Урок-сказка "Химические свойства алканов"

УРОК – СКАЗКА: «ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЛКАНОВ»

Задорожняя Татьяна Сергеевна

преподаватель химии

ГБПОУ ВО «РКММП»

e-mail: zadorozhnyaya.1992@yandex.ru

Цели:

Образовательная: изучить химических свойств алканов.

Развивающая: продолжить формирование умения составлять уравнения химических реакций, умений анализировать, сравнивать, делать собственные выводы.

Воспитательная: воспитание патриотизма на примерах значительных вкладов в химическую науку русских и советских ученых, показать использование алканов и их производных в мирных целях

Планируемые результаты:

предметные: знать определения понятий реакции замещения, дегидрирования, изомеризации, условия выполнения реакций галогенирования, а также реакций полного и неполного разложения метана; уметь давать названия галогензамещенным продуктам метана, связывать химические свойства метана с применением природного газа; уметь составлять уравнения химических реакций с участием алканов в молекулярном и структурном виде;

метапредметные УУД: использовать знаково – символическое моделирование; классифицировать объекты и явления; устанавливать причинно – следственные связи, проводить наблюдение; получать информацию из различных источников, структурировать и преобразовывать ее из одной формы в другую, в том числе с применением средств ИКТ; формулировать цель занятия и ставить задачи, необходимые для ее достижения; планировать свою деятельность и прогнозировать ее результаты; работать по плану, сверять свои действия с целью и при необходимости самостоятельно корректировать ошибки; строить речевые высказывания в устной и письменной форме; аргументировать свою точку зрения; адекватно воспринимать сообщения обучающихся;

личностные УУД: понимание единства естественно – научной картины мира; понимание связи между целью изучения химии и тем, для чего эта цель осуществляется; формирование экологической культуры, навыков грамотного обращения с веществами в химической лаборатории и в быту.

Тип занятия:Формирование новых знаний, умений и навыков

Вид занятия:Урок-сказка

Оборудование и реактивы:газовая зажигалка (легко сжижаемые газы- пропан, бутан); бензин – жидкость с характерным запахом, состоящая из смеси н- алканов С₅ – С₁₀; керосин, парафиновая свеча (смесь н- алканов С₂₀ – С₃₀), пентан, раствор перманганата калия, бромная вода, известковая вода, стеклянные стаканы, пробирки, чашки Петри, спички, дихромат аммония, таблетки сульфаниламидного препарата, комплект для построения шаростержневых молекул,листы самооценки работы на занятии и с разноуровневым домашним заданием, презентации: «Химические свойства алканов», «Химический лабиринт», «Мини-футбол. Химические свойства алканов», видеоролики: «Взрыв метана», «Реакция замещения декана».

ХОД УРОКА

I.Организационный момент

Взаимные приветствия преподавателя и обучающихся, фиксация отсутствующих, проверка подготовленности обучающихся к занятию, организация внимания.

Начальная мотивация учебной деятельности (Цель: вызвать у обучающихся состояние интеллектуального затруднения).

На демонстрационном столе и у вас на столах вы видите: газовую зажигалку (это легко сжижаемые газы: пропан, бутан); пентан, бензин (это жидкость с характерным запахом, состоящая из смеси н- алканов С₆ – С₁₀) без которого не может двигаться автомобиль, красивую парафиновую свечу (смесь н- алканов С₂₀ – С₃₀) – обязательный атрибут романтического ужина, шоколадные конфеты в фантике с водо- и жироотталкивающими свойствами за счет слоя из парафина.

Вопрос: Какая связь между ними?

Вопрос: А для чего здесь находятся химические реагенты: раствор перманганата калия, бромная вода, известковая вода, химическая посуда, спички?

Попробуйте сформулировать тему и цель нашего занятия.

Тема занятия: «Химические свойства алканов»

Цель занятия: Изучение химических свойств алканов

Актуализация знаний по изученной теме:

Актуализация знаний (сформировать способ комбинирования известных алгоритмов деятельности в ситуациях, не предполагающих стандартного применения)

Какие органические вещества относятся к углеводородам?

Какие углеводороды называются предельными? Какова общая формула алканов?

Алканы — это предельные углеводороды, в молекулах которых все атомы связаны одинарными связями.

Алканы – химически наименее активные органические соединения. Все связи в молекулах алканов или неполярные или слабо полярные, и прочные. При этом все эти связи одинарные, т.е. это сигма-связи. Связи С – Н слабополярные, С – С – неполярные.

