复兴路上话乙烯第一课时

2022年安徽省高中化学优质课比赛团体赛第一课时《复兴路上话乙烯——制取篇》教学设计桐城中学王华本节课是复兴路上话乙烯第一课时——乙烯制取，本节课以“微观结构为基础，实验制取为实践”为思路，以“优化常规实验，创新制取实验”为依据进行实验创新。一、课标呈现知道有机化合物乙烷、乙醇、溴乙烷中碳原子的成键特点；认识化学反应调控在生产中的重要作用，学习运用变量控制法研究化学反应；认识科学探究是进行科学创造和应用的科学实践活动，勇于创新。二、教学内容分析1．内容分析本节课核心是制取乙烯：其一是比较常见有机物的球棍模型差异，预测常见有机物制取乙烯的反应，再利用平衡思想设计反应条件制取乙烯。其二是优化实验，为了获取纯净乙烯，讨论优化方案——优化实验装置或优化实验试剂。其三是创新制取实验，引入新物质乙烯利，分析乙烯利结构，利用平衡思想，总结制取方法，并运用变量控制法研究化学反应。其四是依据减碳目标，创新CO2制取乙烯工艺，并指出该工艺存在的问题。2．素养呈现对照球棍模型，预测乙烷，乙醇、溴乙烷制取乙烯的反应方程式，利用平衡思想，分析反应条件，发展学生“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”等化学学科核心素养。比较乙醇制备乙烯圆底烧瓶底部现象，通过定性分析推出合理结论，并对实验进行优化改进，发展学生“证据推理与模型认知”等化学学科核心素养。对照乙烯利结构式，利用平衡思想，总结乙烯利制取乙烯的方法，完成创新实验，初步学会运用变量控制法研究化学反应，发展学生“变化观念与平衡思想”“科学探究与创新意识”等化学学科核心素养。具有理论联系实际的观念，指出二氧化碳与氢气反应制备乙烯工艺中存在问题并提出处理问题的具体方案，发展学生“变化观念与平衡思想”“科学态度和社会责任”等化学学科核心素养。三、学情分析1.学生有“组成、结构决定性质”的基本观念，能运用化学反应原理分析化学反应。2.学生简单的实验操作能力，但缺乏实验创新能力。3.学生不常用变量控制法研究化学反应，不常用数据，图表等展示实验结。四、教学目标1.能运用化学符号描述物质组成及微观结构。2.能从微观和平衡视角制取乙烯，能运用化学符号描述反应过程，能结合乙醇、溴乙烷的实例分析反应条件对反应速率和反应平衡的影响。3能根据实验现象定性分析实验，并从不同角度优化实验。4.能从微观和平衡视角总结乙烯利制取乙烯的方法，初步学会运用变量控制的方法研究化学反应。5.建立理论联系实际的观念，能利用所学知识分析化学工艺过程，并针对存在的问题提出具体的解决方案。五、教学方法讲授法、小组合作法、实验法、讨论法、六、实验用品乙烯利、高锰酸钾溶液、氢氧化钠固体、蒸馏水；压强传感器、pH数字传感器七、教学重点、难点重点：1.微观化学键视角、变化观念与平衡思想视角制备乙烯思维模型的建立。2.能对实验模型进行评价和改进，并初步学会运用变量控制方法研究实验。难点：.微观化学键视角、变化观念与平衡思想视角制取乙烯思维模型的建立。八、教学流程找含二个碳且易引入碳碳双键的常见有机物。找含二个碳且易引入碳碳双键的常见有机物。乙醇在特定条件下制取乙烯引入NaOH洗气装置，利用P2O5、Al2O3替代浓H2SO4CO2与H2反应制取乙烯工艺核心是催化剂pH越大制取乙烯的速率越快图片：乙烯的应用设问：乙烯的结构特点微观化学键和宏观化学反应如何制取乙烯？