Предельные углеводороды — алканы: химические свойства
Цели и задачи
- Цель урока по SMART: к концу урока учащиеся объяснят зависимость химических свойств алканов от строения, составят и уравняют уравнения горения и реакции замещения для метана и других алканов, а также обоснуют условия протекания этих реакций.
- Сформировать представление о горении, галогенировании и термических превращениях алканов как основных направлениях их химического поведения.
- Научить составлять уравнения реакций алканов с кислородом и хлором, расставлять коэффициенты и указывать условия реакции.
- Развивать умение выдвигать гипотезы, анализировать экспериментальные данные, работать с информацией и аргументировать химический вывод.
- Воспитывать ответственное отношение к использованию природного газа и нефтепродуктов, соблюдению правил пожарной безопасности и сотрудничеству в паре.
Планируемые результаты
Личностные
- Осознают практическое значение алканов как компонентов природного газа, нефти и топлива.
- Понимают необходимость безопасного обращения с горючими веществами и ответственное отношение к окружающей среде.
- Проявляют учебную мотивацию через связь химических знаний с инженерными, медицинскими и экологическими профессиями.
- Оценивают собственный вклад в парную работу и готовность корректировать ошибочные представления.
Метапредметные
- Формулируют гипотезу о химической активности алканов на основе их строения и проверяют её по результатам наблюдений.
- Извлекают информацию из схемы, видеофрагмента, таблицы и химических уравнений.
- Сравнивают реакции горения и замещения по реагентам, условиям, продуктам и признакам реакции.
- Планируют последовательность решения химической задачи, осуществляют самопроверку по критериям.
- Аргументированно представляют выводы в диалоге и взаимодействуют с партнёром при распределении ролей.
Предметные
- Знать общую формулу алканов CₙH₂ₙ₊₂ и особенности насыщенных углеводородов.
- Объяснять относительную химическую инертность алканов строением одинарных σ-связей C–C и C–H.
- Уметь составлять уравнения полного горения метана, пропана и бутана.
- Уметь составлять уравнения радикального замещения атомов водорода на галоген при освещении.
- Понимать экологические последствия неполного сгорания и значение крекинга для получения более ценных углеводородов.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Определяют личный смысл изучения химических свойств алканов для понимания работы энергетических и химических производств.
- Осознают ответственность за соблюдение правил безопасности при работе с горючими веществами.
- Проявляют готовность к самостоятельному выбору способа решения и честной самооценке.
- Формируют экологически ответственную позицию при обсуждении продуктов сгорания топлива.
Регулятивные УУД
- Принимают и уточняют цель урока на основе проблемного вопроса.
- Планируют действия по составлению, уравниванию и проверке химического уравнения.
- Используют критерии для самопроверки: правильность формул, коэффициентов, условий и продуктов.
- Обнаруживают ошибку в уравнении и корректируют решение.
- Оценивают степень достижения цели с помощью листа самооценки и сигнала «светофор».
Познавательные УУД
- Выделяют существенные признаки реакций алканов и классифицируют их по типу.
- Устанавливают причинно-следственную связь между строением алканов и условиями реакций.
- Моделируют превращение молекулы метана при замещении атома водорода на хлор.
- Анализируют видеофрагмент и таблицу наблюдений, отделяя признаки реакции от объяснения.
- Применяют алгоритм составления уравнений горения и галогенирования.
Коммуникативные УУД
- Распределяют роли в паре: аналитик, составитель уравнения, проверяющий и докладчик.
- Формулируют уточняющие вопросы и аргументируют выбор условий реакции.
- Согласуют общий вывод с партнёром и корректно реагируют на замечания.
- Представляют решение классу, используя химическую терминологию.
- Участвуют в проблемном диалоге, различая гипотезу, наблюдение и доказательство.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить презентацию с моделями молекул метана, этана, пропана, схемой σ-связи и таблицей «реагенты — условия — продукты».
