Конспект урока по теме "Углерод"

Тема «Углерод»

Цель урока: Повторить строение атома и аллотропию на примере углерода. Рассмотреть строение,сравнение свойств алмаза и графита .

Задачи

- продолжить формирование системы знаний о химических элементах и простых веществах неметаллах на примере углерода; сформировать понятие адсорбции;

- развивать мышление – умения сравнивать, анализировать, устанавливать причинно – следственные связи; развивать эмоциональную сферу: формировать положительные эмоции к процессу учения, навыки социализации (умения общаться с товарищами, учителями), чувства коллективизма.

- формирование научного мировоззрения; воспитание интереса к занятиям химией как возможной области будущей практической деятельности

Тип урока: Урок изучения и первичного закрепления новых знаний.

Методы обучения: Наглядный, словесный, исследовательский

Формы организации познавательной деятельности: коллективная, индивидуальная, парная.

Оборудование: учебники, дополнительный материал, презентация.

Демонстрационные образцы на учительском столе: модели кристаллической решеток алмаза и графита,образцы изделий из графита( карандаши,электроды) и сажи (тушь,краски),древесный уголь,противогаз.

Ход урока

1.Орг.момент.

Добрый день! Надеюсь, что наш урок пройдет интересно и с пользой.

Всем желаю успешно и плодотворно потрудиться!

2.Актуализация знаний

На прошлом уроке мы изучали неметалл - фосфор.

-Дайте его характеристику по его положению в ПСХЭ Д.И.Менделеева.

-Химические свойства фосфора.

-Какие аллотропные модификации фосфора вы знаете?

- Применение фосфора.

Мы продолжаем с вами изучение темы неметаллы. И познакомимся сегодня с еще одним элементом-неметаллом - одним из удивительнейших химических элементов.

История общения человека с этим веществом уходит во времена доисторические. Имя первооткрывателя его неизвестно.

И для того чтобы понять о каком элементе пойдет речь, вам надо угадать загадку.

У элемента номер шесть

Достоинств очень много есть.

«Людям я совсем как брат.

Много тысяч лет назад

Я уже пылал в костре,

Освещая интерьер

Первобытных их пещер.

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 химическом элементе идет речь?

Записывают тему урока .Озвучиваем цель.

3.Объяснение нового материала

Учитель: Дайте характеристику элемента по его положению в ПСХЭ Д.И.Менделеева.

Ученики: Химический элемент углерод находится во 2 периоде, 4гр. главной подгруппе ПСХЭ Д.И.Менделеева.Порядковый номер -6.

С₊₆ )₂)₄ 1s²2s²2p⁴ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑

Учитель: Исходя из строения атома, скажите какие степени окисления, может проявлять углерод.

Ученики: -4,0,+2,+4.

Учитель: Как положение в ПСХЭ Д.И.Менделеева сказывается на физических и химических свойствах углерода.

Ученики: Особенности строения атома: четыре электрона на внешнем энергетическом уровне и причём s-электрон может переходить на р-подуровень, что даёт возможность атому образовывать четыре ковалентные связи. И это позволяет образовывать больше аллотропных видоизменений.

Учитель: А что такое аллотропия и для каких уже изученных элементов она характерна?

Ученики: Аллотропия – это явление существования нескольких простых веществ, образованных одним и тем же химическим элементом. Характерна для кислорода, серы и фосфора.

Учитель: Углерод имеет несколько аллотропных модификаций: алмаз, графит, карбин, поликумулен, фуллерен. Некоторые из них встречаются в природе, а другие получены искусственным путем. О важнейших модификациях углерода мы расскажем друг другу после выполнения самостоятельной работы.

Работают с информационными карточками.

1группа рассказывает о алмазе.

Выступление ученика о алмазе, большой и малой коронах, скипетре.

Искусственно ограненные алмазы называются бриллиантами и являются предметом роскоши. В России бриллиантовый бум пришелся на правление Екатерины II.Чтобы судить о сказочности украшений приближенных императрицы, достаточно упомянуть появление Г.А.Потемкина, князя Таврического, фаворита Екатерины II на празднике в Таврическом дворце в парадной шляпе, которую из-за тяжести многочисленных бриллиантов было трудно носить на голове.

