конспект урока "Предельные углеводороды"

Министерство образования и науки Хабаровского края

ГОУ СПО «Комсомольский-на-Амуре строительный колледж»

 

 

 

Методическое пособие по дисциплине

«Химия»

На примере урока по теме « Предельные углеводороды»

 

 

 

 

 

 

г. Комсомольск-на-Амуре

2011 г.

Данный урок предназначен для студентов нехимических специальностей  по теме: «Предельные углеводороды». Будет интересен преподавателям химии  СПО и НПО. Разработка урока с элементами игры, проектной технологии с уклоном на профессию содержит презентацию, подборку заданий с различного содержания. Предлагаемая методика основана на компетентностном подходе в профессиональном образовании.

 

 

 

Разработчик: Русских Т.П. – преподаватель общеобразовательных и общепрофессиональных дисциплин «Комсомольского-на-Амуре строительного колледжа»

 

 

 

Рецензент:______________________________________ ________________________________________________

 

 

 

Рассмотрено и утверждено на заседании ПЦК общеобразовательных и общепрофессиональных  дисциплин  «Комсомольский-на-Амуре строительный колледж»

Протокол № ___ от  «____» _________ 200__ г.

Председатель ______________ /Богданова Г.В./

 

 

 

 

Рекомендовано к использованию в колледже на заседании НМС колледжа.

 

 

Содержание.

1.     Введение………………………………………………………………4

2.     Методическая разработка……………………………………………5

3.     Критерии оценки……………………………………………………..9

4.     Приложение…………………………………………………………15

5.     Список литературы…………………………………………………16

6.     Статистика…………………………………………………………..17

 

 

Введение.

Сегодня многие исследователи и учителя-практики сходятся на том, что школа должна перенести главный акцент в своей работе с традиционной количественной ориентации на насыщение учащихся знаниями на качественно иное – формирование у них умения работать с этими знаниями, уметь их анализировать, применять, критически осмысливать. И как бы подводя итоги вот уже треть века идущей дискуссии по этому поводу, ее активный участник французский социолог образования М. Крозье приходит к следующему заключению: «Мы должны сегодня признать, что развитие умения размышлять важнее накопления знаний».

В связи с этим можно говорить о существовании следующих проблем:

• студенты недостаточно понимают необходимость обучения химии и вследствие этого имеют низкий уровень мотивации к её изучению;

• не умеют применять знания, полученные при изучении химии на специальных дисциплинах, связанных с будущей профессией.

Таким образом, имеется  противоречие между требованиями по подготовке конкурентоспособных специалистов, и недостаточной разработанностью методик обучения студентов химии в образовательных учреждениях СПО.

На основании выделенного противоречия были выделены:

Объект исследования – педагогический процесс обучения химии. Предмет исследования – методика профессионально направленного обучения химии в СПО. Целью предлагаемого методического пособия является повышение качества профессиональной подготовки студентов механических специальностей (техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта, эксплуатация строительных машин). Поставленная цель позволила сформулировать гипотезу: если использовать  в качестве средства обучения учебно-производственные задания, создающие контекстное образовательное пространство, моделирующее будущую профессиональную деятельность, то мотивация и процесс формирования профессиональных компетенций будет эффективнее.

Значительные потенциальные возможности в реализации связи химии с предстоящей профессиональной деятельностью студентов заключены в учебно-производственных и профессионально направленных заданиях. Использование таких заданий позволяет приблизить студентов, как к изучаемым веществам и явлениям, так и к будущей профессии. Этот методический прием во многом обеспечивает интерес учащихся к предмету, активизирует мотивацию, так как они убеждаются в полезности химии для их будущей профессии.

 

Методическая разработка

Методика профессионально направленного обучения по предельным углеводородам в  органической химии обеспечивает повышение качества теоретической и профессиональной подготовки студентов за счет профессиональной направленности обучения, раннего формирования профессионально значимых качеств выпускников(ещё на первом курсе). Предлагаемая методика основана на компетентностном подходе в профессиональном образовании.

Тип урока: комбинированный тип урока.

 

Методы:

ü информационно-развивающий;

ü исследовательский;

ü объяснительно-иллюстративный;

Приемы

ü использование наглядности технических средств обучения;

ü практический;

ü работа с тестовым заданием.

Формы деятельности студентов:

1 этап-приветствуют преподавателя;

2 этап-фронтальная, актуализация знаний по разделу органической химии (выполнение задания по группам)

3 этап-расшифровка ребуса «Углеводороды»

4 этап-работа с тестовым заданием

5 этап – подведение итогов

Цель: Изучить особенности строения предельных углеводородов, их характерные свойства и применение в профессиональной деятельности.

Задачи:

1. формирование знаний учащихся о классе предельные углеводороды, пространственном строении алканов. Продолжить формировать понятия о изомерах. Рассмотреть физические и химические свойства алканов, показать взаимосвязь между строением и свойствами.

