Урок по химии на тему Углерод

9 класс

Тема урока: Углерод

Цель урока: расширить знания учащихся о неметаллах на примере углерода как химическом элементе и простом веществе, его строении, особенностях, свойствах.

Задачи урока:

1. Способствовать дальнейшему формированию знаний о периодической системе, строении атома, явлении аллотропии и свойствах простых веществ на примере углерода, умений применять полученные знания на практике.

2. Развивать критическое мышление, продолжить формирование умений и навыков устанавливать причинно-следственные связи между строением, свойствами и применением химических веществ. Развивать межпредметные знания учащихся.

3. Активизировать познавательную деятельность обучающихся на всех этапах урока, способствовать развитию логического мышления, умению устанавливать взаимосвязь состава, строения и свойств вещества, выявлять общее и единичное.

Ожидаемые результаты:

• предметные: усвоение обучающимися знаний об углероде на основании его положения в периодической системе и строения атома, аллотропных модификациях, о физических и химических свойствах и применении углерода;

• метапредметные: развитие навыков интеллектуальной работы, умений анализировать, планировать, систематизировать учебный материал, преобразовывать словесный материал в графический;

• личностные и коммуникативные: формирование умений работать в группе, (взаимодействовать, слушать и слышать, уважать чужую точку зрения, аргументировать свою собственную точку зрения), вести учебный диалог.

Тип урока: изучение нового материала.

Понятия, впервые вводимые на уроке:

• адсорбция

• активированный уголь

• фуллерены

Оборудование: ПСХЭ, выставка «Углерод в природе», фотографии сокровищ Алмазного фонда, таблетки активированного угля, противогаз.

Ход урока:

1. Организационный момент. Здравствуйте, ребята, садитесь! У нас сегодня гости.

Добрый день! Первым делом гоним лень:

На уроке не молчать, всем работать, отвечать

В мире много интересного, нам порою неизвестного

Миру знаний нет предела

Так скорей, друзья, за дело!

2. Актуализация знаний. Проверка домашнего задания по теме: «Фосфор»

- Каково строение атома фосфора?

- Какие степени окисления характерны для него?

- Что такое аллотропия?

- У каких элементов мы встречаемся с этим явлением?

(кислород, сера, фосфор)

- Какие аллотропные видоизменения фосфора мы изучили?

- В чем причины аллотропии? Почему простые вещества, образованные одним и тем же химическим элементом проявляют разные свойства?

(Причины аллотропии в разном строении кристаллических решеток, и разном числе атомов в молекулах простых веществ.)

3. Мотивация - стадия вызова

Учитель: задает вопросы, в ходе которых обучающиеся должны догадаться «Кто ОН?», т.е. о каком элементе или веществе идет речь:

1) ОН известен человечеству с древнейших времен.

2) Благодаря ЕМУ возникло все богатство и разнообразие видов растений и животных.

3) ОН входит в состав ДНК.

4) В организме человека массой 70 килограммов на ЕГО долю приходится 16 килограммов, в мышечной ткани ЕГО содержание составляет 64 %, а в костной ткани - 36 %.

О каком веществе идет речь?

Какое вещество мы будем изучать сегодня на уроке?

Сегодня на уроке мы более подробно познакомимся с ещё одним химическим элементом, представителем неметаллов - углеродом.

Углерод был известен человеку с глубокой древности. Он относится к числу довольно распространенных элементов.

Чем же интересен углерод?

Кто из Вас ребята выбрал географию? Что вы можете сказать об углероде из географии?

Кто из Вас ребята выбрал биологию? Что вы можете сказать об углероде из биологии?

Предполагаемые ответы учащихся:

По тому значению, которое он имеет в жизни человека, это особый химический элемент.

Посмотрите, повсюду нас окружает углерод: в связанном виде или в свободном состоянии. В атмосфере, гидросфере и литосфере, в растениях и животных, в нашей одежде и пище.

Так в атмосфере углерод входит в состав углекислого газа; ещё больше его содержится в водах морей и океанов.

В литосфере углерод встречается в свободном состоянии и в форме соединений.

Приглашаю Вас в музей: давайте посмотрим нашу выставку об углелоде. Углерод входит в состав карбонатов: это известняк, мел и мрамор.

Все горючие ископаемые - главные энергоносители нашего времени - нефть, газ, торф, каменный уголь - построены на углеродной основе, особенно богат углеродом каменный уголь (до 99%). Кстати, отсюда происхождение названия угле - род, то есть «рождающий уголь». Невозможно представить себе нашу жизнь без этих полезных ископаемых.

Среди жизненно важных элементов углерод - один из важнейших, жизнь на нашей планете построена на углеродной основе. Что это значит? Это значит, что растения в процессе фотосинтеза поглощают углекислый газ и образуют органические вещества - углеводы, белки, жиры. А эти вещества используют в качестве пищи другие живые организмы.

