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石油化学1:什么是碳氢化合物?

你需要的东西

材料

  • 一袋大棉花糖
  • 袋葡萄干
  • 盒牙签
石油化学1:什么是碳氢化合物?

目的

向学生介绍有机化学及碳氢化合物的结构。


上下文

本课程是高科技世界项目中能源的一部分,该项目审查了能源背后的科学。高科技世界的能源是由AAAS开发的,由美国石油研究所提供资金。manbetx注册与登录有关更多课程,活动和互能量的课程,活动和互动性,请务必查看在高科技世界项目中的能源页。

这节课是关于石油化学的系列课程中的第一堂课,主要面向11年级和12年级的高级化学学生。这些课程的目的是向高中生介绍当今高科技世界中石油作为能源的用途。石油化学1:什么是碳氢化合物?学生将探索碳氢化合物,石油的分子基础,并学会区分有机和无机化合物。

《石油化学2:碳氢化合物燃烧时会发生什么?》学生将检查不同碳氢化合物燃烧产生的不同数量的能量。

在石油化学3:蒸馏烃的蒸馏中,学生将被引入到蒸馏和处理过程中,通过该蒸馏和处理过程,通过该蒸馏和处理方法,以产生有用的燃料油。

石油4的化学4:烃的治疗将有助于学生探索转化蒸馏石油级分以产生有用的燃料油的化学处理方法。

有机化学研究,更具体地是碳氢化合物,是学生了解物质结构的绝佳方式。作为所有美国人的科学这表明,物质世界似乎有一种令人震惊的材料阵列。这些材料在形状、密度、柔韧性、质地、韧性和颜色上差异很大;它们能够发光、吸收、弯曲或反射光线;它们在不同温度下以什么形式存在;在他们对彼此的反应中;还有成百上千的其他方式。然而,不论外表如何,一切实际上都是由相对较少的几种基本物质以不同的方式组合而成的。事实证明,大约有100种这样的物质——化学元素——现在已知存在,其中只有少数在宇宙中是丰富的。在这些化学元素中,碳是对生命最重要的元素之一。(所有美国人的科学,46页。。)

通过光合作用的过程,植物从阳光下收获能量,并使用它将碳和氢与“碳氢化合物”的高能量化合物结合在一起。碳,以烃和其他有机化合物的形式通过食物纤维网通过生物体,并最终被分解器再循环回到可由植物可用的营养物质。一些碳的植物和动物在海洋中死于海洋中数百万前沉到底部,他们的碳氢化合物被埋在沉积物和泥土下。这些深埋的碳氢化合物在数百万多年来的强烈的压力和热量(125-300ºC)产生的石油,这是今天精致的,以生产一种碳基燃料和用于人类使用的材料。

这些课程要求学生对原子基础知识进行一些先决条件。例如,学生应该熟悉原子的结构以及电子进入壳体的组织。学生理解为什么碳原子形成四个共价键是必要的。有关原子的一些基本信息可以找到原子

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动机

通过告诉学生将开始对有机化学的单位开始课程;也就是说,他们将探索“有机”的化合物。

问学生:当你听到“有机”这个词时,你会想到什么?

把学生的想法写在黑板上。他们的一些想法很可能会围绕着农业方法或农业技术。当学生们提出他们的想法时,注意一个词对不同的人有不同的含义。

从这个活动开始是很重要的,因为它可以让你确定你的学生对术语“有机”的误解。这个活动可以在所有课程结束时重复,以评估学生的理解。或者,学生最初的想法可以被记录下来,并在本课结束时重新回顾。这将允许学生纠正自己的错误观念,并随着时间的推移评估自己对主题的理解。

让学生使用他们的碳氢化合物是什么?学生eSheet去读书什么是有机化学?有机化学:引言。他们应该回答发现的问题碳氢化合物是什么?学生表。您可以找到关于问题的答案老师桌子

