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1、1天然气的利用 甲烷教学设计（苏教版必修 2 专题 3 第一单元） 江苏省射阳中学 杨 超 一、设计思想能源是人类社会赖以生存和发展的最重要的物质基础。煤、石油、天然气等一次能源的应用与更替充分反映了人类的进步与发展。随着世界经济的发展，人类对能源的总需求不断加大，温室气体与各种有害物质排放激增，导致人类的生存环境加剧恶化。世界各地的科学家都大努力寻找清洁高效的新型能源来代替传统的化石能源。本节课以天然气是清洁高效的燃料也是重要的化工原料为主线，让学生认识到天然气的存在、结构、性质与用途，同时要认识到天然气在使用的过程中存在的风险及对环境的影响，培养学生形成良好的环保意识和科学的决策能力。二、
2、教材分析本单元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。教材把STS 教育与甲烷的组成、结构、性质与用途的教学有机结合，帮助学生在掌握知识的同时认识到化学在合理利用资源方面所起的作用，以甲烷的结构与性质的关系引导学生初步体会有机物分子结构的特点及其对性质的影响，让学生以甲烷作载体进一步从结构的角度去体会有机化学学习的内容和特点。2三、学情分析在初中化学中学生
3、已经接触过甲烷，对甲烷的组成、存在和应用有了一定的了解。学生已经具备了原子结构、化学键等基础知识，但由于学生没有形成有机物的学习方法，空间想象思维较弱，所以在教学中是通过模型制作培养学生的逻辑思维和空间想象力。引导学生从结构角度认识机化合物的性质，建立有机物“组成结构性质用途”的认知关系，使学生了解学习和研究有机物的一般方法，形成一定的分析和解决问题的能力。本课教学内容与生活息息相关，要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，从而可以激发学生的学习热情。四、教学目标（1）认识甲烷分子的组成及结构特点 （2）掌握甲烷的重要化学性质，并理解取代反应的涵义 （3）了
4、解甲烷的存在及用途认识甲烷的利用在改善我国能源结构中重要意义及其潜在风险，学会利用化学知识做出理性的决策。 五、教学重、难点重点：甲烷的分子结构、化学性质难点：甲烷跟氯气的取代反应六、教学流程图提出问题分析图表正确选择能源结构的调整探究甲烷与氯气的反应甲烷取代产物的用途探究甲烷的空间结构甲烷在化工上的用途甲烷是一种强温室效应气体能源的利用与开发天然气是高效清洁的燃料西气东输工程中的风险认知了解取代反应认知氟利昂使用的便利与风险天然气是重要的化工原料确立结构与性质的关系利益与风险并存科学决策认识结构与性质的关系3七、教学过程（一）天然气是一种清洁高效的燃料【导入】人类的生存发展离不开能源，当原始
5、人学会钻木取火时便开启了利用能源的历史。随着社会的发展，一次能源的利用也在悄悄的发生着变化，你们家里烧饭所用的燃料是什么呀？和以前比有变化吗？【图片】家庭燃料的变迁。柴草煤液化石油气天然气【过渡】一次能源的应用与更替充分反应了人类的进步与发展。【设问】天然气的主要成分是什么？【学生】甲烷【教师】 （展示甲烷）这就是一瓶甲烷，你们对甲烷有多少了解呢？【学生】无色、无味、难溶于水、密度比空气小、可以燃烧等【教师】让我们现场感受一下甲烷的燃烧【过渡】甲烷能燃烧并释放出大量的热量，所以天然气可以用做燃料。同学们能写出甲烷燃烧的化学方程式吗？【板书】甲烷燃烧的方程式【投影】中国和世界一次能源结构对比图和
6、 2015 年中国能源目标消4费结构图 【讨论】我国是一个煤炭为主要能源的国家，天然气在一次能源消费结构中只占 5.9%，远低于国际 24%的平均水平。2015 年中国能源目标消费要增加到 8.3%，国家为什么要调整能源结构增加天然气的消费比例？【投影】拓展视野1.我国化石燃料生产相等能量情况下排放的污染物统计图2.几种燃料的热值对比表（教材第 37 页） 【结论】天然气是一种清洁、高效的燃料，增加天然气的消费比例可以改善我们的生存环境、同时减少对石油的依赖，可以保障国家的能源供应与能源安全。【讨论】我国有丰富的天然气资源，但分布非常不平均，怎么解决这个矛盾？【学生】西气东输【投影】西气东输工
