Конспект урока по теме "Углерод"

Урок химии. 9 класс.

Тема урока: «Химические свойства углерода. Адсорбция».

Цели урока:

Образовательные:

1) Обеспечить усвоение знаний о химических свойствах углерода.

2) Учащиеся должны знать: восстановительные свойства углерода; окислительные свойства углерода; области применения этих химических свойств углерода.

Развивающие: учащиеся должны уметь: на основании анализа степени окисления атома хим. элемента в веществе и электронное строения атома прогнозировать химические свойства данного вещества; правильно записывать уравнения химических реакций, характеризующие свойства углерода в молекулярном и окислительно-восстановительном виде; продолжить развивать умения определять степень окисления химического элемента, расставлять коэффициенты в уравнениях  реакций методом электронного баланса; продолжить развитие навыков самообразования: умение работать с книгой, алгоритмом; способствовать дальнейшему развитию логического мышления – формировать умение наблюдать, сравнивать, обобщать и делать выводы.

Воспитательные:  Воспитывать сознательное отношение к учебной деятельности; уважение учеников друг к другу и педагогу. Воспитывать у ребят культуру поведения, общения друг с другом в процессе учебной  деятельности, умение объективно оценивать свои возможности и видеть способы преодоления трудностей, достижения более высоких результатов.

Планируемы результаты:

Предметные: на примере углерода показать типичность и индивидуальность свойств веществ. Рассмотреть их физические свойства,  показать  значение.

 Метапредметные: развивать  умения сравнивать, проводить эксперимент,  анализировать его результаты. Закреплять навык составления химических формул и уравнений.

Личностные: воспитывать культуру обращения с веществами; мотивировать на осознанное восприятие  информации химического содержания; формировать навыки безопасного обращения с веществами; формировать умения  применения полученных знаний в быту;воспитывать самостоятельность, чувство собственного достоинства; воспитывать уверенность в своих силах, настойчивость.

Ход урока

1.     Организационный этап.

Приветствие учащихся; фиксация отсутствующих; проверка готовности учащихся к уроку.

2.     Актуализация знаний.

Фронтальная беседа по вопросам и заданиям учителя:

- Рассказать о положении углерода в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева.

- Каков состав атома углерода.

- На основании знаний об электронном строении атома, объясните, почему углерод может образовывать 4 ковалентные связи? (индивидуальный ответ у доски)

- Какие аллотропные модификации образует углерод?

- Какое строение  кристаллические решётки имеют алмаз и графит?

- Перечислите физические свойства алмаза и его применение.

- Какие физические свойства характерны для графита и где его используют?

3.     Изучение нового материала.

1.Учитель объявляет тему урока (записана на доске): «Химические свойства углерода. Адсорбция».

Далее учитель сообщает, что углерод – один из важнейших элементов. Простые вещества, образованные им находят широкое применение. Чтобы разумно использовать вещество, прежде всего, необходимо хорошо знать его свойства.

Формулирует цели урока: На прошлом уроке мы узнали физические свойства углерода, а сегодня мы должны рассмотреть химические свойства углерода; выяснить влияние кристалл. структуры простого вещества на его химическую активность; продолжим развивать умения правильного написания окислительно-восстановительных реакций.

Рассказ учителя: При н.у. углерод весьма инертен, однако при высокой температуре он взаимодействует со многими веществами. Вы знаете, что углерод может существовать в различных формах с разной структурой кристаллической решётки.

Учитель просит назвать эти формы углерода. (Учащиеся называют алмаз, графит, аморфный углерод (кокс, сажа, уголь).)

Проблемный вопрос: Как вы думаете, какая из этих форм будет химически активной и почему?

Предполагают, что химически активным будет аморфный углерод, т.к. имеет неупорядоченную структуру и атомы не так прочно связаны друг с другом.

Для подтверждения этого предположения учитель приводит пример:

аморфный углерод загорается на воздухе при     t=300⁰C и более; графит – t=600⁰-700⁰C; алмаз – t > 850⁰C.

Учитель просит сделать вывод о влиянии структуры кристаллической решётки на химическую активность.

Перед учащимися ставится познавательная задача: Давайте спрогнозируем химические свойства углерода, проанализировав степени окисления и строение атома.

Формулируют вывод: химическая активность твёрдого вещества зависит от строения кристаллической структуры.

Учащиеся прогнозируют свойства углерода и делают вывод о возможности протекания химических реакций. Составляют конспект в виде схемы.

Обсуждение и проверка ответов учащихся.

По ходу объяснения учебного материала ученики составляют конспект в виде схемы:

                                      С⁰

 Восстановитель:                        Окислитель:

При объяснении восстановительных свойств рассматривают:

1) реакцию горения.

Вопрос: Какое вещество образуется при  горении угля?

Отвечают на вопрос, называя углекислый газ СО₂.

Учитель просит учащихся самостоятельно составить уравнение реакции и электронный баланс.

                   t

  С + О₂                  СО₂

Учащиеся сам – но записывают уравнение реакции и составляют электронный баланс. Для проверки один ученик работает у доски.

Дополняет, что эта реакция экзотермическая (указывает тепловой эффект реакции) и поэтому уголь используют как топливо (сжигание угля – один из важнейших источников энергии).

2) реакцию восстановления металлов из их оксидов.

