Свойства, способы получения метана, как простейшего представителя алканов. Применение алканов

Цели: Предметные: изучение химических свойств алканов, опираясь на строение. Метапредметные: продолжить формирование умения составлять уравнения химических реакций, умений анализировать, сравнивать делать собственные выводы. Личностные: воспитание патриотизма на примерах значительных вкладов в химическую науку русских и советских ученых, показать использование алканов и их производных в мирных целях. Задачи: Изучить важнейшие химические свойства алканов и показать их зависимость от особенностей строения предельных углеводородов. Совершенствование составления структурных формул гомологов, изомеров, номенклатуры, уравнений химических реакций. Раскрыть важнейшие области практического применения алканов Тип урока: Урок изучения нового материала с использованием компьютерных технологий Используемое оборудование: Компьютер, проектор, презентация «Химические свойства алканов» Используемые ЭОР: Видеоопыт «Взрыв метана с кислородом» http://school-collection.edu.ru/catalog/res/76f609e3-5da6-7559-4264-68d3548bb069/view/ «Горение метана и изучение его физических свойств» http://school-collection.edu.ru/catalog/res/5e8f612a-b762-9f6b-de63-c5dc1d3e64c5/view/ «Горение жидких углеводородов» http://school-collection.edu.ru/catalog/res/47cbac0d-2c6b-46bc-d57f-4b250cfa0e07/view/ «Химические свойства алканов» http://www.youtube.com/watch?v=CnJnT9tXzaQ Этапы урока Деятельность учителя Деятельность обучающегося 1.Организационный Приветствует учащихся, проверяет готовность класса к уроку. Объявляет тему. Направляет учащихся для правильной постановки цели. Записывают в тетради тему урока. Ставят цель урока 2.Актуализация знаний Работа с таблицами “Строение метана” и “Строение этана» • Что общего в строении молекул метана, этана, бутана вы видите? • Чему равны валентные углы в молекулах гомологов метана? • Почему углеродный скелет у молекулы бутана имеет зигзагообразную форму? • Виды химической связи в молекулах этана, бутана? Смотрят, отвечают на поставленные вопросы. Проанализировав информацию, учащиеся делают выводы. Для гомологов метана характерно: • тетраэдрическое строение атома углерода (SP3-гибридизация); • одинаковое значение всех валентных углов; • наличие С – С и С – Н химических связей. Фронтальная беседа с учащимися Предлагает вопрос: Почему алканы называют “предельными” или “насыщенными” углеводородами? Предельные углеводороды характеризуются малой реактивной способностью. Их называют инертными, химически стойкими, парафинами (от латинского parum affinis – “мало сродства”). Отвечают на поставленные вопросы, дают определение алканам. Предлагает вопрос: Каковы физические свойства алканов? Плавно переходит к изучению химических свойств алканов. Дают характеристику физических свойств алканов. 3.Изучение нового материала Рассматриваются химические свойства алканов и области их применения Низкая реакционная способность алканов обусловлена очень малой полярностью связей С-С и С-Н в их молекулах вследствие почти одинаковой электроотрицательности атомов углерода и водорода. Предельные углеводороды в обычных условиях не взаимодействуют ни с концентрированными кислотами, ни со щелочами, ни даже с таким активным реагентом как перманганат калия. 1. Окисление Горение При поджигании на воздухе алканы горят, превращаясь в двуокись углерода и воду и выделяя большое количество тепла. 2. CH4 + 2O2 ––пламя> CO2 + 2H2O C5H12 + 8O2 ––пламя> 5CO2 + 6H2O Показывает видеоопыт: «Горение метана и изучение его физических свойств» http://school-collection.edu.ru/catalog/res/5e8f612a-b762-9f6b-de63-c5dc1d3e64c5/view/ 1. Смесь метана с кислородом или воздухом при поджигании может взрываться. 2. 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. 3. Подобные смеси опасны в каменноугольных шахтах. Чтобы обеспечить безопасность работы в шахтах, там устанавливают анализаторы, сигнализирующие о появлении газа, и мощные вентиляционные устройства. 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. «Горение жидких углеводородов» Подводит учащихся к выводу, что данные химические реакции сопровождаются полным разрушением молекулы алкана Отвечают на вопросы (вспоминают об инертности класса углеводородов, приводя в пример их старое название – парафины (от лат. parum affinis - малое сродство). Объясняют видеоопыт, записывают уравнения химических реакций: 1 вариант Горение метана 2 вариант Горение пентана Лабораторный опыт «Горение нефти» Проблемный вопрос: Какие из связей в алканах углерод-углеродные или углерод-водородные будут разрываться легче? Рассматривает возможность протекания реакций алканов, идущих с разрывом С_Н связей. Какие условия необходимы для протекания этих реакций? Какой тип разрыва связей имеет место? По какому механизму протекают данные реакции? 