Алкани. Ізомерія

Тема уроку: Насичені вуглеводні (алкани, парафіни). Метан, його склад, хімічна, електронна, просторова будова молекули. sp³-гібридизація електронів атома Карбону.

Мета:

Освітня: ознайомитися з поняттям насичені вуглеводні на прикладі метану, оволодіти знаннями про склад, будову, структурну та електронну формули метану, просторову будову молекули, розширити уявлення про поширення органічних речовин у природі на прикладі метану;

Розвиваюча: навчитися самостійно здобувати знання та застосування їх у повсякденному житті;

Виховна: осмислення ролі алканів в житті та діяльності людини і необхідності раціонального використання природної сировини в господарській діяльності.

Методи навчання: бесіда, конспектування, складання опорних схем, робота з підручником, спостереження за демонстраційним дослідом і побудова на основі його результатів висновків.

Внутрішньопредметні зв’язки: Будова атома Карбону в основному та збудженому стані (10 клас), типи хімічних зв’язків, електронегативність (9 клас).

Міжпредметні зв’язки: географія «Корисні копалини»

Тип уроку: урок засвоєння нових знань.

Демонстрації: Визначення якісного складу парафіну за продуктами згоряння; кулестержневої моделі метану.

Обладнання та реактиви: купрум (ІІ) оксид, безводний купрум (ІІ) сульфат, вапняна вода, штатив з пробірками, газовідвідна трубка, спиртівка, штатив з лапкою.

Література

1. Хімія, 10 – 11 кл.: Програми для профільн. кл. загально освіт. навч. закладів з укр.. мовою навч. / І. Базелюк, Н. Буринська, Л. Величко та ін. – К.: Пед. Преса, 2004. – 44с.
2. Березан О.В. Органічна хімія: Посібник для вчителів хімії та учнів загальноосвітніх шкіл, ліцеїв, гімназій, слухачів і викладачів підготовчих відділень вузів. – К.: Абрис, 2000. – 304с.
3. Богданова Л.Є. Інтерактивні технології навчання на уроках хімії. – Х.: Вид. група «Основа», 2004. – 144с.
4. Відкриті та нестандартні уроки хімії у 10 класі / Упоряди. К. М. Задорожний. – Х.: Вид група «Основа», 2005. – 112 с.
5. Гранкіна Т. М. Хімія. 10 клас: Плани-конспекти уроків . – Вид. 2-ге, випр. – Харків: Веста: Видавництво «Ранок», 2004. – 272с.
6. Гранкіна Т. М. Зошит – конспект з хімії. 10 клас. – Х.: Веста, 2004.
7. Домбровський А. В., Лукашкова Н. І., Лука шов С. М. Хімія 10 – 11: Органічна хімія: Підруч. Для 10 – 11 кл. серед. загальноосв. шк.. – К.: Освіта, 1998. – 192 с.
8. Домбровський А. В., Найдан В. М. Органічна хімія: Навч. посібник. _ К.: Вища шк.., 1992. – 503 с.
9. Савчин М. М. Робочий зошит з хімії. 10 клас. Частина ІІ. Органічна хімія. Вуглеводні. – Львів: ВНТЛ – Класика, 2002. – 80 с.

План уроку.

І. Організаційна частина.

1.Привітання і фіксація відсутніх, побажання хорошого настрою.

2. Організація уваги учнів.

ІІ. Актуалізація опорних знань, умінь, уявлень та чуттєвого досвіду.

Бесіда з метою актуалізації знань про органічні речовини.

ІІІ. Мотивація навчальної діяльності.

Мотивація вивчення метану, як найпростішої органічної речовини, що є основною складова природного газу,  найважливішим паливом та сировиною для багатьох виробництв.

ІV. Оголошення теми, мети, завдань уроку.

V. Вивчення нового матеріалу (первинне засвоєння).

1. Метан – найпростіша органічна речовина класу насичені вуглеводні.

Розповідь вчителя, складання учнями конспекту.

2. Доведення, що до складу насичених вуглеводнів входить Карбон та Гідроген.

Демонстрація досліду. Визначення якісного складу парафінів за продуктами окиснення.

3. Виведення емпіричної формули метану.

Розв’язання задачі на виведення молекулярної формули речовини за продуктами розкладу.

4. Будова молекули метану.

