师：同学们，今天我们一起来学习人教版选择性必修三第二章第一节烷烃的第一课时——烷烃的结构和性质。这是我们今天的学习目标：首先，通过微观的化学键视角分析几种简单烷烃分子的结构，以甲烷的结构为模型认识烷烃的结构；其次，能依据烷烃的性质预测烷烃可能具有的化学性质；最后，通过对典型烷烃代表物的部分物理性质的数据分析，认识烷烃同系物物理性质的递变与其微观结构的关系。
师：首先，请同学们翻开课本，看到第二章的首页插图，展示的是停泊在原油码头的一艘45万吨级的游轮。原油的成分是烃的混合物，烃是一类重要的化工原料。我们生活中的许多物品，如塑料水杯、汽车轮胎，都是以各类烃为主要原料制得的。烃为什么会有如此重要的作用呢？这些重要的作用与它们的哪些性质有关呢？这是第二章将要学习的内容。
师：烃是仅含碳、氢两种元素的有机化合物，由此，烃又称为碳氢化合物。根据结构的不同，烃可分为烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃等。在本章书中，我们将通过其代表物甲烷、乙烯、乙炔等的结构和性质来认识各类烃的结构和性质。我们将从碳氢元素比和分子组成角度来认识烃中碳原子的饱和程度，从分子结构角度来认识化学键的类型。这两个角度也是我们认识化学反应中烃分子可能的断键部位与相应反应类型的主要依据。本节课我们先来学习第一节烷烃。下面请同学们先来观看一段视频。
（播放我国首次成功试开采可燃冰的视频）
师：我国实现了首次成功试开采可燃冰，这也标志着我国可燃冰的勘察试采工作进入到了一个崭新的发展阶段，对于未来清洁能源的利用意义重大。可燃冰是在高压低温下形成的冰状固态物，常温常压下它会迅速地分解成水跟甲烷。所以我们在一般情况下是把它保存在零下196度的液氮里边，防止可燃冰样品分解。如此低温的可燃冰如何能够燃烧？它在海底大概保存的深度是海底以下100多米到200米左右，上面还有一千多米的海水，在自然状态下、海底赋存的情况下，大致会有100多个大气压的压力，所以它是在一个高压低温的环境里形成的。一立方米的可燃冰理论上可以释放出大约160立方米的甲烷气体。
师：视频中的主角就是我们今天要讲的烷烃的代表物——甲烷。除了甲烷，还有哪些物质也属于烷烃呢？请看以下图片，展示的是生活中常见的物质：天然气、液化石油气、汽油、柴油、凡士林、石蜡。大家知道它们的主要成分吗？
生：这些物质的主要成分都是烷烃。
师：对，烷烃是一类最基础的有机化合物。烷烃数量繁多，我们只能选择一些典型代表物进行学习。那如何系统地把握所有烷烃的性质呢？
生：由于结构决定性质，可以先从烷烃的结构入手。
师：非常好。下面请同学们根据图中所示烷烃的分子结构写出相应的结构简式和分子式，并分析它们在组成和结构上的相似点。观察图中几种烷烃分子的球棍模型，分析一下它们在分子组成上有什么样的规律呢？你能归纳出链状烷烃的通式吗？
生：烷烃分子在分子组成上都相差一个或若干个CH?原子团，每个碳原子上连有两个氢原子，在碳链两端还有两个氢原子，因此链状烷烃的通式可以归纳为C?H????。
师：非常棒。接下来，请同学们继续分析烷烃分子中的碳原子呈现方式有何规律。
生：从球棍模型可以看到烷烃的结构与甲烷相似，分子中只存在单键，碳原子都采取了SP3杂化方式，以伸向四面体四个顶点的方向，与其他碳原子或氢原子结合成σ键。