Углерод (в виде кокса) – является одним из важнейших восстановителей, используемых в промышленности. В металлургии с его помощью получают Cu, Fe, Cd, Pb, Zn из их оксидов.

Для проведения этой реакции необходимы определённые условия – очень высокая температура, используя нашу горелку (спиртовку) достичь такой температуры нельзя, но уравнение этой реакции записать мы можем:

                     t

 С + CuO          Cu + CO₂.

Учащийся записывает уравнение на доске, расставляет коэффициенты методом электронного баланса.

Продолжает объяснение:

С помощью этой реакции можно восстановить не все металлы, т.к. более активные металлы, соединяясь с углеродом образуют карбиды, а углерод проявляет окислительные свойства:

1) взаимодействие с  металлами.

Запишем уравнение реакции и расставим коэффициенты  методом электронного баланса:

                  t

  3Al + 4C            Al₄C₃

                       карбид алюминия

2) взаимодействие  с  водородом.

                          t, Ni

  C + 2H₂                          CH₄

                                         метан

практического значения эта реакция не имеет, т.к. есть другие источники получения метана (природный газ, нефть, …)

3) взаимодействие с кремнием.

                     t

    C + Si                 SiC           

                            карбид кремния (карборунд)

Карборунд очень твёрдое вещество (немного уступает алмазу). Его используют как абразивный материал для обработки твёрдых материалов.

Дополнительный материал (повышенной сложности):

Углерод устойчив к щелочам и кислотам. Только концентрированные HNO₃ и H₂SO₄ окисляют аморфный углерод при t > 100⁰C.

Расставьте коэффициенты методом электронного баланса.

(Учащиеся могут назвать СО₂, NО₂, Н₂О  (если затрудняются, то помогает учитель) и расставляют коэффициенты.)

Проверяем у доски.

                       t

 С + HNO₃                CO₂ + NO₂ + H₂O.

После объяснения учитель просит учеников сделать вывод.

Анализируя полученную информацию, формулируют вывод: Свойства углерода обусловлены строением атома. Углерод проявляет как восстановительные, так и окислительные свойства, самой распространенной является реакция взаимодействия углерода с кислородом, в результате которой образуются два оксида СО – угарный газ и СО₂ – углекислый газ.

       Рассказ учителя: Адсорбция углерода.

Адсорбция - поглощение газообразных или растворённых веществ поверхностью твёрдого вещества.

     Обратный процесс — выделение этих поглощённых веществ — десорбция.

   Применение адсорбции: очистка от примесей в производстве сахара,                                      для защиты органов дыхания – противогазы,    в медицине  - таблетки «Карболен».

     Круговорот углерода в природе.

         В атмосфере содержится углекислый газ. Это соединение образуется при дыхании живых организмов и при сгорании топлива. Поэтому в городской местности, вблизи фабрик и заводов, из-за огромного количества транспорта углекислого газа, конечно же больше, чем в сельской местности. Он образуется при тлении и гниении органических веществ. Гораздо больше, чем в воздухе, углекислого газа содержится в водах морей и океанов. Углерод – составная часть каменного угля, торфа, нефти. Все перечисленные источники углерода участвуют в круговороте его в природе. Из атмосферы и природных вод углекислый газ поглощается зелеными растениями (фотосинтез), а в результате процессов дыхания, брожения, гниения, он снова поступает в атмосферу и воды морей и океанов. Очень большие количества Углекислого газа выделяются при извержении вулканов.

  Применение углерода.

Кокс применяют в металлургии, как восстановитель. Древесный уголь – в кузнечных горнах, для получения пороха (75%KNO₃ + 13%C + 12%S), для поглощения газов (адсорбция), а также в быту. Сажу применяют, как наполнитель резины, для изготовления черных красок – типографская краска и тушь, а также в сухих гальванических элементах. Стеклоуглерод применяют для изготовления аппаратуры для сильно агрессивных сред, а также в авиации и космонавтике.

Активированный уголь поглощает вредные вещества из газов и жидкостей: им заполняют противогазы, очистительные системы, его применяют в медицине при отравлениях.

                        4.Закрепление материала. 

 Вопросы и задания:

1. Закончите уравнения реакций, составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель для каждой реакции:

С+О_{2 (изб)} =

С+О_{2 (недост)}=

С + H₂ =

C + Ca =

C + Al =

2. Составьте уравнения реакций, протекающих при нагревании угля со следующими оксидами: оксидом железа (III) и оксидом олова (IV). Составьте электронный баланс для каждой реакции, укажите процессы окисления и восстановления; окислитель и восстановитель.

3. Определить степень окисления углерода в соединениях:

CO, CaCO₃, CaC₂  ,CO₂,  Na₂CO₃,  CH₄ .

 4. Выполнить схему электронного баланса ОВР, указать окислитель и восстановитель:

                                     Ca + C → CaC₂   ;   

                                     CO₂ + C → CO.

И в заключении хотелось бы зачитать слова И.Ефремова «Звездные корабли»: «.. доказана общность химических и физических законов во всех глубинах мирового пространства… живое вещество, состоящее из наиболее сложных молекул, в основе своей должно иметь углерод – элемент, способный образовывать сложные соединения».

5.Заключительный этап урока:

1) Задание на дом: изучить § 32, таблица 23, выполнить упр.1-7