Шляпе Потемкина не уступал и усыпанный бриллиантами камзол одного из вельмож екатерининских времен, изображенный кистью В.Л. Боровиковского на портрете «Бриллиантового князя»(Русский музей, Санкт-Петербург)

Собрание исторических бриллиантов и изделий из них хранится в Алмазном фонде Оружейной палаты Московского Кремля и золотых кладовых Санкт -Петербургского Эрмитажа.

Звезда ордена Св. Андрея Первозданного.

Золото, серебро, бриллианты, сапфиры 8,0 X 8,0 см. 1805-1815 гг. Звезда восьмилучевая, сплошь усыпанная бриллиантами различной величины и украшена тринадцатью мелкими сапфирами.

Алмаз «Шах»

Знаметый исторический алмаз с незначительным желтоватым нацветом, но большой чистоты. На нем 3 надписи на персидском языке. Камень найден в Центральной Индии в конце XVI ранился у владетелей Ахмеднагары, после чего в результате войн перешел к Великим Монголам, где в 1655г известный путешественник Тавернье видел его висящим в качестве талисмана на троне Ауренг-Зеба. В 1739г.при разгроме Дели шахом Надиром алмаз вместе с другими камнями был увезен в Персию, а в 1829г. поднесен шахом Хозрев-Мирзой Николаю I как выкуп за убийство русского дипломата и писателя А.С.Грибоедова. Алмаз «Шах» -один из семи исторических камней Алмазного фонда.

Большая императорская корона

Корона состоит из золота, серебра, бриллиантов, шпинели, жемчуга. Высота с крестом 27,5 см, высота самой короны 18,75 см, нижняя окружность 64 см,1762г. Ювелир И.Позье. Она сделана к коронации императрицы Екатерины II. Общее число бриллиантов на короне – 4936 штук, весом 2858 каратов. Шпинель, венчающая корону, весом 398,72 карата, является одним из семи исторических камней Алмазного фонда Российской Федерации.

Малая императорская корона

Эта корона с превосходными индийскими бриллиантами не имеет себе равных в Европе.

Корона состоит как бы из двух округлых половин,со свозным сетчатым узором,внизу соединенных обручем и украшенных крупными и мелкими бриллиантами.Обе половины разделены пояском, увенчанным колесом с четырехконечным крестом наверху, также сосоящим из бриллиантов. Одно из лучших произведений ювелирного искусства начала XIXв.(1801г.) Ювелир Л.Дюваль.

Скипетр императорский

Сделан из золота, серебра, эмали, бриллиантов, алмаза «Орлов».Длина скипетра с орлом 59,5 см.Начало 70-х годов XVIII в. Алмаз «Орлов2 был подарен императрице Екатерине II графом Орловым в 1774г.

Камень был найден в Индии в начале XVIII в. и огранен в виде высокой розы. Его первоначальный вес составлял около 300 каратов. По велению шаха Джахана камень был перегранен, после чего он получил форму современного «Орлова» и вес 189,62 карата. Алмаз «Орлов» является одним из семи исторических камней Алмазного фонда РФ. Согласно легенде это алмаз вместе с другим, ему подобным, был глазом идола в Серингане, откуда он был выкраден французским солдатом в начале XVIII в.Затем алмаз был у шаха Надира, после смерти которого был вторично выкраден и, наконец, куплен графом Г.Г.Орловым у армянского купца Лазарева за 400 тыс.рублей.

2 группа о графите (Известны и другие формы углерода, такие как уголь, кокс и сажа. Но все эти формы являются композитами, то есть смесью малых фрагментов графита и алмаза. аморфный углерод,сажа, кокс)

Учитель: Однако больше известно применение древесного угля, основанное на его способности к адсорбции.

Адсорбция – это способность некоторых твердых веществ поглощать газы и растворенные вещества.