 2. формирование у студентов навыков совместной деятельности, правильной самооценки и чувства ответственности

3. развитие умения составлять структурные формулы углеводородов и давать им название; самостоятельности и способности к рефлексии

 

Оснащение урока: интерактивная доска, компьютер, мультимедийный проектор, диск «Виртуальная лаборатория 9 класс», «Химия 1С», «Химия для всех ХХ1», «Органическая химия 10 класс», карточки-задания «Изомерия», презентация «Предельные углеводороды», сообщения учащихся «»

 

Планируемые результаты обучения: учащиеся должны знать общую формулу класса, уметь составлять формулы конкретных представителей и давать им названия, учащиеся должны понимать смысл понятия предельные углеводороды, получить представления об их строении.

 

Ход урока

 

I.                   Организационный момент. Проверить готовность студентов к уроку. Разбить класс на 4 группы  (3 мин.)

 

II.                Актуализация знаний. (10-15мин.)

                      Каждая группа получает задание, состоящее из двух вопросов. Один вопрос-теоретического характера, другой – практического.

1 вариант:

1. Дайте определение процессу «изомерия»

2. Постройте возможные изомеры углеводорода состава С₅Н₁₂.

 

2 вариант:

1. Дайте определение «изомеры»;

2. Постройте возможные изомеры углеводорода состава С₆Н₁₄

 

3 вариант:

1. назовите основоположника теории строения органических соединений

2. постройте четыре изомера углеводорода состава С₇Н₁₆

 

4 вариант:

1. назовите виды изомерии;

2. приведите примеры.

III.             Объяснение нового материала

Перед вами ребус. Ваша задача – расшифровать.

 

                             

 

 

n  Октава – октан.

n  Бутон – бутан.

n  Танк – этан

 

Итак, вы расшифровали ребус и назвали вещества, с которыми нам предстоит познакомиться сегодня на уроке при изучении  новой темы органической химии – «Предельные углеводороды» (слайд № 1). Сообщение целей урока.

Знакомство с планом новой темы:

1.     Понятие о классе предельные углеводороды.

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.

 

    Рассмотрение новой темы начинаем с формулировки класса.

Предельные углеводороды – это углеводороды с общей формулой С_n Н_{2n -2} , которые не присоединяют водород и другие элементы.

По международной номенклатуре их называют алканами, исторически сложившееся название алканов – парафины ( с лат. малоактивный). Их также называют насыщенными, т.к. все валентности атомов С насыщены  атомами водорода.

 

Простейшим представителем класса  предельных углеводородов является метан.

1.Особенности пространственного строения предельных углеводородов.

Преподаватель пишет на доске молекулярную, электронную, структурную формулы метана и объясняет, что они показывают:

СН₄ – 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 виртуальной лабораторией

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 1S² 2S² 2P² ––> C * 1S² 2S¹ 2P³

     (основное состояние)                      (возбужденное состояние)

Так как на втором энергетическом уровне Р-подуровне есть свободная орбиталь, то на неё переходит один из 2S²-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 SP³-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 SP³-гибридизацией атома углерода, тетраэдрическим направлением четырёх гибридных электронных облаков атома углерода.

Для активизации учащихся им предлагается рассмотреть данные таблицы и ответить на вопросы (анализ информации, заключённой в таблицах).

Проанализировав информацию, учащиеся делают выводы.

Для  метана характерно:

·                    тетраэдрическое строение атома углерода (SP³-гибридизация);

·                    одинаковое значение всех валентных углов;

·                    наличие С – С и С – Н химических связей.

Практическое задание с использованием виртуальной лаборатории для каждой группы: Построить структурную, молекулярную, электронную пространственную и шаростержневую формулы этана, пропана, бутана и пентана.

После выполнения задания – проверка правильности построения формул предельных углеводородов. Вывод: Валентность углерода во всех соединениях равна IV, а водорода –I.

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 СН₂.  Например, если к формуле СН₄ прибавить группу СН₂, получим следующий углеводород С₂Н₆ – этан – гомолог метана. Группа СН₂ называется гомологической разностью.

Для предельных углеводородов характерна общая формула: С_nH_2n+2, где n – целое число атомов углерода. Пример:

n=5   C₅Н_2Х5+2=С₅Н₁₂ – пентан

 n=8  C₈Н_2Х8+2=С₈Н₁₈ – октан

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.

СН₄ -  метан, СН₃ -  метил

С₂Н₆ – этан, С₂Н₅ – этил

С₃Н₈ – пропан, С₃Н₇ – пропил

Для примера рассмотрим молекулу бутана и изобутана.

?  записать на доске структурную формулу молекулы бутана и изобутана.

СН₃ – СН₂ - СН₂ – СН₃         и        СН₃ –   СН – СН₃ 

            бутан                                              СН₃     

                                                            изобутан

молекулу изобутана назовем по систематической номенклатуре

   1         2         3

СН₃ –   СН – СН₃       2-метил-пропан

               

             СН₃           

СН₃ – СН₂ – СН₂ – СН₂ – СН₂ – СН₂ –   СН₃       гексан

 

              СН₃

          

      СН₃ – С – СН₂ – СН₃      изогексан или 2,2, - диметилбутан.

