师:同学们好!
生:老师好!
师:请坐。我们知道,中国有一项重要工程——西气东输。这里的气是指什么?
生:天然气。
师:天然气的主要成分是什么?
生:甲烷。
师:对应的,甲烷燃烧可以为我们生活供能。与甲烷结构相似的物质,比如我们平时用到的液化石油气,它里面的主要成分也是烷烃,主要是丁烷和丙烷。除了这个以外,还有我们汽车用的汽油。像这些烷烃,都是比较重要的能源物质。在我们生活中,还能见到哪些和这些物质类型相同的烷烃呢?来,看这里,打火机大家都用过吧,里面所填充的物质,实际上也是烷烃的一种。至于它到底是什么,通过今天这节课,我们就会解开谜团。今天这节课,我们来看一看烷烃的结构以及性质。常见的烷烃主要有甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等等。现在,请利用给你们盒子里的东西以及学案,完成甲烷、丙烷以及正戊烷的球棍模型拼接。拼完之后,注意完成学案上的思考讨论以及分析它们在组成和结构上的相似点。现在开始,给你们1分钟的时间,完成学案上的内容。
(学生进行模型拼接)
师:很多组都已经完成了。我们请几个小组展示一下他们所拼的模型。谢嘉凯,好,展示一下你们组拼的模型。
生:这是正戊烷的模型。
师:好,通过你们填写的学案,请你总结一下,对于烷烃来讲,它在组成和结构上有怎样的特点?
生:组成主要就是碳和氢。
师:对,从元素组成上看,只有碳元素和氢元素,这是它组成的特点。那么它结构上有怎样的特点呢?
生:结构上主要是有碳氢键和碳碳键。
师:组成碳氢键和碳碳键,碳氢键和碳碳键全部都是共价键。共价键如果再给它分个类呢?
生:都是单键。
师:全部都是以单键的形式相连,单键实际上就是我们讲的共价键类型里面的σ键。还有呢?
生:没了吧。
师:有没有小组可以补充,结构上还有怎样的特点?好,旁边的小组。
生:碳成了四条键,总共成四条键,氢成一条键。
师:还有没有补充?
生:碳骨架是直链。
师:碳骨架是直链,它的形状是什么样子的?是一条直线吗?
生:是锯齿状。
师:为什么是锯齿状?这反映出什么问题?
生:键角。
师:为什么会出现这个键角呢?
生:因为sp3杂化。
师:由于它sp3杂化了之后,它的杂化轨道就会向着正四面体的四个顶点方向延伸,它的形状应该是跟甲烷是一样的。大家观察一下自己所拼的球棍模型,任意一个碳原子,它所成的四条键的状态,全部都是向着四个方向延伸的,也就是正四面体的四个顶点方向延伸。好,这就是烷烃组成以及结构上的一个特点。对应的,有这样的特点的话,我们再去观察一下它的分子式,它的分子式中碳元素和氢元素之间有怎样的关系呢?
生:有比例关系。
师:有怎样的比例关系?罗佳宇。
生:当碳的个数为n个的时候,氢是2n + 2个。
师:也就是说,碳原子数为n,氢原子数为2n + 2,实际上这就是我们链状烷烃的分子通式。所以任何链状烷烃,只要满足C?H????,它就肯定是链状的烷烃。并且在这里面,由于所有的键都是单键,所以我们把这种烷烃还可以称之为饱和烃,所有碳原子都已成单键。像这种烷烃与甲烷结构非常相似,分子式之间差了一个或若干个CH?,像这样的物质,我们就可以把它称之为同系物。所以对于同系物来讲,它们的组成和结构是非常相似的。有这么多的烷烃,这么多的同系物,我们应该如何选择打火机当中的物质呢?要知道如何选择,我们必须要明确一件事情,打火机是怎么工作的?
生:气压,按压上面这个开关,使氧气进去,然后它们发生燃烧。
师:氧气在外面,那是什么东西受气压影响呢?是加压还是减压?
生:加压。
师:在这里要注意,实际上打火机的工作原理是这样的:按下去的过程,它并不是一个加压的过程,而是一个减压的过程。这里面储气箱中的物质,在加压的条件下充进去,会呈液态。当我们减压之后,它就会变成气态出来,然后在电火花的作用下,它就会燃烧,产生火花。根据这个工作原理,我想问,为什么这个物质在压强作用下,会从液态变成气态?这反映了它什么性质?
生:熔沸点。
师:也就是说,我们要选择这个物质,必须要从烷烃的熔沸点去考虑。你觉得这个熔沸点应该是高还是低?
生:低。
师:一般来说,我们会选择丁烷作为打火机的物质。请从它的熔沸点去分析,为什么选择丁烷?简之,为什么选择丁烷作为打火机的物质?
生:熔沸点都低。
师:熔沸点都低,它在常温下是什么状态?
生:气态。
师:那为什么现在这个打火机里是液态?
生:压强大。
师:照这么讲,选择气态的物质就可以了吗?
生:它燃烧放出的热量要大。
师:燃烧肯定会放出热量。你刚才讲到一个问题,就是必须要是气体,那甲烷行不行?为什么?
生:它沸点太低了。
师:沸点太低导致什么问题?
生:让它液化的压力太大。
师:所以为什么丁烷合适呢?
生:它沸点离常温比较接近,一加压就容易液化,一减压就容易气化。
师:所以对应的,比如说我们液化石油气当中的气,主要也是丙烷和丁烷,主要原因就是这个。再观察这幅图,从这幅图中,你还能得到碳原子数跟熔沸点有怎样的关系呢?从趋势上看,不要用太复杂的数学思想,说出大致变化过程就行。
生:随着碳原子数目的增加,烷烃熔沸点总体升高。
师:总体升高,我想问为什么升高?
生:相对分子质量变大。
师:相对分子质量变大会导致什么问题?
生:分子间作用力会变大。