2.Реакции замещения (протекают с галогенами и другими окислителями при определённых условиях: свет, температура). 1. Галогенирование 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. 2.Нитрование.Несмотря на то, что в обычных условиях алканы не взаимодействуют с концентрированной азотной кислотой, при нагревании их до 140°С с разбавленной (10%-ной) азотной кислотой под давлением осуществляется реакция нитрования – замещение атома водорода нитрогруппой (реакция М.И.Коновалова). СН4 + HO-NO2 = CH3-NO2 + H2O Эта реакция была проведена в 19 веке и про учёного говорили, что он сумел оживить «мертвецов» 3.. Изомеризация. Под влиянием катализаторов при нагревании углеводороды нормального строения подвергаются изомеризации - перестройке углеродного скелета с образованием алканов разветвленного строения. CH3-CH2-CH2-CH3 AlCl3 CH3-CH-CH3 CH3 n-бутан 2-метил пропан Смотрят презентацию, слушают, отвечают на вопросы, делают выводы Записывают уравнения реакций Рассматривает возможность протекания реакций алканов, сопровождающихся отщеплением части молекулы. Как называются подобные реакции? При нагревании до температуры выше 500° в молекулах алканов происходит разрыв связей между атомами углерода. И могут образоваться углеводороды с меньшей молярной массой. Не только алканы, но и алкены. Этот процесс называется термическим крекингом (от англ. tocrack– «колоть, расщеплять»). C 10H22---------C5H12+C5H10 C10H22---------C4H10+C6H12 В результате крекинга образуется смесь алканов и алкенов с меньшим количеством атомов углерода в молекулах, чем у исходного углеводорода. Чем выше температура крекинга, тем более легкие углеводороды образуются в результате. В настоящее время в промышленности крекинг проводят чаще всего, используя катализаторы. В качестве катализаторов обычно применяют алюмосиликаты. Каталитический крекинг протекает при более низких температурах, чем термический, и при этом происходит не только простое расщепление углеводородов, но и перестройка их углеродного скелета или изомеризация. В результате образуются углеводороды с более разветвлённым скелетом, чем исходные. (каталитический крекинг – схема) Это важно для повышения качества топлива. Каталитический крекинг углеводородов нефти – один из промышленных способов повышения октанового числа бензина. При увеличении температуры можно достичь такой степени протекания реакции, при которой органические вещества – углеводороды – полностью разлагаются на углерод и водород. Такой процесс называется пиролизом. СН4 С+2Н2 При пропускании нагретого алкана над платиновым или никелевым катализатором может отщепиться водород. Этот процесс называется дегидрированием. C3H8 C3H6 + H2 В результате этой реакции получаются непредельные углеводороды - алкены. Есть еще один важный процесс, при котором алканы, содержащие более 6 атомов углерода, нагревают над сложным катализатором. Этот катализатор обычно состоит из алюмосиликатов с добавкой платины. В результате отщепляется водород и образуются ароматические углеводороды – арены. Такой процесс называют риформингом Его, так же, как и крекинг, используют в промышленности для получения бензина с высоким октановым числом. Есть еще важная для промышленности реакция алканов – конверсия. СН4+Н2O CO+3H2 Так называют взаимодействия алканов, из которых чаще всего используют природный газ с парами воды. При высокой температуре около 1000 образуется смесь оксида углерода – угарного газа и водорода. Эту смесь называют синтез газ. Часто ее не разделяют, а используют для получения разных органических веществ. Смотрят презентацию, слушают, отвечают на вопросы, делают выводы (отмечают причину термической устойчивости метана в достаточной прочности С – Н связей) Закрепления знаний Найдите в учебнике области применения хлорзамещённых алканов и запишите в тетрадь. По презентации: «Проверь себя» Работают с учебником Отвечают на тесты Рефлексия Какую бы выделили реакцию, которая самым главным образом характеризует алканы, как предельные углеводороды? Назовите самые важные области применения алканов. Творческое задание по желанию: Составить генетическую цепь, используя полученные знания химических свойств (3-4 звена) Подготовить сообщение о хлороформе. Отвечают на вопрос, определяют, что химические свойства алканов зависят от их строения Домашнее задание Объяснение домашнего задания. По задачнику решить задачи: 2-16 и 2-20 Записывают в дневнике домашнее задание: §8, вопрос 3