高中二年级化学乙炔的实验室制法及性质探究实验教学设计

高中二年级化学乙炔的实验室制法及性质探究实验教学设计一、教材分析本节内容选自人教版高中化学选择性必修3《有机化学基础》第二章烃，是在学生系统学习甲烷、乙烯、苯等典型烃类之后，对不饱和烃认识的又一次深化。乙炔作为最简单的炔烃，其分子中含有碳碳三键，官能团的引入使炔烃的化学性质呈现出与烯烃"相似而不相同"的特点，是完善学生"结构决定性质"学科观念的关键素材。教材以乙炔的实验室制法为切入点，通过碳化钙与水的反应获得乙炔气体，再引导学生依次探究乙炔的物理性质、可燃性、与酸性高锰酸钾溶液的反应、与溴的四氯化碳溶液的反应。这一编排逻辑体现了"制备—净化—性质—应用"的完整实验探究链条，既训练学生的气体制备与检验技能，又为后续学习加成反应、加聚反应奠定基础。本节的教学价值还体现在三个层面：一是知识层面，帮助学生建立炔烃的结构模型，理解碳碳三键中π键的活泼性；二是方法层面，训练学生根据反应物状态与反应条件选择气体发生装置，根据气体的性质选择净化、收集与检验方法；三是素养层面，乙炔与氧炔焰、聚氯乙烯、导电塑料聚乙炔等真实生产生活情境紧密相连，是培养学生科学态度与社会责任的优质载体。二、学情分析授课对象为高二年级学生。学生已经完成必修阶段甲烷、乙烯的学习，掌握了有机物中碳原子成键特点，初步建立了"结构—性质—用途"的认识思路；在本章前两节中，学生又系统学习了烯烃的结构与性质，对碳碳双键的加成反应、氧化反应、加聚反应有较清晰的理解，这为本节学习提供了良好的知识支架。学生可能存在的困难有三处。其一，对碳化钙与水反应"过于剧烈"缺乏直观体验，容易忽视用饱和食盐水代替水以控制反应速率的原理。其二，乙炔气体中混有硫化氢、磷化氢等杂质气体，杂质同样能使酸性高锰酸钾溶液褪色，学生容易在实验结论上产生误判，对"先除杂后检验"的必要性认识不足。其三，学生容易机械类比乙烯的性质，将乙炔与乙烯简单等同，忽视碳碳三键中两个π键断裂可以分步发生加成的特点。基于以上分析，教学中应以实物实验为主线，以问题链为驱动，让学生在"预测—实验—观察—解释—修正"的循环中主动建构知识，而非被动接受结论。三、教学目标（一）宏观辨识与微观探析能写出乙炔的分子式、电子式、结构式和结构简式，描述乙炔分子的直线形空间构型，从碳碳三键中σ键与π键的成键情况认识乙炔化学性质活泼的原因。（二）变化观念与平衡思想能正确书写碳化钙与水反应、乙炔燃烧、乙炔与溴及氢气、氯化氢等发生加成反应的化学方程式，理解加成反应分步进行的特点。（三）证据推理与模型认知能根据探究实验中的宏观现象，推断乙炔的性质，并通过与乙烯的对比，建立不饱和烃性质认知模型。（四）科学探究与创新意识能设计并完成乙炔的制取、除杂、性质检验等实验，学会选择合适的气体发生装置，体验控制反应速率、排除干扰因素的实验思想。（五）科学态度与社会责任通过乙炔燃烧、爆炸极限等实验事实强化安全操作意识，通过氧炔焰、聚乙炔等实例体会化学对社会发展的贡献。四、教学重点与难点教学重点：乙炔的实验室制法及装置选择；乙炔的化学性质（燃烧、加成、氧化反应）。