Бесіда та виконання завдань:

- складання електронної формули атому Карбону у основному та збудженому стані;

- визначення кількості валентних електронів;

- складання електронної та структурної формул метану.

5. Поняття про гібридизацію електронних хмар.

Розповідь вчителя; учні роблять короткі записи.

6. Просторова будова молекули метану.

Розповідь вчителя; учні роблять короткі записи.

7. Фізичні властивості метану і його поширення у природі.

Робота з підручником  А. В. Домбровський, Н. І. Лукашова, С.М. Лукашов Хімія. 10 – 11: Органічна хімія: Підручник для 10 – 11 кл. серед. загальноосв. Шк.. – К.: Освіта, 1998. – С. 18 – 19.

VІ. Осмислення нових знань, умінь.

Формулювання основних понять. Відповіді на питання. Складання опорного конспекту.

VІІ. Закріплення, систематизація та узагальнення.

Розв’язування завдань трьох рівнів складності.

VІІІ. Контрольно-коригувальний етап.

Тестування з метою перевірки засвоєння нового матеріалу.

ІХ. Підбиття підсумків уроку.

Оцінювання роботи кожного учня на уроці.

Х. Повідомлення домашнього завдання та інструктаж щодо виконання домашнього завдання.

Впр. 1,2 (усно); 11 (письмово).

Конспект уроку

І. Організаційна частина.

1.Привітання і фіксація відсутніх, побажання хорошого настрою.

2. Організація уваги учнів.

ІІ. Актуалізація опорних знань, умінь, уявлень та чуттєвого досвіду.

- Що таке органічна хімія? Які речовини називають органічними?

- Де зустрічаються органічні речовини?

- Які  елементи входять до складу органічних речовин?

- Назвіть причини, які на вашу думку обумовлюють необхідність вивчення органічних речовин?

- Однією з найпростіших органічних речовин є метан. Як людина використовує цю речовину? Опираючись на знання з географії, розкажіть де в природі знаходиться метан?

- Чи існує на Україні проблема постачання природного газу?

ІІІ. Мотивація навчальної діяльності.

Отже, як ви вже сказали, вивчення органічних речовин, зокрема метану, що входить до складу природного газу, обумовлене господарськими потребами людини. Адже метан – основна складова природного газу, що є найважливішим паливом та сировиною для багатьох виробництв. Багато метану міститься у попутному нафтовому газі (виділяється при видобутку нафти), а також коксовому газі.  Метан виділяється з дна боліт, ставків і стоячих водоймищ, де він утворюється при розкладанні рослинних решток без доступу повітря і тому отримав назву «болотний газ». Метан скупчується у кам’яновугільних шахтах, де його називають рудниковим газом. Суміш метану з повітрям вибухонебезпечна, особливо у співвідношенні 1: 10.

ІV. Оголошення теми, мети, завдань уроку.

Запишіть тему уроку: Насичені вуглеводні(алкани, парафіни). Метан, його склад, хімічна, електронна, просторова будова молекули. sp³-гібридизація електронів атома Карбону.

На даному уроці ви ознайомитесь з поняттям насичені вуглеводні на прикладі метану, оволодієте знаннями про склад, будову, структурну та електронну формули метану, просторову будову молекули, розширите уявлення про поширення органічних речовин у природі на прикладі метану;

V. Вивчення нового матеріалу (первинне засвоєння).

1. Метан – найпростіша органічна речовина класу насичені вуглеводні.

Ви вже маєте уявлення про органічні речовини. Найпростішою органічною речовиною є метан. Тому більш детальне вивчення органічних сполук ми розпочинаємо на прикладі даної речовини.

Метан належить до класу насичених вуглеводнів (алканів, парафінів).

Вуглеводні – це органічні сполуки, молекула яких складається з атомів Карбону та Гідрогену.

Насичені вуглеводні – це вуглеводні з відкритим (не замкненим) вуглецевим ланцюгом загальної формули С_n H_2n+2.

Одним із факторів, що впливають на властивості хімічних сполук є будова. Для вивчення будови органічних речовин використовують окиснення при нагріванні з купрум (ІІ) оксидом.

2. Доведення, що до складу насичених вуглеводнів входить Карбон та Гідроген.

Демонстрація досліду.