比较实验现象，优化制取纯净乙烯分析CO2与H2反应制取乙烯的化学工艺视频：果农利用乙烯利催熟香蕉等水果从微观结构视角分析应如何制取乙烯？微观化学键和宏观化学反应如何制取乙烯？如何优化实验装置？如何优化实验试剂？书写CO2与H2反应方程式，设计反应条件等利用乙烯利的结构式分析制取乙烯的实验方法环节一：导入新课——制取乙烯环节二：利用结构分析和平衡思想制取乙烯环节三：优化常规乙醇制取乙烯实验环节五：拓展CO2与H2反应制取乙烯的工艺环节四：乙烯利制取乙烯的创新实验环节情景问题/任务活动结论图片展示分析归纳师生交流理论运用模型搭建生生讨论师生交流分析讨论观看视频生生讨论分析推理实验探究理论运用师生交流归纳总结分析讨论生生讨论归纳总结学生实验数字化实验九、教学过程环节一：导入新课——制取乙烯【情境】①图片：中国的复兴历程、乙烯在生活中的应用。图1-1乙烯的应用——航天、军事、生活等方面②设问：乙烯的结构特点？【问题1-1】乙烯被称作“乙”“烯”,说明有什么几个碳？有什么键？【活动1-1】学生回答乙烯含有二个碳和碳碳双键。【归纳1-1】制取乙烯最简单方法是找只有二个碳且能引入碳碳双键的有机物。设计意图：以中国复兴历程、乙烯应用为情景，激发学生学习乙烯的兴趣；以乙烯的结构特点为情景，化学化学符号描述物质组成及物质的微观结构，根据学生的表现判断课时目标1的达成水平。环节二：微观探析和平衡思想制备乙烯【情境】比较常见有机物球棍模型的差异，利用平衡原理选择乙醇溴乙烷制备乙烯的反应条件。【任务2-1】搭建球棍模型。【活动2-1】生生合作搭建乙烷、乙醇、溴乙烷的球棍模型【归纳2-1】球棍模型如下：乙烯乙烷乙醇溴乙烷图2-1常见有机物的球棍模型【问题2-2】①对比乙烯的球棍模型，从微观化学键视角分析，乙烷、乙醇、溴乙烷如何一步引入碳碳双键？②用化学式描述上述变化过程。【活动2-2】①学生相互讨论并填写学案，师生交流，教师指导学生分析过程。②书写乙醇、溴乙烷制备乙烯的变化过程。【归纳2-2】根据学生的回答归纳如下：①乙烷需要脱氢，乙醇需要脱去水，溴乙烷需要脱去溴化氢。②用化学式描述乙醇、溴乙烷制备乙烯的过程。【问题串2-3】结合化学反应原理的相关知识及图片分析，认真思考并回答下列问题①如何加快乙醇、溴乙烷制备乙烯反应的速率？②如何促进乙醇、溴乙烷制备乙烯反应的正向移动？③结合高中化学实验的实际情况，为什么选择乙醇制取乙烯？【活动2-3】生生讨论，师生交流，并回答上述问题：加热是较有效方法，通过浓硫酸催化原理的展示，学生分析出浓H2SO4的作为催化剂的真正原是氢离子能提供催化活性；不断降低生成物的浓度是一种有效措施，所以乙醇可以浓硫酸，溴乙烷可以加入氢氧化钠醇溶液。图2-2浓硫酸的催化原理分析图【归纳2-3】设计意图：以搭建乙烷、乙醇、溴乙烷球棍模型为情景，从微观化学键视角，预测乙烷、乙醇、溴乙烷制备乙烯的化学变化，并用化学符号描述上述变化过程。结合高中化学实验的实际情况，以如何设计反应条件促使乙醇、溴乙烷又快又好得制备乙烯为问题主线，引导学生运用有效碰撞理论、勒夏特列原理等推出上述反应条件，并能从不同视角认识化学变化的多样性，从而选择合理、恰当的反应条件。根据学生的表现判断课时目标2的达成水平，环节三：优化视频中乙醇制备乙烯的实验【情境】优化制取实验以获得纯净乙烯。【任务3-1】观看乙醇制取乙烯的视频。【活动3-1】讨论思考该装置能否制取纯净乙烯？【归纳3-1】乙烯中会含有乙醇、乙醚、水等杂质。