План-конспект уроку з хімії (9 клас) на тему: Урок Вуглець. | скачати безкоштовно | Соціальна мережа працівників освіти

1. 1.Подгруппа вуглецю. Загальна характеристика хімічних елементів підгрупи вуглецю.
2. 3. Будова атома вуглецю

Тема 2 9 класс

Урок 40.

Тема уроку: Вуглець

Мета уроку: вивчити будову атома вуглецю і його хімічні властивості властивості, познайомити з алотропна видозмінами, які утворює вуглець, р ассмотреть будова і властивості алмазу і графіту, познайомити їх практичним значенням, дати поняття про аморфному вуглеці і його сортах, познайомити учнів з явищем адсорбції і його практичним значенням.

продовжувати розвивати поняття - хімічна реакція, ступінь окислення хімічних елементів і її значення, відпрацьовувати вміння та навички в розстановці коефіцієнтів в рівняннях, розвиток поняття хімічний елемент і проста речовина на підставі вже наявних знань про будову атома хімічного елемента і залежності властивостей хімічного елемента від положення його в Періодичній системі хімічних елементів Д.І. Менделєєва, розвивати самостійність учнів в роботі з підручником, з науково-популярною літературою, художніми творами, продовжити формування умінь спостерігати, порівнювати, робити висновки на основі результатів своїх власних досліджень, розвивати пізнавальну активність учнів в роботі.

виховання і розвиток навичок індивідуальної роботи, розвиток комунікативних здібностей учнів, формування умінь працювати з Періодичної системою хімічних елементів Д. І. Менделєєва, виховання ощадливості й акуратності.

Учні повинні знати: характеристику вуглецю, як хімічного елемента і простого речовини, його аллотропние видозміни і їх практичне значення, поняття адсорбції і його практичну спрямованість.

Учні повинні вміти: доводити хімічні властивості вуглецю, як простого речовини, записувати рівняння хімічних реакцій, користуватися методом розстановки коефіцієнтів у результаті складання схем електронного балансу, порівнювати і аналізувати навчальний матеріал, користуватися Періодичної системою хімічних елементів Д. І. Менделєєва, виховання ощадливості й акуратності , використовуючи при цьому раніше отримані знання.

Методи: словесний - бесіда, розповідь,

наочно-ілюстративні - демонстрація таблиць, моделей кристалічних решіток вуглецю,

практичний - рішення задач.

Обладнання: Періодична система хімічних елементів Д. І. Менделєєва, моделі кристалічних граток вуглецю - алмазу і графіту, активоване вугілля, деревне вугілля.

Хід уроку: 1. Організаційна частина уроку.

2. Перевірка знань учнів.

Питання і завдання опитування:

1.Запішіте рівняння хімічної реакції з точки зору електролітичноїдисоціації між хлоридом міді (II) і карбонатом натрію.

2. Запишіть рівняння хімічної реакції каталітичного окислення аміаку і розберіть його з точки зору окисно-відновного процесу.

3.Питання:

- Що називають хімічним елементом?

(Хімічний елемент - це атоми одного виду, що мають однаковий заряд ядра).

- В яких формах існує хімічний елемент?

(Хімічний елемент існує в трьох формах: вільні атоми, прості речовини, складні речовини).

- Які речовини називають складними?

(Складними називають речовини, молекула яких утворена атомами різних хімічних елементів).

- На які класи діляться складні речовини?

(Складні речовини діляться на чотири класи: оксиди, підстави, кислоти, солі).

- Які речовини називають солями?

(Солі - це складні речовини, молекула яких складається з атомів металу і кислотних залишків).

- Які речовини називають кислотами?

(Кислоти - це складні речовини, молекула яких складається з атомів водню і кислотного залишку).

- Які речовини називають оксидами?

(Оксиди - це складні речовини, що складаються з двох хімічних елементів, один з яких кисень зі ступенем окислення - 2).

- Які речовини називаються простими?

(Речовини, молекули яких складаються з атомів одного хімічного елемента, називаються простими).

3. Вивчення програмного матеріалу.

1.Подгруппа вуглецю. Загальна характеристика хімічних елементів підгрупи вуглецю.

Головну підгрупу елементів четвертої групи періодичної системи складають: вуглець (С), кремній (Si), германій (Ge), олово (Sn), свинець (Рb). На зовнішньому рівні у них по чотири електрона, електронні конфігурації мають вигляд: nS 2 nP 2. Вони в з'єднаннях виявляють ступеня окислення від -4 до +4. Зверху вниз в підгрупі металеві властивості посилюються, а неметалічні слабшають. Вуглець і кремній є типовими неметалами, германій проявляє амфотерні властивості, а олово і свинець є типовими металами.

