Тема урока "Углерод. Экологические акценты в изучаемой теме с использованием ИКТ"

1. Рассмотреть строение атома углерода согласно его положения в Периодической системе Д.И.Менделеева, аллотропные модификации углерода
2. Изучить физические и химические свойства углерода, нахождение в природе, и его применение
3. Научиться осуществлять практический эксперимент по теме: “Углерод ” с помощью интерактивной доски и виртуальной лаборатории.

Оборудование:

интерактивная доска, компьютер, мультимедийный проектор, учебное электронное издание – виртуальная лаборатория, телевизор, видеокассета.

Записываем тему урока в тетрадях.

Как химический элемент углерод был признан в 1789 г. А. Лавуазье. Роль углерода в живой природе уникальна. Углерод относится к биогенным элементам, составляющий основу жизни на земле. Часть энергии необходимой организмам образуется в клетках за счет окисления углерода. Соединения углерода (углеводы, белки, жиры, ДНК и РНК, гормоны, амино- и карбоновые кислоты ) участвуют в построении всех тканей организма, обеспечении жизнедеятельности животных и растений. Углерод поступает в организм человека с пищей (около 300 г в сутки). Углерод составляет 2/3 массы мышц и 1/3 массы костной ткани. Выводится из организма преимущественно с выдыхаемым воздухом (углекислый газ) и мочой (мочевина). Главной функцией углерода является формирование разнообразия органических соединений, обеспечивая биологическое разнообразие, участие во всех функциях и проявлениях живого.

Положение углерода в Периодической системе Д.И.Менделеева рассматривается вместе с классом. На интерактивной доске ученик записывает электронную и электронно-графическую формулы углерода в обычном и возбужденном состояниях. Определяем валентность углерода и степень окисления углерода +4 +2 -4

Известны два стабильных изотопа ¹²С и ¹³С. На внешнем слое у углерода 4-е электрона, поэтому тенденция к отдаче и принятию электронов у него выражена одинаково. Отдавая электроны, он является восстановителем, принимая – окислителем.

В природе углерод находится как в свободном так и в связанном состояниях. В свободном состоянии углерод встречается в виде графита, угля, алмаза. Соединения углерода очень распространены: живые организмы, торф, нефть, известняк и др. В свободном виде углерод не токсичен, но многие его соединения обладают значительной токсичностью. К таким соединениям следует отнести окись углерода СО (II)(угарный газ), четыреххлористый углерод CСl₄, сероуглерод СS₂, соли цианистой кислоты HCN, бензол С₆Н₆ и другие

Известно несколько модификаций углерода: графит, алмаз, карбин, поликумулен и фуллерены. (С помощью интерактивной доски открываем коллекцию, находящуюся на диске в мультимедийном пособии)

Аллотропные формы различаются структурой кристаллической решетки, химическими и физическими свойствами

Графит - непрозрачный, жирный на ощупь, слоится, электропроводен, самое тугоплавкое вещество на земле, оказывает смазывающее действие на трущиеся поверхности.

Алмаз - бесцветное, кристаллическое вещество, имеет тетраэдрическое строение, очень твердый, не электропроводен. Самый большой алмаз «Кулинан» найден в 1905 г. в Южной Африке. Его масса 621 г. В 1797 году было установлено, что алмаз, сгорая в кислороде, полностью переходит в углекислый газ. Из этого следовало, что алмаз состоит из атомов углерода. Стало ясно: чтобы получить алмаз, нужно исходить из графита или других содержащих углерод веществ.

Карбин - линейный полимер, полученный искусственным путем, найден в кратерах вулканов.

Поликумулен – линейный полимер, получают только искусственным путем.

Фуллерены – пространственный полимер, получают искусственным путем, содержится в саже и состоят из пяти-шести колец (вид футбольного мяча)

Все формы углерода устойчивы к кислотам и щелочам и окисляются только сильными окислителями.

Способность углерода поглощать различные вещества (газы, растворимые в воде краски и т.д.) называется адсорбцией. Где используют явление адсорбции?

Просмотр видеоролика.

Уголь, нагретый до 1000 градусов и обработанный водяным паром, называется активированным. Его адсорбционная способность очень велика.

Углерод при обычной температуре химически инертен.

При нагревании очень активен.