- Ребята, как вы думаете, где может использоваться такое свойство, как адсорбция?  (ответы учащихся)

Учитель: Открытое русским химиком И.Т. Ловицем явление адсорбции широко применяется при очистки сахара, для очистки спирта, для медицинских целей. Н.Д. Зелинский совместно с инженером А.Кумантом (1915) на основе адсорбционных свойств древесного угля разработал фильтрующий противогаз, который во время Первой мировой войны спас жизнь тысячам солдатам.

Другие области применения углерода рассмотрим на слайде

Учитель: Почему такая разница в физических свойствах между алмазом и графитом, хотя они оба состоят из углерода?

Ученики: Предполагают ответы.

Учитель: В алмазе атомы углерода размещаются очень плотно, причем каждый из них прочно связан с четырьмя окружающими атомами. В структуре же графита выделяются параллельные плоские сетки, состоящие из шестиугольников с атомами углерода в вершинах. В каждом отдельно взятом слое связь между атомами углерода довольно прочная, а между слоями – слабая. Поэтому графит мягок, оставляет след на бумаге.

Химические свойства

В обычных условиях углерод, находящийся в любой аллотропной форме достаточно химически инертен. Лишь при сильном повышении температуры активность его увеличивается.

Углерод может взаимодействовать с металлами и неметаллами.

С

Окислитель Восстановитель

AI+C→ C+O₂→

H₂+C→ C+ F₂→

Самостоятельно записывают реакции. Проверка у доски.

1)4AI+3C→ AI₄ C₃

AI⁰ -3 е→ AI⁺³ 4 восстановитель

C⁰ +4 е→ C^-4 3 окислитель

2)2H₂+C→СН₄

H⁰₂ -2е →2Н⁺¹ 4 2 восстановитель

C⁰ +4 е→ C^-4 2 1 окислитель

3)C+O₂→ CO₂

O⁰₂ +4е →2O^-2 4 1 окислитель

C⁰ -4 е→ C^-4 4 1 восстановитель

4)C+ 2F₂→ CF₄

C⁰ -4 е→ C^-4 2 1 восстановитель

F⁰₂ +2е →2F^-1 4 2 окислитель

4.Закрепление

О каком явлении рассказывается в сказке? Отрывок из сказки В.Ф.Одоевского «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».

Кроссворд

¹

²

³

⁴

⁵

⁶

⁷

1.Закопай-не гниет, кинь в воду-поплывет.

2.Черный Ивашка, деревянная рубашка, где носом ведет, там заметку кладет.

3.Туп конец, остер резец, режет листы, летят куски.

4.Является углерод при отдачи электронов.

5.Фильтрующее устройство, которое изобрел Н.Д.Зелинский.

6.Является им при принятии электронов.

7. Это способность некоторых твердых веществ поглощать газы и растворенные вещества.

¹У

г

о

л

ь

²Г

р

а

ф

и

т

³а

Л

м

а

з

⁴в

о

с

с

т

а

н

о

в

и

т

Е

л

ь

⁵п

Р

о

т

и

в

о

г

а

з

⁶О

к

и

с

л

и

т

е

л

ь

⁷а

Д

с

о

р

б

ц

и

я

5.Рефлексия.

1. Узнал много нового.

2. Мне это пригодится в жизни.

3. Было над чем подумать.

4. На возникшие вопросы я получил ответ.

5. Поработал добросовестно, цель достигнута.

6.Итог

Д.И.Менделеев в своем труде «Основы химии» писал: « 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».

7.Д/з

Приложение 1

Искусственно ограненные алмазы называются бриллиантами и являются предметом роскоши. В России бриллиантовый бум пришелся на правление Екатерины II.Чтобы судить о сказочности украшений приближенных императрицы, достаточно упомянуть появление Г.А.Потемкина, князя Таврического, фаворита Екатерины II на празднике в Таврическом дворце в парадной шляпе, которую из-за тяжести многочисленных бриллиантов было трудно носить на голове.

