МЕТАН. МОЛЕКУЛЯРНА, ЕЛЕКТРОННА І СТРУКТУРНА ФОРМУЛИ МЕТАНУ, ПОШИРЕННЯ У ПРИРОДІ. ГОМОЛОГИ МЕТАНУ

          Клас  9

 

ТЕМА:МЕТАН. МОЛЕКУЛЯРНА, ЕЛЕКТРОННА І СТРУКТУРНА ФОРМУЛИ МЕТАНУ, ПОШИРЕННЯ У ПРИРОДІ. ГОМОЛОГИ МЕТАНУ

 

Мета: формування предметних компетентностей: познайомити учнів з найпростішим представником органічних речовин – метаном; розглянути будову молекули метану, його молекулярну, структурну і електронну формулу;

Компетентності: формувати компетентності: ключові (вміння вчитися -  спостерігати, аналізувати, робити висновки;  інформаційні - вміння осмислювати й використовувати інформацію з різних джерел (мовлення вчителя, однокласників,  результати спостережень);  комунікативні – вміння вільно висловлюватися, оптимально використовувати власні знання та навчальну  інформацію уроку для результативної комунікації;  соціальні – вміння продуктивно співпрацювати  з однокласниками, вчителем;  предметні.

Обладнання: мультимедійна презентація до уроку, кулестержнева модель  молекули метану

Тип уроку: вивчення нового матеріалу

 

Хід уроку

І. Актуалізація опорних знань.

Перевірка домашнього завдання:  Написати можливі структурні формули для речовини С₅Н₁₂.

Гра з кубиком , «Так чи ні»

(Вчитель по черзі кидає кубик учням. Учень, піймавши кубик, дає відповідь «так» чи «ні», коментує, в разі необхідності дає вірну відповідь.

1.Органічна хімія – це хімія сполук Карбону (так).

2. Карбон в органічних сполуках завжди чотиривалентний (так).

    3.На зовнішньому енергетичному рівні атома Карбону міститься 6  електронів (ні).

    4. В основному стані в атомі Карбону  4 неспарені електрони (ні).

    5. В  збудженому стані в атомі Карбону  2 неспарені електрони (ні).

    6. Атоми Карбону  здатні утворювати як йонні, так і ковалентні сильно полярні   зв’язки (ні).

    7. Атоми Карбону здатні утворювати між собою міцні ковалентні зв’язки і з’єднуватися в довгі ланцюжки або цикли (так).

 8. Основні положення теорії хімічної будови органічних речовин сформулював  Д.І. Менделєєв (ні).

 9. Хімічна будова -  це послідовність з’єднання атомів відповідно до їхньої валентності в молекулі (так).

 10. Властивості речовин залежать тільки від того, атоми яких елементів і в якій кількості утворюють молекулу (ні).

 11. Структурні формули – це такі формули, в яких символи хімічних елементів сполучаються рисочками, кількість яких дорівнює валентності елемента в сполуці  (так).

 12. Ізомери – це речовини,що мають однаковий склад, але різну будову (так).

 13. Ізомери – це речовини, що мають однакові властивості (ні).

 14. Структурні формули бувають розгорнуті та скорочені (так).

 15. До складу вуглеводнів входять С, Н, О та іноді інші елементи (ні).

 

ІІ. Мотивація навчальної діяльності

Ми почали знайомство з органічними речовинами.  На сьогоднішньому уроці пропоную вам познайомитися з найпростішою органічною речовиною. Цю речовину в побуті називають болотним газом або руддниковим газом. 98% цієї речовини входить до складу природного газу.  Молекулярна формула цієї речовини – СН₄,  ахімічна назва – метан.

 

ІІІ. Вивчення нового матеріалу

•        Поняття про вуглеводні.

Вуглеводні — це найпростіші за складом органічні сполуки. У їхніх молекулах карбоновий скелет зв'язаний тільки з атомами Гідрогену. Загальну формулу вуглеводнів можна подати так: С_xН_y . До вуглеводнів належать гази метан СН₄ та ацетилен С₂Н₂, рідини октан С₈Н₁₈ та бензен С₆Н₆, а також тверді речовини, наприклад парафін, що є сумішшю вуглеводнів. Решту органічних сполук можна розглядати як похідні відповідних вуглеводнів. Наприклад, оцтова кислота СН₃ - СООН — це похідне етану СН₃ - СН₃, оскільки обидві сполуки мають однаковий карбоновий скелет С-С. Тому іноді органічній хімії дають таке визначення: органічна хімія — це хімія вуглеводнів та їхніх похідних.

Кількість різних вуглеводнів дуже велика. їх класифікація заснована на кратності зв'язків між атомами Карбону і наявності циклічних фрагментів у молекулах, що демонструє відповідна схема.

 

	Вуглеводні СxНy
Насичені			Ненасичені
Алкани СnН2n+2   (усі зв'язки одинарні)	Циклоалкани СnН2n (усі зв'язки одинарні, але карбоновий ланцюг утворює цикл)	Алкени СnН2n   (містять один подвійний зв'язок)	Алкіни СnН2n-2   (містять один потрійний зв'язок)	Арени СnН2n-6   (містять ароматичний зв'язок)

Найпростішою органічною сполукою серед вуглеводнів є метан, утворений одним атомом Карбону й чотирма атомами Гідрогену. Молекулярна формула — CH_4.

 

Будова молекули метану.

Молекулярна формула метану: СН₄. Тобто до складу молекули входить 1 атом Карбону і 4 атома Гідрогеную.

 Напишіть структурну формулу метану:       

Н

             | Вчитель демонструє кулестержневу  модель метану.