【情境】乙醇制取乙烯圆底烧瓶底部的实验现象的比较图3-1乙醇制备乙烯圆底烧瓶底部的实验现象【问题3-2】观察上图，思考并回答下列问题：①据该现象，推测还可能含有哪些杂质？②用化学符号描述杂质的产生过程？【活动3-2】学生比较二者实验现象，分析讨论，师生交流：浓硫酸具有脱水性，黑色物质为碳单质；浓硫酸具有强氧化性，故浓硫酸与碳单质反应会生成二氧化碳和二氧化硫，故所制乙烯中还会有二氧化碳和二氧化硫杂质；用化学方程式描述上述反应过程。【归纳3-2】C+2H2SO4(浓)=△=CO2↑+2SO2↑+2H2O。【过渡】要想获得纯净乙烯，应如何优化该实验？【问题3-3】优化实验装置——如何除去二氧化碳和二氧化硫？如何证明二者已被除尽？【活动3-3】生生讨论，师生交流：可用氢氧化钠溶液除去二氧化碳和二氧化硫；品红是否褪色常用来检验二氧化硫是否除尽；澄清石灰水是否变浑浊，常用来检验二氧化碳是否除尽。【归纳3-3】连接氢氧化钠溶液的洗气装置，连接装有品红溶液和澄清石灰水的检验装置。图3-2优化乙醇制备乙烯的实验装置【过渡】这样的装置不符合“绿色化学”观念，如何从源头上实现零杂质或少杂质呢？【问题3-4】优化该实验试剂——何种实验试剂可以替代浓硫酸？【活动3-4】学生讨论，师生交流；查找不同版本教材中乙醇制取乙烯的反应试剂。【归纳3-4】苏教版使用乙醇和P2O5制取乙烯，并指出Al2O3也可以充当乙醇制取乙烯的催化剂。图3-3苏教版乙醇制备乙烯的实验装置图【过渡】Al2O3充当催化剂时，乙醇制备乙烯效果如何？【任务3-5】利用生活中铝制品制催化剂Al2O3，搭建实验装置，观看以氧化铝为催化剂时乙醇制备乙烯的视频，并比较催化效果。【活动3-5】生生讨论交流，师生交流：图3-4以Al2O3为催化剂时乙醇制备乙烯的实验装置图图3-5以Al2O3为催化剂时乙醇制备乙烯的实验现象【归纳3-5】乙醇以Al2O3为催化剂制取乙烯的催化效果并不是特别好。设计意图：通过乙醇制取乙烯圆底烧瓶底部现象的比较，引导学生尊重事实，分析当实验结果不及预期时，应如何进一步优化实验以获得纯净乙烯，培养学生认识理论模型和实际研究对象之间的差异，并从不同角度改进模型，根据学生的表现判断课时目标3的达成水平。环节四：探究乙烯利制取乙烯的实验【情境】剖析乙烯利结构及对乙烯利与水反应方程式的分析，探究乙烯利制备乙烯的方案。【问题4-1】果农常用催熟水果的试剂是什么？图4-140%的乙烯利溶液及使用方法【活动4-1】观看视频，实物认识40%乙烯利溶液，了解果农利用乙烯利溶液制备乙烯的方法。【归纳4-1】乙烯利化学名称是2-氯乙基膦酸，果农对其稀释成百上千倍来制备乙烯。【任务4-2】书写乙烯利稀释制备乙烯的化学方程式，分析乙烯利制备乙烯的其他方法。【活动4-2】学生书写乙烯利稀释制备乙烯化学方程式，生生讨论分析乙烯利制备乙烯的常见措施——降低生成物的浓度，加热吸热反应等。【归纳4-2】水和乙烯利反应生成乙烯、氯化氢和磷酸；因为该反应△H>0，结合理论和实践，总结了三种制备方法：稀释，和氢氧化钠固体反应，加热。【过渡】果农稀释成百上千倍，我们仅稀释一倍，以加快反应速率？下面进行具体的实验。【问题4-3】三种乙烯利制备乙烯的效果如何呢？可能会有什么现象呢？【活动4-3】生生讨论交流，师生交流，教师指导学生实验。稀释一倍法或氢氧化钠固体法加热法图4-2乙烯利制备乙烯的方法【归纳4-3】通过实验现象能得出以下结论：溶液pH会影响乙烯利制取乙烯的速率图4-3不同方法下乙烯利制备乙烯的效果比较【拓展】高锰酸钾溶液褪色的快慢可以定性比较不同pH下乙烯利制取乙烯的速率，如何定量比较？