Шляпе Потемкина не уступал и усыпанный бриллиантами камзол одного из вельмож екатерининских времен, изображенный кистью В.Л. Боровиковского на портрете «Бриллиантового князя»(Русский музей, Санкт-Петербург)

Собрание исторических бриллиантов и изделий из них хранится в Алмазном фонде Оружейной палаты Московского Кремля и золотых кладовых Санкт -Петербургского Эрмитажа.

Звезда ордена Св. Андрея Первозданного.

Золото, серебро, бриллианты, сапфиры 8,0 X 8,0 см. 1805-1815 гг. Звезда восьмилучевая, сплошь усыпанная бриллиантами различной величины и украшена тринадцатью мелкими сапфирами.

Алмаз «Шах»

Знаметый исторический алмаз с незначительным желтоватым нацветом, но большой чистоты. На нем 3 надписи на персидском языке. Камень найден в Центральной Индии в конце XVI ранился у владетелей Ахмеднагары, после чего в результате войн перешел к Великим Монголам, где в 1655г известный путешественник Тавернье видел его висящим в качестве талисмана на троне Ауренг-Зеба. В 1739г.при разгроме Дели шахом Надиром алмаз вместе с другими камнями был увезен в Персию, а в 1829г. поднесен шахом Хозрев-Мирзой Николаю I как выкуп за убийство русского дипломата и писателя А.С.Грибоедова. Алмаз «Шах» -один из семи исторических камней Алмазного фонда.

Большая императорская корона

Корона состоит из золота, серебра, бриллиантов, шпинели, жемчуга. Высота с крестом 27,5 см, высота самой короны 18,75 см, нижняя окружность 64 см,1762г. Ювелир И.Позье. Она сделана к коронации императрицы Екатерины II. Общее число бриллиантов на короне – 4936 штук, весом 2858 каратов. Шпинель, венчающая корону, весом 398,72 карата, является одним из семи исторических камней Алмазного фонда Российской Федерации.

Малая императорская корона

Эта корона с превосходными индийскими бриллиантами не имеет себе равных в Европе.

Корона состоит как бы из двух округлых половин,со свозным сетчатым узором,внизу соединенных обручем и украшенных крупными и мелкими бриллиантами.Обе половины разделены пояском, увенчанным колесом с четырехконечным крестом наверху, также сосоящим из бриллиантов. Одно из лучших произведений ювелирного искусства начала XIXв.(1801г.) Ювелир Л.Дюваль.

Скипетр императорский

Сделан из золота, серебра, эмали, бриллиантов, алмаза «Орлов».Длина скипетра с орлом 59,5 см.Начало 70-х годов XVIII в. Алмаз «Орлов2 был подарен императрице Екатерине II графом Орловым в 1774г.

Камень был найден в Индии в начале XVIII в. и огранен в виде высокой розы. Его первоначальный вес составлял около 300 каратов. По велению шаха Джахана камень был перегранен, после чего он получил форму современного «Орлова» и вес 189,62 карата. Алмаз «Орлов» является одним из семи исторических камней Алмазного фонда РФ. Согласно легенде это алмаз вместе с другим, ему подобным, был глазом идола в Серингане, откуда он был выкраден французским солдатом в начале XVIII в.Затем алмаз был у шаха Надира, после смерти которого был вторично выкраден и, наконец, куплен графом Г.Г.Орловым у армянского купца Лазарева за 400 тыс.рублей.

Информационная карточка

Алмаз

Считается, что название «алмаз» произошло от греческого слова adamas — неодолимый, несокрушимый. Ограненные алмазы называются бриллиантами. Это название произошло от французского слова brilliant, что в переводе на русский означает «сверкающий».

Алмаз состоит примерно на 96-99,8% из углерода, 0,2—0,3% составляют примеси химических элементов, таких как азот, кислород, алюминий, бор, кремний, марганец, медь, железо, никель, титан, цинк и др. Бесцветные алмазы встречаются редко. Чаще всего они имеют какой-либо оттенок. В природе существуют алмазы, ярко окрашенные в желтый, оранжевый, зеленый, синий, голубой, розовый, коричневый, серый и черный цвета.

