Цели урока:
Обобщить и систематизировать знания об углероде и его соединениях, а также по основным вопросам теоретической химии. Изучить химические свойства солей угольной кислоты — карбонатов и гидрокарбонатов, закрепить навыки в решении расчетных и экспериментальных задач. Определить области применения соединений углерода.
Оборудование и реактивы:
Коллекция минералов — карбонатов (мел, мрамор, известняк, кальцит, доломит, сидерит, малахит). Растворы гидроксида натрия, карбоната натрия, раствор соляной кислоты (HCl), раствор известковой воды (Ca(OH)2), кусочки мрамора (CaCO3), индикаторы (лакмус, фенолфталеин).
Твердые соли: карбонат аммония, гидрокарбонат натрия, карбонат натрия, мел, прибор для получения газов, химический стакан (для собирания углекислого газа), спиртовка, спички, лучинка.
Ход урока
«Углерод встречается в природе, как в свободном, так и в соединенном состоянии в весьма различных формах и видах. В свободном состоянии углерод известен, по крайней мере, в трех видах: в виде угля, графита и алмаза. В состоянии соединений углерод входит в состав так называемых органических веществ, т.е. множества веществ, находящихся в теле всякого растения и животного. Он находится в виде углекислого газа в воде и воздухе, а в виде солей углекислоты и органических остатков в почве и массе земной коры. Разнообразие веществ, составляющих тело животных и растений известно каждому. Воск и масло скипидар и смола, клеточная ткань растений и мускульная ткань животных, винная кислота и крахмал — все эти множество иных веществ, входящих в ткани и соки растений и животных, представляют соединения углеродистые. Область соединений углерода так велика, что составляет особую отрасль химии, т.е. химии углеродистых или, лучше, углеводородистых соединений».
Эти слова из «Основ химии» Д.И.Менделеева служат как бы развернутым эпиграфом к нашему уроку о жизненно важном элементе — углероде.
Но прежде чем отправиться в увлекательный мир карбонатов, нам надо вспомнить строение атомов элементов IV группы главной подгруппы, формулы основных соединений углерода и их свойства. В связи с этим небольшой тест.
Учитель диктует вопросы, ученики записывают краткие ответы.
Тест.
- Разновиднсти простого вещества, образованные одним и тем же химическим элементом?
- Электронная формула атома углерода?
- Количество электронов на внешней электронной оболочке элементов IVА группы?
- Летучие водородные соединения углерода и кремния?
- Формула высших оксидов элементов IVА группы?
- Степень окисления углерода в угарном и углекислом газе?
- Объем 2 моль метана при нормальных условиях?
- Основные факторы, обуславливающие аллотропию углерода.
- Отличительные признаки в строении и свойствах графита и алмаза.
- Кислородные соединения углерода.
После того как листки с ответами собраны, коллективно обсуждается правильность ответов.
На предыдущих уроках были изучены свойства углекислого газа.
Как обнаружить его среди других газообразных веществ? (углекислый газ не поддерживает горение; лучина, внесенная в сосуд с ним, гаснет)
Но подобным свойством обладают и некоторые другие газы, например азот? (если пропустить углекислый газ через известковую воду, то она мутнеет).
Ученик на доске записывает уравнение реакции, а затем его просят продемонстрировать этот опыт самым доступным способом. В процессе обсуждения ученики решают, что проще всего подуть через стеклянную трубочку в пробирку с известковой водой. Попутно вспоминают из уроков биологии, что при дыхании поглощается кислород и выделяется углекислый газ.
Как получить углекислый газ в лабораторных условиях? (получить углекислый газ можно действием сильных кислот на соли угольной кислоты, например карбонат кальция).
Решим конкретную задачу. Учащиеся выполняют Задание №1 из Практической части урока (Приложение 1) и записывают уравнение реакции в молекулярной и ионной формах.
Обращаем внимание учащихся на краткое ионное уравнение.
Задание учащимся:
Распознать образцы четырёх веществ, применяемых в быту, используя другие вещества домашнего обихода. Учащиеся выполняют Задание №2 из Практической части урока. (Приложение 1) Даны образцы четырех веществ, которые мало чем внешне отличаются друг от друга: все белые и твердые. Кроме того, все они применяются быту. Среди них алебастр который используется для заделки щелей и швов в помещениях (другое название гипс, а химическое-сульфат кальция); меловая побелка которой белят потолки (мел, карбонат кальция), а также два вещества которые применяют в кулинарии: сода (гидрокарбонат натрия) и крахмал. Допустим, что дома вы оказались в ситуации, когда ёмкости с этими веществами не подписаны и надо их распознать подручными средствами.
Контрольные вопросы и задания.
- Напишите химические формулы распознаваемых веществ.
- Какие свойства карбонатов вы положили в основу вашей методики распознавания этих солей?
(Учащиеся выполняют опыт. На образцы названных веществ наносят каплю соляной кислоты. «Вскипание» - свидетельство присутствия солей угольной кислоты - карбонатов).
Действие сильной кислоты может служить качественной реакцией. Геологи в полевых условиях именно так отличают карбонатные минералы от силикатных.