师：像甲烷、乙烷、丙烷、丁烷这些结构相似，分子组成上只相差一个或若干个CH?原子团的化合物，称为同系物。同学们，你们掌握同系物的概念了吗？下面我们来做一道题目检测一下：下列物质中与正戊烷互为同系物的是。同系物的判断要点有两个，一是要结构相似，二是分子组成不同。结构相似指的是官能团的类型和数目一定相同，具有相同的通式；分子组成不同指的是分子式不同，也就意味着碳原子数一定不同。下面我们来看一下选项，正戊烷的分子式为C?H?? ，A中分子式为C?H??，它们组成上相差一个CH?原子团，因此互为同系物；而B、C两个选项分子式与正戊烷相同，不属于同系物，其中D为正戊烷的同分异构体，C与正戊烷为同一物质；D选项分子中含有碳碳双键，结构与正戊烷不同，因此不属于同系物。本题的正确答案为A。
师：我们来归纳一下烷烃的结构特点：烷烃分子中的碳共价键全部都是单键，碳原子都采取了SP3杂化，形成C - H σ键或C - C σ键，链状烷烃的碳链为锯齿形，具有相同的通式，碳原子数不同的链状烷烃都互为同系物。请思考：烷烃分子中所有的原子是否能够全部共面呢？
生：不能，因为烷烃分子中的碳原子都采取了SP3杂化方式，每个碳原子周围的四个原子都会构成四面体结构，所以烷烃中所有的原子不可能共平面。
师：根据结构决定性质，烷烃的结构与甲烷相似。由此，你能预测出烷烃的性质吗？请同学们先来回忆一下甲烷的性质。
生：甲烷是一种无色、难溶于水的可燃性气体，常温下化学性质稳定，但在光照条件下能与氯气发生取代反应。
师：从结构角度来看，烷烃的成键方式与甲烷相似，那么它们的性质是否也相似呢？下面请同学们分析以下数据，根据烷烃的分子结构特点，大家能得出什么结论呢？
生：烷烃分子中只含碳、氢两种元素，这两种元素电负性相差不大，所构成的共价键极性比较小，在化学反应中难以断裂；而且烷烃分子中只含有碳 - 单键和碳 - 氢键，这两种共价键的键能比较大，意味着在化学反应过程中需要较大的能量才能使其发生断裂。所以，在常温下烷烃的化学性质稳定。
师：下面请同学们根据甲烷的性质来推测烷烃可能具有的性质，填写下表。联系生活中常见的烷烃存在和用途，我们可以推测烷烃应该是无色、难溶于水的气体、液体或固体，在空气中可以燃烧，与酸性高锰酸钾溶液、溴的四氯化碳溶液、强酸强碱溶液均不发生反应，但在光照的条件下可以与氯气发生取代反应。
师：事实是否如此呢？请同学们根据甲烷的熔沸点和密度数据，预测出其他烷烃的相关物理性质吗？
生：与甲烷类似，乙烷、丙烷、丁烷在常温下都是气体，密度均小于水，其他烷烃也有类似物理性质。但是随着碳原子数的增加，烷烃的熔点、沸点依次升高，密度依次增大。
师：为什么会出现这样的递变规律呢？
生：因为随着碳原子数的增加，烷烃相对分子质量增大，分子间作用力增大，导致熔点、沸点依次升高，所以在常温下烷烃的状态也逐渐由气态向液态、固态递变。
师：下面请同学们思考一个问题：打火机中冲入的是一种加压液化后的烷烃物质，到底是哪一种烷烃呢？请同学们结合表中的数据做出推测并给出合适的理由。
生：冲入打火机中的烷烃物质要求常温下是气体，引燃后能够安静燃烧；加压能够迅速液化，减压立即气化。所以该烷烃的沸点不能太高，也不能太低。如果沸点太低，则难以液化，若沸点太高，则难以汽化。从表中看到正丁烷的沸点为零下0.5摄氏度，常温下稍微加压便可以液化，减压又能立即汽化，因此丁烷为打火机中的理想填充气体。
师：那么，丁烷是否是奥运火炬的理想燃料呢？其实奥运火炬传递路线中可能会存在一些极寒地区，温度可能会达到零下20摄氏度。考虑到环境温差，奥运会举办国常采用的火炬燃料是液化石油气，主要成分是丙烷和丁烷的混合物。在2008年北京奥运就采用了纯度为99%的丙烷作为火炬的燃料。由此我们可以归纳出烷烃的物理性质：由于烷烃分子的呈现方式相似，因此在物理性质上有密度小、难溶于水而易溶于有机溶剂等共同点；但分子组成上的差异又导致烷烃的某些物理性质出现规律性变化。下面请同学们根据甲烷的燃烧反应写出汽油的成分之一辛烷完全燃烧的化学方程式。