思政元素:科技自强(聚酰亚胺薄膜——航天器绝缘材料自主化,核心技术靠化缘要不来)。
一、内容分析
乙烯是石油化学工业重要的基本原料,通过有机化学反应可以由乙烯得到多种烃的衍生物及高分子材料;同时,乙烯也是较简单的含有官能团的有机物。通过对乙烯的学习,学生可以更深入地了解有机物的结构、性质、用途及相互转化规律,并将初步接触决定有机物分类与化学性质的特征基团(官能团)。基于此,本节教材在编排上依次从物理性质、分子结构、化学性质和用途这几个方面介绍乙烯,给出在中学阶段认识有机物的一般流程,建立认知模型,使学生进一步认识有机物的结构特点,体会物质结构对性质和用途的决定作用。
本节教材在介绍乙烯的物理性质后,给出乙烯的分子式、结构式和分子结构模型,让学生直观地了解乙烯与烷烃在结构上的差异,引出下文对二者化学性质差异的讨论。乙烯的化学性质围绕碳碳双键展开。氧化反应先讲学生熟悉的燃烧氧化(有机物的共性),再讲被高锰酸钾等氧化剂氧化(含双键等不饱和基团的有机物的特性)。由于后者的反应产物较为复杂,教材只介绍反应现象,不涉及产物和化学方程式。
介绍加成反应时,教材选择乙烯与溴反应的实验,使用四氯化碳作为溶剂,明确了反应产物,避免在教材和教学中解释使用溴水时的副产物。教材通过实验和化学方程式中结构式的变化引入加成反应的概念,同时指出乙烯还可与其他试剂发生加成反应,生成一系列产物,借此体现有机物转化的思想。
初中化学曾简单介绍过小分子相互连接形成高分子的聚合反应,因此教材在这里侧重通过化学方程式、结构式和分子结构模型具体展示化学键与有机物的分子结构在聚合反应前后的变化,使学生初步认识加成反应与聚合反应的关系,了解聚合物的分子结构,深化对结构决定性质这一化学基本观念的理解。同时,教材还以聚乙烯为例介绍了链节、单体、聚合度等高分子基本概念,以利于接下来学习合成高分子与生物高分子。
在学习了甲烷和乙烯这两种饱和烃和不饱和烃的代表性物质之后,学生对烃的结构与性质已经有了初步的认识。在此基础上,教材给出烃、饱和烃、不饱和烃等概念,并结合树状图和代表物的结构式介绍烃的分类:一种是根据分子中的特征性基团分类,另一种是根据碳骨架类型分类。由此体现辨识有机物的两个基本视角(碳骨架与官能团)和物质分类的学科思想,提升学生的认识水平。
课程标准对乙炔和苯的要求较低,只要求学生知道其基本结构特征,不涉及性质。因此教材只简单描述二者分子中碳原子的成键特点,并通过栏目让学生用模型探究乙炔的分子结构。“科学史话”中有关芳香族化合物和苯的拓展性内容,供学有余力的学生自行阅读,不作教学要求。
对于有机高分子材料,本节结合大量实例介绍塑料、橡胶与纤维的组成、类别、性质与应用,突出有机化学的社会价值。与初中教材相比,这里进一步介绍材料的化学成分,并以天然橡 胶和硫化橡胶为例,结合有机物结构与性质的关系对材料的发展与性能优化进行说明,提升学生 对材料的认识层次。最后,教材通过“思考与讨论”栏目让学生整理已学过的各类材料的知识,借此深化学生对无机物和有机物的分类及组成、结构、性质与用途的认识。
二 、教学目标
1.教 学 目 标
(1)以不饱和烃的代表物-乙烯的结构和性质为模型,认知不饱和烃的结构和性质。
(2)通过认识乙烯与水的加成反应和乙烯的加聚反应,知道合成新物质是有机化学研究价值的重要体现,知道合成高分子材料使我们的生活更美好。
(3)通过认识烃的分类方法,知道分类是研究有机化合物的重要方法之一。
2.教学重点和难点 ·
重点:从宏观和微观两个方面研究乙烯的结构如何决定其性质。
难点:乙烯加成反应、加聚反应的基本规律。
三 、教 学 建 议
乙烯是最具工业价值的石油化工基础原料,也是最简单的不饱和烃。对乙烯结构和性质的学习,其重点是从化学键和官能团视角认识有机化合物的结构决定性质的学科思想,帮助学生发展“宏观辨识与微观探析”的学科核心素养。同时,乙烯的结构和性质的学习模型可以帮助学生认
知不饱和烃的结构和性质特点。
1.以对比问题驱动法帮助学生认识饱和烃和不饱和烃的结构和性质特点
首先,教师向学生布置自学任务,主要包括教材研读,对教材中的有关内容提出问题,查阅相关资料并分析问题。自学的主要目的在于以培养学生的问题意识为基础发展他们的创新精神。
其次,课堂学习活动围绕学生的问题展开,这些问题可集中在乙烯和甲烷、乙烷结构和性质的对比方面,让学生小组在寻找问题答案中发展他们的能力和素养。教师通过展示、启发、点拨、引导等方法引导学生自主学习,实现学习目标。
关于乙烯的结构和性质的参考问题如下:
(1)乙烯和甲烷各属于哪类有机化合物?
(2)乙烯和甲烷、乙烷的结构有什么相同点和不同点?
(3)乙烯有哪些物理性质和化学性质?与甲烷的性质相比,有哪些相似点和不同点?
(4)乙烯的化学性质与其结构的关系是什么?
(5)怎样理解乙烯的加成反应和加聚反应规律?