教学难点：对碳化钙与水反应剧烈程度的控制及饱和食盐水的作用原理；硫化氢等杂质对性质检验的干扰及除杂装置的设计；乙炔与烯烃加成反应机理的异同。五、教学方法采用实验探究法、问题驱动法与对比归纳法相结合的策略。以演示实验和学生分组实验为载体，以逐级递进的问题链为思维支架，引导学生经历完整的科学探究过程，并在与乙烯的反复对比中实现知识的结构化。六、课前准备教师准备：电石（碳化钙）、饱和食盐水、硫酸铜溶液、酸性高锰酸钾溶液、溴的四氯化碳溶液、蒸馏水；圆底烧瓶、分液漏斗、导管、集气瓶、水槽、尖嘴导管、棉花团；乙炔分子球棍模型；相关实验视频作为安全预案下的替代素材。学生准备：预习教材中乙炔的制法与性质内容；复习乙烯的结构与性质，完成预习任务单：写出乙烯与溴水、氢气、氯化氢、水反应的化学方程式，并思考碳碳三键可能比碳碳双键多出哪些反应行为。七、教学过程（一）情境导入：从"石头遇水生火"说起教师展示一块灰黑色的电石实物，提出问题：这块其貌不扬的石头，滴上水会发生什么？学生依据生活经验猜测，多数认为不会发生明显现象，个别学生联想到工地或民间"电石灯"的旧闻提出异议。教师演示：取一小块电石置于烧杯中，滴入数滴水。学生观察到剧烈反应、大量气泡产生的现象，情绪被迅速调动。教师追问：产生的气体是什么？它能否燃烧？它与我们已经学过的哪种烃最"像"？教师顺势告知：这种气体的主要成分是乙炔，百年前它点亮过矿灯，今天它仍在氧炔焰切割金属的现场发光发热。本节课，我们就亲手制取乙炔，并逐一揭开它的性质。【设计意图】以实物演示制造认知冲突，将工业生产原料引入课堂，激发探究欲望的同时自然引出课题，避免空洞的情境堆砌。（二）温故引新：搭建乙炔的结构认知教师引导学生回顾：乙烷、乙烯的分子组成和结构有何变化规律？从C₂H₆到C₂H₄，少了两个氢原子，形成了一个碳碳双键；若无机地再少两个氢原子，会得到什么？学生推理得出乙炔分子式为C₂H₂，并尝试书写其电子式、结构式和结构简式。教师选取两名学生板演，纠正电子式书写中碳碳之间共用电子对数目的错误，强调结构简式写作CH≡CH，三键不可省略。学生分组利用球棍模型拼插乙炔分子，观察并归纳：分子中四个原子共直线，键角为180°，属于直线形非极性分子。教师深化讲解：碳碳三键中有一个σ键和两个π键。π键的键能小于σ键，容易断裂，这决定了乙炔像乙烯一样容易发生加成反应、容易被强氧化剂氧化。但两个π键可以分步断裂，这意味着乙炔的加成可能分两步进行——这是它与乙烯性质差异的结构根源。【设计意图】通过"少两个氢原子"的推理链条实现知识的自然生长，借助模型拼插将抽象构型直观化，并埋下"分步加成"的思维伏笔，为后续难点突破预热。（三）探究一：乙炔的实验室制法教师提出问题链组织讨论。问题一：实验室制取乙炔的原料是什么？请根据刚才的演示现象尝试写出化学方程式。学生交流后明确：原料为电石（主要成分CaC₂）和水，反应方程式为：CaC₂＋2H₂O→Ca(OH)₂＋C₂H₂↑教师强调：该反应不需要加热，且放出大量的热。问题二：这套反应属于哪种装置类型？能否选用类似制二氧化碳的固液常温装置？学生回答"固液常温型"。教师追问：能否直接使用启普发生器或其简易装置？