Урок "Особливості будови атома Карбону в основному та збудженому станах. Метан. Молекулярна, електронна і структурна формули метану, поширення в природі"

Тема. Особливості будови атома Карбону в основному та збудженому станах. Метан. Молекулярна, електронна і структурна формули метану, поширення в природі

Мета уроку.

Навчальна. Розширити знання учнів про хімічний склад вуглеводнів та їх класифікацію; формувати знання учнів про молекулярну, електронну й структурну формули метану; поглибити знання про фізичні властивості метану й поширеність його в природі.

Розвивальна. Розвивати в учнів інтерес до вивчення хімії, логічне мислення, вміння планувати свою діяльність, аналізувати і робити висновки.

Виховна. Виховувати повагу до думки інших, вміння висловлюватися, акуратність, спостережливість, самостійність.

Тип уроку: вивчення нового матеріалу.

Хід уроку

I. Організація класу

II. Перевірка домашнього завдання.

Фронтальна робота за питаннями

• Чому органічну хімію називають хімією сполук Карбону?
• Складіть схему будови атома Карбону. (1 учень біля дошки)
• Назвіть можливі валентності та ступені окиснення атома Карбону.
• Чому атоми Карбону можуть утворювати хімічні зв'язки один з одним?

ІІІ. Актуалізація опорних знань

Вуглеводні

Термін «вуглеводні» походить від старих назв елементів: Карбон — «вуглець», а Гідроген — «водень». Отже, це сполуки Карбону з Гідрогеном.

Метан — найпростіший вуглеводень, молекула якого складається з одного атома Карбону і чотирьох атомів Гідрогену.

Вуглеводні поділяють на насичені та ненасичені.

 

IV. Вивчення нового матеріалу

Метан. Молекулярна і структурна формули метану

Метан СН₄ — найпростіший насичений вуглеводень. Напишемо електронну формулу Карбону та її графічний варіант. Зауважмо, що в органічній хімії замість вислову «графічна формула» вживають термін «структурна формула».

В основному стані на зовнішньому енергетичному рівні атома Карбону розміщуються 4 електрони: два на s-орбіталі та два на р-орбіталі. Однак одна р-орбіталь залишається вакантною. Унаслідок збудження атома один електрон з s-орбіталі переходить на вакантну р-орбіталь:

Під час утворення молекули метану СН₄ атом Карбону перебуваючи у збудженому стані, використовує чотири неспарених електрони на утворення спільних ковалентних пар з чотирма атомами Гідрогену.

Рис. 24.1. Електронна та структурна формули метану

Пригадаймо, що в кулестержневій моделі кожен стержень — це одинарний зв’язок між атомами. Масштабна модель показує відношення розмірів атомів у молекулі. Якщо центри атомів у молекулі метану сполучити відрізками, то утвориться правильний чотиригранник — тетраедр. Тому кажуть, що молекула метану має форму тетраедра. У його центрі розміщується атом Карбону, а на чотирьох вершинах — атоми Гідрогену.

Поширеність у природі та фізичні властивості метану

У природі Землі метан доволі поширений. Він утворюється в процесі анаеробного розкладання органічних речовин, зокрема целюлози. Горючі природні гази зазвичай містять до 95 % метану. На дні боліт і ставків метан утворюється внаслідок розкладу решток рослин без доступу повітря. Тому його ще називають болотним газом. Також метан нагромаджується у вугільних, соляних шахтах унаслідок виділення із пластів вугілля і супутніх порід, де він міститься у вільному та зв’язаному стані. У цьому разі його називають рудниковим газом.

Метан — безбарвний газ без запаху й смаку, майже удвічі легший за повітря. У воді малорозчинний. На повітрі або в атмосфері кисню він горить неяскравим полум’ям. Його суміш з повітрям вибухонебезпечна. Метан за температури –162 ºС стає рідким, а за температури –182 ºС твердне.

 

 

Хімічні властивості метану

Заміщуючи в молекулах вуглеводнів один або кілька атомів Гідрогену на атоми інших елементів чи на цілі групи атомів (реакції заміщення), отримують похідні вуглеводнів.

Реакція метану з хлором (реакція хлорування) відбувається при освітленні:

Взаємодія метану з хлором відбувається в кілька етапів. За умов достатньої кількості хлору відбувається послідовне заміщення атомів Гідрогену на атоми Хлору: CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl

CH₃Cl + Cl₂ → CH₂Cl₂ + HCl

CH₂Cl₂ + Cl₂ → CHCl₃ + HCl

CHCl₃ + Cl₂ → CCl₄ + HCl

Якщо атом Гідрогену замістити на групу атомів –ОН, отримаємо метанол (метиловий спирт):

V. Первинне застосування одержаних знань

Контрольні запитання

1. Скільки ковалентних зв’язків є в молекулі метану?
2. Яка просторова будова молекули метану?
3. Де метан трапляється в природі?
4. Опишіть фізичні властивості метану.
5. Чому органічну хімію можна назвати «хімією вуглеводнів та їх похідних»?
6. Напишіть молекулярну, електронну та структурну формули метану.

7.               Чим відрізняються насичені та ненасичені вуглеводні? До якої їх групи належить метан?

Вправи та задачі

1. Обчисліть відносну густину метану за воднем.

Дано: СН4	Розв’язання ,      M(CН4)=16  г/моль M(Н2)=2  г/моль Відповідь: 8.
DН2(CН4) - ?

2. Обчисліть масу 0,75 моль метану.

Дано: n(СН4) = 3 моль	Розв’язання .    M(СН4)=16 г/моль. Тоді:   . Відповідь: 48 г.
m(CН4) - ?

3. Обчисліть об’єм 30 г метану (н. у).

Дано: m(СН4) = 30 г	Розв’язання Обчислюємо кількість речовини СН4 за формулою: .    Обчислюємо об’єм СН4 за формулою: V(СН4)=1,875 моль·22,4 л/моль=42  л. Відповідь: 42  л.
V(СН4) - ?

 

7. Обчисліть масу суміші, яка містить 33,6 л метану і 44,8 л азоту.

Дано: V(СН4) = 33,6 л V(N2) = 44,8 л	Розв’язання Обчислюємо кількість речовини СН4 за формулою: . → Обчислюємо масу метану за формулою: Обчислюємо масу азоту за формулою: m(сум.)=24+32=56  г. Відповідь: 56 г.
m(сум.) - ?

 

10. Обчисліть масову частку Гідрогену в метані.

 

VI. Підсумки

1. Вуглеводні — це сполуки Карбону з Гідрогеном.
2. Вуглеводні бувають насичені й ненасичені. Критерієм поділу слугує типу хімічного зв’язку між атомами Карбону.
3. Метан — найпростіший насичений вуглеводень.

VII. Домашнє завдання

Опрацювати § 24 ст. 121-122.

Виконати № 8, 9, 11 ст. 125.