     Н―С ―Н

             |

            Н

 

Яку будову має  атом Карбону у збудженому стані?

 2S¹     2P³

₊₆С^* 1S²2S¹2P³    

 

На зовнішньому шарі знаходиться 4 електрона: 1S – електрон та 3 Р – електрона. S  електрони рухаються по кулеподібній орбіталі, а Р – електрони – по гантелеподібній орбіталі.

 

 S – орбіталь    та    3                                 Р- орбіталі

 

Отже валентність Карбону ІV.  Дійсно атом Карбону  в молекулі метану утворює 4 ковалентні полярні зв’зки з атомами Гідрогену. На моделі видно, що всі 4 зв’язки рівноцінні.  Виникає питання: яким чином 1S-електрон і 3 Р-електрони утворюють рівноцінні зв’язки атомами Гідрогену?

 

Справа в тому, що електрони зовнішнього енергетичного рівня атома Карбону гібридизуються.

Гібридизація – вирівнювання різних орбіталей  одного атома за формою та енергією.

 

Фізичні властивості метану. 

 

1. Газ
2. Безбарвний
3. Без запаху
4. Легший за повітря (Мr(СН₄) = 16, Мr(пов) = 29)
5. Майже не розчиняється у воді, але розчиняється в органічних розчинниках.
6. t_пл = -182,5°С, t_кип = -161,5°С

 

Поширення метану в природі.

1.                     Метан входить до складу природного газу (98%),  є важливим компонентом попутного нафтового газу.
2.                     Чимало метану в складі копального газу міститься у кам'яно-вугільних  шахтах , тому його називають рудниковим газом. Вибухи суміші метану з киснем повітря (1:10) часто спричиняють масову загибель шахтарів.

Цікаво! У 19 столітті в сольовій копальні «Камера Спалена», що в горі Величка (Польща), були робітники, яких називали «грішниками, що каються». Вони надягали мокрий одяг з каптурами і повзали шахтами. Тримаючи в руці довгі ціпки, на кінці яких жевріли смолоскипи. У такий  спосіб вони випалювали метан під стелею, не дозволяючи його концентрації сягнути критичної межі.

3.                     Чимало метану утворюється внаслідок анаеробного бродіння рослинних решток у болотах (тому його  називають болотний газ), річковому мулі, під час перетравлювання їжі великою рогатою худобою. Біогаз – продукт переробки фекалій і сміття – також переважно складається з метану.

Цікаво! Болотний газ хімічними методами вперше дослідив у 1776р. італійський природодослідник Алессандро Вольта і встановив його відмінність від водню. Також це природне джерело метану вивчали Бертолле, Дальтон, Берцеліус тощо. Болотний газ у неглибокій замуленій водоймі збирали в такий спосіб. Товстостінну склянку або пляшку занурювали у воду, аби вона заповнилася рідиною, потім повертали її догори дном, вставляли лійку і збирали метан, розпушуючи дно  за допомогою ціпка. Коли в склянці збирався газ, її закорковували під водою й після цього виймали на поверхню.

4.                     Трапляється метан і у Всесвіті. Його виявлено в атмосфері планет Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун. Величезні озера рідкого метану є на поверхні Титана, найбільшого з природних супутників Сатурна.
5.                     Величезні обсяги метану надходять в атмосферу з рисових полів, боліт, тваринних ферм тощо. Науковці стверджують, що це не лише сприяє глобальному потеплінню, а й виснажує озоновий шар планети.

 

ІV. Узагальнення й систематизація знань.

Прочитайте вірш «Хто я?», прокоментуйте кожен його стовпчик. 

Народився я в болоті,                             

В глибині на самім дні.

Там гнили рослинні рештки.

Тато й мама то мої.

 

Народився я веселим,

Сидіть на місці не схотів,

Поскакав собі до верху

І в повітря я злетів.

 

Там піймали мене люди,

Посадили у трубу.

І погнали в подорож далеку -

Дуже довгу і важку.

 

У тій подорожі славній

Я усім приносив користь:

Зігрівав комусь оселю,

Була вдячна й промисловість.

 

А робив я це тому,

Що коли горю на кисні

Виділяю теплоту.

Мені раді люди різні.

 

Потім нагрівати стали.

Й нагрівали, хай вам грець,

Доки  там не розкладався

Я на водень і вуглець.

 

Довго я служив всім людям,

Та самотнім був там я.

І не знав свого я роду,

Де ж ти є, моя сім’я ?

 

І пішов я за порадой

До великого знавця .

Був то Бутлеров великий.

Кожен знав його ім’я.

 

І дізнався там від нього,

Що маю рід великий я,

Маю братців я багато.

Всі вони – моя сім’я.

А тепер скажи-хто я?

І хто є моя сім’я?

 

Розв’яжи   задачі:

1. Обчислити відносну густину метану за повітрям.

 

Дано:   М (СН₄) 16

           СН₄   D_повСН₄ =   =               =  0,55

 М _пов 29

D_повСН₄

 

2. Обчислити масу 5л метану.

 

Дано:  m                V m                             V

V (СН₄) = 5 л υ =             ;   υ =            ;                    =

 M                 V_m M    V_m

m (СН₄) - ? 

 M ∙ V

                               m  = 

 V_m

 16 ∙ 5

 m (CH₄) =    =  3, 57 г

 22,4

 

3. Обчислити масові частки Карбону і Гідрогену в молекулі  метану.

 

Дано:     Аr (C) 12

СН₄ W(C) =   =                 = 0,75  або 75%

 Mr (CH₄) 16

W(C) – ?

W (H) - ?

 W (H) = 100% - 75% = 25%

 

 

Домашнє завдання: