Алкины и ацетилен: строение, свойства, получение и применение
Цели и задачи
- Цель по SMART: к концу урока объяснить особенности строения алкинов, вывести общую формулу их гомологического ряда и составить уравнения не менее четырёх реакций ацетилена — гидрирования, галогенирования, гидратации и горения.
- Сформировать представление об алкинах как об углеводородах с тройной связью и установить связь между строением ацетилена и его химическими свойствами.
- Научить применять общую формулу алкинов для определения молекулярной формулы ближайших гомологов и составлять уравнения характерных реакций.
- Развивать умение анализировать информацию, выдвигать гипотезы, работать в парах и аргументировать выводы с использованием химической номенклатуры.
- Показать практическое значение ацетилена, требования безопасности при его получении и применении, а также связь химии с физикой, технологией и экологией.
Планируемые результаты
Личностные
- Осознают значение химических знаний о топливах, сырье и материалах для профессионального самоопределения.
- Проявляют ответственное отношение к технике безопасности при работе с горючими газами.
- Оценивают пользу и экологические риски применения углеводородов в промышленности.
- Проявляют готовность к самостоятельному поиску объяснений и оценке достоверности химической информации.
Метапредметные
- Извлекают информацию из схемы строения молекулы, таблицы свойств и видеодемонстрации.
- Сравнивают алканы, алкены и алкины по составу, типу связи и характерным реакциям.
- Планируют решение химической задачи, проверяют запись уравнений и исправляют ошибки.
- Формулируют гипотезы, участвуют в парном обсуждении и аргументируют выводы.
- Используют цифровую визуализацию молекулярного строения для построения пространственной модели.
Предметные
- Знать общую формулу алкинов $C_nH_{2n-2}$ и особенности строения тройной углерод-углеродной связи.
- Уметь записывать структурные и молекулярные формулы этинa и его ближайших гомологов.
- Уметь составлять уравнения реакций ацетилена с водородом, бромом, водой и кислородом.
- Знать физические свойства, способы получения, нахождение в природе и основные области применения ацетилена.
- Уметь объяснять реакционную способность ацетилена наличием тройной связи и соблюдать правила обращения с горючими газами.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Осмысливают связь изучаемой темы с профессиями химика-технолога, сварщика, инженера и эколога.
- Формируют ответственное отношение к химически опасным и легковоспламеняющимся веществам.
- Определяют личную учебную цель: научиться объяснять свойства вещества через его строение.
- Оценивают собственный вклад в парную работу и качество выполненных записей.
Регулятивные УУД
- Формулируют цель исследования свойств ацетилена и планируют последовательность действий.
- Сверяют уравнения реакций с алгоритмом: состав вещества, продукты, коэффициенты, условия.
- Осуществляют самопроверку по эталону и исправляют найденные ошибки.
- Оценивают степень достижения цели по листу самооценки и билету на выход.
Познавательные УУД
- Выделяют существенные признаки алкинов и устанавливают зависимость общей формулы от строения.
- Моделируют линейное строение молекулы ацетилена и объясняют наличие тройной связи.
- Классифицируют реакции ацетилена по типу химического превращения.
- Анализируют экспериментальные наблюдения и связывают их с уравнениями реакций.
- Преобразуют информацию из текста и схемы в таблицу «строение — свойство — применение».
Коммуникативные УУД
- Распределяют роли в паре: аналитик, записывающий и докладчик.
- Формулируют вопросы к химической модели и отвечают на вопросы одноклассников.
- Аргументируют вывод о влиянии тройной связи на химические свойства.
- Корректно сравнивают решения, принимают замечания и согласуют общий вариант уравнения.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить презентацию с моделями этана, этена и этина, общей формулой алкинов и схемой превращений ацетилена.
- Подготовить короткую безопасную видеодемонстрацию горения ацетилена и взаимодействия ацетилена с бромной водой; при отсутствии видео использовать изображения результатов опыта.
- Распечатать по одному рабочему листу на каждого ученика: таблица сравнения, задания на формулы и карточка самопроверки.
- Распечатать карточки для парной работы трёх уровней — по одной карточке на пару, всего по числу пар в классе.
- Вывести на доску памятку: «строение → свойство → уравнение → применение» и алгоритм расстановки коэффициентов.
- Подготовить интерактивную модель молекулы ацетилена или файл с вращаемой структурной моделью для демонстрации на экране.
- Подготовить таблицу с физическими свойствами ацетилена, данными о его получении из карбида кальция и примерами применения.
- При практической демонстрации использовать только готовое видео или закрытую установку; не получать и не поджигать ацетилен в классе без специально оборудованного кабинета.
