Интегрированный урок (химия + физика + география) в 10-м классе по теме "Алканы"

Разделы: Физика, Химия, География

Цель: Изучить нахождение в природе, номенклатуру и , свойства алканов

Задачи:

  • образовательная: сформировать более полное представление о гомологическом ряде, химическом и электронном строении, изомерии, номенклатуре, свойствах алканов.
  • развивающая: развивать умения давать названия органических соединений согласно номенклатуре ИЮПАК, познакомить с важнейшими природными источниками предельных углеводородов.
  • воспитательная: коммуникабельность, бережное отношение к лабораторному оборудованию, интерес к предмету химия, чувство патриотизма.

Тип урока: комбинированный

Метод обучения: проблемный

Организационные формы: беседа, самостоятельная работа, лабораторная работа.

Наглядность: Коллекция “Нефть и нефтепродукты”, “Каменный уголь и продукты его переработки”, таблицы по составу природного газа и попутного газов, перегонки нефти и крекингу нефтепродуктов, карта полезных ископаемых России, портреты М.В. Ломоносова, Д.И. Менделеева. И.Д. Зелинского ,Д.И. Менделеева, В.Г. Шухова таблица физических свойств некоторых насыщенных углеводородов.

Оборудование:, KMnO4, прибор для получения газов, газовая и бензиновая зажигалки, парафин, модели молекул Стюарта-Бриглеба.

Ход урока

I. Организационный момент

  • приветствие
  • подготовка аудитории к работе
  • наличие учащихся

II.Повторение материала (фронтальный опрос)

  1. Каковы предпосылки возникновения теории химического строения органических соединений?
  2. Назовите создателя теории строения органических веществ.
  3. Установите параллели между теорией строения А.М.Бутлерова и Д.И.Менделеева?
  4. Какую валентность имеет углерод в органических соединениях?
  5. Объясните как происходит круговорот углерода в природе?
  6. Какова роль теории строения А.М.Бутлерова в современной органической химии.

III. Мотивация учебной деятельности, сообщение темы, цели занятия.

План.

  1. Природные источники предельных углеводородов
  2. Понятия об алканах
  3. Электронное и пространственное строение молекул метана.
  4. Гомологический ряд алканов
  5. Общая формула алканов.
  6. Номенклатура и изомерия
  7. Физические свойства алканов.
  8. Получение алканов.
  9. Химические свойства алканов.

IV. Первичное закрепление знаний

V. Рефлексивно-оценочный этап

Актуализация знаний.

Как вы думаете, почему углеводороды называются предельными? Какими свойствами они должны обладать. Где их можно найти?

(Сообщение учащегося о природных источниках углеводородов (демонстрация карты полезных ископаемых, коллекций полезных ископаемых)

1. Что вы знаете о полезных ископаемых?

Наша страна по запасам природного газа-голубого золота занимает I место в мире всего в РФ открыто 200 месторождений применяется в качестве топлива. Преимущества:

  1. высокая теплотворная способность –при сжигании 1 м 3 выделяется 54400кДж;
  2. дешевизна
  3. экологическая чистота
  4. легкая транспортировка по газопроводам.

Состав природного газа различен, но содержит углеводороды с молекулярной массой- 80-90% метана; 2-3 % этана, пропана, бутана; небольшое содержание примесей.

Попутные газы в настоящее время стали улавливать т.к. содержит этан, пропан, бутан и высшие углеводороды

Нефть – черное золото. По составу смесь сложных углеводородов различной молекулярной массы, главным образом жидких – в них растворены твердые и газообразные: алканы, циклоалканы, арены. При перегонки нефти получают светлые нефтепродукты:

C6-C8-авиационное топливо; C8-C11-дизельное топливо;С12-С15-керосин;С15-С23-газойль-солярное топливо. “Топить можно и ассигнациями” говорил Д.И.Менделеев. В каждой капле нефти содержится 900 разных химических соединений, более половины таблицы Д. И. Менделеева. Тем не менее 90% используется в виде топлива, а 10% для нефтехимического синтеза.

2. Что входит в состав углеводорода? (Углерод + водород). Углерод может образовывать за счет связи друг с другом длинные цепочки. Валентности углерода, занятые атомами водорода называют предельными, парафинами насыщенными или алканами. Предельные, значит, связанные с максимальным количеством атомов водорода.

Простейший углеводород-метан СH4 (болотный или рудничный газ)

3. Рассмотрим электронную конфигурацию углерода -1s22s22p2.. Валентность, исходя из строения, равна IV. В молекуле метана атом углерода переходит в возбужденном состоянии и имеет 4 не спаренных электрона. (демонстрация рисунка sp3- гибридизации рисунка строения молекулы метана). Образуется три связи s-p и одна связь s-s, которая в последствии выравнивается (гибридизуется) по форме и энергии, образуя четыре сигма связи под углом 109о29I. Таким образом, углерод находится в состоянии sp3-гибридизации. (демонстрация модели Стюарта-Гриблеба)

(индивидуальная работа; составление молекулы метана)

Если у метана убрать атом водорода, то получатся два радикала-частички со свободным электроном. *CH3 и *H

4. Если соединить два водорода, то получится молекула водорода ( *H+ * H =H2, а если соединить два метил CH3-радикала, H3C-CH3 ,то получится гомолог метана C2H6 -этан гомолог метана. Разница между атомами углерода и водорода составит CH2 Составим гомологический ряд предельных углеводородов, увеличивая каждый последующий на гомологическую разницу CH2 (работа ученика доски групповая работа)

Назовем гомологический ряд алканов.