- Подготовить короткий безопасный видеофрагмент горения метана и демонстрации хлорирования метана на свету; опыт с хлором в классе не проводить.
- Распечатать карточки для парной работы трёх уровней: по одной карточке на пару, всего по числу пар класса.
- Распечатать лист самооценки и карточки «зелёный — жёлтый — красный» по одной на каждого ученика.
- Подготовить рабочий лист с заданиями: уравнения горения, схема замещения и анализ ошибочного решения.
- Вывести на доску или слайд общую формулу алканов, алгоритм уравнивания горения и памятку по условиям галогенирования.
- Подготовить проектор, компьютер, интерактивную доску, таймер и маркеры для фиксации гипотез учащихся.
- Подготовить таблицу для межпредметной связи с физикой и экологией: теплота сгорания, углекислый газ, угарный газ, сажа.
- Заранее обозначить правила: не использовать открытое пламя и не вдыхать пары неизвестных веществ; обсуждать эксперимент только по видео и моделям.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: включить учащихся в учебную деятельность и создать проблемную ситуацию, связанную с практическим использованием алканов.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс и показывает на экране изображения газовой плиты, автомобильного топлива и факела на нефтеперерабатывающем заводе: "Здравствуйте, ребята. Сегодня мы будем исследовать вещества, которые дают человеку тепло и энергию, но при неправильном использовании становятся источником опасности. Посмотрите на изображения и определите, что их объединяет. Запишите первое предположение в тетради." | Рассматривают изображения, индивидуально формулируют предположение и записывают: «Везде используются углеводороды, способные гореть». Обмениваются предположениями с соседом. |
2 мин | Учитель организует приём «Подумай — обсуди в паре — поделись»: "Почему алканы называют предельными, если они всё же вступают в реакции? Какие реакции вы ожидаете от вещества с прочными одинарными связями? Сначала подумайте молча, затем обсудите ответ в паре. После этого две пары представят наиболее обоснованные гипотезы." | Обсуждают вопрос в парах, формулируют гипотезы: «Алканы малоактивны, но могут гореть»; «При сильном воздействии света или температуры возможно замещение водорода». Представляют ответы классу. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы предположили, что алканы химически устойчивы, но при определённых условиях вступают в реакции. Сейчас проверим эти предположения и выясним, какие свойства являются общими для представителей гомологического ряда."
Этап 2. Актуализация знаний и физкультминутка (5 мин)
Цель этапа: восстановить опорные знания о строении алканов и снять напряжение короткой двигательной активностью.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель показывает на доске формулы CH₄, C₂H₆, C₃H₈ и задаёт вопросы: "Какова общая формула алканов? Какой тип связи соединяет атомы углерода? Почему эти соединения называют насыщенными? На доске появятся три утверждения: «в молекуле есть двойная связь», «углерод четырёхвалентен», «число атомов водорода определяется формулой CₙH₂ₙ₊₂». Поднимите карточку «верно» или «неверно» и объясните выбор." | Записывают общую формулу CₙH₂ₙ₊₂, называют одинарную ковалентную σ-связь, объясняют термин «насыщенные». Поднимают карточки и корректируют утверждение о двойной связи. |
2 мин | Учитель проводит физкультминутку «Химическое движение»: "Если называю формулу алкана — поднимите руки вверх; если называю формулу неалкана — выполните наклон в сторону. Метан, этен, пропан, бензол, бутан." После упражнения учитель возвращает внимание к теме: "Движение завершено, теперь сосредоточимся на превращениях." | Реагируют движением на каждую формулу, объясняют: «этен и бензол не относятся к алканам». Делают вывод о необходимости сначала определить класс вещества. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы вспомнили формулу алканов и убедились, что в их молекулах нет кратных связей. Теперь нам нужно выяснить, какие частицы и условия всё же заставляют прочные связи алканов изменяться."
