甲烷的物理性质与化学性质
北京师范大学化学学院 2007级 李新强
一、 情景教学的内容
本节所选择的对象为高中化学教学的情景设计，所选取的教学内容为人民教育出版社出版的普通高级中学教科书《化学》（必修加选修2）中第五章烃第一节甲烷的内容。本节是学生在高中化学学习阶段第一次涉及到有机化学，因此从最简单的有机物甲烷开始。教学内容包括甲烷的结构式，空间结构，甲烷的物理、化学性质。重点掌握甲烷的空间结构，氧化反应和取代反应。
二、 情景创设的意图和目的
化学是一门中心的、实用的、创造性的学科。因此在化学的教学活动中，要将理论和实际联系起来，解释生活中的一些现象，同时运用所学过的知识解决简单的化学问题。在"解释"与"解决"的过程中培养学生用实验分析问题的能力和创造力。
1、通过情景素材的内容，引发学生学习的兴趣和积极性，使教学向生动、活泼、主动的方向进行，使学生在兴奋，愉悦中接受知识。
2、通过对情景素材的分析和实验，培养学生化学研究的一般方法。即：发现问题
分析问题 设计实验 进行实验 得出结果 得出结论。
3、通过对情景素材的学习，了解一些常见的化学常识，树立化学安全意识，提高分析解决问题的能力，提升科学素养的水平。
三、情景素材描述
沼气池成"死亡陷阱"
西部地区是我国经济发展相对缓慢的地区，其中大部分地区为少数民族聚居区，边疆地区和贫困地区。但随着"西部大开发"战略的实施和"社会主义新农村"的建设，一些地区的人们开始利用科技脱贫致富，走上了小康之路。于是在西部农村，家家户户建起了沼气池，来体验科技带来的便利。但由于西部农村人们科学技术水平普遍较低，沼气池引发的事故时有发生。
2008年3月5日，禄丰县一村民黄某由于从进料池加不进粪，就到出料池打开盖子检查，黄某打开盖子后探头往里看，人一下子就掉了进去，在一旁帮忙的黄妻急忙过去拉他，可还没等拉出池子，黄某就顺着池壁软软地滑到池底不会动了，邻居姬某听到呼救立即赶来救助黄某，可不到几分钟，下到池底的姬某也不会动了。听到黄妻哭喊的村民周某跑过来看到池里晕了两个人，他下到池里才两分钟，就觉得头部刺痛，胸口则像压了重物喘不过气来，意识到危险的周某立即爬出池口，闻讯纷纷赶来的村民七手八脚把已经昏迷的黄某、姬某拉了上来。
摘自《云南法制报》2008.3.5
四、情境问
题的创设
1、看完这组材料后，同学们对黄某、姬某的死有何感想呢？造成他们死亡的原因是什么呢？
（黄某、姬某死的实在很冤、很可惜，尤其是姬某，不明情况，跳入沼气池救人，白白打上一条性命。究其死因，主要包括直接原因和间接原因。直接原因是沼气池中沼气浓度大，使黄某、姬某相继窒息死亡；间接原因是黄某、姬某还有村民缺乏相关的化学知识，盲目的进入误区，造成了此次事故。所以说学好化学很重要，它能在关键时刻拯救人们的生命财产安全。）
2、既然沼气是杀死黄某、姬某的直接原因，那么什么是沼气呢？沼气的成分是什么呢?
(沼气是一些有机物质（如秸杆、杂草、树叶、人畜粪便等废弃物）在一定的温度、湿度、酸度条件下，隔绝空气（如用沼气池），经微生物作用（发酵）而产生的可燃性气体。沼气是气体的混合物，其中含甲烷60～70％.)
五、甲烷的物理化学性质
【物理性质】
研究人员对沼气进行了一系列的除杂和提纯，将里面的CO2和NH3等气体除去后得到了较为纯净的甲烷气体。
经观察分析可知，该气体为一种没有颜色，没有气味的气体。密度为0.717g/L(标准状况)，极难溶于水。（这就解释了当时黄某和姬某为什么没有及时发现甲烷中毒，而命丧与沼气池。）
早期的科学家通过光的衍射对甲烷进行了微观研究。研究发现甲烷的分子式为CH4,在甲烷分子中，C原子以最外电子层上的4个电子与4个H原子的电子形成4个共价键。
甲烷的电子式和结构式只能表示C原子与H原子的成键情况，但不能说明各原子的空间分布情况。实验证明：CH4中C原子与4个H原子并不在一个平面内，整个分布呈四面体形结构，4个H在四面体的顶点上。
【化学性质】
1、 氧化反应
（1）黄某当初建沼气池的目的就是要利用沼气可以燃烧的性质，所以说甲烷具有可燃性。如图将甲烷点燃后，上方罩一小烧杯。
燃烧时可以清楚的看见明亮的蓝色火焰。燃烧后烧杯内壁有水珠生成，将烧杯正放于桌面上，立刻到入澄清石灰水，石灰水变浑浊。
有上述现象我们可以得出甲烷的燃烧产物是什么呢?
(有水生成：有H2O, 澄清石灰水变浑浊：有CO2 注意：可燃性气体点燃前要验纯)
其反应方程式为：
CH4+2O2 CO2+2H2O
总结：甲烷是一种无色无味的气体，密度比空气小，极难溶于水。甲烷有可燃性，火焰呈蓝色，点燃前要先验纯。燃烧时生成二氧化碳和水，同时放出大量的热。
（2）把甲烷通
入酸性高锰酸钾溶液中，紫色溶液是否
有变化呢？
实验现象：紫色的酸性高锰酸钾溶液颜色没有改变。
实验表明：甲烷的化学性质是比较稳定的，不与高锰酸钾溶液，强酸，强碱反应。
2、取代反应
将甲烷与氯气按1：4混合，放在光亮的地方会发生什么现象呢？
现象：3分钟后，量筒壁上出现油状液滴，量筒内水面上升。
分析：由现象可说明甲烷与氯气在光照条件下确实发生了化学反应。
量筒壁上出现油滴，说明反应生成了新的油状物：
量筒内的水面上升，说明随着反应的进行，量筒内气压减小，即气体总体积在减小。
微观解释：甲烷分子里的H原子逐步被Cl原子所取代，生成四种取代产物。
取代反应：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取代的反应。
化学方程式：
（1）
（一氯甲烷，g）
（2）
（二氯甲烷，l）
（3）
(三氯甲烷，l)
（4）
(四氯甲烷，l)
注意：有机物参加的反应往往比较复杂，常有副反应发生。因此有关有机反应的化学方程式通常不用等号，而用" "表示。
3甲烷的受热分解
在隔绝空气并加热至1000度时，甲烷分解生成炭黑和氢气：
CH4 C + 2H2
H2是合成NH4及合成汽油等工业的原料，炭黑是橡胶工业的原料。
【方法总结】
化学是一门实验学科，各种理论知识都是以实验为基础的，所以要重视实验现象，从实验现象中分析总结规律，用学过的理论知识来解释常见的这些实验现象，这样才能彻底理解知识，使记忆更加牢固，是枯燥的课堂变得生动活泼。
六、教学程序设计
导言（说明授课内容）
用幻灯片播放情景素材并设问
展示一瓶甲烷气体，和甲烷的分子模型，研究其物理性质
做【演示实验】：1甲烷的燃烧，2甲烷和高锰酸钾的反应
总结甲烷的氧化反应
做【演示实验】甲烷与氯气的取代反应
甲烷取代物的复杂性
甲烷的受热分解
化学实验研究的重要性
下课
首届全国高等院校化学专业师范生教学素质大赛
1
07级3班