引导学生从三个角度分析：一是碳化钙遇水反应极其剧烈，难以控制；二是反应放热，气体中可能夹带氢氧化钙糊状物堵塞导管；三是电石吸水后解体成粉末，无法实现固液分离。结论是不能使用启普发生器，应选用分液漏斗配合圆底烧瓶的组合装置，通过控制液体滴加速度控制反应快慢。问题三：为了进一步减缓反应速率，还可以对"水"做什么文章？学生讨论后提出稀释的思路，教师给出标准做法：用饱和食盐水代替蒸馏水。氯化钠溶解后，水分子浓度相对降低，单位时间内电石与水的有效碰撞减少，反应平稳进行。问题四：制得的乙炔纯净吗？可能混有哪些杂质？怎样除去？教师提供信息：电石中常含硫化钙、磷化钙等杂质，它们与水作用生成H₂S、PH₃等还原性气体，使乙炔带有难闻气味。学生推理：这些杂质具有还原性，会干扰后续性质检验，必须除去。可用硫酸铜溶液洗气，利用生成CuS沉淀等反应除去杂质；验证除杂是否彻底可用湿润的醋酸铅试纸。问题五：如何收集乙炔？为什么一般不用排空气法？学生查密度数据后回答：乙炔相对分子质量为26，与空气平均值29接近，排空气法收集不纯；乙炔难溶于水，宜用排水法收集。教师总结装置流程：发生装置（分液漏斗＋圆底烧瓶，内放电石与饱和食盐水，烧瓶口可塞少量棉花防止泡沫涌入导管）→洗气装置（硫酸铜溶液除杂）→性质检验装置或排水集气装置。【设计意图】以连续五个层层深入的问题驱动装置设计，让学生在"为什么不能"的辨析中深刻理解每个装置细节的意义，把装置图背后的化学思想显性化。（四）探究二：乙炔性质的实验探究教师按"物理性质—可燃性—氧化反应—加成反应"的顺序组织演示与分组相结合的实验，学生填写实验记录单。实验一：观察一瓶排水法收集的乙炔，归纳物理性质。学生归纳：乙炔俗称电石气，纯净的乙炔是无色无味的气体，难溶于水，密度略小于空气。市售乙炔常因含杂质而有刺激性臭味。实验二：点燃乙炔。教师特别强调：乙炔与空气混合达到一定比例遇明火会剧烈爆炸，点燃前必须验纯。演示验纯操作后，在尖嘴导管口点燃。学生观察：火焰明亮，伴有浓烈的黑烟。教师引导分析：乙炔含碳量高达92.3%，比乙烯更高，燃烧时碳未充分氧化形成碳粒，故黑烟更浓。书写化学方程式：2C₂H₂＋5O₂—点燃→4CO₂＋2H₂O教师补充情境：充足的空气和特制焊炬使乙炔充分燃烧时，氧炔焰温度可达3000℃以上，可切割和焊接金属。请学生辩证思考：黑烟是"不充分"的表现，高温是"充分"利用的结果，条件改变，化学服务于人的方式就不同。实验三：将乙炔通入酸性高锰酸钾溶液。学生观察：紫红色逐渐褪去。教师组织思辨讨论：有同学认为此处褪色证明了乙炔被氧化，也有同学质疑。结合制法，质疑点在哪里？学生回忆杂质气体H₂S同样具有还原性，意识到若乙炔未经硫酸铜溶液洗气，褪色不一定是乙炔的"功劳"。教师强调"先除杂、后检验"是气体性质实验的一般性原则。在已除杂的前提下，褪色证明乙炔分子中的碳碳三键能被酸性高锰酸钾氧化，这也成为鉴别炔烃与烷烃的方法之一。实验四：将乙炔通入溴的四氯化碳溶液。学生观察：溶液的橙红色褪去。教师引导学生写出第一步加成产物1,1,2,2四溴乙烷的生成过程，并用动画或板书呈现分步机理：CH≡CH＋Br₂→CHBr═CHBr（1,2二溴乙烯）CHBr═CHBr＋Br₂→CHBr₂—CHBr₂（1,1,2,2四溴乙烷）教师点拨：第一步加成后生成的二溴乙烯仍含碳碳双键，可继续加成，这正是"两个π键分步断裂"的直观体现。