Этап 3. Постановка проблемы и целеполагание (4 мин)
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Цель этапа: сформулировать учебную проблему и совместно определить план открытия химических свойств алканов.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель демонстрирует на экране видео горения метана и задаёт проблемный вопрос: "Метан состоит только из углерода и водорода. Почему при горении образуются углекислый газ и вода? Запишите схему превращения словами. Теперь представьте, что к метану добавили хлор и смесь осветили. Почему продуктом может стать хлорметан, а не соединение с двойной связью?" | Записывают схемы «метан + кислород → углекислый газ + вода» и «метан + хлор → хлорметан + ...». Предполагают: «в первом случае происходит окисление, во втором атом водорода заменяется атомом хлора». |
2 мин | Учитель фиксирует на доске гипотезы и предлагает план: "Чтобы ответить на вопрос, исследуем два направления: горение и замещение. Для каждого определим реагенты, условия, продукты и признаки. В конце проверим себя на новых формулах и объясним практическое значение реакций. Сформулируйте цель урока одним предложением." | Формулируют цель: «Научиться объяснять и записывать основные реакции алканов». Записывают план исследования и задают уточняющие вопросы. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Проблема поставлена, цель определена. Теперь не будем получать правило в готовом виде: сначала проанализируем наблюдение и построим объяснение сами."
Этап 4. Открытие нового знания: горение и замещение (10 мин)
Цель этапа: вывести закономерности реакций горения и радикального замещения алканов на основе наблюдений, моделей и диалога.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
4 мин | Учитель показывает видео горения метана и таблицу наблюдений: голубое пламя, выделение теплоты, образование углекислого газа и воды. Реплика: "Посмотрите на экран и назовите признаки реакции. Какие элементы были в исходном веществе? Какие вещества должны образоваться при полном горении? Составим уравнение вместе: CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O. Сначала уравняем водород, затем кислород." | Фиксируют признаки реакции, называют исходные элементы и продукты. Составляют уравнение: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O. Объясняют, почему при недостатке кислорода возможны CO и сажа. |
3 мин | Учитель демонстрирует модель реакции хлорирования: "На экране показана молекула метана и молекула хлора. При освещении один атом хлора замещает атом водорода. Запишите уравнение и условие. Какой тип реакции вы видите? Почему это не присоединение?" Учитель подчёркивает: hν — свет, а не формула вещества. | Составляют уравнение CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl при освещении. Отвечают: «Это реакция замещения, потому что атом водорода заменяется атомом хлора; двойной связи нет». |
3 мин | Учитель организует проблемный диалог: "Продолжится ли замещение после образования хлорметана? Составьте возможный следующий шаг. Что будет общим для реакций метана с хлором? Сформулируйте правило в паре и запишите его одним предложением." | В парах записывают CH₃Cl + Cl₂ → CH₂Cl₂ + HCl при освещении, формулируют вывод: «Алканы вступают в реакции замещения с галогенами при освещении или нагревании; замещение может идти ступенчато». |
Запись в тетрадях
Ученики записывают: «Алканы горят в кислороде с образованием CO₂ и H₂O; при недостатке кислорода образуются CO и/или C. Алканы вступают в реакции радикального замещения с галогенами при освещении или нагревании. Общая схема: R–H + Cl₂ → R–Cl + HCl, hν».
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы открыли два направления химических превращений алканов. Горение связано с окислением углерода и водорода, а галогенирование — с замещением атома водорода. Теперь проверим, умеем ли мы применять эти правила к другим представителям ряда."