Их ещё называют насыщенными до предела, так как все 4 связи 4- валентного углерода заняты водородами. В реакции присоединения они не вступают, по той причине, что им не куда присоединять радикалы. У них все связи заняты. При комнатной температуре алканы не вступают в реакции даже с активными веществами. Но при повышенных температурах алканы горят, вступая в реакцию с кислородом. При этом выделяется большое количество теплоты, потому их используют как топливо.

Алканам присущи только реакции замещения (они могут заместить свои водороды на другие заместители), разложения и изомеризации.

Изучение новой темы:

Сегодня, ребята, я расскажу вам сказку. Слушайте внимательно. В некотором царстве, в углеводородном государстве правил король Метан. Семья у короля была большая, только 10 братьев насчитывала она, не говоря о других родственниках. Метан был самый старший, но богатства он почти не имел. Как звали братьев короля? Назовите их. Почему метан был старший? Почему он имеет богатства меньше всех?

Вот однажды, раздумывая над своей судьбой, Метан пришел к выводу, что жить так, ничего не имея и не принося пользы нельзя. И решил: пусть я сгорю бесцветным пламенем, зато всех обогрею. И сгорел. Прибежал брат Этан бросил на то место, где был Метан зажженную спичку, она потухла, и только вода кругом была. Ребята, давайте проверим, так ли это и проведем лабораторный эксперимент№1 (см. инструкционную карту, приложение 1).

С чем взаимодействуют вещества при горении? К какому типу относятся реакции горения? Какие вещества образуются при горении углеводородов и чем они сопровождаются? Поэтому, где они используются? Запишите уравнения реакций горения метана и парафина.

В каком соотношении взаимодействуют между собой метан и кислород? (1:2). Такая смесь самая взрывоопасная! (Демонстрация видеоролика «Взрыв метана с кислородом»).

Запомните, что алканы и все другие углеводороды относятся к пожаро- и взрывоопасным веществам. Утечка бытового газа грозит страшными последствиями. Для того, чтобы вовремя обнаружить наличие в воздухе бытового газа, к нему добавляют вещества с резким неприятным запахом – одоранты. Если вы почувствовали на кухне, в подъезде или на улице запах газа, следует немедленно обратиться в экстренную службу по телефону 104, проветрить помещение и ни в коем случае не пользоваться открытым огнем или электроприборами. В случае пожара вызвать службу спасения по телефону 101 или 112.

Окисляются ли алканы под действием сильных окислителей (перманганата калия, галогенов) в обычных условиях? Проведем лабораторные эксперименты №2 и №3 (см. инструкционную карту, приложение 1) и ответим на этот вопрос.

«Нельзя королевству быть без короля» - подумал Этан и возродил Метан, добыв его из природного газа. Но Метан все равно хотел быть полезным и подверг себя термическому разложениюпри температуре 1000^◦С, превратившись в сажу – чистый углерод и водород. Запишите уравнение реакции: СН₄ → С + 2Н₂

Сажа стала очень востребованной. Ее стали использовать при производстве автомобильных покрышек, резиновых изделий, краски для заправки картриджей.

И следующий раз, нагрев себя до температуры 1500^◦С, он превратился в ацетилен С₂Н_2,из которого люди научились получать многие органические вещества, и водород:

2СН₄ → НС≡СН + 3Н₂

ацетилен

Братья Метана последовали его примеру и при температуре 400 - 600^◦С подвергли себя крекингу, разрушившись до алканов и алкенов. Цепь обычно рвется примерно посередине: С₈Н₁₈ → С₄ Н₁₀+ С₄Н₈

А вот с Этаном произошел интересный случай. Встретил он однажды Водород, а тот ему говорит: «Слушай, Этан, ты слишком богатый, отдай из своего царства моего брата Водорода, а сам ты попадешь совсем в другое царство, где жизнь другая и собратья твои живут, и будешь ты среди них старшим. Согласился Этан, быть старшим ему очень хотелось, и отдал водород из своей молекулы: C₂H_6→C₂H₄₊H₂

Это реакция дегидрирования, т. к. происходит отщепление водорода. В результате образуется непредельный углеводород — этилен, который широко используется в производстве этилового спирта, синтетических каучуков.

А другой брат Метана, Пентан, тоже решил изменить свой имидж и отправился в парикмахерскую, где под действием хлорида алюминия превратился в изомерный пентан. Что такое изомерия и изомеры?

А реакция, которая произошла с пентаном, называется реакцией изомеризации.

