Урок на тему "Подгруппа углерода. Углерод как простое вещество"

Цели урока.

• Образовательная - формирование представлений о строении, свойствах и применении алмаза и графита; повторение строения атома, аллотропии на примере углерода; характеристика физических и химических свойств углерода.
• Развивающая - установление причинно-следственных связей (строение свойства - применение); развивать логическое мышление, умение сравнивать, выбирать главное.
• Воспитательная - воспитание культуры общения, культуры труда; воспитание желания активно, с интересом учиться.

Оборудование и реактивы.

Модели кристаллических решеток алмаза и графита, периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева, компьютер, проектор, лабораторный штатив, пробирки, активированный уголь, спиртовка, спички, раствор перманганата магния.

Раздаточный материал на каждого ученика:

• опорный конспект “Подгруппа углерода”;
• тест “Подгруппа углерода”;
• периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева;
• таблица растворимости;
• таблица электроотрицательности.

Тип урока: объяснение нового материала.

Этапы урока:

I. Актуализация знаний

• работа с таблицей Менделеева
• беседа по вопросам

II. Объяснение нового материала

• биологическое значение углерода;
• демонстрация взаимодействия сахара с концентрированной серной кислотой;
• самостоятельная работа с опорным конспектом по элементам подгруппы углерода;
• работа с электронным учебником по агрегатным состояниям;
• фронтальная беседа по аллотропным модификациям углерода с одновременным использованием кодопозитивов (“Аллотропные модификации углерода”, “Кристаллические решетки”), моделей кристаллических решеток алмаза, графита и фуллеренов;
• выполнение лабораторного опыта “изучение адсорбционных свойств угля .

III. Закрепление

• представление мультимедийного проекта “Углерод- аллотропные модификации”;
• тест “Подгруппа углерода”

IV. Самостоятельное изучение нового материала

• работа с учебником

V. Закрепление

• самостоятельная работа по расстановке коэффициентов методом электронного баланса в уравнениях реакций взаимодействия углерода с кислотами

VI. Подведение итогов

VII. Домашнее задание

Ход урока

Учитель приветствует учеников, называет тему и цель урока.

I. Актуализация знаний

Учитель сообщает детям, что для изучения нового материала необходимо повторить часть предыдущего и просит открыть таблицу Менделеева.

Вопросы к учащимся:

- Назовите элементы, которые входят в 4 группу главную подгруппу.
- Как определить по таблице Менделеева конфигурацию внешнего электронного уровня элемента?
- Для чего нам нужно знать электронную конфигурацию именно внешнего уровня элемента?
- Сколько электронов на внешнем уровне у элементов четвертой группы главной подгруппы?
- Как меняются металлические свойства при увеличении электронов на внешнем уровне?
- Как меняются металлические свойства при увеличении числа уровней?
- Какие элементы в подгруппе углерода будут иметь металлические свойства?
- Какие элементы в подгруппе углерода будут иметь неметаллические свойства?

II. Объяснение нового материала

1. Учитель рассказывает о том, что углерод играет особую роль в природе. Все без исключения живые организмы построены из соединений углерода. Особенностью атома углерода является их способность соединяться между собой, образуя сколь угодно длинные цепи, которые могут быть и разветвленными, содержащими миллионы и миллиарды атомов углерода, соединенных с атомами других элементов (самые из известных молекул – это молекулы белков, содержащих до миллиарда углеродных звеньев). Их длина может даже достигать одного метра!

Учащиеся делают вывод, что углерод является биогенным элементом.

2. Учитель предлагает доказать этот факт, основываясь на результатах демонстрационного опыта.

Он говорит, что углерод входит не только в состав белков, но и жиров и углеводов. Детям хорошо знаком один из представителей класса углеводов – обыкновенный сахар.

Далее преподаватель осуществляет демонстрационный опыт: “Обугливание сахара концентрированной серной кислотой”, предлагает ответить на вопросы, записывает уравнение реакции.

C₁₂H₂₂O₁₁ + 2H₂SO₄= 2SO₂ +13H₂O + 11C + CO₂

Вопросы к опыту:

- Что мы наблюдаем?

- Чем является черное вещество?

- Почему уголь выбрасывается из стакана?

3. Учитель предлагает познакомиться с химическим элементом углеродом более подробно. Для этого учащиеся используют опорные конспекты “Подгруппа углерода”, следуя указаниям учителя.

Указания к опорному конспекту:

- Основываясь на положении химических элемента углерода в периодической системе химических элементов, напишите для него электронную конфигурацию внешнего слоя в основном состоянии.

- Что означает возбужденное состояние элемента?

- Что изменится, если элемент будет в возбужденном состоянии?

- Запишите электронную конфигурацию внешнего слоя атома углерода в возбужденном состоянии.

- Что такое валентность?

- Укажите валентность углерода в основном и возбужденном состоянии.

- Приведите примеры соединений с валентностью два и четыре.

- Что такое степень окисления?

- Расставьте степени окисления в своих конспектах.

- Как образуется высшая и низшая степень окисления?

- Запишите в конспектах, что степень окисления от -4 до +4 включая ноль.

- Какие вещества образует элемент в нулевой степени окисления?