在他们阅读完文章后,讨论有机化学是什么,确保学生理解有机这个术语在今天被用于食品、天然物品和合成物品时有不同的含义。

  • 我们知道,“有机”一词对不同的人来说意味着不同的东西。“有机”对化学家意味着什么?
    (这意味着碳基)。
  • 是什么使有机化合物不同于无机化合物?
    (有机化合物含有碳,而无机化合物没有。)
  • 为什么有机化学对研究生物有重要?
    (这很重要,因为生物体是基于碳的,这意味着它们由有机化合物制成。)
  • 制品中给出的有机化合物的一些例子是什么?
    (例如石油、塑料、维生素、糖和汽油。)

发展

作为演示,绘制或写入葡萄糖的化学结构(C6H12O6)问学生:

  • 该化合物有机或无机吗?
    (它是有机的。)
  • 我们怎么知道?
    (它有碳。)

告诉学生黑板上的化学结构是糖,葡萄糖。对许多不同的常见有机和无机化合物重复这一活动。例如:

  • C5H4N4O3.- 尿酸(有机)
  • H2O - 水(无机)
  • C21H22N2O2- Strychnine(有机)
  • C17H193.- 吗啡(有机)
  • NaCl - 盐(无机)
  • C19H28O2睾酮(有机)
  • CH4-甲烷(有机)

问学生:

  • 想象一下,您刚才识别的有机化合物是由科学家在实验室中进行的。她是科学家,仍然将它们分类为有机化合物,即使它们是自然的吗?
    (是的。)
  • 为什么她仍然将它们识别为有机,即使它们是合成的,由人类制作?
    (化合物中含有碳,这是将化合物归类为有机化合物的唯一重要特征。一种化合物根据其含碳量被归类为有机化合物,而不是根据它是天然发现的还是合成的。

圆或指向甲烷化学式(CH4)。告诉学生这种特殊的有机化合物只有两种类型的原子 - 碳和氢。有一些有机化合物只含有碳和氢原子的原子。这些化合物被分类为碳氢化合物。通过板上列出的其他有机化合物,澄清化合物可以是有机的而不是碳氢化合物。相比之下,所有烃都是有机的,因为它们含有碳。它可以帮助学生绘制或绘制无机化合物,有机化合物和烃之间的关系。

与学生审查碳的基本化学。可能会询问以下问题:

  • 碳原子有多少电子?
    (它有六个。)
  • 在那些六个电子中,有多少价电子是多少?
    (四个是价电子。)
  • 碳需要多少电子来完成其价壳?
    (它需要四个。)
  • 它可以用其他原子制作多少债券?
    (它最多可以形成四个化学键。)
  • 氢气有多少电子?
    (它有一个)。
  • 氢气需要多少更多的电子需要完成其价壳?
    (还需要一个。)
  • 氢与其他原子有多少债券?
    (它做一个债券。)

为学生提供大型棉花糖(代表碳),葡萄干(代表氢气)和牙签(代表共价键)。要求学生使用物品可视化甲烷的结构。学生应该有一个带有四个牙签的棉花糖,每个牙签都与葡萄干相关联。问学生:

  • 计算您的棉花糖碳现在通过与氢碳共享的电子数量。
    (它有八个电子。)
  • 它的价壳完整吗?
    (是的。)
  • 计数葡萄干氢的电子数量通过与碳共享来计算。
    (它们有两个电子。)
  • 它的价壳完整吗?
    (是的。)

向两名学生询问他们的甲烷模型,并将它们彼此相邻。向学生询问两种化合物如何加入一起以形成一个。让学生与合作伙伴合作形成埃钵。要求学生计算他们的碳和氢的共享电子的数量,每个都必须确认它们具有适当数量的键(例如,没有氢气有两个键,给予它四个共用电子,而不是两个)。

问学生:

  • 你和你的搭档刚刚合成的乙烷化合物的化学结构是什么?
    (它是C2H6。)
  • 这是一种碳氢化合物吗?
    (是的。)
  • 它是有机吗?
    (是的。)

