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

Тема урока: Углерод

9 класс

Курочка Юлия Васильевна, учитель химии высшей категории

Цель урока: сформировать у обучающихся представлений об углероде как химическом элементе и простом веществе, его строении, особенностях, свойствах.

Задачи урока:

1.    Способствовать дальнейшему формированию знаний о периодической системе, строении атома и свойствах простых веществ на примере углерода.

2.    Развивать критическое мышление, самостоятельность к рефлексии, умение работать в атмосфере поиска, творчества.

3.    Активизировать познавательную деятельность обучающихся на всех этапах урока, способствовать развитию логического мышления, умению устанавливать взаимосвязь состава, строения и свойств вещества, выявлять общее и единичное.

Ожидаемые результаты:

·      предметные: усвоение обучающимися знаний об углероде на основании его положения в периодической системе и строения атома, аллотропных модификациях, о физических и химических свойствах и применении углерода;

·      метапредметные: развитие навыков интеллектуальной работы, умений анализировать, планировать, систематизировать учебный материал, преобразовывать словесный материал в графический;

·       личностные и коммуникативные: формирование умений работать в группе, (взаимодействовать, слушать и слышать, уважать чужую точку зрения, аргументировать свою собственную точку зрения), вести учебный диалог.

Тип урока: изучение нового материала.

Понятия, впервые вводимые на уроке:

·      адсорбция

·      десорбция

·      активированный уголь

·      фуллерены

Ход урока:

1.    Организационный момент и мотивация – стадия вызова:

(ассоциативный ряд; рифмованное начало урока; эпиграф к уроку)

Учитель: задает вопросы, в ходе которых обучающиеся должны догадаться «Кто ОН?», т.е. о каком элементе или веществе идет речь:

1) ОН известен человечеству с древнейших времен.

2) Благодаря ЕМУ возникло все богатство и разнообразие видов растений  и животных.

3) ОН входит в состав ДНК.

4) В организме человека массой 70 килограммов на ЕГО долю приходится 16 килограммов, в мышечной ткани ЕГО содержание составляет  64 %, а в костной ткани -  36 %. 

Если обучающиеся не догадались, то учитель задает загадку.

Отгадайте загадку:

Людям я совсем как брат.
Много тысяч лет назад,
Освещая интерьер
Первобытных их пещер,
Я уже пылал в костре.
И украсить был я рад
Дам и рыцарей наряд,
Что блистали при дворе…
Если мягким быть решу,
То в тетради я пишу,
Такова друзья природа
Элемента…(углерода)

О каком веществе идет речь? Какое вещество мы будем изучать сегодня на уроке?

Сообщение темы и девиза урока.

«Уголь приближается к алмазу

Не одну, а много сотен лет…

Химия, конечно, это знает,

Как его природа испекла,

Чтоб его резная грань сквозная

Резала простую грань стекла».

Афанасий Афанасьевич Фет

Вопрос обучающимся: Что вы хотите узнать на уроке по данной теме?

Обучающиеся самостоятельно формулируют цель - на уроке мы должны изучить углерод, установить взаимосвязь между составом, строением и свойствами.

2.    Изучение нового материала - стадия осмысления:

Сегодня мы будем работать в группах – составлять кластер.

Каждая группа получает свое задание, в течение 5 минут каждый из вас работает с информацией самостоятельно, затем идет обсуждение в группах.

Время работы – 15 минут. Продуктом вашей деятельности должен быть фрагмент кластера, который вы создаете и защищаете. Активно используйте цвет для выделения главного. Помните, что графическое и яркое представление материала помогает лучше его усвоить.

Задание группе № 1.

Характеристика  углерода по положению в периодической системе и строению атома. Актуализация знаний и применение их в новой ситуации.  «Шаг за шагом»

Дайте характеристику углероду по положению в периодической системе и строению атома, используя свои знания, материал учебника §31 и план:

1.Положение в периодической системе

2.Заряд ядра и состав атома

3.Электронная формула

4.Формула внешнего уровня в возбужденном состоянии

5.Возможные степени окисления

6.Окислительно-восстановительная характеристика

7.Тип химической связи в простом веществе

8.Тип кристаллической решетки простого вещества

9.Формула высшего оксида и его характер

10.Формула гидроксида и его характер

Обратите внимание на строение внешнего уровня атома углерода, на котором есть свободная  Р_z -орбиталь и спаренные S-электроны, а, следовательно, возможен переход электронов и возбужденное состояние атома.

Проверка через слайд.

Задание группе № 2.

Физические свойства углерода. Аллотропия.

Классификация полученной информации «Перепутанные логические цепочки»

Внимательно прочитайте материал учебника §31 и дополнительную информацию об аллотропных модификациях углерода. Выберите и расставьте в правильной последовательности свойства каждого аллотропного соединения углерода.