Для обозначения цвета бриллианта существует следующая градация, включающая 12 цветов:
ятер — голубовато-белый;
ривер — совершенно прозрачный голубовато-белый;
тон висседьтон — чисто-белый, менее прозрачный;
виссельтон -белый;
топ кристл — с легким оттенком желтого цвета;
кристл — с чуть более заметным оттенком желтого;
верп лайт — с очень небольшим оттенком коричневого цвета;
топ кейп — слегка желтоватый;
кейп — желтоватый;
лайт йеллоу — светло-желтый;
лайт браун — светло-коричневый;
йеллоу — желтый.

Блеск алмаза настолько характерен, что так и называется — алмазный.

Состав. Минерал, кристаллическая полиморфная модификация самородного углерода, по блеску, красоте и твердости превосходящий все минералы.

Алмаз состоит из чистого углерода (до 99,8%), но обычно содержит небольшие примеси различных химических элементов,входящих в кристаллическую структуру или в состав включений других минералов.

Физические свойства:
а) По шкале Мооса относительная твердость алмаза равна 10, абсолютная в1000 раз превышает твердость кварца и в 150 раз - корунда, самая высокая как среди природных, так и среди так среди искусственных материалов,
б) Излом раковистый,
в) Плотность чистого алмаза 3,511 г/см3,
г) Блеск сильный, от алмазного до жирног,
д) Высокий показатель преломления (от 2,417 до 2,421) и сильная дисперсия (0,0574 ) обуславливают яркий блеск и разноцветную "игру" ограненных ювелирных алмазов, называемых бриллиантами.
е) Полупроводник.

Особенности образования. Предполагается, что алмаз кристаллизуется одним из первых минералов при остывании мантийного силикатного расплава на глубине 150-200 км при давлении 5000 МПа, а затем выносится к поверхности Земли в результате взрывных процессов, сопровождающих формирование кимберлитовых трубок, 15-20% которых содержит алмаз.

Алмазы встречаются также в глубинных породах-эклогитах и некоторых глубокометаморфизованных гранатовых гнейсах. Мелкие алмазы в значительных количествах обнаружены в метеоритах, а также в гигантских метеоритных кратерах, где переплавленные породы содержат значительные количества мелкокристаллического алмаза.

Размеры кристаллов варьируют от микроскопических до очень крупных, масса самого крупного алмаза "Куллинан", найденного в 1905 в Южной Африке 3106 кар (0,621кг).

Месторождения. Промышленные месторождения связаны с кимберлитами, россыпями. Главный зарубежные добывающее страны: ЮАР, Конго (Заир), Ботсвана, Намибия. В Российской Федерации месторождения в Якутии, на Урале.

Применения. Алмаз применяется в промышленности как абразивный материал, а также, конечно, в ювелтрном деле.

Но, без огранки алмаз выглядит не очень привлекательно. Поверхность добытых из земли кристаллов в большинстве случаев бывает шероховата и покрыта полупрозрачной трещиноватойсерой коркой.

Только отполировав и огранив алмаз в бриллиант, человек увидел, что "это свет солнца,сгустившийся в земле и охлажденный временем, он играет всеми цветами радуги, но сам остается прозрачным ,словно капля". Так говорил о бриллианте русский писатель А.И. Куприн. Благородные металлы служили либо украшением, либо для магических целей,например в качестве амулетов (оберегов).

Приложение 2

Информационная карточка

Графит.

Графит – уникальный самородный минерал, аллотропная модификация элемента углерода, наиболее устойчивая в земной коре. Свойства графита хорошо изучены и находят широкое применение. Образуется графит в результате вулканической деятельности при высоких температурах, поэтому и находят его в природе в магматических горных породах, где содержание кристаллического графита может доходить до 50%.