7、程西起新疆，东至上海，全长 4200 公里，西气东输对于调整我国能源结构、促进环境状况改善具有重大意义。西气东输最初设计年输天然气 120 亿立方米，可替代 1600 万吨标准煤，每年可以减少大气污物排放量二氧化硫 13.5 万吨、氮氧化物 15.3 万吨、粉尘 27 万吨。【讨论】在西气工程设计中，从化学的角度分析有无风险？为避免风险应该做些什么？【学生】要防止管道因腐蚀、人为破坏等原因导致破裂引起燃气泄漏等现象的发生；要做风险预估，对火灾爆炸的后果进行预测，计算最5大危害距离，制定相应的防范措施紧急预案等。【投影】2014 年据不完全统计共发生燃气爆炸事故 350 余起，64%的事故发生在
8、民居。事故造成死亡 114 人，受伤 670 余人，损失财产达6800 万元。燃气泄露是燃气爆炸的根源。【结论】天然气是高效清洁的燃料，但使用时要有风险意识和安全意识。其实，只要我们严格执行操作规范，天然气的使用还是安全的。（二）天然气是一种用途广泛的化工原料【过渡】甲烷的燃烧是甲烷与氧气的反应，那么甲烷能否与氯气反应？【实验】甲烷与氯气在光照条件下反应：在充满饱和食盐水的 U 型管中通过注射器注入 5mL 甲烷和 20mL 氯气，用高压汞灯进行照射，观察实验现象。【现象】少量白雾；气体颜色逐渐褪去；液面上升；U 型管内壁出现油状液滴 【讨论】通过这些实验现象你能得出什么结论？【学生】甲烷与氯
9、气在光照的条件下发生了反应。颜色逐渐褪去说明氯气已经消耗；【教师】白雾是什么呢？从元素守恒的角度来分析。【学生】HCl【讨论】HCl 分子中的 H、Cl 原子来自哪里？还有可能生成了什么物质？【教师】为了讨论此问题，请同学们先分别写出甲烷和氯气的电子式和结构式【学生】H 原子来自甲烷、 Cl 原子来自氯气【设问】甲烷与氯气反应除了生成 HCl 分子还会生成什么呢？请完成甲烷与氯气反应的方程式。【板书】CH 4+Cl2CH 3Cl+HCl（用结构式）【解释】在光照条件下，氯气分子中的 Cl-Cl 键断裂，甲烷分子中一条 C-H 断裂，Cl 原子就和 C 原子通过单键结合，脱下来的 H 原子就和另
10、外一个 Cl 原子结合生成氯化氢，最终氯原子替代了甲烷分子中的氢原子。【投影】有机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。【板书】取代反应6【讨论】CH 3Cl 在常温下是难溶于水的气体，那么，刚才的实验现象中油状液滴是什么呢？【教师】甲烷分子中有四个相同的氢原子，还有三个还能继续被氯原子代替，与氯气的反应一旦发生，将连续发生四个反应且每个反应都不能进行完全。也就是说这四个反应同时存在，所以我们得到的其实是一个混合物。其中一氯甲烷呈气态，其余的均为液态而且均难溶于水。【投影】二氯甲烷结构式的两种形式【讨论】经过科学检测，二氯甲烷的结构只有一种，由此你能推
11、理甲烷的结构是怎样的呢？【学生】利用橡皮泥（黑球代表碳原子、黄球代表氢原子、绿球代表氯原子）和牙签把你们能想象出的甲烷的结构给搭出来。【展示】展示学生作品【投影】正四面体，碳原子处于正四面体的中心，四个氢原子处于正四面体的四个顶点。键角 109。 28【投影】甲烷的取代产物在工业上的用途。溶剂、灭火剂等。【教师】甲烷的取代产物不仅是优良的溶剂，在化工上还有更广泛的用途，利用三氯甲烷可以生产一种性质稳定、高效、低毒的致冷剂氟利昂（CHCl 2F ）【投影】利用三氯甲烷可以制取二氯一氟甲烷，它是一种溶剂同时也是一种性质稳定、高效、低毒的致冷剂氟利昂。1930 年美国杜邦公司利用甲烷发明了它，由于它
