Конспект урока по химии на тему: "Углерод"(9 класс)

Тема урока: §29. Углерод.

Цель 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.

 Задачи урока:

- на основе положения углерода в периодической системе, охарактеризовать его строение и свойства;

- развивать: представление об аллотропии на примере углерода; умения: владеть химической терминологией, самостоятельной работы с учебником, устанавливать причинно-следственные связи; проводить эксперимент;

- охарактеризовать биологическое значение углерода; применение алмаза и графита;

- способствовать воспитанию аккуратности при выполнении эксперимента; самостоятельности мышления; взаимоуважения, взаимопомощи, терпимости.

Тип урока: изучение новой темы.

Ход урока.

I.     Организационный момент (1 мин.).

Приветствие с классом. Запись отсутствующих. Проверка домашнего задания.

Вступление: ребята, сегодня мы приступаем к изучению новой для вас химического элемента – Углерода.

II.  Актуализация знаний (4 мин.).

На прошлом уроке вы рассматривали химический элемент – Фосфор. Это простое или сложное вещество? (1 мин.).

Что такое простое вещество? (1 мин.).

Вещество,  образованное  одним химическим  элементом, называется простым, а  вещество,  образованное несколькими  элементами, — сложным, или химическим соединением.

III.    Изучение нового материала и первичный контроль. (29 мин.).

План урока.

1.        «Химическая история»

2.        Основные характеристики

3.        Содержание углерода

4.        Физические свойства

5.        Химические свойства

6.        Применение углерода С

7.        Круговорот углерода в природе

1.        «Химическая история» (4 мин.).

     Новый материал запоминается легче, если он начнётся с «Химической истории» то есть с краткой истории появления химического элемента – Углерода.  

Углерод является одним из первых химических элементов, который известен человеку. 3750 г. до н.э.

Углерод является одним из элементов, имя первооткрывателя которого неизвестно, неизвестно и то, какая из форм элементарного углерода – алмаз или графит – была открыта раньше. И то и другое случилось слишком давно, ещё до возникновения письма.

В 1791 г. английский химик Теннант первым получил свободный углерод; он пропускал пары фосфора над прокаленным мелом, в результате чего образовывался фосфат кальция и углерод.

Впервые название углерод (carbone) в книге Гитона де Морво, Лавуазье, Бертолле и Фуркруа "Метод химической номенклатуры" (1787) .

Международное название Carboneum происходит от лат. carbo (уголь).

Соединения углерода имеют в названии часть карб(он)- от лат. carbō (род. п. carbōnis) «уголь».

2.        Основные характеристики (5 мин.).

Углеро́д — химический элемент 4-ой группы главной подгруппы 2-го периода периодической системы Д. И. Менделеева. (Показать на ПСХЭ).

Имя: Углерод / Carboneum

Символ, номер: (С) , 6

Электронная конфигурация: [He] 2s₂ 2p₂

Температура кипения: 4 827°C

Атомная масса: 12,0107 ± 0,0008 а. е. м.

Степень окисления -4 , +2, +4 (проследить связь с валентностью углерода в органической химии, и дать примеры веществ в которых углерод проявляет эти степени окисления).

3.        Содержание углерода (1 мин.).

§  В земной коре - 0,27%

§  В растительной клетке - 45%

§  В животной клетке - 18%

§  В человеческом теле - 10,5%

4.        Физические свойства (8 мин.).

Углерод существует во множестве аллотропных модификаций с очень разнообразными физическими свойствами.

Разнообразие модификаций обусловлено способностью углерода образовывать химические связи разного типа.

Известны четыре кристаллические модификации углерода: графит, алмаз, карбин и лонсдейлит. И одна новая аллотропная модификация – графен (полупрозрачное вещество, с высокой проводимостью). Открытый в 2004 году. (2011 году Нобелевская премия – Андрей Гейм и Константин Новоселов).

- Далее мы рассмотрим аллотропные модификации углерода.

Но перед этим давайте вспомним, что такое Аллотропия? (1 мин.).

