Урок химии по теме 'Углерод и его соединения' (10 класс)

Тема: Углерод и его соединения

Класс: 10

Учитель: Сорокина О.Г, высшая категория

Цель: - обобщить и систематизировать знания о характерных особенностях углерода и его соединений.

Задачи:

а) образовательные - изучить электронное строение атома углерода, его аллотропные видоизменения, повторить зависимость свойств вещества от его состава и строения, изучить физические и химические свойства, получение и применение;

б) воспитательные - воспитывать культуру общения, культуру труда; желание активно, с интересом учиться.

в) развивающие - установление причинно-следственных связей (строение - свойства - применение), развивать логическое мышление, умение сравнивать, выбирать главное, навыки анализа, синтеза, обобщения, умение делать выводы.

Тип урока: изучение нового материала с мультимедийной поддержкой

Форма урока: комбинированный урок с использованием интерактивной доски.

Оборудование: модели кристаллических решеток алмаза и графита,

периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева, пробирки, активированный уголь, раствор перманганата калия,

интерактивная доска,

План урока

I. Организационный момент - 1 мин

II. Проверка знаний - 10 мин

III. Изучение нового материала - 30 мин

IV. Закрепление - 3 мин

V. Домашнее задание - 1 мин

Учитель: На прошлом уроке мы познакомились с общей характеристикой неметаллов, изучили характеристику элементов главной подгруппы IV группы, и урок начнём с проверки ваших знаний.

Сидящие на первом ряду будут решать расчётные задачи, сидящие на втором ряду будут выполнять тестовые задания по данной теме, а сидящие на третьем ряду будут выполнять задания по цепочке превращений. А также будут предложены вопросы для индивидуальных ответов.

Индивидуальный опрос

1. Составить общую характеристику неметаллов (письменный ответ)

2. Охарактеризовать элементы подгруппы углерода - положение в периодической системе, строение атомов, степени окисления (устный ответ по периодической системе)

3. Охарактеризовать элементы подгруппы углерода - состав и характер свойств оксидов и гидроксидов, летучих водородных соединений, особенности изменения неметаллических свойств в подгруппе (устный ответ по периодической системе)

Примеры расчётных задач

1) . Вычислите объём углекислого газа (н.у.), который выделился при взаимодействии 6,3 г азотной кислоты с 100 г мела, содержащего 8-% карбоната кальция.

2) При обжиге 100 г известняка получилось 33 г оксида углерода(IV). Найдите содержание карбоната кальция в (%) в этом образце.

3) Вычислите объём углекислого газа (н.у.), который выделится при взаимодействии 6, 3 г азотной кислоты с 100 г мела, содержащего 80% карбоната кальция:

4) Из известняка массой 125 кг, содержащего 20% примесей, получили оксид кальция массой 42 кг. Вычислите массовую долю выхода оксида.

5) К карбонату натрия массой 53 г добавили раствор, содержащий соляную кислоту массой 73 г. Вычислите объём выделившегося газа (н.у.):

Тестовый контроль знаний

1. К элементам главной подгруппы IV группы не относится:

a) Pb b) Si c) Sn d) C e) Ti

2. На внешнем энергетическом уровне атомов элементов подгруппы углерода находится электронов:

a) 2 b) 3 c) 4 d) 5 e) 6

3. Высшая валентность элементов подгруппы углерода равна:

a) II b) III c) IV d) V e) VI

4.Высшая степень окисления элементов подгруппы углерода равна:

a) +2 b) +3 c) +4 d) +5 е) +6

5. Низшую степень окисления углерод проявляет в соединении:

a) H₂CO₃ b) CH₄ c) CO₂ d) CO e) Na₂CO₃

6. Высшую степень окисления кремний проявляет в соединении:

a) SiO b) Al₄Si₃ c) SiH₄ d) Na₄Si e) H₂SiO₃

7. Общая формула высших оксидов элементов подгруппы углерода :

a) R₂O b) RO c) R₂O₃d) RO₂e) RO₃

8. К амфотерным оксидам относятся :

a) CO₂, PbO₂ b) CO₂, SiO₂ c) GeO₂, PbO₂

d) SiO₂, GeO₂ e) CO₂, SnO₂

9. Из летучих водородных соединений элементов подгруппы углерода наиболее устойчивым является :

a) PbH₄ b) GeH₄ c) CH₄ d) SiH₄ e) SnH₄

10. Из элементов подгруппы углерода наиболее ярко неметаллические свойства выражены у:

a) C b) Ge c) Si d) Sn e) Pb

Задание

Составьте уравнение реакций по схеме и назовите их продукты:

Al₄C₃ ← C → CO₂ → H₂CO₃ → CaCO₃ → CaO

↓

CH₄

II. Изучение нового материала

После общего знакомства с характеристикой элементов подгруппы углерода переходим к знакомству с самым загадочным и глобально значительным представителем данной подгруппы. Тема нашего урока «Углерод и его соединения»

И сегодня наша цель познакомиться с общей характеристикой углерода, с его строением, свойствами, получением и применением, а также изучить особенности свойств соединений углерода.

Урок мы начнём с составления общей характеристики углерода - эту тему мы уже изучали в кратком виде в курсе химии 9 класса и, надеюсь, что многие факты о углероде и его соединениях вы помните.

Нахождение углерода в периодической системе и строение атома

Итак, охарактеризуйте положение углерода в периодической системе (ответ ученика)

Какие сведения о строении атома углерода даёт его положение в периодической системе?) (ответ ученика)

К какому типу химических элементов относится углерод? (это p-элемент, так как в его атоме происходит заполнение электронов p-подуровня).