Вуглець існує в наступних аллотропних модифікаціях: алмаз, графіт, карбін. У 1990 р з сажі, утвореної при випаровуванні графіту в електричної дузі в атмосфері гелію, була виділена нова форма С - фулерен С 60.

Підгрупа вуглецю - IV група, головна підгрупа - «А» - вуглець , Кремній, германій,

олово, свинець.

Будова атомів хімічних елементів вуглецю і кремнію

Назва

хімічного

елемента

Схема будови атома

Електронна будова останнього енергоуровня

Формула вищого оксиду RO 2

Формула летючого водневого з'єднання

RH 4

1. Вуглець

C + 6) 2) 4

... 2s 2 2p 2

C +4 O 2

C -4 H 4

2. Кремній

Si +14) 2) 8) 4

... 3s 2 3p 2

Si +4 O 2

Si -4 H 4

Як видно з схем будови атомів, на зовнішньому енергетичному рівні цих елементів знаходиться 4 електрона, тому, вуглець і кремній виявляють ступінь окислення +4 і -4.

Зі схеми видно, що у тому вуглецю два неспарених електрона на зовнішньому рівні (аналогічно і у кремнію). Цим пояснюється, що вуглець і кремній можуть мати ступінь окислення +2 (Наприклад, СО - чадний газ). Переходячи в збуджений стан, один з s-електронів може перейти на вільну p-орбіталь. Тоді в атомах з'являється 4 неспарених електрона і ступінь окислення дорівнює +4 і - 4.

Зміна властивостей в підгрупі.

У підгрупі вуглецю з ростом порядкового номера заряд ядра атомів збільшується, число електронів на зовнішньому рівні постійно, число енергетичних рівнів в атомах росте і радіус атома збільшується від вуглецю до свинцю, тяжіння негативних електронів до позитивного ядра слабшає і здатність до віддачі електронів збільшується, і, отже, в підгрупі вуглецю з ростом порядкового номера неметалічні властивості убувають, а металеві посилюються.

З і Si - неметали, Ge - напівпровідник, Sn і Pb - метали.

2.Положеніе атома вуглецю в Періодичній системі хімічних елементів Д.І. Менделєєва.

1. Хімічний знак - С
2. Порядковий номер - 6
3. Атомна маса - 12,01
4. Вуглець знаходиться в IV групі, гл. підгрупі, 2 малий період.

3. Будова атома вуглецю

• Заряд ядра атома +6

• Склад ядра: 6 протонів і 6 нейтронів, 12

• Електронна оболонка: 2е, 4е

Електронна формула: +6 З 2е; 4е

+6 С 1S 2 2S 2 2р 2

Зі схеми видно, що у атома вуглецю два неспарених електрона. Отже, вуглець в цьому випадку має валентність рівну двом і ступінь окислення +2. Наприклад, в оксиді

З +2 Про -2. Але при припливі енергії один з s-електронів може переходити на вільну

р-орбіталь. Тоді утворюється 4 неспарених електрона. Підвищується валентність до 4 і ступеня окислення виявляються рівними +4 і -4. Наприклад в речовинах З +4 О 2 -2 і С -4 Н 4 +.

+6 С 2е, 4е, 1s 2 2s 1 2p 3

Сімейство - р-елемент

Найважливіші ступеня окислення: - 4; 0; +4.

Характер елемента - Вуглець неметалл.

+4 е С - 4е

окислювач з Ме і Н 2 відновник з Немі

Mg 2 С; СH 4 СCl 4

Висновок: Вуглець віддаючи все зовнішні електрони елементам, окислюється, переходячи в С +4. Беручи 4 електрона на свій зовнішній електронний рівень від сильніших відновників, він відновлюється до С -4.

4. Вуглець в природі, аллотропия вуглецю.

Всі ви знаєте алмаз.

Вугілля бачили не раз,

Чорне вугілля антрацит,

Добре в вогні горить.

Я в будівництво прийшов,

Застосування там знайшов,

І куди я не піду,

Усюди людям допоможу!

Знаю, що ти - вуглець,

Отепляющее весь народ,

Ти тепло приносиш людям,

І тебе ми не забудемо.

Отже, вуглець - це цар живої природи, хоча в природі його знаходиться тільки 0,35%.