Аллотропия - (от греч. állos — другой и trópos — поворот, свойство), существование одного и того же химического элемента в виде двух или нескольких простых веществ, различных по строению и свойствам.[4]

На ваших столах (на каждом ряду, первой парты) лежит раздаточный материал (образцы: графит, кокс, торф, нефть, древесина, солома, бурый и каменный уголь;) давайте рассмотрим его.

Вопрос: Что общего у всех этих предметов? (рассматриваются образцы изделий из графита (карандаши) и сажи (тушь, краски, резина); древесный уголь;)). Ответ: они – из одного и того же химического элемента - Углерода; (1 мин.).

Графит - серо-чёрная, непрозрачная, жирная на ощупь, чешуйчатая, очень мягкая масса с металлическим блеском, обладает электропроводимостью

Атомы расположены параллельными слоями, образуя гексагональную решетку.

Внутри слоя атомы связаны сильнее, чем один слой с другим, поэтому графит    может расслаиваться.

Сгорает при 700^оС   в  присутствии кислорода.

Встречается в природе; получается искусственно.

При высокой   температуре, давлении и присутствии катализатора     (марганец Mn, хром Cr, платиновые металлы) графит  превращается в алмаз.

Алмаз - минерал, имеющий желтоватый, белый, серый, зеленоватый, реже голубой и черный цвет.

Не проводит электрический ток, но имеет высокую теплопроводность.

В кристалле атомы углерода образуют непрерывный трехмерный каркас, состоящий из сочлененных тетраэдров, что обеспечивает высокую прочность связей.

Алмаз - это самое твердое вещество из всех известных.

Температура плавления выше 3500^оС. Химически стоек. Сгорает при 870^оС в присутствии кислорода. При 1800^оС в отсутствие кислорода превращается в графит.

Прозрачные кристаллы; после обработки - бриллианты.

Добывают из россыпей и коренных месторождений. Синтетический алмаз получают из графита при высоком давлении и температуре.

Сказать, что 1 карат = 0,2 г.

Карбин получен искусственно.

Он представляет собой мелкокристаллический порошок чёрного цвета.

Построен из длинных цепочек атомов С, уложенных параллельно друг другу.

Лонсдейлит найден в метеоритах и получен искусственно;

Его структура и свойства окончательно не установлены.

Вопрос: Что такое аморфное вещество? (1 мин.).

Аморфное состояние (от греч. а — отрицательная частица и morphē — форма), твёрдое состояние вещества, обладающее двумя особенностями: его свойства (механические, тепловые, электрические и т. д.) в естественных условиях не зависят от направления в веществе (изотропия); при повышении температуры вещество, размягчаясь, переходит в жидкое состояние постепенно, т. е. в А. с. отсутствует определённая точка плавления. [2]

Давайте поясним, что аллотропные модификации углерода можно разделить на 2 группы. (кристаллические, аморфные). . И рассмотрим другие схемы строения различных модификаций углерода

Показать на слайде: модели кристаллических решеток графита и алмаза. И оговорить, что строение кристаллической решетки алмаза отличается от строения кристаллической решетки графита

Вопрос: Как это различие отражается на их свойствах? (1 мин.).

5.        Химические свойства. (4 мин.).

При обычных условиях углерод химически инертен, при высоких температурах он соединяется со многими элементами, проявляя сильные восстановительные свойства.

Все формы углерода устойчивы к щелочам и кислотам и медленно окисляются только очень сильными окислителями (хромовая смесь, смесь концентриров. HNO₃ и KCIO₃ и др.).

“Аморфный” углерод реагирует с фтором при комнатной температуре, графит и алмаз - при нагревании.

С бромом и йодом углерод не реагирует. С фтором на холоде.

Рассмотрим химические свойства углерода, с позиции ОВР, то есть рассмотрим углерод как восстановитель и как окислитель, в химических реакциях.

5.1.    Восстановительные свойства С

Углерод будет проявлять восстановительные свойства по отношению к тем элементам, которые стоят правее него в периодической системе.