Учтите, что аллотропных модификаций углерода – четыре. Долгое время модификацией углерода считался аморфный углерод. Однако рентгеновским спектральным анализом у него было обнаружено строение графита (микроскопическая структура).

Приложение для группы № 2.

Информационный текст:

Алмаз - бесцветный, прозрачный, не проводит электрический ток, очень твёрдый (по твёрдости занимает 1 место среди всех природных минералов).

При нагревании выше 1000⁰С без  доступа воздуха превращается в графит.

Алмаз имеет атомную кристаллическую решётку. Каждый атом углерода очень прочно связан с четырьмя окружающими его атомами, расположенными вокруг него в вершинах тетраэдра. Длина связей 0,154 нм. Каждая вершина тетраэдра является общей для четырёх смежных тетраэдров. Вещества с атомной кристаллической решёткой отличаются низкой тепло- и электропроводностью, высокой твёрдостью, тугоплавкостью, химической инертностью. Алмаз – самое твёрдое природное вещество. В отсутствии кислорода он выдерживает нагревание до 2500 ⁰С без каких-либо изменений. Вес алмаза измеряется в каратах: 1 карат = 0,2 грамма.

Графит - серое вещество с металлическим блеском, жирное на  ощупь, хорошо проводит электрический ток, мягкий, при  ударе рассыпается на тонкие пластинки. При t=1600⁰C под  высоким давлением превращается в алмаз, а при t=2000⁰C и низком  давлении - в карбин.

Кристаллическая решётка графита тригональная, переходного типа между молекулярной и металлической. Атомы углерода расположены слоями, образованными шестичленными циклами. Слои смещены один относительно другого на половину диаметра шестичленного цикла. Каждый атом углерода окружён тремя соседними атомами. Длина каждой ковалентной неполярной связи 0,142 нм. Кроме того образуется единая сопряжённая система, образованная р-электронами атомов графита. Электроны в сопряжённой системе могут легко перемещаться, что обуславливает электропроводность графита и полуметаллический блеск. Поэтому внутри каждого слоя графита связи иногда называют ковалентно-металличекими. Расстояние между слоями составляет 0,335 нм, между ними фактически действуют достаточно слабые межмолекулярные связи. Следствием этого является целый ряд свойств графита – меньшая плотность по сравнению с алмазом (при сравнении алмаза и графита, можно выделить следующий парадокс: алмаз имеет самую высокую твердость, равную 10 баллам по шкале Мооса, тогда как графит – самую маленькую, равную 1 баллу), благодаря слабому сцеплению слоёв он очень мягок. Графит химически инертен и термически стоек.

Карбин - это мелкокристаллический порошок чёрного цвета. Впервые синтезирован  в 60-х годах   XX века советскими химиками, позднее был найден в природе. Кристаллы карбина состоят из линейных цепочек углеродных атомов, соединённых чередующимися одинарными и тройными или двойными связями. По твёрдости карбин превосходит графит, но значительно уступает алмазу. Он химически активнее графита. Обладает полупроводниковыми свойствами. При нагревании до 2800 ⁰С без доступа воздуха превращается в графит

Фуллерен – это замкнутая сферическая структура, образованная из определённого числа атомов углерода. Чаще всего встречаются структуры С₆₀, С₇₀, С₈₄. Молекула фуллерена представляет собой шар, поверхность которого состоит из пяти – и шестичленных циклов, образованных атомами углерода. Впервые фуллерены были синтезированы в 80-х годах  XX века.

К аморфным формам углерода относятся – сажа, кокс, древесный уголь, стеклоуглерод.

Сажа - технический углерод. Самая въедливая, длительный контакт с ней вызывает рак кожи («болезнь трубочистов»), изменение структуры лёгких, нарушает их деятельность.

Стеклоуглерод - твёрдый материал, сочетающий свойства графита (хорошая электропроводность) и стекла (высокая твёрдость).

Задание группе № 3.

Адсорбция.

Внимательно прочитайте материал учебника §32 и дополнительную информацию об адсорбции. Где используют это свойство углерода?

Что такое десорбция?

Для чего используется активированный уголь?

Проведите опыт по адсорбции (поглощение измельченным активированным углем красителя). Опишите наблюдения.

Приложение для группы № 3.

Информационный текст:

Адсорбция (от лат. Ad - на, при и sorbeo - поглощаю), поглощение какого-либо вещества из газообразной среды или раствора поверхностным слоем жидкости или твёрдого тела.

—  Адсорбция – свойства угля и других твердых веществ поглощать и удерживать на своей поверхности газообразных или растворенных веществ.

—  Адсорбенты – вещества, на поверхности которых происходит адсорбция.

—  Десорбция - обратный адсорбции процесс (выделение поглощенных веществ).