5. Как в виде общей формулы можно представить алканы?

6. Соберем четырехатомную модель атома углерода (индивидуальная работа)

Н-бутан и 2-метилпропан или изобутил изомеры, т.к. имеют одну и ту же молекулярную формулу, но разное строение.

Для однозначности в присвоении каждому веществу своего собственного названия химики пользуются особой системой названий- химической номенклатурой, которая универсальна и понятна на любом языке, так называемая международная номенклатура ИЮПАК. Каждому названию может соответствовать одно вещество.

Алгоритм составления названия алканов.

  1. Выбрать в молекуле самую длинную цепочку углеводородных атомов
  2. Пронумеровать цепочку с того конца, к которому ближе разветвление молекулы.
  3. Основа названия -название углеводорода с тем же числом углеродных атомов, что и в самой длинной цепи
  4. Перед основой названия перечислить все заместители основной цепи с указанием номеров углеродных атомов, при которых они стоят. Если одина- ковых заместителей несколько, перед их названиями ставят приставки ди, три, тетра и т.д.
  5. Все цифры друг от друга отделяют запятыми. Буквы от цифр-дефисом, название пишут в одно слово. Если перед атомом углерода не один, а два заместители, то ставят цифру дважды.

Задание 1
Пронумеровать атомы углерода самой длинной цепи, назвать ,составить структурную формулу его гомолога (трое учеников у доски).

Задание 2.
Написать структурную формулу согласно названию.

I вариант: 3-метилпентан
II вариант: 3метил,5-этилгептан
III вариант; 2,2,3- триметилпентан.

7. (Рассмотрим таблицу физических свойств некоторых насыщенных углеводородов)

В любом гомологическом ряду с увеличением числа атома углерода в цепи, возрастает температура плавления, кипения, плотность вещества. Следовательно алканы могут находиться в разных агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном.

Парное выполнение лабораторной работы

Задание: после проведения эксперимента рассказать о наблюдении и сделать вывод.

Опыт 1. Поджигаем газовую зажигалку.

Вывод: б/ц газ, без запаха, горит бледно-голубым пламенем.

Опыт 2. В пробирку №1 с водой добавляем бензин из пробирки №2. Взболтали полученную смесь. Добавили кристаллик KMnO4.

Вывод: границу раздела плохо видно, т.к. обе жидкости бесцветны. При взбалтывании образуется мутная эмульсия, которая впоследствии расслаивается, т. к. алканы не растворимы в воде. Добавление перманганата калия приводит к розовому окрашиванию, потому что алканы не реагируют с водным раствором KMnO4.

Опыт 3. В пробирку №1 погружаем немного парафина от свечи в воду. В пробирку №2 положим немного парафина и нагреем.

Вывод: Парафин жирный на ощупь, легкий, не тонет в воде. При нагревании вначале плавится, а затем воспламеняется.

8. Индивидуальная работа.

Напишите реакцию горения метана и уравняйте её, пользуясь для уравнивания схемой уравнения

1) CnH2n+2 + (3n+1)/2O2 = nCO2 + (n+1) H2O

    CH4 + 2O2=CO2 + 2H2O +880 кДж

2) Алканы вступают в реацию галогенирования

    СH4 + Cl2 = CH3Cl + HCl.

В случае избытка галогена реакция может пойти по радикальному механизму. Впервые данную реакцию провел русский химик Н.Н.Семенов и получил за нее в 1956 г Нобелевскую премию.

Допишите еще три реакции последовательного замещения атомом хлора атома водорода в метане с выделение хлороводорода и образованием хлорпроизводного метана.

   

3) Напишите реакцию, названную в честь русского химика Коновалова, в которой метан вступает в реакцию с азотной кислотой с образованием нитросоединения предельного углеводорода и воды .

CH4 + HNO3 = CH3NO2 + H2O

IV. Задание

Тренировочное задание по номенклатуре алканов:

Уровень 1.

Укажите самую длинную цепь, пронумеруйте, назовите вещества

img5.gif (2489 bytes)

Контрольный лист

Уровень 1

а) 2-диметилпентан
б) 4-метилгексан
в) 3-метил-3этилгексан
г) 3-метилгексан
д) 3-этилгексан
е) 3-метил.-4-этилгептан

Уровень 2

Составьте структурные формулы алканов по их названиям

а) 2,3 диметил-3 этилгексан
б) 2,2,3,3-тетраметилгептан
в) 3-метил-3,3 –диэтилгептан
г) 4-пропил-3-этилнонан

Контрольный лист

Уровень 2

V. Рефлексивно-оценочный этап

Продолжите предложение:

  1. Какую проблему мы поставили на уроке
  2. К какому выводу мы пришли
  3. Мне на уроке….

Домашнее задание. Изучить тему “Алканы.

(См. Приложение 1.)

Подведение итогов. Выставление оценок.

Список литературы

  1. Настольная книга учителя химии. М., Дрофа, 2004.
  2. Химическая энциклопедия. Издательство “Советская энциклопедия” М.,1990.
  3. Химия в школе №2 2006.
  4. Химия в школе №2 2006.
  5. Химия в школе №5 2004.