Вуглець в природі знаходиться як у вільному вигляді, так і у вигляді сполук. У вільному вигляді вуглець зустрічається у вигляді графіту і алмазу, а у вигляді сполук в живих організмах. Його з'єднання складають основу живої природи - флори і фауни. Кам'яне вугілля, торф, нафта містять вуглець. У земній корі міститься 0,23% вуглецю по масі. Природними неорганічними сполуками вуглецю є - карбонати. Їх вміст в земній корі 10 в 16 ступені тонн. Основним карбонатних матеріалом є кальцит CaCO3, який утворює вапняк, крейда, мармур. Багато вуглецю і в горючих копалин: вугіллі (99%), нафти, торфі (57%), сланцях, природних газах. Деякі кам'яне вугілля - антрациту - містять до 98% чистого вуглецю.

5. Алотропні видозміни вуглецю.

Чистий вуглець зустрічається у вигляді двох модифікацій: алмазу і графіту. Обидві вони відомі людині з давніх часів. У 1797 р Лавуазьє довів, що алмаз і графіт є вуглець. Через 10 років Теннант виявив, що при спалюванні однакових мас алмазу і графіту виділяється однакова кількість СО 2.

Графіт.

Графіт - кристалічна речовина сірого кольору з металевим блиском. Графіт має будову шаруватої гексагональної кристалічної решітки. Він проводить електричний струм, м'який, легко подрібнюється.

У природі графіт зустрічається в кристалічному вигляді. Найбільш відомий лускатий графіт, кристали якого є дрібні лусочки. Безліч подібних дрібних лусочок залишає на аркуші паперу грифель олівця. Інший різновид графіту - ськритокрісталлічеського або аморфний. Його кристали настільки малі, що їх можна виявити тільки за допомогою мікроскопа.

Графіт - речовина темно-сірого або чорного кольору, має металевий блиск, плавиться при температурі 3800 градусів, добре проводить тепло і електричний струм, в хімічному відношенні інертний.

Графіт має магматичної походження або утворюється в результаті метаморфізму вугілля і навіть вапняків під впливом високих температури і тиску. Беручи в руки олівець, і не подумаєш, що його графітовий стрижень народився з рослини.

Людина з давніх-давен застосовував графіт як барвника, для виготовлення вогнетривких судин, а з 16 століття в якості грифелей для олівців. Зараз спектр застосування граніту значно розширився: його використовують не тільки для виготовлення олівців, а й в ливарній справі, порошкової металургії, електротехніці, виробництві мастильних матеріалів, фарб, сповільнювачів нейтронів для атомних реакторів. З графіту одержують штучні алмази, напівпровідники.

Структурна формула ділянки одного вуглецевого шару графіту (а) і просторове розташування атомів в кристалічній решітці графіту (б). Усередині шарів атоми вуглецю зв'язані один з одним міцними ковалентними зв'язками, а між шарами діють набагато слабші сили міжмолекулярної взаємодії.

Алмаз.

Алмаз - найтвердіша речовина, знайдене в природі. Алмаз має кристалічну будову тетраедра, де один атом вуглецю знаходиться в центрі, а в чотирьох вершинах теж по атому вуглецю. кожен атом вуглецю пов'язаний з чотирма сусідніми міцними ковалентними зв'язками. Така будова обумовлює високу твердість алмазу. Він не проводить електричний струм.

Алмаз - найтвердіший матеріал на Землі, недарма в перекладі з арабської це слово означає «твердий». По твердості він в 1000 разів перевершує кварц і в 150 разів - корунд, який займає друге місце в шкалі твердості. Це властивість поєднується з високою механічною міцністю, стійкістю до хімічних реагентів: кислоти і луги на алмаз не діють. Всі ці особливості пов'язані з тим, що алмаз - найчистіший вуглець з особливою кристалічною структурою.

І ще одна якість цього каменю - рідкість. Серед природних алмазів переважають дрібні, великі - велика рідкість, алмази в сотні каратів унікальні, тому їм присвоюють власні імена.

У вітринах Алмазного фонду в Москві розміщено понад 500 великих ювелірних алмазів: «Зірка Якутії» (232 карата), «Велика Ведмедиця» (114 карат), «Марія» (106 карат). А найбільший алмаз «Імені 26 партз'їзду», знайдений в 1981 році, має масу 68,5г. тут же зберігається відомий у всьому світі прозорий з блакитно-зеленим відтінком діамант «Орлів». Ще один алмаз, який залишив помітний слід в історії, носить назву «Шах» (88,7 карата). Він прозорий з жовтуватим відтінком, по формі нагадує саркофаг.

Кажуть, що три головних переваги справжнього дорогоцінного каменю - це краса, довговічність, рідкість. Промінь світла заломлюється в алмазі і, відбиваючись від численних граней, райдужно виблискує. Ця святкова гра світла і зробила його королем коштовностей.