Углерод - основа многообразия органических соединений, из которых построены все живые организмы на нашей планете, в том числе и человек.

Вот такой замечательный элемент - углерод и такую колоссальную роль играют соединения углерода в жизни человека.

Что вы хотите узнать на уроке по данной теме?

Обучающиеся самостоятельно формулируют цель - на уроке мы должны изучить углерод, установить взаимосвязь между составом, строением и свойствами.

- Запишите в тетрадях число и тему урока.

4. Изучение нового материала - стадия осмысления:

Характеристика углерода по положению в периодической системе и строению атома. Актуализация знаний и применение их в новой ситуации.

Дайте характеристику углероду по положению в периодической системе и строению атома:

1.Положение в периодической системе

2.Заряд ядра и состав атома

3.Электронная формула

4.Формула внешнего уровня в возбужденном состоянии

5.Возможные степени окисления

6.Окислительно-восстановительная характеристика

7.Тип химической связи в простом веществе

8.Тип кристаллической решетки простого вещества

9.Формула высшего оксида и его характер

10.Формула гидроксида и его характер

Обратите внимание на строение внешнего уровня атома углерода, на котором есть свободная Р_z -орбиталь и спаренные S-электроны, а, следовательно, возможен переход электронов и возбужденное состояние атома.

Проверка через слайд.

Физические свойства углерода. Аллотропия.

Работа в группах (каждая группа читает информацию об одной из аллотропных модификаций углерода) Классификация полученной информации (заполнение таблицы)строение

физические свойства

применение

Внимательно прочитайте материал учебника §29 и дополнительную информацию об аллотропных модификациях углерода. Выберите и расставьте в правильной последовательности свойства каждого аллотропного соединения углерода.

Учтите, что аллотропных модификаций углерода - четыре. Долгое время модификацией углерода считался аморфный углерод. Однако рентгеновским спектральным анализом у него было обнаружено строение графита (микроскопическая структура).

Информационный текст:

Алмаз - бесцветный, прозрачный, не проводит электрический ток, очень твёрдый (по твёрдости занимает 1 место среди всех природных минералов).

При нагревании выше 1000⁰С без доступа воздуха превращается в графит.

Алмаз имеет атомную кристаллическую решётку. Каждый атом углерода очень прочно связан с четырьмя окружающими его атомами, расположенными вокруг него в вершинах тетраэдра. Длина связей 0,154 нм. Каждая вершина тетраэдра является общей для четырёх смежных тетраэдров. Вещества с атомной кристаллической решёткой отличаются низкой тепло- и электропроводностью, высокой твёрдостью, тугоплавкостью, химической инертностью. Алмаз - самое твёрдое природное вещество. В отсутствии кислорода он выдерживает нагревание до 2500 ⁰С без каких-либо изменений. Вес алмаза измеряется в каратах: 1 карат = 0,2 грамма.

Графит - серое вещество с металлическим блеском, жирное на ощупь, хорошо проводит электрический ток, мягкий, при ударе рассыпается на тонкие пластинки. При t=1600⁰C под высоким давлением превращается в алмаз, а при t=2000⁰C и низком давлении - в карбин.

Кристаллическая решётка графита тригональная, переходного типа между молекулярной и металлической. Атомы углерода расположены слоями, образованными шестичленными циклами. Слои смещены один относительно другого на половину диаметра шестичленного цикла. Каждый атом углерода окружён тремя соседними атомами. Длина каждой ковалентной неполярной связи 0,142 нм. Кроме того образуется единая сопряжённая система, образованная р-электронами атомов графита. Электроны в сопряжённой системе могут легко перемещаться, что обуславливает электропроводность графита и полуметаллический блеск. Поэтому внутри каждого слоя графита связи иногда называют ковалентно-металличекими. Расстояние между слоями составляет 0,335 нм, между ними фактически действуют достаточно слабые межмолекулярные связи. Следствием этого является целый ряд свойств графита - меньшая плотность по сравнению с алмазом (при сравнении алмаза и графита, можно выделить следующий парадокс: алмаз имеет самую высокую твердость, равную 10 баллам по шкале Мооса, тогда как графит - самую маленькую, равную 1 баллу), благодаря слабому сцеплению слоёв он очень мягок. Графит химически инертен и термически стоек.

Учитель

Единицей измерения драгоценных камней является карат. А что такое «карат»? В аравийской пустыне растет дерево Caratina silikva (каратина силиква), косточка плодов которого весит ровно 0,2 г. Этот точный вес косточки имеют всегда: в любой год и на любом дереве. Поэтому ювелиры древности и применяли для своих весов такие гирьки.

Графит превращается в алмаз при давлении 60000 атмосфер, и температуре 1600-2000 ºС.