Этап 5. Первичное закрепление в парах (7 мин)
Цель этапа: закрепить алгоритмы составления уравнений и научиться объяснять условия реакций партнёру.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель раздаёт каждой паре карточку: «Составьте уравнение полного горения пропана C₃H₈. Объясните порядок расстановки коэффициентов». Напоминает алгоритм на доске: углерод — водород — кислород. "Один участник составляет уравнение, второй проверяет число атомов каждого элемента, затем поменяйтесь ролями." | В парах составляют C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O, подсчитывают атомы до и после реакции, объясняют порядок действий. |
3 мин | Учитель предлагает второй шаг: «Запишите реакцию пропана с хлором при освещении, если замещается один атом водорода. Укажите два возможных структурных продукта без требования рассматривать их изомерию подробно». Задаёт вопрос: "Что сохраняется в реакции замещения?" | Записывают C₃H₈ + Cl₂ → C₃H₇Cl + HCl, указывают hν. Отвечают: «углеродный скелет сохраняется, один атом водорода заменяется атомом хлора». |
2 мин | Учитель проводит взаимопроверку по критериям: "Проверьте формулы, количество атомов, коэффициенты, условия и тип реакции. Поставьте партнёру две отметки: «верно» за сильную сторону и одно пожелание для исправления. Поднимите жёлтую карточку, если нужна подсказка." | Проверяют работу партнёра, записывают две сильные стороны и одно пожелание, исправляют найденную ошибку, при необходимости показывают жёлтую карточку. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Парная проверка показала, что формула реакции ещё не гарантирует правильность решения: нужно обязательно проверять атомный баланс и условия. Теперь каждый выполнит работу самостоятельно, чтобы оценить собственное понимание."
Этап 6. Самостоятельная работа с формирующим оцениванием (9 мин)
Цель этапа: диагностировать индивидуальное освоение темы и скорректировать типичные ошибки.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | Учитель раздаёт индивидуальные задания трёх уровней. Базовый: «Уравняйте горение бутана C₄H₁₀». Средний: «Составьте реакцию хлорирования этана при освещении». Повышенный: «Объясните, почему при недостатке кислорода горение пропана опасно для человека». Учитель напоминает: "Выберите уровень, который соответствует вашей готовности, и при желании переходите выше." | Индивидуально решают: 2C₄H₁₀ + 13O₂ → 8CO₂ + 10H₂O; C₂H₆ + Cl₂ → C₂H₅Cl + HCl, hν; объясняют образование токсичного CO и недостаток кислорода. |
2 мин | Учитель выводит эталон на экран и просит выполнить самопроверку: "Сверьте не только конечную запись, но и ход рассуждения. Если ошибка найдена, зачеркните неверный шаг одной линией и рядом запишите исправление. Ошибка — это информация для следующего действия." | Сверяют решение с эталоном, отмечают причину ошибки: формула продукта, коэффициент, условие или объяснение. Исправляют запись. |
2 мин | Учитель собирает быстрые данные формирующего оценивания: "Покажите карточку: зелёная — могу самостоятельно составить оба типа уравнений; жёлтая — понимаю правило, но ошибаюсь в коэффициентах; красная — нужна повторная модель реакции. По сигналам определим, что повторить в начале следующего урока." | Поднимают карточку, заполняют в листе самооценки фразы «Я могу...» и «Мне нужно повторить...», формулируют один вопрос учителю. |
Эталон решения
Для бутана: C₄H₁₀ + O₂ → CO₂ + H₂O; по углероду: 4CO₂, по водороду: 5H₂O, по кислороду: 13/2O₂; умножаем коэффициенты на 2: 2C₄H₁₀ + 13O₂ → 8CO₂ + 10H₂O. Для этана: C₂H₆ + Cl₂ → C₂H₅Cl + HCl, hν. Проверка: число атомов C, H и Cl одинаково в обеих частях.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Вы проверили себя по конкретным критериям и увидели, на каком шаге возникает затруднение. Осталось включить новое знание в систему: связать химические реакции с физикой горения, экологией и промышленностью."