Запишем электронную и графическую формулу атома углерода. Возможен ли переход атома в возбуждённое состояние? (возможен, т.к. есть свободные р - орбитали) - после ответа учеников учитель проявляет записи на интерактивной доске

Какова низшая и высшая валентности атома углерода и чем это объясняется? (низшая валентность - II, т.к. в атоме есть два неспаренных электрона, а высшая валентность - IV , т.к. при переходе атома углерода в возбуждённое состояние число неспаренных электронов увеличивается до четырёх.) - после ответа учеников учитель проявляет записи на интерактивной доске

Какую высшую и какую низшую степени окисления может проявлять атом углерода? (высшая степень окисления «+ 4», низшая - «-4»)

Возможны ли промежуточные степени окисления?(да, возможны, «+2»)

- после ответа учеников учитель проявляет записи на интерактивной доске.

Нахождение углерода в природе

Учитель: Вспомните, встречается ли углерод в природе в свободном виде? А в виде соединений? (ответы учеников)

В свободном виде углерод встречается в виде алмаза и графита, а также залежей угля (чёрный, бурый уголь, антрацит, торф).

Входит в состав нефти и природного газа, как элемент.

Входит в состав огромного числа минералов, основными из которых являются:

CaCO3 - мрамор, известняк, мел, кальцит, ракушечник, жемчуг, перламутр,

коралл.

MgCO3 - магнезит.

CaCO3 * MgCO3 - доломит.

Составляет 0,1% от массы земной коры. Углерод является главной составной частью всех органических веществ

На интерактивной доске демонстрируются слайды с фотографиями минералов - кальцит, ракушечник, жемчуг, кораллы, мел, мрамор.

Следующий блок - Получение углерода

В связи с тем, что в природе имеется достаточное количество углерода в чистом виде, нет необходимости в его искусственном получении.

Для получения углерода в лаборатории используют реакцию обугливания органических веществ под воздействием серной кислоты.

C₆ H₁₂O₆ → 6 C + 6 H₂O

Физические свойства

Физические свойства углерода зависят от вида аллотропного видоизменения.

С аллотропными видоизмениями углерода вы уже знакомились в курсе химии 8 и 9 классов.

Учитель: Вспомните, сколько известно аллотропных соединений углерода? (алмаз, графит, карбин).

Дайте краткое описание физических свойств алмаза и графита (ответы учеников)

Поясните, с чем связано столь резкое отличие физических свойств графита и алмаза? (с типом кристаллических решёток и с особенностями расположения атомов в них)

Запишите:

Углерод образует несколько аллотропных видоизменений - алмаз, графит, карбин и фуллерен.

Из них первые два встречаются в природе, а остальные получены искусственно.

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

При нагревании выше 1000 0С 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 (слайд № 17)

Графит - серое вещество с металлическим блеском, жирное на ощупь, хорошо проводит электрический ток, мягкий, при ударе рассыпается на тонкие пластинки. При t=1600 0C под высоким давлением превращается

в алмаз, а при t=2000 0C 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, благодаря слабому сцеплению слоёв он очень мягок. Графит химически инертен и термически стоек.

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.

Древесный уголь обладает уникальным свойством - способностью поглощать газообразные и жидкие вещества. Это свойство называется адсорбция. Впервые адсорбция была окрыта 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 военное время и до сих пор находит практическое применение при работах в агрессивных газовых средах - используется пожарниками, шахтёрами, спасателями.

Проведём опыт - налейте в пробирку раствор перманганата калия и поместите в раствор таблетку активированного угля. Энергично перемешайте. Что наблюдаете? (ответ ученика) Произошла адсорбция перманганата калия. Это свойство используется в медицине - активированный уголь помогает вывести из организма токсичные вещества при пищевых отравлениях.

Химические свойства

Мы познакомились с простыми веществами, которые образует углерод. А знаете ли вы, с какими веществами углерод вступает в химическое взаимодействие, и какие свойства при этом проявляет?

Обратите внимание на положение углерода в периодической системе и поясните особенности его окислительно-восстановительных свойств (ответ ученика)

Учащимся предлагается задание проанализировать изменение степени окисления углерода и распределить предложенные уравнения реакций на окислительные и восстановительные свойства. Этот вид работы проводится с реакциями, отражающими взаимодействие углерода с простыми веществами.

Реакции с простыми веществами

C + O₂ → CO₂

2 C + O₂ → 2CO

C + 4Na → Na₄C

2 C + Ca → CaC₂

C + 2 Cl₂ → CCl₄

C + 2 S→ CS₂

3 C + 4 Al → Al₄C₃

C + 2 H₂ → CH₄

Реакции со сложными веществами

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

C + H₂O → CO + H₂↑

C + 2 CuO → 2 Cu + CO₂

C + 2 ZnO → 2 Zn + CO₂

C + 4 HNO₃ → CO₂ + 4 NO₂ + 2 H₂O

конц.

C + 2 H₂SO₄ → CO₂ + 2 SO₂ + 2 H₂O

конц.

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

А теперь переходим к характеристике соединений углерода. Вспомните, какие из этих соединений уже изучались в курсе химии 9 класса? (оксиды углерода (II) и (IV), угольная кислота и её соли карбонаты) Характеристику этих соединений вы будете составлять самостоятельно по плану, используя материал учебника и собственные знания. Запишите план характеристики:

План характеристики соединения

1. Молекулярная формула

2. Структурная формула

3. Способы получения

4. Физические свойства

5. Химические свойства

6. Применение

7. Особые сведения

Домашнее задание учебник «Химия -10», авторы Н.Нурахметов и др, изд-во «Мектеп», 2014 г

§ 7.5, стр. 219 упр.11, 15