Карбин - это мелкокристаллический порошок чёрного цвета. Впервые синтезирован в 60-х годах XX века советскими химиками, позднее был найден в природе. Кристаллы карбина состоят из линейных цепочек углеродных атомов, соединённых чередующимися одинарными и тройными или двойными связями. По твёрдости карбин превосходит графит, но значительно уступает алмазу. Он химически активнее графита. Обладает полупроводниковыми свойствами. При нагревании до 2800 ⁰С без доступа воздуха превращается в графит

Фуллерен - это замкнутая сферическая структура, образованная из определённого числа атомов углерода. Чаще всего встречаются структуры С₆₀, С₇₀, С₈₄. Молекула фуллерена представляет собой шар, поверхность которого состоит из пяти - и шестичленных циклов, образованных атомами углерода. Впервые фуллерены были синтезированы в 80-х годах XX века.

К аморфным формам углерода относятся - сажа, кокс, древесный уголь, стеклоуглерод.

Сажа - технический углерод. Самая въедливая, длительный контакт с ней вызывает рак кожи («болезнь трубочистов»), изменение структуры лёгких, нарушает их деятельность.

Стеклоуглерод - твёрдый материал, сочетающий свойства графита (хорошая электропроводность) и стекла (высокая твёрдость).

Адсорбция.

Адсорбция (от лат. Ad - на, при и sorbeo - поглощаю), поглощение какого-либо вещества из газообразной среды или раствора поверхностным слоем жидкости или твёрдого тела.

• Адсорбция - свойства угля и других твердых веществ поглощать и удерживать на своей поверхности газообразных или растворенных веществ.

• Адсорбенты - вещества, на поверхности которых происходит адсорбция.

• Десорбция - обратный адсорбции процесс (выделение поглощенных веществ).

Древесный уголь обладает уникальным свойством - способностью поглощать газообразные и жидкие вещества. Это свойство называется адсорбция. Впервые адсорбция была открыта в конце 18 века русским учёным Т. Ловицем, а впоследствии подробно изучена академиком Н.Д. Зелинским. Зелинский использовал способность углерода к адсорбции в конструкции противогаза. Это уникальное изобретение спасло миллионы жизней в годы Первой Мировой войны и до сих пор находит практическое применение при работах в агрессивных газовых средах - используется пожарниками, шахтёрами, спасателями. Это свойство используется в медицине - активированный уголь помогает вывести из организма токсичные вещества при пищевых отравлениях.

Проведите опыт: налейте в колбу с водой раствор перманганата калия и поместите в раствор таблетки активированного угля. Энергично перемешайте. Что наблюдаете?

Химические свойства углерода.

Используя свои знания об общих химических свойствах неметаллов, прогнозируйте, какими химическими свойствами будет обладать углерод?!

А) как окислитель;

Б) как восстановитель

Внимание: углерод при повышенной температуре вступает во взаимодействие с водой с образованием синтез - газа (смесь угарного газа и водорода), с оксидами металлов, восстанавливая их до свободных металлов. А также углерод взаимодействует с кислотами, проявляющими сильные окислительные свойства - с серной и азотной кислотой.

А) Углерод - окислитель:

Реакции с простыми веществами

C + 4Na → Na₄C

2 C + Ca → CaC₂

3 C + 4 Al → Al₄C₃

C + 2 H₂ → CH₄

Б) Углерод - восстановитель:

Реакции с простыми веществами

C + O₂ → CO₂

2 C + O₂ → 2CO

Подумайте, почему реакции с кислородом так протекают?

Алмаз и графит соединяются с кислородом при очень высокой температуре (800 и 600ºС соответственно). Сажа и уголь взаимодействуют с кислородом гораздо легче, сгорая в нем. (t =300ºC)

C + 2 Cl₂ → CCl₄

C + 2 S→ CS₂

Реакции со сложными веществами

C + H₂O → CO + H₂↑

C + 2 CuO → 2 Cu + CO₂

C + 4 HNO₃ → CO₂ + 4 NO₂ + 2 H₂O

</ конц.

C + 2 H₂SO₄ → CO₂ + 2 SO₂ + 2 H₂O

конц.

Углерод в природе. Применение углерода.

- нахождение углерода в природе:

Углерод находится в природе как в свободном состоянии, так и в виде многочисленных соединениях. Наиболее крупные месторождения графита образовались в результате воздействия высоких температур и давления на каменные угли. Некоторые из ископаемых углей содержат до 99% углерода. В свободном виде углерод встречается в виде алмаза и графита, а также залежей угля (чёрный, бурый уголь, антрацит).