- Об удивительном свойстве некоторых минералов знала, очевидно, и египетская царица Клеопатра: «Она засмеялась и приказала рабу подать ей стакан белого уксуса. Когда уксус был принесен, Клеопатра поставила его перед собой и снова засмеялась... Все присутствующие нагнулись, желая увидеть, что она будет делать. Она сняла с уха одну из больших жемчужин, и, прежде чем кто-нибудь мог угадать её намерение, бросила её в уксус. Наступило молчание. молчание крайнего изумления. Скоро бесцветная жемчужина растворилась в кислоте. Тогда Клеопатра подняла стакан и выпила уксус до дна. Объяснить услышанный фрагмент. (Жемчуг - это минерал арогонит СаСО3)
- Вернемся к задаче получения углекислого газа в лабораторных условиях.
- Какие методы получения газообразных веществ существуют?
- Метод вытеснения воздуха приемлем. Тяжелый углекислый газ можно наливать в стакан как жидкость.
- Метод вытеснения воды невозможен из-за протекания реакции:
СО2 + Н2О ↔ Н2СО3
Уравнение ступенчатой диссоциации кислоты:
Н2СО3 → Н+ + НСО3-
НСО3- → Н+ + СО32-
На основании записи уравнений диссоциации учащиеся делают вывод, что для угольной кислоты характерно образование двух типов солей: средних карбонатов и кислых гидрокарбонатов.
Учащиеся выполняют Задание №3 из Практической части урока. (Приложение 1)
Пропустите через свежеприготовленный раствор известковой воды углекислый газ. Объясните появление мути, а затем постепенное её исчезновение.
Один из учеников записывает на доске уравнения реакций:
Са(ОН)2 + СО2 → СаСО3 + Н2О (1)
СаСО3 + СО2 + Н2О → Са(НСО3)2 (2)
Задание остальным учащимся: Найдите природный аналог этого явления. Проследите на данном материале, как стремление к познанию окружающего мира стимулирует научные исследования.
- Уравнения реакций, записанные вами, играют огромную роль в формировании облика нашей планеты. Углекислый газ способен под землей перемещать сотни и тысячи тонн известняка. По трещинам в горных породах вода, содержащая растворенный в ней углекислый газ, попадает в толщу известняка, образуя полости - карстовые пещеры. Гидрокарбонат кальция существует только в растворе.
Так образуются сталактиты и сталогмиты, схема образования которых предложена известным минерологом и геохимиком Александром Евгеньевичем Ферсманом. Очень много карстовых пещер у нас в Крыму. Их изучением занимается наука спелеология.
(Сообщения учащихся).
- В повседневной жизни нам часто приходится сталкиваться с солями угольной кислоты. Это питьевая и кальцинированная сода, известняк, мрамор.
- Рассмотрим ещё одно свойство солей угольной кислоты — отношение к нагреванию.
СаСО3 → СаО + СО2
- Какая реакция проходит при нагревании небольшого количества гидрокарбоната натрия? Какие из свойств гидрокарбоната натрия характеризуют любые кислые соли, а какие характерны только для карбонатов?
Гидрокарбонаты разлагаются с образованием карбонатов, воды и углекислого газа:
Са(НСО3)2 → СаСОз + Н2О + СО2↑
- Мы записали уравнения реакций, иллюстрирующих взаимное превращение карбонатов в природе, это еще одно.
Подобным образом разлагается и гидрокарбонат натрия.
2NaНСО3 → Na2 СО3 + Н2О + СО2↑
Гидрокарбонат натрия используют в пищевой отрасли промышленности в качестве разрыхлителей теста. Современные разрыхлители включают в свой состав гидрокарбонат натрия или гидрокарбонат аммония.
(NH4)2CO3 → 2NH3↑ + Н2О + СО2↑
Задание для учащихся.
Почему по правилам техники безопасности раствором соды нейтрализуют следы кислоты на поверхности кожи? Какую реакцию среды имеет этот раствор?
Учащиеся выполняют Задание №4 из Практической части урока. (Приложение 1)
Раствор соды выступает в роли слабой щелочи и окрашивается фенолфталеином в розовый цвет. Сода - соль слабой кислоты и сильного основания — подвергается гидролизу в водном растворе
На доске записывается уравнение реакции гидролиза:
Na2СО3 + Н2O ↔ NaНСО3 + NaОН,
2Na+ + СО32- + Н2О ↔ 2Nа+ + НСO3- + ОН-
Задание для учащихся.
Как можно изменить окраску полученного малинового раствора?
Отрывок из сказки «Мороз Иванович»:
«Между тем Рукодельница воротится, воду процедит, в кувшины нальёт, да ещё какая затейница: коли вода нечиста, так свернет лист бумаги, наложит в неё угольков да песку крупного насыплет, вставит ту бумагу в кувшин да нальёт в неё воды, а вода-то знай проходит сквозь песок да сквозь уголья и капает в кувшин чистая, словно хрустальная». О каком явлении рассказывается в сказке?
Что такое адсорбция? Где это свойство углерода находит применение в практической жизни? (В медицине при отравлениях, в противогазах).
Учащиеся выполняют Задание №5 из Практической части урока. (Приложение 1)
Задание для учащихся:
- Экспериментально доказать наличие углекислого газа в газированном напитке.
- Экспериментально доказать наличие красителя в газированном напитке.
Литература для учителя:
- О.С. Габриелян. Химия. Учебник. 9 класс. – М., Дрофа, 2004.
- О.С. Габриелян, И.Г. Остроумов. Настольная книга учителя. Химия. 9 класс. – М., Дрофа, 2002.
- Я иду на урок химии. Книга для учителя. 8-11 классы. – М., Первое Сентября, 2002.
- Журнал “Химия. Методика преподавания в школе. 2001. №4” (с.58-60).