Цели урока.
Знать строение атома углерода, его
окислительно-восстановительную способность,
возможные степени окисления; аллотропные
модификации углерода, их свойства и применение.
Оборудование.
Модели (таблицы) кристаллических решеток алмаза и графита; рисунки с изображением структурных формул карбина, молекул фуллерена, углеродных трубок; бумажные куклы, изображающие героев сказки – аллотропные модификации Алмаз, Графит, Сажу, Древесный Уголь или элементы костюма для участников сказки (например, корона для Алмаза, серая шляпа для Графита, черные растрепанные волосы – парик для Сажи и т.п.); предметы, характеризующие применение их в быту (алмазные сверла, стеклорезы, карандаши, таблетки активированного угля и др.); интересная информация по данной теме, оформленная на стенде “Знаете ли вы, что...”
Структура урока:
- Организационная часть – 1 мин..
- Строение атома углерода – 5 мин..
- Сказка “Семейство Дядюшки Углерода” (I часть) – 8 мин.
- Ответы на вопросы по сказке и заполнение таблицы – 10 мин.
- Строение алмаза и графита – 7 мин.
- Сказка (II часть) 10 мин.
- Вывод по уроку – 3 мин.
- Домашнее задание – 1 мин.
ХОД УРОКА
I. Мы продолжаем изучение неметаллических элементов, и сегодня нам предстоит познакомиться с самым удивительным элементом-неметаллом – углеродом.
Учащиеся записывают тему урока в рабочих тетрадях.
II. Как обычно, изучение любого элемента мы начинаем со строения его атома.
Беседа с учащимися по вопросам:
- Охарактеризуйте положение углерода в периодической системе.
- Каков заряд ядра атома углерода?
- Назовите число энергетических уровней в атоме углерода и число электронов на внешнем энергетическом уровне.
- Предположите, какие свойства – окислительные или восстановительные – может проявлять углерод.
- Какие степени окисления приобретает при этом атом углерода?
Учащиеся записывают в тетрадях схему строения атома углерода и возможные степени окисления (+ 4; - 4).
III. До сих пор мы говорили об углероде как о химическом элементе, а сейчас нам предстоит узнать, что представляет собой углерод как простое вещество, образует ли он молекулы подобно уже знакомым нам атомам элементов – галогенов, кислорода, серы, азота; есть ли простое вещество с названием углерод.
Об этом вы узнаете, прослушав внимательно сказку, которую мы назвали “Семейство дядюшки Углерода”. Слушая ее, вы должны найти ответы на предложенные вам вопросы. ( Они либо выданы на столы учащимся либо заранее написаны на доске).
Вопросы к сказке:
Учитель: В некотором царстве, химическом государстве в большом многоэтажном доме в IV подъезде на II этаже в квартире № 6 жил – был дядюшка Углерод. И было у него два любимых сына. А звали их Алмаз и Графит. И хотя приходились они друг другу братьями родными, совсем они были непохожи.
У Алмаза характер был очень твердый, тверже на Земле никого не найдешь, победить его никто не мог. Был Алмаз очень важный и гордый – ему было чем гордиться.
Алмаз: Меня по праву считают “царем камней”, так как я соединяю в себе три главных достоинства благородного камня – красоту, долговечность и редкость. Мой чудесный прозрачный кристалл после обработки становится еще красивей и называется бриллиантом. Чаще всего бриллианты бесцветны, но могут и иметь окраску – синюю, голубую, красную, черную. Имя мое в переводе с греческого означает “несокрушимый”. Я обладаю самой большой на Земле твердостью. Но моя твердость сочетается с высокой хрупкостью. Однако, в древности люди думали обо мне иначе. В легенде о Прометее, например, рассказывается, что похититель огня был прикован к скале алмазными цепями, а в другом мифе говорится об алмазном шлеме Геракла. Люди приписывали мне чудодейственную силу: считалось, что человек, носящий алмазы, пользуются царской милостью и не знает болезней желудка. Раньше я служил только для украшений – бриллиантами украшали короны царей, ордена (рассмотреть в учебнике рисунки 38, 39 на стр.128). Но сейчас работы у меня прибавилось. Без меня не обойтись при бурении твердых пород, нужен я и для обработки металлов – для их шлифовки и полировки. А в быту вы могли встретить меня в алмазных стеклорезах и сверлах (демонстрирует). Много полезных дел нашли для меня люди.
Учитель: Второй сын дядюшки Углерода – Графит – характер имел мягкий, но такой же необщительный, как у брата: он не реагировал даже с горячими щелочами и кислотами. А вот и он сам!
Графит: Я совсем не похож на своего брата-красавца. Внешность у меня невзрачная – я непрозрачен, серого цвета. Но зато я тугоплавок, с металлическим блеском и обладаю такими свойствами, которых у алмаза нет – я электропроводен и еще – проходя по бумаге, я оставляю свой след! Из-за этого я и получил свое имя – от греческого “графо”, что значит “пишу”.
Долгое время мы с братом жили мирно. Но в середине XX века ученые придумали способ превращения графита в ценные, хотя и искусственные, алмазы. Оказалось, что для этого нужны очень высокие температура и давление. Это рассердило Алмаза, и мы чуть не поссорились. Но когда он узнал, что возможно и обратное превращение, то немного успокоился. Да и в самом деле, чего нам делить? Ведь при сгорании и графита, и алмаза образуется один и тот же бесцветный таз. Догадались – какой?