- Подготовить сигнальные карточки зелёного, жёлтого и красного цвета для быстрой обратной связи.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: включить учащихся в исследование и показать практическую значимость ацетилена.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс и выводит на экран фотографию ацетиленовой горелки и яркого пламени. «Ребята, перед вами вещество, которое используют для газовой сварки и резки металлов. Почему небольшой углеводород способен давать такое горячее пламя? Сегодня мы не просто запомним свойства ацетилена, а попробуем вывести их из строения молекулы». | Рассматривают изображение, выдвигают предположения: «Вещество хорошо горит», «при горении выделяется много энергии», «в молекуле есть особая связь». |
2 мин | Учитель обозначает проблемный вопрос: «Можно ли, зная только строение ацетилена, предсказать его реакции? Запишите вопрос в начале рабочего листа. В конце урока мы вернёмся к нему и проверим ответ». | Записывают проблемный вопрос, формулируют личную цель: «понять связь строения и свойств ацетилена». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы увидели практическую задачу, которую нельзя полностью решить без новых знаний. Сначала вспомним строение уже известных углеводородов, а затем сравним его со строением ацетилена».
Этап 2. Актуализация знаний и выявление затруднения (6 мин)
Цель этапа: актуализировать знания об углеводородах и подготовить переход к понятию алкинов.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель организует приём «Подумай — обсуди в паре — поделись». «Вспомните формулы метана и этена, назовите тип связи между атомами углерода и общие формулы алканов и алкенов. Сначала 30 секунд работайте самостоятельно, затем обсудите ответ с соседом». | Записывают $CH_4$, $C_2H_4$, называют одинарную и двойную связи, обсуждают формулы $C_nH_{2n+2}$ и $C_nH_{2n}$ в парах. |
3 мин | Учитель показывает три формулы: $CH_3-CH_3$, $CH_2=CH_2$, $HC\equiv CH$. «Какая формула вызывает затруднение? Чем третий вариант отличается от первых двух? Как можно назвать углеводороды с тройной связью?» Учитель фиксирует гипотезы на доске, не исправляя их сразу. | Сравнивают формулы, отвечают: «В третьей формуле тройная связь», «это, вероятно, непредельный углеводород», формулируют предположение «алкины». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы вспомнили алканы и алкены и обнаружили новый тип связи. Теперь определим, как устроен класс алкинов и какую общую формулу он имеет».
Этап 3. Постановка цели и открытие закономерности (5 мин)
Цель этапа: вывести общую формулу алкинов и сформулировать признаки гомологического ряда.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель демонстрирует на экране модели $C_2H_2$, $C_3H_4$ и $C_4H_6$. «Посмотрите на число атомов углерода и водорода. Составьте таблицу и найдите закономерность. На сколько атомов углерода и водорода отличаются соседние представители?» | Заполняют таблицу, устанавливают разность $CH_2$, называют гомологами этин, пропин и бутин. |
3 мин | Учитель направляет вывод: «Для алканов формула содержит $2n+2$ атома водорода, для алкенов — $2n$. Какой показатель должен быть у алкинов при наличии дополнительной степени ненасыщенности? Запишите общий вывод и проверьте его на трёх формулах». | Формулируют общую формулу алкинов $C_nH_{2n-2}$, проверяют её для $n=2$, $n=3$, $n=4$, записывают названия первых представителей. |
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Запись в тетрадях
Алкины — это непредельные углеводороды, содержащие одну тройную связь $C\equiv C$. Общая формула гомологического ряда: $C_nH_{2n-2}$. Первые представители: этин $C_2H_2$, пропин $C_3H_4$, бутин $C_4H_6$.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы получили формулу всего гомологического ряда. Теперь сосредоточимся на первом и наиболее известном представителе — ацетилене, или этине, и проверим, какие свойства задаёт его тройная связь».
Этап 4. Открытие нового знания: строение и свойства ацетилена (10 мин)
Цель этапа: установить связь между линейным строением ацетилена, его физическими и химическими свойствами.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель демонстрирует цифровую модель молекулы ацетилена. «Формула ацетилена — $C_2H_2$, структурная запись — $HC\equiv CH$. У каждого атома углерода две связи с соседним атомом углерода и одна связь с водородом. Поэтому молекула линейная. Запишите, какой тип гибридизации и какая геометрия характерны для атомов углерода в этой модели». | Рассматривают модель, записывают линейное строение и sp-гибридизацию, формулируют вывод: «Угол между связями близок к $180^\circ$». |
3 мин | Учитель выводит таблицу свойств. «Ацетилен — бесцветный газ, технический газ имеет характерный запах, он немного легче воздуха, плохо растворяется в воде и очень горюч. Почему хранение и транспортировка требуют особых условий? Какие свойства нужно учитывать в лаборатории?» | Извлекают сведения из таблицы, отвечают: «Газ образует с воздухом взрывоопасные смеси», «нельзя допускать утечек и открытого огня», «нужны исправные баллоны и вентиляция». |
4 мин | Учитель показывает фрагмент безопасной видеодемонстрации: обесцвечивание бромной воды, гидратация и горение ацетилена. «Сравните наблюдения. Где проявляется присоединение, а где — окисление? Почему ацетилен способен присоединять две молекулы реагента?» | Фиксируют наблюдения: бромная вода обесцвечивается, при горении появляется яркое пламя; классифицируют реакции как присоединение и окисление; предполагают наличие двух π-связей в тройной связи. |
Запись в тетрадях
Ацетилен, или этин, имеет формулу $C_2H_2$ и линейное строение $HC\equiv CH$. Тройная связь включает одну σ-связь и две π-связи, поэтому ацетилен вступает в реакции присоединения.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Строение объясняет и линейную форму молекулы, и способность присоединять реагенты. Теперь в парах составим уравнения основных реакций ацетилена и проверим, как последовательно расходуются связи».