(6)为什么说乙烯的产量可以衡量一个国家石油化工的发展水平?
2.以实验探究结合微观探析的方式构建乙烯结构和性质的认知模型
首先,通过让学生观察乙烯的燃烧,以及乙烯与酸性高锰酸钾溶液、溴的四氯化碳溶液反应的实验现象,并对比甲烷的相关反应,帮助学生认识不饱和烃的性质特点。可通过让学生填写以下表格对比说明。
化学反应 | 乙烯 | 甲烷 | 结论 |
与氧气 | 能燃烧,有黑烟 | 能燃烧,无黑烟 | 乙烯含碳量较高 |
与酸性高锰酸钾溶液 |
溶液褪色 |
无明显现象 | 乙烯能被酸性高锰酸钾溶 液氧化,甲烷不能 |
与溴的四氯化碳溶液 |
溶液褪色 |
无明显现象 | 乙烯能与溴发生加成反 应,甲烷不能 |
其次,结合甲烷、乙烷和乙烯的球棍模型,探析其结构的不同,使学生认识到乙烯的加成反应和加聚反应与其分子结构中碳碳双键(官能团)的关系,帮助学生建立结构决定性质的学科思想。
最后,利用动画演示和生活化实例,帮助学生理解加成反应和加聚反应的基本规律。例如,加成反应可以通过一个人开始双手插入口袋,然后再把手拿出来双手提物的形象化实例来类比;加聚反应可以通过许多同学手拉手连成长队的形象化实例来类比。
3.以课堂微型研究性学习的方式帮助学生了解合成高分子材料及其应用
研究性学习是新课程的必修内容,它是指学生在教师指导下,从学习和社会生活中选择和确定研究专题,主动地获取知识、应用知识、解决问题的一种学习活动。课堂微型研究性学习是以研究性学习的流程开展课程学习活动的学习方式,其基本流程是:选取课题→文献研究→设计方案→探究实践→撰写报告→答辩质疑→总结提高。
首先,教师可以给出有关合成高分子材料的不同选题,让每个小组领一个选题任务开展学习活动。活动包括任务分工、阅读教材、网上查阅相关资料、设计制作海报或幻灯片、交流讨论等。然后,每个小组按照研究性学习答辩的方式进行全班交流,接受同学和老师的提问和质疑,从而使全体学生对合成高分子材料的不同方面有所了解。最后,教师就学生普遍关心的重点问题进行总结提高。
四、栏目使用建议
1.实验
【实验7-2】
该实验通过乙烯的燃烧、乙烯与酸性高锰酸钾溶液的作用,帮助学生认识乙烯的氧化反应。主要活动内容建议为:观察实验,在学案中记录现象;小组内讨论分析产生现象的原因,同时与甲烷的燃烧、甲烷与酸性高锰酸钾溶液的作用进行对比;全班讨论交流,教师引导学生对比乙烯 与甲烷在组成和结构上的相似点和不同点,帮助学生树立有机化合物结构决定性质的学科思想。实验中,观察到的现象和相关解释如下。
(1)点燃乙烯时,乙烯能立即燃烧起来,并有黑烟生成。这说明乙烯能在点燃条件下被空气 中的氧气氧化。同样,甲烷也能燃烧,这与乙烯和甲烷的组成中均含碳、氢元素有关。由于乙烯中碳的质量分数(85.7%)较高,因此会有黑烟产生,而甲烷(碳的质量分数为75%)的燃烧一般没有黑烟。
(2)乙烯通入酸性高锰酸钾溶液,会迅速使其褪色,这说明乙烯能被酸性高锰酸钾溶液氧化。氧化产物二氧化碳则不要求学生掌握。甲烷不能使酸性高锰酸钾溶液褪色,说明甲烷比乙烯稳定,不能与高锰酸钾反应。对比乙烯和甲烷的结构,说明乙烯能被酸性高锰酸钾溶液氧化与其分子中的碳碳双键(官能团)有关。
【实验7-3】
认识乙烯的加成反应。主要活动内容建议为:观察实验,在学案中记录现象;小组内讨论,分析产生现象的原因,同时对比甲烷与溴的四氯化碳溶液的作用;全班讨论交流,教师引导学生思考该实验现象与乙烯和甲烷结构的关系,并通过动画演示帮助学生理解加成反应的过程。
乙烯通入溴的四氯化碳溶液,一段时间后,溴的四氯化碳溶液变为无色。对比实验中,甲烷不能使溴的四氯化碳溶液褪色,说明乙烯能与溴发生加成反应,而甲烷不能与溴发生反应。对比乙烯和甲烷的结构,进一步说明乙烯与溴的加成反应与其分子中的碳碳双键(官能团)有关。
2.探 究
该活动通过学生搭建甲烷、乙烯和乙炔的分子结构模型进行归纳总结和对比分析的活动方式,帮助学生认识三种常见烃类物质的分子结构(化学键、空间结构)特点,并进一步帮助学生从微观的分子结构和化学键的视角来探析有机化合物的结构和性质。可以按以下顺序进行探究活动。
①观察表达:让学生搭建并观察甲烷、乙烯和乙炔的分子结构模型,并进一步总结出它们的电子式、化学键类型和分子结构特点等,填写在相应的表格中。
②对比分析:引导学生分析三种物质在组成、结构(化学键、官能团)上的相似点和不同点。
③思考讨论:引导学生思考讨论甲烷和乙烯的组成、结构与其性质之间的关系。
④迁移应用:对比乙烯和乙炔的分子结构,以乙烯的化学性质迁移推测乙炔的化学性质。