Этап 7. Межпредметное применение, рефлексия и домашнее задание (7 мин)
Цель этапа: обобщить знания через межпредметный контекст, оценить достижение цели и определить содержание домашней работы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель показывает на экране таблицу «Полное и неполное горение» и обращается к межпредметным связям: "Свяжем химию с физикой и экологией. Почему топливо выбирают по теплоте сгорания? Почему в закрытом помещении опасен угарный газ? Как химическое уравнение помогает инженеру рассчитать расход кислорода? Обсудите ответ в паре и приведите по одному аргументу." | В парах объясняют: «при горении выделяется энергия», «CO связывает гемоглобин и препятствует переносу кислорода», «по коэффициентам можно определить соотношение веществ». Представляют аргументы. |
2 мин | Учитель проводит приём «Одноминутная бумага»: "За одну минуту завершите три фразы: «Главное свойство алканов сегодня — ...»; «Условие реакции замещения — ...»; «Чаще всего я ошибаюсь в ...». Затем ответьте на проблемный вопрос урока: почему алканы одновременно устойчивы и способны вступать в реакции?" | Пишут три фразы, формулируют итог: «Алканы относительно инертны из-за прочных одинарных связей, но реагируют при нагревании, освещении или горении». |
2 мин | Учитель объясняет домашнее задание: "Выберите обязательный уровень; повышенный и дополнительный уровни выполняйте по готовности. В каждой записи проверяйте формулы, коэффициенты, условия и соответствие типа реакции. Перед выходом ответьте на контрольные вопросы, чтобы зафиксировать результат." | Записывают домашнее задание, задают уточняющие вопросы, устно отвечают на контрольные вопросы: «Какие продукты полного горения метана? Что означает hν? К какому типу относится хлорирование?» |
Критерии оценивания практической работы
- «5» — верно составлены и уравнены оба обязательных уравнения, указаны условия хлорирования, объяснён тип реакции и дан корректный экологический вывод в повышенном задании.
- «4» — правильно выполнены два основных уравнения, но допущена одна неточность в коэффициенте, условии или объяснении, исправленная при самопроверке.
- «3» — правильно выполнено уравнение горения или замещения, однако есть ошибки в формуле продукта, коэффициентах или объяснении условий реакции; ученик понимает общий алгоритм после подсказки.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Какие два химических свойства алканов вы сегодня открыли? | Проверка осознания основного содержания урока. |
Почему для реакции замещения алкана с хлором необходимо освещение или нагревание? | Выявление понимания условий и механизма изучаемого превращения. |
На каком шаге составления уравнения вы испытывали затруднение? | Выявление точек затруднения в алгоритме решения. |
Какой сигнал светофора вы выбрали и какое действие поможет перейти на следующий уровень? | Формирование навыка самооценки и планирования коррекции. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня мы увидели, что химическая инертность алканов относительна: прочные одинарные связи затрудняют реакции, но горение и замещение становятся возможными при определённых условиях. Важно не путать замещение с присоединением и всегда указывать свет или нагревание в уравнении галогенирования. При горении необходимо учитывать не только получение энергии, но и риск образования угарного газа. На следующем уроке мы продолжим изучать превращения углеводородов и рассмотрим, как из алканов получают более реакционноспособные вещества."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Составить и уравнять 4 уравнения полного горения метана, этана, пропана и бутана; подписать продукты реакций и указать, почему при недостатке кислорода возможны CO и сажа. | Закрепляет алгоритм горения; при проверке смотреть на формулы продуктов, баланс атомов и понимание экологической опасности. |
Средний (повышающий) | Составить 3 уравнения реакций замещения для метана, этана и пропана с хлором при освещении; для каждого указать тип реакции и назвать органический продукт. | Закрепляет радикальное замещение; при проверке смотреть на сохранение углеродного скелета, замену одного атома водорода и условие hν. |
Продвинутый (дополнительный) | Подготовить краткое объяснение на 8–10 предложений: почему природный газ используют как топливо, какие продукты образуются при полном и неполном горении и какие меры уменьшают риск образования угарного газа. | Развивает естественно-научную и экологическую грамотность; при проверке смотреть на химическую аргументацию, уравнения и связь с безопасностью. |
Контрольные вопросы перед выходом: «Какова общая формула алканов? Какие продукты образуются при полном горении? Какой атом замещается при хлорировании? Как обозначают освещение над стрелкой? Почему неполное горение опасно?»