12、性质稳定而且制冷效果比起其它制冷剂更为优越，于是全世界几乎所有的冰箱、空调等都用上了它【讨论】以甲烷为主要原料制造的氟利昂曾极大地造福了人类，但这种制冷剂正逐渐禁止使用。是什么原因呢?【拓宽视野】氟利昂对大气中的臭氧层有极强破坏作用。大气平流层臭氧减少万分之一，全球白内障的发病率将增加 0.60.8%，即意味着因此引起失明的人数将增加 1 万到 1.5 万人。氟利昂在大气中浓度增加的另一个危害是“温室效应” ，一个氟利昂分子温室效应的效果相当于一万个二氧化碳分子。因此开发能够代替氟利昂的新型制冷剂迫在眉睫，希望同学们将来能在这方面有所作为。【教师】刚才我们完成的氯气与甲烷的取代反应的条件是什么
13、？为什么需要强光照射这样的条件？【学生】【教师】光照是提供能量让氯气和甲烷分子中的化学键断裂，那么比氯气更强的氧化剂能否与甲烷反应呢？7【实验】将甲烷气体通入高锰酸钾溶液观察现象【过渡】无明显现象，甲烷的正四面体结构决定了甲烷在一般条件下性质稳定。但，当条件改变时，甲烷性质也可能变得不稳定，如刚才在光照条件下与氯气的反应。而且如果温度足够高时，甲烷还可能发生分解。【板书】甲烷分解的方程式【投影】甲烷热分解的产物炭黑是橡胶工业的重要原料，可用于制造颜料、油墨和油漆等，生成的氢气广泛用于合成氨工业。【小结】甲烷在化工上还有更广泛的用途，利用甲烷的直接或间接转化可以合成甲醇、甲醛、二甲醚等大量的化工
14、产品。（三）天然气对环境的影响【过渡】通过刚才的学习，我们可以发现，甲烷不仅是一种清洁高效的燃料，而且是一种用途广泛的化工原料。那么甲烷本身是否是百利而无一害呢？ 【视频】俄罗斯冻土层甲烷的排放对环境的影响【教师】通过视频同学们能获取什么信息？【学生】甲烷也是一种温室效应很强的气体【讨论】甲烷及它的燃烧产物都是引起温室效应的气体，而且甲烷利用不当还能引起爆炸。应该说，天然气 甲烷的利用是利益和风险并存，那么为了人类的可持续发展，在能源利用和开发方面我们该如何做决策呢？【学生】发展技术，收集、开采更多的甲烷为人类所用(介绍非常规天然气如页岩气、可燃冰)；科学合理使用；节约使用；开发更加清洁高效的
15、新型能源等等。【小结】通过今天的学习，我们对甲烷这种最简单的有机物有了新的认识，你有哪些收获呢？【总结】通过今天的学习，我们认识了甲烷这一最简单的有机物它的结构、性质与用途之间的相互依存关系，我们还知道甲烷是清洁高效的能源，但同时也是一种引起温室效应的气体；它在工业上也有广泛的用途，但它利用的同时，也可能在影响着我们的环境；当然，化学物质的利用本身就是把双刃剑，但好在剑柄掌握在我们人类手上，只要我们能正视风险，科学决策，我们就能让化学物质造福人类，化学会让我们的生活更美好。今天的课就上到这。【作业】请查阅资料撰写一篇小论文：天然气的开发利用对环境的影响八、教学设计反思81. 普通高中新课程中的
16、有机化学课程可分为两个部分：必修模块化学 2中的有机化学与选修模块有机化学基础。必修模块化学 2中的有机化学内容，是以典型有机物的用途为切入点，介绍其基本的结构、主要性质以及在生产、生活中的应用，而选修模块有机化学基础建立在化学 2(必修)的基础上引导学生比较系统、深入地学习有机化学基础知识。所以在必修教学中对有关有机化学知识的讲授时我们应该以用途为主线，并不需要去追求知识的系统性，亦不需要过多的知识迁移。2.近年来化学物质的利用给人类带来的气候变暖、环境污染等负面影响引起人们的热议，甚至有人有“科技的发展终将毁灭人类”的悲观言论。本节课就是要帮助学生从正反两个方面全面认识甲烷，一方面，与石油和煤相比，天然气不仅储量丰富的清洁高效能源，而且是重要的化工原料，可以通过直接或间接的方法为人类获取大量的化工产品，造福人类；另一方面要让学生从甲烷的易燃易爆、引起温室效应两个角度认识甲烷对人类生存不利的另一面。通过分析、对比，让学生认识到化学