过量溴存在且条件适当时，反应可进行到底。对比环节：完成下面小课题——列表比较乙炔与乙烯在组成、含碳量、燃烧现象、与溴反应产物、加聚能力方面的异同。学生填表后总结：二者都能加成、被氧化、发生加聚，故不可用溴水或酸性高锰酸钾区分乙炔与乙烯；但含碳量差异导致燃烧黑烟程度不同，且乙炔的加成可分步控制，如与氯化氢在催化剂作用下控制比例主要生成氯乙烯：CH≡CH＋HCl—催化剂△→CH₂═CHCl教师拓展：氯乙烯是合成聚氯乙烯（PVC）的单体；两分子乙炔还可加成生成乙烯基乙炔，是合成氯丁橡胶的原料；2000年诺贝尔化学奖授予导电高分子研究，聚乙炔正是"塑料也能导电"的传奇主角。化学键上的一个"三键"，支撑起庞大的材料王国。【设计意图】四个实验环环相扣，既有现象的描述，更有证据链的思辨。通过杂质干扰的讨论培养批判性思维，通过分步加成的机理呈现突破难点，通过与乙烯的系统对比实现认知模型的建构，最后以材料科学史实提升学科价值认同。（五）课堂小结：绘制本节概念结构图学生自主绘制思维导图：以乙炔为中心，向外延伸出制法（原料、装置、除杂、收集）、结构（直线形、碳碳三键）、性质（物理性质、燃烧、氧化、加成、加聚）、用途（氧炔焰、PVC、合成橡胶）四个分支。教师选取两至三份作品投影点评，重点检查方程式书写的规范性和"结构决定性质"主线的呈现情况。（六）巩固练习1．写出实验室制取乙炔的化学方程式，并说明不能用启普发生器制取的两条理由。2．检验乙炔能否被酸性高锰酸钾溶液氧化之前，为什么要先通过硫酸铜溶液洗气？3．乙炔在空气中燃烧为什么会有浓烈黑烟？写出燃烧的化学方程式。4．写出乙炔与足量溴反应的总化学方程式，并指出该反应类型。5．如何用最简便的化学方法区分乙烷与乙炔两瓶无色气体？能否用溴的四氯化碳溶液区分乙炔与乙烯？说明理由。（七）作业布置基础作业：完成教材本节习题，整理乙烷、乙烯、乙炔三种烃的性质对比表格。拓展作业：查阅资料，了解我国以电石—乙炔路线生产PVC的产业现状，以及电石渣的综合利用途径，撰写200字左右的科普小短文，谈谈你对"化学工艺的绿色化"的理解。八、板书设计主板书分为三个区块。左栏：乙炔的结构。分子式C₂H₂，结构式H—C≡C—H，结构简式CH≡CH，直线形分子，三键＝1个σ键＋2个π键。中栏：制法。CaC₂＋2H₂O→Ca(OH)₂＋C₂H₂↑；装置要点：分液漏斗、饱和食盐水、硫酸铜除杂、排水法收集。右栏：性质与用途。物理性质（无色无味、难溶于水）；化学性质（燃烧冒黑烟、使酸性KMnO₄褪色、加成反应分步进行、可加聚）；用途（氧炔焰、氯乙烯→PVC）。副板书用于即时呈现学生板演、补充强调的易错点与课堂生发的有价值问题。九、教学评价设计本节课的评价贯穿三个环节。诊断性评价借助课前任务单了解学生对乙烯性质的掌握程度，据此调整对比教学的起点。形成性评价依托实验记录单与课堂问答，重点观察学生能否正确书写方程式、能否主动提出杂质干扰问题、能否论证装置选择的合理性。总结性评价通过课堂五个梯度练习实现，其中第5题的