Этап 5. Парная работа: химические свойства и получение ацетилена (9 мин)
Цель этапа: научить составлять уравнения характерных реакций ацетилена и связать их с получением и применением вещества.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | Учитель раздаёт каждой паре карточку с четырьмя незавершёнными схемами. «Распределите роли. Для каждой реакции определите тип превращения, допишите продукты и расставьте коэффициенты. В первой реакции покажите полное гидрирование, во второй — присоединение двух молекул брома, в третьей используйте условия реакции Кучерова, в четвёртой запишите полное горение». | В парах составляют: $HC\equiv CH+2H_2\rightarrow CH_3-CH_3$; $HC\equiv CH+2Br_2\rightarrow CHBr_2-CHBr_2$; $HC\equiv CH+H_2O\rightarrow CH_3CHO$; $2C_2H_2+5O_2\rightarrow4CO_2+2H_2O$. Называют типы реакций. |
2 мин | Учитель выводит на экран эталон и просит выполнить взаимопроверку по трём критериям: формулы веществ, коэффициенты, условия. «Поставьте партнёру две звезды за правильные элементы решения и одно пожелание, если обнаружили неточность». | Сверяют уравнения, отмечают две сильные стороны и одну корректировку, исправляют записи. |
2 мин | Учитель показывает схему получения ацетилена. «Как получить ацетилен из карбида кальция? Почему эту реакцию нельзя проводить без контроля?» | Записывают $CaC_2+2H_2O\rightarrow C_2H_2\uparrow+Ca(OH)_2$, объясняют необходимость контроля подачи воды, вентиляции и отсутствия источников воспламенения. |
Эталон решения
1. Гидрирование: к тройной связи присоединяются две молекулы водорода, образуется этан: $HC\equiv CH+2H_2\rightarrow CH_3-CH_3$. 2. Галогенирование: присоединяются две молекулы брома, образуется $1,1,2,2$-тетрабромэтан: $HC\equiv CH+2Br_2\rightarrow CHBr_2-CHBr_2$. 3. Гидратация в присутствии катализатора приводит к неустойчивому виниловому спирту, который перегруппировывается в этаналь: $HC\equiv CH+H_2O\rightarrow CH_3CHO$. 4. При полном горении баланс атомов даёт: $2C_2H_2+5O_2\rightarrow4CO_2+2H_2O$. Получение: $CaC_2+2H_2O\rightarrow C_2H_2\uparrow+Ca(OH)_2$.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы составили уравнения четырёх обязательных реакций и получили ацетилен из карбида кальция. Осталось проверить, умеете ли вы самостоятельно применять закономерности и объяснять практическое значение вещества».
Этап 6. Самостоятельная работа с самопроверкой и межпредметная связь (7 мин)
Цель этапа: проверить индивидуальное понимание строения, свойств и применения алкинов.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
4 мин | Учитель предлагает выбрать базовый или повышенный вариант. «Базовый вариант: определите формулу алкина при $n=5$ и допишите реакцию горения пропина. Повышенный вариант: объясните, почему ацетилен используют при сварке, и составьте цепочку $C_2H_2\rightarrow C_2H_4\rightarrow C_2H_6$. Работайте индивидуально». | Решают выбранный вариант. Базовый ответ: $C_5H_8$; $2C_3H_4+9O_2\rightarrow6CO_2+4H_2O$. Повышенный вариант содержит реакции гидрирования и объяснение высокой температуры пламени. |
3 мин | Учитель выводит эталон и предлагает самопроверку. «Проверьте не только результат, но и ход рассуждения: определили ли вы формулу по общей зависимости, учли ли число атомов каждого элемента и указали ли условия реакции?» | Сверяют решения, подчёркивают место ошибки, выставляют себе предварительный балл и поднимают сигнальную карточку: зелёная — всё понятно, жёлтая — нужна консультация, красная — требуется повторное объяснение. |
Эталон решения
Для $n=5$: $H=2n-2=2\cdot5-2=8$, поэтому формула пентинa — $C_5H_8$. Горение пропина: $2C_3H_4+9O_2\rightarrow6CO_2+4H_2O$. Цепочка гидрирования: $C_2H_2+H_2\rightarrow C_2H_4$, затем $C_2H_4+H_2\rightarrow C_2H_6$. В ацетиленовом пламени достигается высокая температура, поэтому его применяют для газовой сварки и резки металлов.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Самостоятельная работа показала, что общая формула позволяет предсказывать состав гомологов, а строение — объяснять реакции и области применения. Теперь соберём знания в единую систему и проверим достижение цели урока».
