Урок на тему "Метан. Молекулярна, електронна і структурна формули метану, поширення у природі."

УРОК 1

Тема: Метан. Молекулярна, електронна і структурна формули метану, поширення у природі.

Мета: познайомити учнів з найпростішим представником органічних речовин – метаном; розглянути будову молекули метану, його молекулярну, структурну і електронну формулу; розкрити поняття «гібридизація електронних орбіталей», з’ясувати який тип гібридизації мають атом Карбону в молекулі метану; поглибити знання про фізичні властивості метану та про поширення метану в природі.

Обладнання: мультимедійна презентація до уроку, кулестержнева модель  молекули метану, таблиця «Типи гібридизації»           

Очікувані результати: наприкінці уроку учні повинні знати та складати молекулярну, електронну та структурну формули метану; описувати його фізичні властивості; втсновлювати причинно-наслідкові зв’язки між складом, будовою, властивостями ті біологічними фунціями метану.                                          

Тип уроку: вивчення нового матеріалу

Хід уроку

І. Актуалізація опорних знань.

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

Гра в м’яч  «Так чи ні» (слайд 2)

(Вчитель по черзі кидає  учням м’яч. Учень, піймавши м’яч, 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 (слайд 3)

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

Мета уроку: розглянути метан як найпростішу органічну речовину. Познайомитися з будовою молекули метану, типом гібридизації електронних орбіталей атома Карбону. Навчитися писати молекулярну, структурну, електронну формули  молекули. Описати фізичні властивості метану та поглибити знання про поширення метану в природі.

ІІІ. Вивчення нового матеріалу

1. Будова молекули метану. ( слайд 4 )

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

 Напишіть структурну формулу метану       

    (Вчитель демонструє кулестержневу  модель метану).

2. Яку будову має  атом Карбону у збудженому стані? (слайд 5 )

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

 s – орбіталь    та                                   3  p- 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 p-електрони утворюють рівноцінні зв’язки атомами Гідрогену?

Справа в тому, що електрони зовнішнього енергетичного рівня атома Карбону гібридизуються. ( слайд 6 )

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

Оскільки гібридизується 1s і 3p- електронні орбіталі,  тому говорять, що в атом Карбону перебуває у стані sp³ – гібридизації. Утворюється 4 гібридні орбіталі.

3. Як розташовуються ці орбіталі в просторі? (слайд 7 )

Оскільки електрони мають негативний заряд, то орбіталі відштовхуються. Найдалі  один від одного вони стають тоді, коли кут між осями гібридних  орбіталей становить  109°28'

4. Як  утворюється молекула  метану? (слайди 8, 9 )

4 атома Гідрогену мають по 1 електрону. Це s- електрони з  кулястою хмарою. Електронні хмари Карбону перекриваються з електронними хмарами Гідрогену. Утворюються ковалентні полярні зв’язки. Молекула має форму тетраедра. (демонстрація молекули)

Структурна формула відображає послідовність з’єднання атомів у молекулі, але не відображає їх розміщення в просторі (це площинні схеми молекул)                                                                      (слайд 10)

Реальну будову (розміщення атомів у тривимірному просторі) передають кулестержневі або маштабні моделі молекули. (ст. 106 мал. 47             П.П. Попель, Л.С. Крикля)

2. Фізичні властивості метану.  ( слайди 11,12 )

Робота з підручником  (ст. 107 П.П. Попель, Л.С. Крикля )

3. Поширення метану в природі. (слайди 13 – 16 )

Повідомлення учнів за здалегідь заданим завданням

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.

Розв’яжи   задачі:

1. Обчислити відносну густину метану за повітрям.

Дано:СН₄   

D_пов (СН₄)-?       Відповідь: відносна густина метану за повітрям 0,55.

2. Обчислити масу 5л метану.

Дано:  

 V (CH₄) = 5л          ;   ;   

                             M (CH₄) = 12 + 4 = 16 (г/моль)

  m (CH₄) - ?          

                      Відповідь: маса метану 3,57г

Домашнє завдання: §17 ст. 104 – 107 з. 163 ст. 111 (до хімічних властивостей. Підручник П.П. попель, Л.С. Крикля  )

Використані джерела:

1. Березан О.В. Органічна хімія: Посібник для вчителів хімії та учнів загальноосвітніх шкіл, ліцеїв, гімназій, слухачів і викладачів підготовчих відділень вузів/ Березан О.В. – К.: Абрис, 2000.
2. Боєчко Ф.Ф. та ін. Органічна хімія: Проб. Підручник для 10 – 11 класів (шкіл) хімічних профідів та класів (шкіл) з поглибленим вивченням предмета/ Ф.Ф. Боєчко, В.М. Найдан, А.К. Грабовий. – К.: Вища школа, 2001.
3. Попель П.П. Хімія: підручник для 9 кл. загальноосвітніх навчальних закладів/ П.П. Попель, Л.С. Крикля. – К.: ВЦ «Академія», 2009.
4. Шаблон презентації [Електронний ресурс] – Режим доступу http://pedsovet.su/load/97