Кроме ископаемого угля, в недрах Земли находятся большие скопления нефти, состоящей из различных углеродсодержащих соединений, а так же природного газа, который в основном состоит из метана (СН₄). В земной коре встречаются в огромных количествах соли угольной кислоты, особенно карбонат кальция: СаСО₃ - мел, мрамор, известняк, кальцит, ракушечник, жемчуг, перламутр, коралл; МgCO₃ - магнезит; СаСО₃∙МgCO₃ - доломит. В воздухе имеется диоксид углерода (СО₂ - углекислый газ). Наконец, растительные и животные организмы состоят из веществ (белки, жиры, углеводы), в образовании которых главное участие принимает углерод. Содержание углерода в живых организмах в расчёте на сухое вещество составляет: 34,5-40% у водных растений и животных, 45,4-46,5% у наземных растений и животных и 54% у бактерий. Таким образом, этот элемент относится к разряду распространенных на Земле, хотя общее его содержание в земной коре составляет около 0,1 % (11 по распространенности элементов в земной коре).

Углерод является главной составной частью всех органических веществ.

Применение углерода:

Алмаз применяется для изготовления:

• ювелирных украшений

• шлифовальных инструментов

• наконечников для буров

• инструментов для резки стекла

Графит применяют для:

• изготовление электродов и нагревательных элементов

• производства пластмасс

• производства смазочных материалов

• изготовления стержней карандашей

• изготовления блоков для атомных реакторов

Сажа применяется:

• в производстве резины как наполнитель

• для изготовления чёрных красок - типографическая краска, тушь

• для производства сапожной ваксы

5. Закрепление изученного материала - стадия рефлексии:

Аукцион: Представьте, что сегодня вы представитель своей компании:

1. ТЭЦ

2. металлургический комбинат

3. фармацевтическая кампания

4. карандашная фабрика

5. ювелирная промышленность

Какое аллотропное видоизменение углерода вы как представитель компании выберите? Поясните, почему.

Подведем итоги торгов: проданы наиболее распространенные модификации углерода - алмаз и графит. А оставшиеся модификации, в силу малой изученности пока остались невостребованными. Со временем карбин и фуллерен найдут своих покупателей.

Класс выполняет тест - Тест по теме: «Углерод»

1. Внешний уровень атома углерода:

А) 2 s ² 2 p ²

Б) 1 s ² 2p ²

В) 2 s ² 2 p ⁴

Г) 2 s ¹2 p ³

2. Из аллотропных видоизменений углерода наибольшую твердость проявляет:

А) уголь

Б) графит

В) алмаз

Г) карбин

3. Мягкий, слоистая структура, непрочные связи между слоями:

А) уголь

Б) алмаз

В) графит

Г) карбин

4.Тип кристаллической решетки алмаза:

А) молекулярная

Б) ионная

В) атомная

Г) металлическая

5. Адсорбция представляет собой:

А) процесс разложения вещества

Б) процесс выделения адсорбируемых веществ

В) химическое взаимодействие угля с газами

Г) поглощение газов или растворенных веществ поверхностью твердого вещества

6. Сортами аморфного углерода являются:

А) алмазы и бриллианты

Б) каменный, бурый уголь

В) древесный уголь, кокс и сажа

Г) графит и карбин

7. Углерод как окислитель вступает в реакции с:

А) металлами и водородом

Б) кислородом и водородом

В) водой

Г) оксидами металлов

8. Углерод как восстановитель вступает в реакции с:

А) кальцием

Б) кислородом

В) водородом

Г) алюминием

9. Графит не применяется для:

А) изготовление электродов

Б) изготовления стержней карандашей

В) инструментов для резки стекла

Г) изготовления блоков для атомных реакторов

10. Углерод не содержится в природе:

А) в свободном виде

Б) в углекислом газе

В) в мраморе

Г) в воде

Ключ к тесту:

1. А

2.В

3.А

4.В

5.Г

6.В

7.А

8.Б

9.В

10.Г

1-2 учащихся выполняют ОВР:

C + 4 HNO₃ → CO₂ + 4 NO₂ + 2 H₂O

конц.

C + 2 H₂SO₄ → CO₂ + 2 SO₂ + 2 H₂O

конц.

Подведение итогов уроков - «Синквейн»

Синквейн (от фр. cinquains, англ. cinquain) - это творческая работа, которая имеет короткую форму стихотворения, состоящего из пяти нерифмованных строк.

Синквейн - это не простое стихотворение, а стихотворение, написанное по следующим правилам:

1 строка - одно существительное, выражающее главную тему

2 строка - два прилагательных, выражающих главную мысль

3 строка - три глагола, описывающие действия в рамках темы

4 строка - фраза, несущая определенный смысл

5 строка - заключение в форме существительного (ассоциация с первым словом).

6. Итоги урока Выставление оценок с комментариями

7. Домашнее задание:

Всем - § 29; задания: 5,7,8 (письменно)

Сообщение 2 учащимся - круговорот углерода в природе

Карточки задания сдающим ОГЭ

Спасибо за урок!!!