Этап 7. Рефлексия, обобщение и домашнее задание (5 мин)
Цель этапа: обобщить изученное, выявить затруднения и определить дальнейшую учебную работу.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель возвращается к проблемному вопросу. «Можно ли по строению ацетилена предсказать его свойства? Назовите три доказательства. Как тройная связь проявилась в реакциях? Что связывает химическое строение и применение ацетилена?» | Формулируют вывод: «Да, тройная связь определяет реакции присоединения, горение и получение продуктов; высокая температура пламени объясняет применение при сварке». |
2 мин | Учитель проводит рефлексию «Одноминутка»: «Запишите одно новое знание, один уравненный вами процесс и один вопрос, который ещё требует разъяснения». Затем собирает листы у выхода. | Заполняют одноминутку, указывают освоенный материал и личное затруднение. |
1 мин | Учитель объявляет домашнее задание и критерии проверки. «Выберите уровень по готовности. Важно не переписать уравнения механически, а подписать тип реакции и объяснить её связь со строением ацетилена». | Записывают выбранный уровень домашнего задания, задают уточняющие вопросы. |
Запись в тетрадях: Алкины имеют общую формулу $C_nH_{2n-2}$ и тройную связь. Ацетилен $C_2H_2$ вступает в реакции гидрирования, галогенирования, гидратации и горения; получают его из карбида кальция и применяют в сварке, органическом синтезе и производстве материалов.
Критерии оценивания практической работы
- «5» — правильно определена формула алкина, без ошибок составлены все четыре уравнения реакций ацетилена и уравнение его получения; указаны типы реакций и объяснена связь строения со свойствами.
- «4» — правильно выполнены задания на формулу и не менее трёх уравнений; допущена одна неточность в условиях реакции, названии продукта или коэффициентах.
- «3» — правильно определена формула или составлено не менее двух уравнений, но имеются ошибки в классификации реакций, продуктах или балансировке; общий принцип строения понятен.
- Ниже «3» — не установлена связь между тройной связью и реакциями; требуется индивидуальная консультация и повторное выполнение базовых заданий.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Как по общей формуле $C_nH_{2n-2}$ определить состав неизвестного алкина? | Проверка понимания закономерности гомологического ряда. |
Какая особенность строения ацетилена объясняет реакции присоединения? | Выявление осознанной связи между строением и свойствами. |
Какое уравнение реакции оказалось самым сложным и почему? | Выявление точек затруднения в алгоритме составления уравнений. |
Где применяют ацетилен и какие меры безопасности обязательны? | Проверка функциональной грамотности и ответственного отношения к веществу. |
Завершающее слово учителя
«Сегодня мы установили, что алкины — это углеводороды с тройной связью, а ацетилен является их простейшим представителем. Мы научились выводить общую формулу, объяснять реакции присоединения и горения, записывать получение ацетилена из карбида кальция. Типичная ошибка — забывать, что к тройной связи могут присоединиться две молекулы реагента, или нарушать баланс атомов кислорода при горении. На следующем уроке мы продолжим изучать превращения углеводородов и научимся строить цепочки органических реакций».
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Выполнить 4 задания: определить формулы двух алкинов по значениям $n$, записать уравнения гидрирования и горения ацетилена, повторить уравнение получения ацетилена из карбида кальция. | Закрепляет общую формулу, составление и балансировку основных уравнений; при проверке обратить внимание на коэффициенты и условия реакций. |
Средний (повышающий) | Решить 3–4 задания на цепочки превращений с участием ацетилена: гидрирование до этена и этана, галогенирование и гидратация; для каждого превращения указать тип реакции. | Развивает умение видеть последовательность превращений и связывать продукты с типом химической реакции. |
Продвинутый (дополнительный) | Подготовить краткое сообщение или инфографику «Ацетилен в промышленности»: получение, применение, преимущества, опасности и экологические меры; использовать не менее двух достоверных источников. | Развивает исследовательские навыки, функциональную и естественно-научную грамотность; при проверке оценить точность химических уравнений и аргументированность выводов. |
Контрольные вопросы перед выходом: «Какова общая формула алкинов? Как записывается структурная формула ацетилена? Какие реакции показывают непредельность ацетилена? Как получают ацетилен? Почему его используют для сварки?»
