химии, который используется для передачи в названиях соединений информации об их строении - номенклатура.

Номенклатура органических соединений - система правил, позволяющих дать однозначное название каждому индивидуальному веществу.

Слайд 17. Общепринятой является систематическая номенклатура ИЮПАК. (IUPAC - International Union of the Pure and Applied Chemistry - Международный союз теоретической и прикладной химии).

Наряду с систематическими названиями используются также тривиальные (обыденные) названия, которые связаны с характерным свойством вещества, способом его получения, природным источником, областью применения и т.д., но не отражают его строения. В рациональной - алканы рассматриваются как производные метана.

Слайд 18.Рассмотрим порядок (алгоритм) составления названия алканов разветвленного строения по систематической номенклатуре.

На столах учащихся опорная схема «Алгоритм составления названия алканов с разветвленной цепью». Учащиеся знакомятся с его содержанием и совместными усилиями даем название разветвленному алкану по систематической номенклатуре. (Приложение 2)

Слайдам 19-22. Учащиеся работают в тетради.

Слайд 23-26. Физминутка. Зарядка для глаз.

Слайд 27

Демонстрация образцов алканов (газообразных-сжиженную пропан-бутановую смесь в зажигалке, жидких - бензин и твердых - парафин)

Ответьте на вопрос: в каких агрегатных состояниях находятся алканы при обычных условиях? Проанализируйте материал второй и четвертой колонок таблицы 2 в учебнике и выпишите состав алканов, имеющих газообразное жидкое и твердое состояние при обычных условиях.

Отмечаем, как изменяются физические свойства алканов( температура кипения, плотность, агрегатное состояние) с увеличением их относительной молекулярной массы. Дополните составленную ранее схему «Физические свойства». А так же запишите, какие из алканов входят в состав природного газа и нефти.

Демонстрация:1. Растворение алканов в воде.

2. Растворяющее действие жидких углеводородов (бензина) на жирах, парафине.

Беседа по вопросам:

1. Какие алканы входят в состав природного газа и нефти?

2. Где в быту используют природный газ, пропан-бутановую смесь и бензин?

3. С чем связано применение алканов в качестве топлива?

4. Только ли в быту используют реакции горения алканов?

5. Каковы достоинства использования природного газа в качестве топлива?

6. Какие вещества образуются при горении углеводородов?

Видеофрагмент: «Горение метана»

Демонстрация: Горение пропан-бутановой смеси.

Слайд 28-29

Записываем уравнение реакций горения метана и бутана.

СН₄ + 2О₂ =СО₂ + Н₂О

С₄Н₁₀ +О₂ =

Видеофрагмент: «Горение жидких и твердых углеводородов».

Метан и другие алканы образуют с воздухом взрывоопасные смеси, поэтому необходимо знать и соблюдать правила безопасного обращения с этими соединениями.

«Правила безопасного обращения с природным газом, пропан-бутановой смесью и бензином в быту» (сообщение учащегося).

Рассматриваем еще одно химическое свойство алканов - способность вступать в реакции замещения.

Иллюстрируем сущность реакций последовательного замещения атомов водорода в молекуле метана на хлор, используя шаростержневые модели молекул метана и хлора.

Слайд30

Записываем уравнение реакции:

1 стадия: СН₄ + Сl₂= CH₃Cl + HCl

2 стадия: CH₃Cl +Сl₂= CH₂Cl₂ + HCl

3 стадия: CH₂Cl₂ +Сl₂= CHCl₃ + HCl

4 стадия: CHCl₃ + Сl₂= CCl₄ + HCl

«Применение хлорпроизводных метана» (сообщение учащегося).

Слайд 31

Следующее химическое свойство алканов: полное термическое разложение метана. Записываем уравнение реакции.

СН₄ = С+2Н₂

«Применение продуктов полного разложения метана» (сообщение учащегося)

С возрастанием числа атомов углерода в молекуле углеводорода его термическая устойчивость понижается.

Ответьте на вопрос: Можно ли из одного и того же вещества получить разные продукты реакции?

Обобщая ответы учащихся, формулируем вывод: если изменять условия проведения реакции, то можно получить различные продукты реакции.

Слайд 32

Записываем уравнение реакции:

2СН₄= С₂Н₂ +3Н₂

В реакции разложения вступают и другие алканы.

Данную реакцию называют реакциями дегидрирования. Проанализируйте этот термин, уравнение реакции и сформулируйте понятие «реакция дегидрирования»

Слайд 33

Реакция дегидрирования - это процесс отщепления молекул водорода от молекул органического соединения.

Рассмотрим отношение метана к раствору перманганата калия. Видеофрагмент.

Формулируем вывод:

Слайд 34

« Способы получения метана» (сообщение учащегося).

Видеофрагмент: «Получение метана».

Слайд 35

Способы получения метана.

Слайд 36-37

Применение алканов. Самостоятельная работа учащихся с рисунком учебника.

6. Закрепление. Слайд 38. Тест. (Приложение 3)

Попросить учащихся работать самостоятельно. По мере выполнения учащимися теста, выяснить, сколько человек справились с заданиями. Прокомментировать правильные ответы. Пятое задание проверить у доски.

Ответьте на проблемный вопрос темы.

VII. Рефлексия.

1. Я узнал много нового.

2. Мне это пригодиться в жизни.

3. На уроке было над чем подумать.

4. На все возникшие вопросы я получил(а) ответы.

5. На уроке я поработал добросовестно.

Слайд 39. Основные понятия урока.

• Алканы. Предельные УВ. Насыщенные УВ.

• Гомологический ряд. Гомологи. Гомологическая разность.

• Строение алканов: тип гибридизации - sр³,

валентный угол - 109^о28',

длина С-С связи - 0,154 нм,

прочная связь (σ «сигма» - связь)

форма молекулы (тетраэдрическая, зигзагообразная)

• Номенклатура (тривиальная, рациональная, систематическая)

• Физические свойства.

• Химические свойства. (реакция горения, дегидрирования и т. д)

• Получение.

• Применение.

VIII. Домашнее задание.

Слайд 40.

§3 ,сообщение и запись домашнего задания, комментарии по выполнению домашнего задания.

1. Изготовить шаростержневую модель молекулы бутана.

2. Составить структурные формулы возможных изомеров гексана дать названия.

3. Выучить определения основных понятий.

IX. Подведение итогов.

Учитель подводит итоги урока - делает выводы о работе учеников на уроке, выставляет итоговые оценки за урок с их аргументацией, заполняет дневники.

Методическая разработка урока по химии в 10 классе по теме:

«Предельные углеводороды ( алканы)».