可以利用pH数字传感器和压强传感器，前者能准确测量溶液的pH值，后者能准确测量体系内压强的变化情况。【问题4-4】如何定量比较不同pH下乙烯利制取乙烯速率？【活动4-4】学生观看不同pH下的压强变化曲线：pH≈1.3时pH≈3时pH≈7时图4-4不同pH下乙烯利制备乙烯的压强曲线图【归纳4-4】通过压强变化曲线得出结论：溶液pH越大，乙烯利制取乙烯的速率越快。设计意图：以生活中果农催熟水果为情景，引入制备乙烯新试剂乙烯利，诊断学生能否根据乙烯利的结构来制取乙烯，能否根据乙烯利的化学变化过程设计新的反应条件来制取乙烯，能否根据乙烯利的实验操作来制备乙烯，评价以“结构分析为基础——变化观念与平衡思想为原理——实验检验为实践”这一思路来制取物质的可行性。从定性分析转化到定量分析，让学生体会到定量分析也是科学探究的常用方法，进一步提升科学探究能力。根据学生的表现判断课时目标4的达成水平。环节五：拓展CO2制备乙烯的工艺【情境】结合目前的减碳目标，拓展CO2制取乙烯的工艺。【任务5-1】从元素组成角度分析CO2制备乙烯的变化过程。【活动5-1】学生书写CO2和H2反应制备乙烯的化学方程式。【归纳5-1】2CO2+6H2→CH2=CH2+4H2O【问题5-2】从反应方向角度分析该反应能否自发进行：根据所给信息，判断该反应能否自发进行？【活动5-2】生生思考讨论，师生交流：化学反应自发进行的判据是△G，当△G=△H-T△S＜0时，该反应能自发进行；查找资料发现该反应△H＜0，而T＞0，△S＜0，据此可知该反应在低温时，能自发进行。【归纳5-2】该反应在低温时能自发进行。【问题5-3】从化学平衡角度分析2CO2+6H2→CH2=CH2+4H2O△H＜0的反应温度、压强和投料比【活动5-3】学生回顾化学平衡原理，相互讨论和交流。【归纳5-3】该反应的适宜条件如下：图5-1CO2与H2反应制备乙烯的适宜条件【问题5-4】该工艺没有大规模投入生产的原因？【活动5-3】学生思考，生生讨论交流，师生交流：H2制备成本较高、CO2难以收集、高压对仪器要求较高等。。。CO2活化能高，反应速度慢。【归纳5-3】催化剂是该工艺核心技术：图5-2该工艺催化剂的发展历程设计意图：以二氧化碳制取乙烯的实际工艺为情景，诊断学生分析实际化工生产中存在问题的能力，运用化学知识解决简单问题的能力；将理论知识与实际工艺联系起来，引起学生思考；最后的宣传语不仅活跃了课堂氛围，又宣传了中国人民不息的自强精神和中华民族伟大的复兴征途，体现课堂上的人文情怀。【课堂小结】本节课主题是制备乙烯，期望能以乙烯制取为载体：建立物质制备的一般思路——“结构分析为基础，变化观念和平衡思想为原理，探究实验为实践”；完成物质制备的创新实验——“优化制取实验，创新制取实验，定量探究制取实验”。【作业布置】通过查阅资料，探究更多制取乙烯的方法！板书设计复兴路上话乙烯——制取篇一、微观探析初识制取二、科学探究优化制取三、剖析原理快捷制取四、拓展延伸创新制取十、教学反思本节课主线是建立物质制备的一般思路——“微观辨析为基础，变化观念和平衡思想为原理，探究实验为实践”，副线是完成物质制备的创新实验——“优化制取实验，创新制取实验，定量探究制取实验”。以乙烷、乙醇、溴乙烷制取乙烯为例帮助学生建立物质制备的一般思路：通过比较乙烯、乙烷、乙醇、溴乙烷等球