Изомеризация — образование изомеров (катализатор — AlCl₃ (начиная с C₄). Попробуйте составить уравнение реакции изомеризации бутана и назовите вещество.

А Метан решил и дальше приносить пользу людям и открыл производство красителей и растворителей. Для этого он подружился с хлором. Только вместе они могли открыть свое производство. Но у хлора было одно условие. Чтобы жить в мире и согласии с метаном и производить растворители, хлору необходим был свет. Только его присутствие сделало возможным замещение атомов водорода в молекуле Метана на атомы хлора.

CH₄Cl_2→CH₃ClHCl (насвету)

Хлорметан

СН₃Cl+ Cl₂→ CH₂Cl₂ + НCl

Дихлорметан

СН₂Cl₂+ Cl₂→ CHCl₃ + НCl

Трихлорметан (хлороформ)

СНCl₃+ Cl₂→ CCl₄ + НCl

Тетрахлорметан

Теперь мы с вами познакомимся с тем, каким образом протекают данные реакции, т. е. узнаем ее механизм. На первой стадии — инициировании цепи — происходит гомогенный распад молекул галогена на свету на радикалы:

Cl₂ → 2Cl∙

На второй стадии — росте цепи — радикалы атакуют молекулы, находящиеся в системе:

Cl∙ + CH₄ → CH₃∙ + HCl

CH₃∙ + Cl₂ → CH₃Cl + Cl∙

Третья стадия приводит к взаимодействию радикалов между собой и называется обрыв цепи.

CH₃∙ + Cl∙ → CH₃Cl

CH₃∙ + CH₃∙ → CH₃ – CH₃

2Cl∙ → Cl₂

Таким образом, реакция галогенирования метана протекает по цепному радикальному механизму. Данная реакция может протекать в молекулах алканов до тех пор, пока не будут замещены все атомы водорода. За исследование механизма цепных реакций выдающийся советский физико- химик Н. Н. Семенов получил Нобелевскую премию.

Так и жили Метан и Хлор, принося людям пользу.

Запомните!Алканам характерны следующие химические реакции:

Реакции окисления (горение).

Реакции расщепления

Реакции изомеризации.

Реакции замещения.

IV. Закрепление пройденного материала:

Цели: проверить умение применять свои знания для решения учебных задач, сформировать способность к самооцениванию.

И вот в королевстве углеводородов теперь весёлый живет народ. Там радость в изобилии и счастье круглый год. Но счастье длилось не долго, на них напал Дракон. Кто защитит королевство от дракона?

Чтобы ДРАКОНА победить,

Его голов надо лишить.

Помогут в этом знанья,

Уменье и старанье.

Давайте сначала попробуем задобрить Дракона и преподнесем ему в дар модели молекул углеводородов, которые являются любимым лакомством для них. (конкурс «Задобрить Дракона» максимальное количество баллов 2)

Дракону мы утёрли нос!

(падает первая голова ДРАКОНА)

Силен ДРАКОН без головы,

Ох, не наделал бы беды!

Пока другими головами

Злодей бороться будет с нами.

Дракон вызывает группу сыграть с ним в химический мини-футбол. За каждый забитый гол – правильный ответ – 1 балл. Максимальное количество баллов – 6.

1. И метан, и этан не взаимодействуют: а)Cl₂; б) О₂; в) Н₂ г) НNO₃.

2. Хлороформ образуются при взаимодействии метана с: а) CaCO₃; б) C₂H₅OH; в) Cl₂; г) H₂SO₄.

3. Для алканов не характерны реакции:

а) замещения; б) изомеризации; в) горения; г) присоединения.

4. Помутнение известковой воды после горения алканов доказывает наличие в них атомов: а) С; б) О; в) S; г) Н.

5. При пиролизе метана без доступа воздуха (t=1000◦C) образуются водород H₂ и: а) СО₂; б) С; в) С₂Н₂; г) СО.

6. За исследование механизма цепных реакций Нобелевскую премию получил: а) Д.И Менделеев; б) М.Г. Кучеров; в) Н.Н. Семенов; г) С.В. Лебедев.

Задания правильно решили–

И матч победно завершили.

И вот итог его таков!

ДРАКОН лишился двух голов!

Как третью голову снести?

И королевство нам спасти?

На пути опять преграда:

Лабиринт пройти вам надо!

Игра «Химический лабиринт». За каждый правильный ответ – 1 балл. Максимальное число баллов – 9. Чтобы лабиринт пройти быстрее, разбиваемся на две команды. Время для ответа 20 секунд.