Техніка 21 століття з її високими вимогами до якості немислима без алмазів. У технічних цілях для виготовлення ріжучих інструментів використовують дрібні і непрозорі камені. Алмазними коронками бурять сверхглубокие свердловини.

Структурна формула алмаза (а) і будова його атомного кристала (б). Атоми вуглецю утворюють вигнуті шестичленні кільця. При цьому кожен атом вуглецю знаходиться в центрі правильного тетраедра, в вершинах якого - інші вуглецеві атоми. пов'язані з ним ковалентними зв'язками. Кути між зв'язками становлять 109 про - як в математичному тетраедра.

Карбин

Карбин - являє собою лінійний полімер з чергуються простими і потрійними зв'язками, проявляє напівпровідникові властивості. Чорний порошок; ρ = 2 г / см 3; напівпровідник.

Складається з лінійних ланцюжків -C≡C-C≡C- і = С = С = С = С =.

При нагріванні переходить в графіт.

В кінці 80-х років XX століття було виявлено ще одне алотропна видозміна - фуллерит. Він, на відміну від алмазу і графіту, має не атомну, а молекулярну кристалічну решітку.

Атоми вуглецю можуть утворювати також порожнисті трубки - так звані нанотрубки. В даний час фулерени і нанотрубки розглядаються в якості основи для технологій майбутнього.

З'єднання вуглецю дуже поширені: всі живі організми, кам'яне вугілля, торф, нафта та ін. Містять вуглець. Вуглець входить до складу багатьох неорганічних речовин (вапняк, крейда, мармур).

6. Хімічні властивості вуглецю.

Хімічні властивості ВУГЛЕЦЮ

Вуглець - малоактивний, на холоді реагує тільки з фтором; хімічна активність проявляється при високих температурах.

З - відновник

З 0 - 4 е - → З +4 або С 0 - 2 е - → З +2

З - окислювач

З 0 + 4 е - → З -4

1. з киснем C 0 + O 2 t˚C → CO 2 вуглекислий газ

при нестачі кисню спостерігається неповне згоряння утворюється чадний газ:

2C 0 + O 2 t˚C → 2C +2 O

2. зі фтором

З + 2F 2 → CF 4

3. з водяною парою

C 0 + H 2 O t˚C → З +2 O + H 2 водяний газ

4. з оксидами металів

З + Me x O y = CO 2 + Me

C 0 + 2CuO t˚C → 2Cu + C +4 O 2

5. з кислотами - окислювачами:

C 0 + 2H 2 SO 4 (конц.) → З +4 O 2 + 2SO 2 + 2H 2 O

З 0 + 4HNO 3 (конц.) → З +4 O 2 + 4NO 2 + 2H 2 O

1. з деякими металами утворює

карбіди 4Al + 3C 0 t˚C → Al 4 C 3 -4

Ca + 2C 0 t˚C → CaC 2 -1

2. з воднем

C 0 + 2H 2 t˚C → CH 4

Висновок: Вуглець проявляє як відновлювальні, так і окисні властивості,

найпоширенішою є реакція взаємодії вуглецю з киснем, в результаті якої утворюються два оксиду СО - чадний газ і СО 2 - вуглекислий газ.

7. Адсорбція вуглецю.

адсорбція - поглинання газоподібних або розчинених речовин поверхнею твердого речовини.

Зворотний процес - виділення цих поглинених речовин - десорбція.

Застосування адсорбції: очищення від домішок у виробництві цукру,

для захисту органів дихання -протівогази,

в медицині-таблетки «Карболен».

8. Кругообіг вуглецю в природі.

В атмосфері міститься вуглекислий газ. Це з'єднання утворюється при диханні живих організмів і при згорянні палива. Тому в міській місцевості, поблизу фабрик і заводів, через величезної кількості транспорту вуглекислого газу, звичайно, ж більше, ніж в сільській місцевості. Він утворюється при тлінні і гниття органічних речовин. Набагато більше, ніж в повітрі, вуглекислого газу міститься в водах морів і океанів. Вуглець - складова частина кам'яного вугілля, торфу, нафти. Всі перераховані джерела вуглецю беруть участь у кругообігу його в природі. З атмосфери і природних вод вуглекислий газ поглинається зеленими рослинами (фотосинтез), а в результаті процесів дихання, бродіння, гниття, він знову надходить в атмосферу і води морів і океанів. Дуже великі кількості Вуглекислого газу виділяються при виверженні вулканів.