提醒学生碳可以形成双键。使用学生的乙烷模型之一,在棉花糖碳之间添加第二个牙签。要求学生再次成对工作,重新组织他们的型号,以便碳和氢韧带具有正确数量的共用电子。学生应该从每个碳中除去葡萄干氢。告诉学生乙烷化合物已经改变;它现在具有双键,其化学结构发生了变化。问学生:

  • 这个新化合物的化学结构是什么?
    (它是C2H4。)
  • 这仍然是有机烃吗?
    (是的。)
  • 我们对乙烯分子做了什么?
    (我们添加了双键。)
  • 如果化合物的化学式改变,它是否仍然是乙烷?
    (不。)

告诉学生在有机化学中,有一种碳氢化合物的方法,以便我们知道任何碳之间的双重或单一键。该分子是乙烯。-ene后缀表示双键,而-ane后缀表示单个键。共同地,两种碳之间的碳氢化合物称为双键,称为烯烃和碳氢化合物,所有碳之间的单键称为烷烃。

将每个学生用另一名棉花糖提供,并要求他们用三个碳制成“烷烃”。完成后,让他们与合作伙伴检查他们的模型。问学生:

  • 为什么我们知道是烷烃而不是烯烃?
    (三个碳之间只有单键。)
  • 什么是你的化合物的化学式?
    (C3.H8。)

请同学参阅网址的碳氢化合物前缀表有机化学:引言。让学生根据图表说出化合物的名字。学生应该确定他们的模型代表丙烷。要求学生将丙烷制成丙烯。接下来,让学生在两个碳之间形成一个三键,并相应地改变他们的模型。告诉学生,这既不是丙烷也不是丙烯;确切地说,它是丙炔。后缀-yne表示碳氢化合物中两个碳原子之间的三键。

与学生浏览前缀图表,确保学生可以将每个名称正确置于烷烃,烯烃和炔烃。问学生:

  • 你以前听说过一些碳氢化合物吗?
    (答案各不相同,但常见的碳氢化合物是丙烷、丁烷和甲烷。)
  • 有可能有超过10个碳原子结合成碳氢化合物吗?
    (是的。)

评估

使用他们的棉花糖,葡萄干和牙签,要求学生构建这些碳氢化合物:

  1. 乙烷
  2. 屁股(学生应该有两种类型)
  3. 己烷
  4. 庚酮(学生应该有三种类型)

问学生为什么有机化学家说几乎有无数种不同的碳氢化合物。学生应该指出碳可以连续地连在一起,形成长链。它们还可以在不同位置包含双键和三键。随着碳氢化合物体积的增加,双键和三键的可能性也在增加。为了强调这一点,让学生制造一种辛炔化合物,也包含一个双键。学生应该认识到化合物在不同位置可以有不止一个双键或三键。

问学生:

  • 想象一下,我们把所有的棉花糖碳原子连成一条单键长链。它是脆弱的还是坚固的?
    (它会很脆弱。)
  • 为什么?
    (单键可以容易地打破。)
  • 我们怎么能让这种结构真的很强烈,而不会删除任何碳?
    (我们可以通过尽可能多的地方添加双债券和三债券来实现这一目标。)
  • 附加多达18个碳的碳氢化合物通常是液体,但具有超过18个碳的碳氢化合物通常是固体的。你为什么这么认为是?
    (较小的碳氢化合物具有较少的双键,因此比含有双键和三键的较大烃少,刚性较小,较少,以稳定其结构。)

延期

在石油系列化学中的接下来的三个课程跟随这个课程:


让学生在团队中工作,以历史和今天的历史上使用一个烷烷。学生开始研究的一个很好的起点是碳氢化合物的性质和用途概述


其他行星上碳氢化合物的存在是生命存在可能性的有力迹象。学生们读过2007年的一篇文章吗?这篇文章是关于在土星的卫星土卫七上发现碳氢化合物的碳氢化合物,生命所必需的,发现在土星的月亮Hyperion上


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课程细节

成绩 主题 类型 2061项目的基准 国家科学标准 国家标准
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