Работая по вышеперечисленным вопросам, учащиеся заполняют первую часть опорного конспекта (до таблицы аллотропных модификаций). Презентация

4. Учитель предлагает продолжить работу с опорным конспектом.

Все аллотропные модификации углерода при нормальных условиях являются кристаллическими веществами.

C⁰ (аллотропные модификации)

Вопросы к опорному конспекту:

- Какой тип связи должен быть в кристаллической решетке любой аллотропной модификации углерода?

- Почему?

- Посмотрите на кристаллическую решетку алмаза. Каждый атом углерода в ней образует связь с четырьмя соединениями, все связи равноценные, что обусловливает высокую прочность. Какой вывод можно сделать?

- А теперь обратите внимание на кристаллическую решетку графита. В чем ее отличие от кристаллической решетки алмаза?

- Не все связи одинаковы. Связанные ковалентной неполярной связью атомы углерода, образуют слои из шестиугольников и каждый атом углерода образует только три связи с соседними, а один из четырех непарных электронов остается незадействованным внутри слоя. Между слоями действуют слабые силы межмолекулярного взаимодействия, следовательно, слои легко сдвигаются относительно друг друга. Как это доказать?

- Так как графит обладает электропроводностью, то он применяется в электротехнике (электроды, электрические контакты), из-за своей тугоплавкости он используется для облицовки сопел ракетных двигателей. Так как графит слоистый, то оказывает смазывающее действие на трущиеся поверхности. Где можно использовать это свойство?

5. Учитель называет сорта графита: кокс, уголь, сажу. Предлагает изучить свойство активированного угля, которое позволяет его использовать в медицине. Учащиеся осуществляют лабораторный опыт “Изучение адсорбционных свойств угля”. Для этого они повторяют технику безопасности, наливают в пробирки по 2мл раствора KMnO_4, опускают по таблетке активированного угля и наблюдают обесцвечивание раствора.

Вопросы к опыту:

- Какой вывод можно сделать о свойствах активированного угля?

6. Демонстрация видеофильма “Адсорбция активированного угля”

7. Учитель рассказывает о других аллотропных модификациях углерода. Карбин имеет цепочечную структуру, его роль в современной науке и технике незначительна. Фуллерен. Сравнительно недавно открытая аллотропная модификация. Молекулы состоят из правильных пятиугольников и шестиугольников, образующих сферу, напоминающую футбольный мяч. В сфере может быть 60, 70 атомов углерода. Внутрь сферы можно внедрить атомы других элементов, в результате образуются сверхтвердые материалы.

III. Закрепление

Учащиеся проверяют себя с помощью теста (см. Приложение ).

IV. Самостоятельное изучение нового материала

Химические свойства углерода:

1. Взаимодействие с металлами, неметаллами, оксидами.

2. Взаимодействие с сильными окислителями.

3. Взаимодействие углерода с водой. (Работа с учебником О.С.Габриелян. Химия 9 класс с.131-133).

Вопросы для закрепления:

- Что же необычного в строении атома углерода?

- Какие свойства проявляет углерод при взаимодействии с металлами и неметаллами?

- Какая степень окисления у него в карбидах?

- Почему углерод может восстанавливать металлы и некоторые неметаллы из их оксидов?

- Какую роль в промышленности играет реакция углерода с водой?

- Почему активированный уголь применяют в медицине и противогазах?

V. Закрепление

1. Учащиеся определяют, с какими кислотами может реагировать углерод, записывают уравнения реакций и расставляют коэффициенты методом электронного баланса:

С+2 H₂ SO₄(конц.) СО₂+2 SO₂+2Н₂О

С+4Н NO₃(конц.) СО₂+4 NO₂+2Н₂О

2. Учащиеся решают задачу (см. Приложение ). Проверяют. Комментируют решение.

VI. Подведение итогов

Сегодня мы познакомились с элементами, входящими в подгруппу углерода, и с углеродом как простым веществом. На следующем уроке мы продолжим изучать элементы из подгруппы углерода и их соединения.

VII. Домашнее задание:

Параграф 28. Упр.5,6,7. Записи в тетради.

Тест

1. Конфигурация внешнего электронного уровня элементов подгруппы углерода:

а) ns²np²

б) ns²np³

в) ns²np⁴

г) ns¹np²

2. Наиболее характерная валентность элементов подгруппы углерода:

а) II

б) III

в) IV

г) V

3. Неметаллические свойства элементов подгруппы углерода в группе сверху вниз:

а) уменьшаются

б) уменьшаются, затем возрастают

в) возрастают

г) не изменяются

4. Углерод является:

а) восстановителем

б) восстановителем и окислителем

в) окислителем

г) не проявляет окислительно-восстановительных свойств

5. Атомную слоистую кристаллическую решетку имеет:

а) алмаз

б) фуллерен

в) графит

г) карбин

6. Наибольшей прочностью отличается кристаллическая решетка:

а) атомная

б) ионная

в) атомная слоистая

г) молекулярная

7. Наиболее химически активна аллотропная модификация углерода:

а) алмаз

б) фуллерен

в) графит

г) карбин

Задача

• Определите объем углекислого газа, который выделится при сжигании 12 г угля в 350 л воздуха.