Древесный уголь обладает уникальным свойством – способностью поглощать газообразные и жидкие вещества. Это свойство называется адсорбция.   Впервые адсорбция была открыта в конце 18 века русским учёным Т. Ловицем, а впоследствии подробно изучена академиком Н.Д. Зелинским.  Зелинский использовал способность углерода к адсорбции в конструкции противогаза. Это уникальное изобретение спасло миллионы жизней в годы Первой Мировой войны и до сих пор находит практическое применение при работах в агрессивных газовых средах – используется пожарниками, шахтёрами, спасателями. Это свойство используется в медицине – активированный уголь помогает вывести из организма токсичные вещества при пищевых отравлениях.

Проведите опыт: налейте в колбу с водой раствор перманганата калия и поместите в раствор таблетки активированного угля. Энергично перемешайте. Что наблюдаете?   

Задание группе № 4.

Химические свойства углерода.

«Лови ошибку!»

Используя свои знания об общих химических свойствах неметаллов, материал учебника §32 предположите, какими химическими свойствами будет обладать углерод:

А) как окислитель;

Б) как восстановитель

В предложенных уравнениях реакциях, найдите ошибки, исправьте их и в опорном конспекте отразите правильный вариант химических свойств углерода.

          Внимание: углерод при повышенной температуре вступает во взаимодействие с водой с образованием синтез – газа (смесь угарного газа и водорода), с оксидами металлов,  восстанавливая их до свободных металлов. А также углерод взаимодействует с кислотами, проявляющими сильные окислительные  свойства – с серной и азотной кислотой.

Правильный ответ - проверка через слайд:

А) Углерод – окислитель:

Реакции с простыми веществами

C + 4Na → Na₄C

2 C + Ca → CaC₂

3 C + 4 Al → Al₄C₃

C + 2 H₂ → CH₄

Б) Углерод – восстановитель:

Реакции с простыми веществами

C + O₂ → CO₂

2 C + O₂ → 2CO

C + 2 Cl₂ → CCl₄

C + 2 S→ CS₂

Реакции со сложными веществами

C + H₂O → CO + H₂↑

C + 2 CuO → 2 Cu + CO₂

C + 4 HNO₃ → CO₂ + 4 NO₂ + 2 H₂O

          конц.

C + 2 H₂SO₄ → CO₂ + 2 SO₂ + 2 H₂O

           конц.

Задание группе № 5.

Углерод в природе. Применение углерода.

1) Внимательно прочитайте материал учебника §32 и дополнительную информацию. Запиши формулы и названия важнейших соединений углерода.

2) Рассмотрите рис. 32 на стр.116 и запишите применение углерода.

Приложение для группы № 5.

Информационный текст - нахождение углерода  в природе:

Углерод находится в природе как в свободном состоянии, так и в виде многочисленных соединениях. Наиболее крупные месторождения графита образовались в результате воздействия высоких температур и давления на каменные угли. Некоторые из ископаемых углей содержат до 99% углерода. В свободном виде  углерод встречается в виде алмаза и графита, а также залежей угля (чёрный, бурый уголь, антрацит).

Кроме ископаемого угля, в недрах Земли находятся большие скопления нефти, состоящей из различных углеродсодержащих соединений, а так же природного газа, который в основном состоит из метана (СН₄). В земной коре встречаются в огромных количествах соли угольной кислоты, особенно карбонат кальция: СаСО₃ – мел, мрамор, известняк, кальцит,  ракушечник, жемчуг, перламутр, коралл; МgCO₃ - магнезит; СаСО₃∙МgCO₃ – доломит. В воздухе имеется диоксид углерода (СО₂ – углекислый газ). Наконец, растительные и животные организмы состоят из веществ (белки, жиры, углеводы), в образовании которых главное участие принимает углерод. Содержание углерода в живых организмах в расчёте на сухое вещество составляет: 34,5—40% у водных растений и животных, 45,4—46,5% у наземных растений и животных и 54% у бактерий. Таким образом, этот элемент относится к разряду распространенных на Земле, хотя общее его содержание в земной коре составляет около 0,1 % (11 по распространенности элементов в земной коре).Углерод является главной составной частью всех органических веществ.   

3.    Закрепление изученного материала – стадия рефлексии:

 «Синквейн»

Синквейн (от фр. cinquains, англ. cinquain) — это творческая работа, которая имеет короткую форму стихотворения, состоящего из пяти нерифмованных строк.

Синквейн – это не простое стихотворение, а стихотворение, написанное по следующим правилам:

1 строка – одно существительное, выражающее главную тему

2 строка – два прилагательных, выражающих главную мысль

3 строка – три глагола, описывающие действия в рамках темы

4 строка – фраза, несущая определенный смысл

5 строка – заключение в форме существительного (ассоциация с первым словом).

4.    Домашнее задание:

§ 31,32; задание №4 и тестовые задания