5.1.1.         С + неметалл:

С + S = CS₂

C + O2 = CO₂↑ — оксид углерода (IV) - кислотный оксид:

CO₂ + H₂O = H₂CO₃ — угольная кислота

2C + O₂ = 2CO↑ —оксид углерода (II) -несолеобразующий оксид

C + H₂O   CO + H_{2 -} водяной газ.

5.1.2.         С + оксид:

С + Na₂O = 2Na + CO↑

C + CO₂ = 2CO↑

С + 2CuO  2Cu + CO₂↑

5.1.3.          С + кислота-окислитель:

С + 2H₂SO₄ =CO₂ + 2SO₂ + 2H₂O

C + 4HNO₃ = CO₂ + 4NO₂ + 2H₂O.

5.2.   Окислительные свойства С.

Углерод может проявлять окислительные свойства с элементами левее и ниже его в периодической системе:

С + 2H₂ = CH₄↑

3C + 4Al Al₄C₃ — карбид алюминия

С + Si =SiC — карбид кремния.(карборунд).

5.3.     Реакции с «углеродом» в металлургической промышленности.

FeO + CO = Fe + CO­­₂

2FeO + C = 2Fe + CO₂

C + CO₂ = 2CO

Обратим внимание на способы получение углерода.  

Сухая перегонка древесины, каменного угля, древесный уголь, кокс, активированный уголь.

Самый чистый углерод – сажа:

CH₄ → C + 2H₂ при 1000^о С

Неполное сжигание метана и др. углеводородов:

СН₄+О₂ = С+2Н₂О.

У вас на столах лежит раздаточный материал «Химические свойства углерода», вклейте дома этот материал, и расставьте где необходимо, коэффициенты.

6.         Применение углерода С. (5 мин.).

Углерод играет огромную роль в жизни человека. Его применения столь же разнообразны, как сам этот многоликий элемент.

В частности углерод является неотъемлемой составляющей стали (до 2,14 % масс.) и чугуна (более 2,14 % масс.)

Графит используется в карандашной промышленности, но в смеси с глиной, для уменьшения его мягкости.

Также его используют в качестве смазки при особо высоких или низких температурах.

Его невероятно высокая температура плавления, позволяет делать из него тигли для заливки металлов.

Способность графита проводить электрический ток также позволяет изготавливать из него высококачественные электроды.

Алмаз, благодаря исключительной твердости, незаменимый абразивный материал. Алмазным напылением обладают шлифовальные насадки бормашин.

Кроме этого, ограненные алмазы - бриллианты используются в качестве драгоценных камней в ювелирных украшениях.

Исключительно высокая теплопроводность алмаза (до 2000 Вт/м·К) делает его перспективным материалом для полупроводниковой техники в качестве подложек для процессоров.

В фармакологии и медицине широко используются различные соединения углерода.

Так, карболен (активированный уголь), применяется для абсорбции и выведения из организма различных токсинов; графит (в виде мазей) — для лечения кожных заболеваний.

И это конечно же не все области применения модификаций углерода.

Вспомнить о применении Графена.

7.        Круговорот углерода в природе. (2 мин.).

Углерод является основой всех органических веществ.

Любой живой организм состоит в значительной степени из углерода. Углерод — основа жизни.

Источником углерода для живых организмов обычно является СО₂ из атмосферы или воды.

В результате фотосинтеза он попадает в биологические пищевые цепи, в которых живые существа поедают друг друга или останки друг друга и тем самым добывают углерод для строительства собственного тела.

Биологический цикл углерода заканчивается либо окислением и возвращением в атмосферу, либо захоронением в виде угля или нефти.

Схема «Круговорот углерода в природе»

IV.    Закрепление полученных знаний. (7 мин.).

V.   Подведение итогов. (1 мин.).

Сегодня мы на основе положения углерода в периодической системе, охарактеризовали его строение и свойства.

Рассмотрели аллотропные модификации углерода.

Познакомились с применением модификаций углерода.

Охарактеризовать биологическое значение углерода.

VI.    Домашнее задание (2 мин.).

VII.  Прощание. Всем спасибо за урок. До свидания!