           

              СН₃

 3.Нахождение в природе. Заслушиваем сообщение студента «Нахождение метана в природе»

 

4. Получение:

1.                Промышленный крекинг.

С₈Н₁₈       →     С₄Н₁₀ + С₄Н₈

С₄Н₁₀    →    С₂Н₆ + С₂Н₄                           алкан  +   алкен

С₁₆Н₃₄  →        С₈Н₁₈ + С₈Н₁₆

2.                Лабораторные способы:

 

1.          при нагревании ацетата натрия с твердым гидроксидом натрия:

                                               t

CH₃COONa   +  NaOH        →      CH₄ + Na₂CO₃

        ацетат натрия

 

          2. реакцией Вюрца:

              CH₃Cl  +  2Na    →       CH₃ - CH₃ + 2NaCl

           хлорметан                          этан

5.Физические свойства. Заслушиваем сообщение студента «Физические свойства метана»

 

? 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

           С₁-С₄ - газы

           С₅-С₁₆ – 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 с 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 + O₂ → CO₂ + H₂O + Q

например:

СН₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O + 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.

С₃Н₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O + 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 + H₂↑

СН₄  C + 2H₂↑

С₄Н₁₀  4C + 5H₂↑

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).

СН₄ + Cl₂ CH₃Cl + HCl

СН₃Cl + Cl₂ CH₂Cl₂ + HCl 

СН₂Cl₂ + Cl₂ CHCl₃ + HCl

СНCl₃ + Cl₂ CCl₄ + 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.

С₄Н₁₀ C₄H₁₀

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:

СН₃ – СН₂ – СН₂ – СН₃      СН₃ –   СН – СН₃ 

                      СН₃                                     СН₃     

              бутан                                       изобутан

6.                Применение. Студентам было дано домашнее задание к этому уроку принести слайды на тему «Применение предельных углеводородов».

 

? Сторонники природоохранного движения в целях защиты окружающей среды и экономии природных ресурсов предложили прекратить добычу природных углеводородов. Можно ли поддержать их предложение? Ответ обоснуйте.

    Заслушиваем два сообщения учащихся на темы «Экологическая роль метана», «Применение предельных углеводородов в профессии»

 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 SP³-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) SP³-гибридизация, плоская форма молекул 120^о, и -связи;
б) SP-гибридизация, линейная форма молекул 180^о, и -связи;
в) SP³-гибридизация, форма молекул – тетраэдр 109^о28', -связи.

4. Невозбуждённый атом углерода имеет электронную конфигурацию:

а) 1S²2S¹2P³;
б) 1S²2S²2P²;
в) 1S²2S²2P³;
г) 1S²2S²2P⁴.

5. Возбужденный атом углерода имеет электронную конфигурацию:

а) 1S²2S²2P³;
б) 1S²2S²2P²;
в) 1S²2S²2P⁴;
г) 1S²2S¹2P³.

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.

 

Проектное задание по теме «Углеводороды»

1. Выберите для работы Вашей группы определённый класс углеводородов (возможно, этот класс не изучается в курсе школьной химии…).

2. Согласуйте Ваш выбор с учителем.

3. Выберите конкретный углеводород – представитель класса и дайте его характеристику по показателям:

 Название вещества, его молекулярная, структурная формула.

 Название класса, особенности строения, общая формула, вид гибридизации атома углерода, валентный угол, пространственное строение.

 Изомерия.

 Нахождение в природе.

 Физические свойства.

 Химические свойства:

а) реакция горения

б) реакция замещения

в) реакция присоединения

г) другие свойства

 Области применения.

 

Рекомендации по работе группы: четко распределите роли и обязанности каждого члена группы, определите сроки промежуточного контроля и дату подведения итогов работы. Приветствуется использование ИКТ, нестандартная форма представления материала, творчество.

 

Приложение 2

Оценочный лист

 

Показатель Оценка группы _______

Химическая грамотность характеристики, наличие ошибок, неточностей

Полнота характеристики вещества

Оригинальность формы представления вещества

 

Оценка дана группой ____________________

Список литературы:

 

1.     Черникова Л.П. «Химия для технических колледжей», учебное пособие, Ростов-на-Дону: «Феникс», 2001

2.     Г.Е.Рудзитис, Ф.Г.Фельдман Химия:Учебник для 10кл. общеобразовательных учреждений. М. : Просвещение, 2008

3.     Э.Е. Нифантьев «Органическая химия 10(11)»учебник для общеобразовательных учреждений. М. : Мнемозина, 2007.

4.     Кирсанова О.С, Плотникова Н.П. «Пособие для ШМС»

5.     интернет. Сайт - Фестиваль «Открытый урок», «Я иду на урок»