В игре принимают участие две команды. Задача: пройти лабиринт, получив как можно меньше желтых карточек. Лабиринт можно пройти двумя путями, для выбора пути игроки каждой команды делает щелчок по кнопке «I» или «II».

Далее нужно прочитать фразу в открывшемся блоке и выразить свое согласие-несогласие с ней, нажав кнопку «Да» или «Нет». При правильном ответе загорается зеленая карточка и открывается новый блок. Можно подумать над ответом, пока очередной ход делает вторая команда.

Когда обе команды доберутся до финиша, можно открыть дополнительные вопросы («сокровища лабиринта»). Отвечать на них можно предложить отстающей команде, обоим командам по очереди или болельщикам. Вопросы 1 команде:

1. Общая формула гомологического ряда алканов С_nН_2n?

2.CH₃-CH-CH-CH₂-CH₃ 2-метил-3-этилпентан?

| |

CН₃ С₂Н₅

3. Для алканов характерна sp³-гибридизация?

4. Алканы — это простые газообразные вещества?

5. Формулы только алканов записаны в ряду: С₃Н₆, С₂Н₄, С₆Н₁₄?

6. Угол связи между атомами углерода в алканах составляет 109° 28'?

7. СН₃-СН₂-СН₂-СН₃ и СН₃-СН-СН₃изомеры?

|

СН₃

8. CH₃- CH - CH- CH₃ 2,3-диметилбутан?

| |

CH₃ CH₃

9. С₆Н₁₄ — это формула предельного углеводорода?

10. Для алканов наиболее характерны реакции замещения?

11. В молекулах алканов между атомами углерода есть π-связи?

Вопросы 2 команде:

1. Молекула метана имеет форму тетраэдра?

2. CH₃ - CH – CH₂ - CH₃ – это 2-этилбутан?

|

C₂Н₅

3. В пропане связи углерод - углерод двойные?

4. Для алканов характерна изомерия углеродного скелета?

5. Атомы углерода в молекулах алканов не содержат гибридных орбиталей?

6. Углеводороды с формулами C₈H₁₈ и C₃H₈ являются изомерами?

7. При смешивании метана с воздухом взрыва не будет?

8. В результате крекинга пентана получают смесь этана и этена?

9.CH₃ - CH - CH - CH₃— это 2,3-диметилпентан?

| |

CН₃ C₂Н₅

10. CH₃–CH₂–CH₂-CH₃ — это гомолог пропана?

11. Радикал – это группа атомов с неспаренными электронами?

Задачу выполнили Вы –

ДРАКОН лишился головы!

ХИМИЯ – предмет простой,

Если студент наш с головой!

Это дело, так уж дело!

Голова – то… отлетела!!!

Эй, ДРАКОН!

Ну – ка, убирайся вон!

V. Заключительная часть.

Вы ДРАКОНА победили!

И заданья все решили!

Теперь тем, кто побеждал,

Оценки выставлю в журнал!

VI.Рефлексия и оценивание.

Ребята, а теперь подведем итоги нашего занятия. Взяли лист самооценки работы на уроке (приложение 2) и посчитайте общее количество баллов, заработанных вами и в соответствии со шкалой, поставьте себе оценку. Посмотрите, у каждого из вас на парте лежат драконы 3 цветов. Сейчас я попрошу поднять вас одного дракона в зависимости от того, какую оценку вы поставили. Красный дракон – оценка «5», желтый - «4», синий – «3».

Если считать, что полное усвоение учебного материала урока соответствует дистанции, А___________________________________В, то покажите точкой ваше место нахождения.

VI. Домашнее задание:

1. Габриелян О.С, Остроумов И.Г. Химия для профессий и специальностей технического профиля: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования. — М.: Издательский центр «Академия», 2020. – Глава 9, стр. 157 – 160.

2. Выполните задание разной степени сложности в рабочих тетрадях.

1 уровень «3».

Осуществите следующие превращения, укажите условия протекания реакций, назовите все вещества:

CO

↑

С ← СН₄ → СН₃Сl

↓

C₂H₂

2 уровень «4».

В результате следующих превращений

С₆Н₁₄ ^t^,pС₃Н₈^Br2,hX

↓

C₃H₆

образуется конечный продукт (Х):

а) 1,1-дибромпропан;

б) 2-бромпропан;

в) 1-бромпропан.

3 уровень «5».