4Al + 3C = Al₄C₃
Ca + 2C = CaC₂

2C + O₂(недост.) =2CO
C + O₂ (изб.) = СO₂
C+ 2S =CS₂
2C + N₂ = C₂N₂
C + 2H₂ = CH₄

2CuO + C = 2Cu + CO₂
2Fe₂O₃ +3C =4Fe + 3CO₂
2PbO + C = 2Pb + CO₂

С оксидом кальция образуется карбид кальция, который используется для получения ацетилена СaO + 3C = CaC₂ + CO (t =1900C)

Восстановление водяного пара раскаленным коксом приводит к получению «водяного газа» - смеси СO и H₂, который широко применяется в доменном производстве, при производстве аммиака, высших спиртов C + H₂O = H₂ + CO (t=1000C)

При взаимодействии кокса с оксидом углерода(IV), образуется оксид углерода(II), который применяется при выплавке чугуна CO₂ + C = 2CO

C + 4HNO₃ (конц. гор.) =CO₂ + 4NO₂ + 2H₂O
C + 2H₂SO₄ (конц. гор.) = CO₂ + 2SO₂ + 2H₂O

1. Получение искусственных алмазов
2. Получение сахара
3. Получение краски
4. В качестве адсорбента
5. В производстве шин
6. Алмаз применяется в промышленности для обработки твердых сплавов и бурении, для изготовления ювелирных украшений.
7. Графит широко применяется для изготовления карандашей и в электротехнике для изготовления электродов
8. В медицине (В фармакологии и медицине широко используются различные соединения углерода - производные угольной кислоты и карбоновых кислот. Так, карболен (активированный уголь), применяется для абсорбции газов и выведения из организма различных токсинов; графит (в виде мазей) - для лечения кожных заболеваний)
9. Соединения углерода используются в виде топлива (уголь, нефть, газ, горючие сланцы), применяются в химической и сталелитейной промышленности, в полиграфии, в пищевой промышленности и во многих других областях человеческой деятельности.

Изменение климата планеты вследствие концентрации парниковых газов в атмосфере является на сегодняшний день одной из основных глобальных экологических проблем. Примерно 80% парникового эффекта приходится на углекислый газ, около 15% - на метан, остальные газы составляют менее 5 %. В настоящее время уровень углерода выше на 30%, чем был 250 лет назад, и при этом, увеличение произошло в основном во второй половине 20-го столетия вследствие антропогенной деятельности. Необходимо учитывать, что из всех наземных природных экосистем, охваченных хозяйственной деятельностью, леса вносят наибольший вклад в формирование углеродного баланса планеты. Снизить содержание углерода в атмосфере и способствовать предотвращению дальнейшего изменения климата может лесной сектор, который обладает значительным потенциалом снижения эмиссии парниковых газов. Суть парникового эффекта состоит в том, что углекислый газ поглощает инфракрасные лучи и мешает отведению тепла от поверхности земли.

С помощью интерактивной доски и электронного издания «Виртуальная лаборатория» проводим эксперимент: Электронным карандашом перемещаем порошок PbO из склянки в тигель туда же добавляем порошок графита так же с помощью электронного карандаша. Смесь перемешиваем и нагреваем на газовой горелке. Получаем свинцовые гранулы. Фотографируем наблюдаемое с помощью фотоаппарата, который также находится на интерактивной доске. Заполняем электронный журнал. Весь эксперимент управляется электронным карандашом.

1. Какую степень окисления может проявлять углерод?
2. Углерод спас солдат во время I-ой мировой войны. За счет какого свойства это возможно?
3. Кто из русских химиков предложил использовать активированный уголь для защиты органов дыхания от отравляющих веществ?
4. Приведите примеры химических реакций, в которых углерод является восстановителем и окислителем
5. В каких аллотропных модификациях существует углерод?
6. В чем состоит опасность накопления в воздухе углекислого газа?
7. Растение в солнечный день поглощает около 5г углекислого газа на каждый 1 м²листовой поверхности. Рассчитайте, сколько граммов углерода накопит за день подсолнечник, листовая поверхность которого равна 1,8 м²
8. Какой объём оксида углерода (IV) получится (н.у.) при сгорании 1 т угля, содержащего 10% примесей?
9. Как доказать, что хлеб, молоко, мясо содержат углерод?

Подведение итогов урока

1. Учебное-электронное издание Химия (8-11 класс) Виртуальная лаборатория МорГТУ.
2. Химия общая и неорганическая 10-11 Лаборатория систем мультимедиа.
3. Р.П. Суровцева, С.Н.Савицкий, Р.Г.Иванова Задания по химии для самостоятельной работы учащихся.
4. Л.Г. Волынова, Л.К. Сейдалиева, Н.П.Кузнецова, Е.В. Мейснер Химия Предметная неделя в школе О.С. Габриелян Химия 9 класс.
5. Ф.Г. Фельдман, Г.Е. Рудзитис Химия 9 класс