Для досліду візьмемо кусок парафіну масою 0,2г (до його складу входять насичені вуглеводні). Поміщаємо парафін у пробірку, додаємо 1г купрум (ІІ) оксиду. Закріплюємо пробірку в лапку штатива в горизонтальному положенні. На край пробірки вносимо трохи безводного купрум (ІІ) сульфату і закриваємо пробкою з газовідвідною трубкою так, щоб порошок купрум (ІІ) сульфату був біля пробки. Кінець газовідвідної трубки опускаємо в пробірку з вапняною водою.

Пробірку прогріваємо, щоб запобігти розтріскуванню. Після цього прогріваємо суміш.

• Що відбувається з вапняною водою? Вапняна вода помутніла.
• Про що це свідчить? Виділяється вуглекислий газ.

Са(ОН)₂ + СО₂ = СаСО₃  + Н₂О

• Розгляньте стінки пробірки. Що спостерігаєте? На стінках пробірки видно краплини конденсату. Отже, виділялася вода у вигляді пару.
• Розгляньте купрум (ІІ) сульфат, які зміни спостерігаєте? Кристалики купрум (ІІ) сульфату набули темнішого забарвлення. Це свідчить про приєднання води:

CuSO₄ + 5H₂O = CuSO₄ ^. 5H₂O

Отже процес окиснення вуглеводнів парафіну можна зобразити рівнянням:

С_хН_у + СuО = СО₂ + Н₂О + Cu

Отже,  яких хімічних елементів складаються вуглеводні?

3. Виведення емпіричної формули метану.

Склад метану можна встановити за продуктами термічного розкладу.

Задача. Внаслідок розкладу 112 л метану (н.у.) утворилося 60г вуглецю і 20г водню. Виведіть формулу метану.

Отже, виконавши задачу ви встановили, що емпірична формула метану СН₄.

4. Будова молекули метану.

На основі знань про будову атома та механізм утворення хімічного зв’язку можна пояснити просторову будову молекули речовини.

• Запишіть будову атома Карбону та Гідрогену? Скільки неспарених електронів має атом Карбону у збудженому стані? 4. Один з електронів s – підрівня при поглинанні атомом додаткової порції енергії займає вакантну орбіталь на p– підрівні.
•  У атома карбону є чотири неспарені електрони, що здатні утворювати хімічні зв’язки, тому в органічних сполуках карбон чотиривалентний, а Гідроген одновалентний.
• Демонстрація. Виготовлення кулестержневої моделі метану.

Структурна формула метану:

              Н

       Н - С – Н

              Н

Електронна формула метану:

              Н

       Н : С : Н

              Н

Оскільки в молекулі метану всі валентні атоми Карбону утворюють зв’язки (спарені з електронами Гідрогену) і немає електронів, що могли б утворювати ще зв’язки, то метан належить до граничних (насичених) вуглеводнів і є їх першим представником.

• Який тип зв’язку в молекулі метану?
• Оскільки до складу метану входять атоми неметалів С і Н, електронегативність яких дещо відрізняється, то зв’язки у молекулі ковалентні полярні, електронна густина зміщена у бік більш електронегативного атому – Карбону.

5. Поняття про гібридизацію електронних хмар.

Щоб зрозуміти просторову будову молекули метану, потрібно проаналізувати які електрони беруть участь в утворенні зв’язків у молекулі.  Із електронної формули атома Карбону у збудженому стані, видно, що в утворенні зв’язків повинні брати участь один s – електрон і три p- електрони, які будуть перекриватися із s – електронами атомів Гідрогену. Можна припустити такі перекриття:

Енергія зв’язків перекриття s – s- і  s – p- електронних хмар неоднакова. Проте експериментально доведено, що всі зв’язки в молекулі метану мають однакову енергію. Щоб пояснити таку розбіжність використовують вчення Лайнуса Полінга про гібридизацію електронних орбіталей. Відповідно до його теорії, електронні хмари атома Карбону змінюють свою форму під дією електронних хмар атома Гідрогену, витягуючись у їх бік:

Такий процес називають гібридизацією, а орбіта лі нової форми – гібридними. Гібридні орбіталі більше перекриваються з електронними орбіталями інших атомів, що призводить до утворення більш міцних зв’язків. Оскільки електронну форму змінюють один s – електрон і три p- електрони атома Карбону, то цей процес називають sp³-гібридизація. При sp³-гібридизації  всі чотири зв’язки рівнозначні (мають однакову енергію, довжину, рівновіддалені). У молекулі метану всі зв’язки прості ординарні.