Решить задачу. Вычислите количество теплоты, которая выделилась при сжигании 1 м3 природного газа, содержащего (по объему) 95% метана, 3% углекислого газа и 2% азота. Тепловой эффект реакции горения метана равен 880 кДж/моль.

Приложение 1

ИНСТРУКЦИОННАЯ КАРТОЧКА

Лабораторный эксперимент №1

Цель: доказать наличие углерода и водорода в парафине - твердом углеводороде.

Ход работы

В химический стакан объемом 200 мл поместите плоскую свечу и зажгите ее. Накройте стакан стеклом или чашкой Петри. Что происходит с внутренними стенками стакана? О чем это говорит? Почему вскоре свеча гаснет?

Осторожно выньте свечу, налейте в стакан 10-15 мл свежеприготовленной известковой воды и вновь накройте стеклом. Придерживая стекло, осторожно перемешайте содержимое стакана. Что произошло с известковой водой? О чем это говорит? Запишите уравнения реакций.

C₂₀H₄₂ + О₂ = ______________________________________________________

Ca(OH)₂ + CO₂ = ___________________________________________________

Вывод:предельныеуглеводороды содержат____________и ______________.

Лабораторный эксперимент №2

Цель:доказать, что алканы при обычных условиях не взаимодействуют с сильными окислителями (перманганатом калия).

Ход работы

К 1-2 мл гексана или бензина добавьте примерно 0,5 мл разбавленного раствора перманганата калия KMnO₄. Смесь встряхните. Что наблюдаете? О чем это говорит? Растворяется ли гексан в воде?

Вывод:предельныеуглеводороды_____________________________________

__________________________________________________________________.

Лабораторный эксперимент №3

Цель:доказать, что алканы при обычных условиях не взаимодействуют с сильными окислителями (галогенами) и не вступают в реакции присоединения.

Ход работы

К 1-2 мл гексана или бензина добавьте примерно 0,5 мл бромной или йодной воды. Смесь встряхните. Что наблюдаете? Бром лучше растворяется в гексане, чем в воде. Именно это вы сейчас наблюдаете: образование розоватого раствора, который после отстаивания собирается сверху. А реагирует ли бром с гексаном при комнатной температуре, вступая с ним в реакцию присоединения?

Вывод:предельныеуглеводороды_____________________________________

__________________________________________________________________.

Приложение 2

Самооценка работы на занятии

Фамилия, имя___________________________________________________

Если вы набрали 18-21 балл, ваша оценка «5»,

14-17 баллов - ваша оценка «4»

10-13 баллов – ваша оценка «3»

9 и менее баллов - ваша оценка «2».

Усвоение учебного материала

Если считать, что полное усвоение учебного материала урока соответствует дистанции, А_______________________________________В, то покажите точкой ваше местонахождения.

Домашнее задание.

1. Габриелян О.С, Остроумов И.Г. Химия для профессий и специальностей технического профиля: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования. — М.: Издательский центр «Академия», 2020. – Глава 9, стр. 157 – 160.

2. Выполните задание разной степени сложности в рабочих тетрадях.

1 уровень «3».

Осуществите следующие превращения, укажите условия протекания реакций, назовите все вещества:

CO

↑

С ← СН₄ → СН₃Сl

↓

C₂H₂

2 уровень «4».

В результате следующих превращений

С₆Н₁₄ ^t^,pС₃Н₈^Br2,hX

↓

C₃H₆

образуется конечный продукт (Х):

а) 1,1-дибромпропан;

б) 2-бромпропан;

в) 1-бромпропан.

3 уровень «5».

Решить задачу. Вычислите количество теплоты, которая выделилась при сжигании 1 м³ природного газа, содержащего (по объему) 95% метана, 3% углекислого газа и 2% азота. Тепловой эффект реакции горения метана равен 880 кДж/моль.

Список литературы

1. Габриелян О.С, Остроумов И.Г. Химия для профессий и специальностей технического профиля: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования./ О.С. Габриелян, И.Г. Остроумов. — М.: Издательский центр «Академия», 2020. – 157-160с.

2. Габриелян О.С., Остроумов И.Г., Сладков С.А., Дорофеева Н.М. Практикум: учеб. пособие для студ. учреждений сред. проф. образования./ О.С. Габриелян, И.Г. Остроумов, С.А. Сладков. — М.: Просвещение, 2020. - 128с.

3. Габриелян О.С., Химия. 10 класс: учеб. для общеобразовательных организаций: / О.С. Габриелян, И.Г. Остроумов, С.А. Сладков. – 3-е изд. – М.: Просвещение, 2021. – 21-23с.