Графиты — вещества серого цвета с металлическим блеском, аморфного, кристаллического, или волокнистого сложения, жирные на ощупь, удельный вес от 1,9 до 2,6.
По внешнему виду графит, имеет металлический свинцово-серый цвет, колеблющейся от серебристого до черного, с характерным жирным блеском.
Поэтому потребители зачастую называют явнокристаллические графиты серебристыми, а скрытокристаллические — черными.
На ощупь графит жирен и отлично пачкается. На поверхностях он легко дает черту от серебристого до черной, блестящей. Графит отличается способностью прилипать к твердым поверхностям, что позволяет создавать тонкие пленки при натирании им поверхностей твердых тел.
Графит представляет собой аллотропную форму углерода, которая характеризуется определенной кристаллической структурой, имеющей своеобразное строение.

Свойства графита

Широкое применение графита основывается на нескольких уникальных свойствах:
 - хорошая электропроводность;
 - устойчивость к агрессивным средам;
 - устойчивость к высоким температурам;
 - высокая смазывающая способность.

Применение графита

Природные графиты применяются во многих технологических и производственных процессах: огнеупоры (высококачественные, графито-магниевые, алюмо-графитовые), литейное производство, тормозные накладки, смазки, карандашное производство, тигли, гальванические батареи, щелочные аккумуляторы, порошковая металлургия, углеграфитовая материалы (электрощетки, электроугольные изделия, антифрикционные материалы), производство стали, терморасширенный графит, другие области (красящие и полирующие вещества),противоугарные материалы, детали для электротехники, магнитные ленты, производство промышленных алмазов, суспензии охлаждающие и смазывающие).

Физические свойства графита

Цвет графита варьирует от железо-черного до стального серого с характерным металлическим блеском. На ощупь минерал жирный, скользкий, пачкает пальцы и бумагу, при механическом воздействии расслаивается на отдельные чешуйчатые частицы. Именно это свойство графита позволяет применять его в карандашах.

По сравнению с алмазом графит обладает меньшей твердостью и плотностью, а также графит электропроводен. Его теплопроводность зависит от степени нагрева и колеблется в пределах от 278,4 до 2435 Вт/(м*К).
Графит обладает чрезвычайной огнеупорностью, его температура сгорания - 38500С.

машиностроении графит используется как антифрикционный материал для подшипников, колец трения, торцевых и поршневых уплотнений, подпятников.

Применение графита

Техническое применение минерала чрезвычайно разнообразно и обусловлено свойствами графита, главным образом его огнеупорностью и электропроводностью. Так, в металлургии графит используется для производства тугоплавких тиглей, чехлов для термопар, емкостей для кристаллизации. В литейном производстве графитовый порошок используется в качестве антипригарной присыпки, а также для смазывания литейных форм.

Из коллоидно-графитовых смесей таких как графит С-1 изготавливают шлифовальные и полировочные пасты.

Хорошие электропроводящие свойства графита позволяют использовать его для производства электродов и контактов некоторых электрических приборов. Кроме производства карандашей, графит используется для изготовления красок и термостойких смазочных материалов, для наполнения пластмасс.

Даже в атомной энергетике замечательные свойства графита находят свое применение, в первую очередь, это его способность замедлять электроны в реакторах. В ракетостроении сопла ракетных двигателей и многие элементы теплозащиты также производятся с применением графита.

Приложения «Кроссворд»

¹

²

³

⁴

⁵

⁶

⁷

1.Закопай-не гниет, кинь в воду-поплывет.

2.Черный Ивашка, деревянная рубашка, где носом ведет, там заметку кладет.

3.Туп конец, остер резец, режет листы, летят куски.

4..Является при отдачи электронов

5.Фильтрующее устройство, которое изобрел Н.Д.Зелинский.

6.Является им при принятии электронов.

7. Это способность некоторых твердых веществ поглощать газы и растворенные вещества.

¹У

г

о

л

ь

²Г

р

а

ф

и

т

³а

Л

м

а

з

⁴в

о

с

с

т

а

н

о

в

и

т

Е

л

ь

⁵п

Р

о

т

и

в

о

г

а

з

⁶О

к

и

с

л

и

т

е

л

ь

⁷а

Д

с

о

р

б

ц

и

я