Люди и для меня нашли много полезных применений. Я нужен в электротехнике, ну и, конечно, в грифелях карандашей. Применяют меня и как смазочный материал. Кстати, а вы знаете, кто впервые придумал применять графит для этих целей? Это русский изобретатель Иван Петрович Кулибин. Он применил графит для смазывания подъемных кресел – предков современных лифтов, которые поднимали и спускали престарелую императрицу Екатерину II в ее дворце.
IV. Учащиеся отвечают на вопросы с 1 по 6 и заполняют таблицу по свойствам и применению алмаза и графита.
“Аллотропные модификации углерода”
| Аллотропная модификация | Свойства |
Строение |
Применение |
Алмаз |
|||
Графит |
V. Учитель: Почему же два брата-близнеца, два вещества, образованные одним и тем же химическим элементом – углеродом – обладают такими разными свойствами? В чем кроется причина различия свойств?
Учащиеся: В строении.
Рассматриваем строение кристаллических решеток алмаза и графита на моделях и рисунках 37,40 в учебнике (стр. 127,129).
Вопросы учащимся:
- Какие частицы лежат в узлах кристаллических решеток?
- Какой тип связи между атомами углерода?
- Тип кристаллических решеток?
- Чем отличаются кристаллические решетки алмаза и графита?
Делаем вывод и заполняем оставшуюся колонку в таблице: в кристаллической решетке алмаза все связи одинаковые, прочные; у графита – связи между шестиугольными кольцами слабые, непрочные.
VI. Продолжение сказки, отвечаем на вопросы 7, 8.
Учитель: Алмаз и Графит известны людям с глубокой древности.
Сажа и Древесный Уголь: Постойте, а про нас вы что забыли? Нас-то знали даже первобытные люди, когда они только научились добывать огонь! Мы тоже дети дядюшки Углерода – Сажа и Древесный Уголь.
Учитель: Да, но сейчас XXI век! Нужны ли вы человеку в наше время?
Сажа: Выдумаете, что сажа способна только засорять дымоходы? В таком случае вы сильно заблуждаетесь! Я нужна в типографском, малярном, кожевенном производстве, ведь с моей помощью изготавливают черные лаки, краски и туши. Но больше всего сажи идет на производство резины, так как сажа повышает ее прочность!
Древесный Уголь: Да и я, древесный уголь, приношу людям немалую пользу за счет своего особого свойства – адсорбции. Поверхность моя пористая. Она способна поглощать газы и растворенные вещества. А если мою поверхность обработать горячим водяным паром, то я буду называться активированным углем. Тогда меня можно найти в аптеке в виде черных таблеток (показывает), на промышленных предприятиях для очистки разных продуктов и в противогазах. Вместе с русским химиком Зелинским, который изобрел противогаз, мы спасли много человеческих жизней!
Демонстрационный опыт: поглощение активированным углем растворенных веществ.
Учитель: А теперь разрешите продолжить мне. В XX веке в семействе дядюшки Углерода неожиданно появилось прибавление – в 60-х годах в лаборатории одного из московских институтов “родился” родной брат наших старых знакомых – Карбин. Он тоже состоял только из атомов углерода. Карбин оказался черным мелкокристаллическим порошком, а строение у него линейное – атомы углерода связаны в длинные цепочки (показать на рисунке). Карбин – не только “дитя” лаборатории, он был обнаружен и в природных условиях – на территории Германии на месте падения метеорита.
Последние полвека ведется упорный поиск новых углеродных материалов. Например, получен стеклоуглерод. Он, действительно похож на стекло, обладает повышенной жаропрочностью и состоит тоже только из атомов углерода.
Около 20 лет назад в семье углерода появился еще один очень интересный представитель. Родился он в Америке, назвали его фуллереном по фамилии одного из американских ученых. Он был получен из графита. Но фуллерен отличается от своих собратьев по строению – он образует молекулы, которые по форме напоминают футбольный мяч! В этих молекулах может быть 60 или 70 атомов углерода. Области применения фуллеренов еще только исследуются, они будут использоваться в медицине, компьютерной технике, за ними – будущее!
VII. Вот так незаметно наша сказка превратилась сначала в быль, а потом - чуть ли не в фантастический рассказ! Химический элемент углерод образует самые удивительные на Земле простые вещества. Одни из них служат человеку уже тысячи лет, а другие открыты в наши дни, и от них зависит, какой будет жизнь человечества в XXI веке! С помощью углерода мы, словно на машине времени, совершили увлекательное путешествие из далекого прошлого в будущее!
Отвечаем на вопросы 7,8 и записываем в тетрадь названия всех аллотропных модификаций углерода, упоминавшихся в сказке.
VIII. Домашнее задание: параграф 28 – до химических свойств углерода; вопрос 1 на стр. 133).
Литература
- Вишневский Л.Д. Под знаком углерода. М: Просвещение, 1983, 175 с.
- Войлошников В.Д., Волошникова Н.П. Книга о полезных ископаемых, М: Недра, 1991.
- Габриелян О.С. Химия 9 класс, учебник для общеобразовательных учреждений, М: Дрофа, 2002.
- Книга для чтения по неорганической химии, часть 2. Составитель Крицман В.А. М: Просвещение, 1993, 190 с.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Интересная информация к уроку для
стенда
"Знаете ли вы, что..."
1. ... В России в XVII веке графит называли "карандашом" от монгольских слов: "кара" - черный, "таш" - камень.
2. ... Один из наиболее крупных алмазов "Куллинан" найден в Южной Африке в 1905 году. Его масса составляла 3025 карат. (1 карат = 0,2 г)
3. ... Слово "карат" восточного происхождении и означает - черный цвет. Так называли семена одного из восточных деревьев, которые использовались купцами на базаре для взвешивания мелких предметов.