Зв'язок між двома атомами, напрямлений вздовж прямої, що сполучає їх ядра і співпадає з віссю симетрії електронних хмар, називається сигма- зв’язком.

6. Просторова будова молекули метану.

У місцях перекриття орбіталей електронна густина зростає, а, отже, і зростає негативний заряд, тому електронні хмари будуть максимально розштовхуватися у просторі. У результаті молекула метану набуває форми тетраедру: у центрі – атом Карбону, а у вершинах – атоми Гідрогену, зв’язки С – Н спрямовані до вершин тетраедра під кутом 109⁰ 28^/ .

7. Фізичні властивості метану і його поширення у природі.

Робота з підручником  А. В. Домбровський, Н. І. Лукашова, С.М. Лукашов Хімія. 10 – 11: Органічна хімія: Підручник для 10 – 11 кл. серед. загальноосв. Шк.. – К.: Освіта, 1998. – С. 18 – 19.

VІ. Осмислення нових знань, умінь.

Дайте визначення понять: вуглеводні, алкани, гібридизація, гібридизовані електронні хмари, sp³-гібридизація, сигма – зв'язок.

• З яких елементів складається молекула метану.
• Порівняйте стан електронів у атомі Карбону в основному та збудженому станах.
• Охарактеризуйте процес утворення хімічних зв’язків у молекулі метану.
• Запишіть у зошит емпіричну, структурну та електронну формули метану. Який тип хімічного зв’язку у молекулі метану.
• Користуючись підручником, позначте довжину зв’язків, кути між зв’язками.
• Де метан зустрічається у природі?

VІІ. Закріплення, систематизація та узагальнення.

І рівень. Обчисліть відносну молекулярну масу молекули метану. У скільки разів він легший від повітря, від кисню, від карбон (ІV) оксиду?

ІІ рівень. Метан можна розкласти на вуглець та водень. При розкладу метану масою 200г з певною кількістю домішок отримали вуглець масою 129,6г. Визначте масу чистого метану, що розклався.

ІІІ рівень. Знаючи будову молекули метану поясніть, чи зможе він приєднувати водень, хлор, гідрогенгалогеніди, воду. Які типи реакцій, на вашу думку, характерні метану.

VІІІ. Контрольно-коригувальний етап.

Виконати тестові завдання:

1. Вкажіть загальну формулу алканів:

а) С_n Н_{2 n -2}   б) С_n Н_{2 n +2}  в) С_n Н_{2 n}  г) С_n Н_{2 n -6}

2. Визначте тип зв’язку у молекулі метану:

а) потрійний; б) ординарний; в) потрійний; г) ординарний та подвійний.

3. Визначте кількість сигма-звязків у молекулі метану:

а) 1; б) 2; в) 3; г) 4.

4. Яка фігура відповідає просторовій будові молекули метану:

а) піраміда; б) трикутник; в) тетраедр; г) квадрат.

5. Які електрони беруть участь в утворенні хімічних зв’язків у молекулі метану:

а) s – електрони;  б) p – електрони;  в)s-, p- електрони; г) s -, p -, d – електрони; д) d – електрони.

6. Масові частки Карбону і Гідрогену у молекулі метану:

а) 70% та 30%; б) 60% та 40%; в) 75% та 25%; г) 65% та 35%.

7. Відносна молекулярна маса метану:

а) 18; б) 22; в) 16; г) 44.

8. У скільки разів метан важчий за водень:

а) 2; б) 1; в) 4; г)8.

9. Метан має назви:

а) синтез-газ; б) болотний газ; в) чадний газ; г) природний газ.

10. Фізичні властивості метану:

а) газ без запаху; б) газ; в) рідина; г) рідина без запаху.

11. Яким способом можна визначити якісний склад алканів:

а) розкладом; б) за допомогою бромної води; в) розкладом з подальшим дослідженням продуктів реакції; г)розчиненням у воді.

12. Кут між зв’язками у молекулі метану:

а) 120⁰; б) 180⁰; в) 109⁰ 28^/; г) 90⁰.

Ключ для перевірки

ІХ. Підбиття підсумків уроку.

Перевірка тестів, виставлення оцінок, корекція помилок.

Х. Повідомлення домашнього завдання та інструктаж щодо виконання домашнього завдання. Впр. 1,2 (усно); 11 (письмово).