9. Застосування вуглецю.

Алмази широко застосовуються для різання гірських порід і шліфування особливо твердих матеріалів. З алмазів при огранювання роблять ювелірні прикраси. Графіт застосовують для виготовлення інертних електродів і грифелей олівців. У суміші з технічними маслами як мастильний матеріал. З суміші графіту з глиною виготовляють плавильні тиглі. Графіт використовують в ядерній промисловості, як поглинач нейтронів.

Кокс застосовують в металургії, як відновнік. Деревне вугілля - в ковальських горнах, для отримання пороху (75% KNO 3 + 13% C + 12% S), для поглинання газів (адсорбція), а також в побуті. Сажу застосовують, як наповнювач гуми, для виготовлення чорних фарб - друкарська фарба і туш, а також в сухих гальванічних елементах. Скловуглець застосовують для виготовлення апаратури для сильно агресивних середовищ, а також в авіації і космонавтиці.

Активоване вугілля поглинає шкідливі речовини з газів і рідин: їм заповнюють протигази, очисні системи, його застосовують в медицині при отруєннях.

ДЕРЕВНЕ ВУГІЛЛЯ.

Деревне вугілля - мікропористий високовуглецевий продукт, що утворюється при розкладанні деревини без доступу повітря. Застосовується у виробництві кристалічного кремнію, сірковуглецю, чорних і кольорових металів, активованого вугілля і т. Д., А також як побутове паливо (питома теплота згоряння 31,5-34 МДж / кг).

У творі Ж. Верна «Таємничий острів» говориться: «Вугілля - найцінніше з корисних копалин і природа наче вирішила довести це, створивши алмаз, бо він, по суті не що інше, як кристалічний вуглець».

Деревне вугілля отримують при нагріванні без доступу повітря. Це вугілля Завдяк життя без порістій ​​поверхні має чудову здатність поглінаті гази и розчінені Речовини. Саме це властивість називається адсорбцією. Чим більше пористість вугілля, тим ефективніше адсорбція. В аптеках його продають у вигляді чорних таблеток карболену (активоване вугілля).

Дуже цікаво описано подібне властивість вуглецю в казці В.Ф.Одоевского «Мороз Іванович»: «... між тим Рукодільниця повернеться, воду процідить, в глечик наллє, та ще й яка

витівниця: коли вода не чиста, так зверне аркуш паперу, накладе в неї вугіллячок, та піску великого насипле, вставить ту папір в глечик, та наллє в неї води, а вода - то, знай, проходить крізь пісок і вугілля та капає в глечик чиста, немов кришталева ... ».

Активоване вугілля добре застосовується в промисловості для очищення багатьох продуктів, наприклад спирту, цукрового сиропу і т.д. На основі адсорбційних властивостей деревного вугілля російський хімік-органік - Н. Д. Зелінський спільно з інженером А. Кумантом в 1915р. створив фільтруючий протигаз (якщо уважно розглянути пристрій протигаза, можна виявити, що фільтрує коробку, половина обсягу якої займає активоване вугілля).

І на завершення хотілося б зачитати слова І.Єфремова «Зоряні кораблі»:

«.. доведена спільність хімічних і фізичних законів у всіх глибинах світового простору ... жива речовина, що складається з найбільш складних молекул, в основі своїй має мати вуглець - елемент, здатний утворювати складні сполуки».

4.Закрепленіе матеріалу.

Запитання і завдання:

1. Завершіть рівняння реакцій, складіть електронний баланс, вкажіть окисник і відновник для кожної реакції:

З + О2 (хат) =

З + О2 (недостатньо) =

З + H 2 =

C + Ca =

C + Al =

2. Складіть рівняння реакцій, що протікають при нагріванні вугілля з наступними оксидами: оксидом заліза (III) і оксидом олова (IV). Складіть електронний баланс для кожної реакції, вкажіть процеси окислення і відновлення; окислювач і відновник.

3. Визначити ступінь окислення вуглецю в сполуках:

CO, CaCO 3, CaC 2, CO 2, Na 2 CO 3, CH 4.

4. Виконати схему електронного балансу ОВР, вказати окислювач і відновник:

Ca + C → CaC 2;

CO 2 + C → CO.

І на завершення хотілося б зачитати слова І.Єфремова «Зоряні кораблі»: «.. доведена спільність хімічних і фізичних законів у всіх глибинах світового простору ... жива речовина, що складається з найбільш складних молекул, в основі своїй має мати вуглець - елемент, здатний утворювати складні з'єднання ».

5. Домашнє завдання: п.29, упр.1-4 стор.172.